數據驅動下的思維型課堂研究

編者按：2014年以來，持續探索高階思維培養的路徑。此專題4篇文章，從師生課堂雙畫像機制、數據賦能教師發展和培養學生高階思維能力等角度，破解傳統課堂觀察方法的局限性。學校引入AI技術參與思維課堂觀察，實現了教與學的雙向賦能，為人工智能在教育領域的應用提供了新的視角和樣本。

思維型課堂的師生雙畫像雙向賦能機制探索

文/汪明微

在教育數字化轉型的浪潮中，傳統課堂觀察方法逐漸暴露出時效性差、數據整合能力弱、動態監控不足等局限性，難以滿足現代教育對教學過程進行精細化、個性化分析的需求。近年來，把握時代機遇，引入人工智能技術，打造基于多模態AI分析的師生雙畫像技術，將其融入課堂觀察體系，以期破解困局。

一、師生課堂雙畫像數據的模型建構

圍繞思維型課堂觀察的需求，學校引入希沃課堂觀察系統和C30智慧課堂教學系統，從三個維度八個方面共28個觀察點采集學生作業（文本）、課堂錄像（視頻）、語音記錄（音頻）等多模態數據，并應用機器學習算法進行行為識別，利用自然語言處理技術進行文本分析，通過數據采集和建模，搭建了支持思維型課堂師生雙畫像的數據體系。

1.學生課堂畫像

包括四個維度：一是學習態度，采集抬頭率、舉手率、平均參與度等互動數據；二是學習能力，采集學習任務、作業和問題完成情況數據；三是學習方法，采集學習過程數據，引入學習金字塔理論，鼓勵采用更有效的學習方式；四是學習效果，采集學習目標達成數據、課堂互動數據，結合人工智能進行語義分析，呈現學生思維發展水平。

2.教師課堂畫像

包括五個維度：一是教師教學風格，采集課堂錄像和語音記錄、教師教學行為數據，結合S-T/Rt-Ch師生互動教學分析；二是教師課堂組織能力，采集學生注意力集中程度和課堂紀律情況；三是教師思維型課堂的設計和實施能力，采集任務或問題設計和學生回答情況；四是教師教學評價能力，采集學生作業或測驗和課堂提問的評價；五是教學反思能力，采集教師對自身課堂教學的反思和改變，呈現教師專業發展需求。

二、構建師生雙畫像雙向賦能機制

1.教師的自我改進賦能學生畫像優化

（1）優化教學風格。通過課堂錄像和語音文本記錄，分析教師教學方式并觀察師生行為，通過Rt-Ch分析，研判教師教學風格變化情況。例如，強化問題鏈的推進后，教師的教學風格從講授型逐漸轉向對話型。

（2）提升教學設計能力。AI技術根據課堂學習目標、教學需要、學生情況及課堂活動設計等分析教學設計能力，關注任務設計的合理性、“四何”問題設計的有效性，結合學生回答情況，觀察教師教學設計與實施能力的變化。例如，教師設計更具開放性的任務，增加自主、合作、探究等學生主動學習的環節，有利于幫助學生深化思維路徑、提升學習效果。

（3）提升教學組織能力。采集師生互動的時效性、教師提問和學生的回答情況等數據，兼顧學生注意力和課堂紀律情況，觀察教師的課堂組織能力變化。例如，學生的注意力高度集中，課堂紀律改善，表明教師的課堂組織能力有所提升。教師良好的課堂組織能力有助于創設良好的學習氛圍，推動學生端正學習態度、主動學習，從而提升學習效果。

（4）提升教學評價能力。采集學生作業（測驗）、課堂提問、課堂評價數據，觀察教師的教學評價能力變化。例如，如果在教師點評后思維教學質量提升明顯，表明教師的評價方式更加精準和有效。教師精準的評價反饋有利于學生強化自我認知，發現不足并加以改進，掃除知識盲區和提升思維能力，從而提升學習效果。

（5）提升教學反思能力。持續跟蹤教師畫像的變化情況，觀察教師反思能力的變化。例如，如果教師提問的有效性明顯提升，表明教師有明顯的反思意識和教學設計的改進策略。教師通過反思，不斷提升教學能力、優化教學方式，從而更好地滿足學生學習需求、提升學習效果。

2.學生主動學習賦能教師畫像優化

（1）端正學習態度。通過拾頭率、舉手率、參與度等數據來觀察學習態度的變化，讓教師了解學生的學習態度和興趣。例如，學生的抬頭率和舉手率明顯下降，表明學生的學習態度可能變得消極。教師根據學生的學習狀態調整教學組織形式，如增加小組討論等師生互動環節。同時，教師可以增加肯定和激勵性評價，增強學生的自信心和參與感，從而提高教學效果和學生的學習積極性。

（2）提升學習關鍵能力。通過觀察任務完成數據，分析學生的學習能力變化。例如，如果學生在某個知識或關鍵能力點上的作業正確率不高，表明學生可能存在學習困難。教師要增加“如何”“若何”等高階思維問題，細化問題鏈設計，設置思維腳手架，如增加思維可視化工具幫助學生培養關鍵思維能力。同時，用差異化的學習任務強化思維實踐，采用小組合作方式幫助不同能力水平的學生完成學習任務，鼓勵學有余力的學生挑戰更高要求的拓展任務。

（3）優化學習方式。通過學習過程行為分布數據，觀察學生學習方式的變化。例如，如果學生某階段更愿意在小組合作中發言并教會別人，而不是簡單地接受聽講，表明學習方式產生了優化。學生更主動的學習方式，有利于教師采用更開放的課堂組織策略，形成更加鮮明的教學風格。同時，教師應引導和幫助學生找到更適合自己的學習方法。

（4）提升學習反饋（效果）。通過學習平臺數據和課堂互動數據，觀察學生的學習效果變化。例如，如果學生在課堂討論中的發言質量下降，表明學習效果可能受到影響。教師要優化教學設計，強化問題驅動，增加激勵性和針對性反饋，豐富評價方式，幫助學生提升學習效果。

三、思維型課堂師生雙畫像協同應用

學校近年來在思維型課堂各環節中引入人工智能參與課堂觀察，主要通過采集相關維度的數據變化，通過建模實現課堂觀察智能化和學生學習的個性化，力爭在人機協同下推動師生雙畫像的協同發展，優化課堂教學生態。

1.動機激發環節

本環節由教師主導，設計各類情境中的問題來激發學生學習興趣，引發認知沖突。主要觀察教師教學設計（情境和任務）水平和學生學習態度、學習方式等三個維度的畫像。

2.構建習得環節

本環節充分體現學生主體性作用，學生在內在動機的激發下，針對新問題（任務）、新概念、新知識，基于已有的知識體系和認知水平，通過自主合作探究等主動學習方式，經過高階思維活動，整合各類信息和學科觀念，解釋和解決問題，并在此過程中實現對所學知識的意義建構，發展并完善內在認知結構。主要觀察學生學習方式、學習效果和教師的教學組織三個維度的畫像，采集學生在合作交流和自主探究中的行為數據，如發言頻率、討論深度、任務完成進度等。學生主動的學習方式讓教師敢于采用開放多元的課堂組織方式，學生良好的學習效果讓教師勇于創設對話型的教學風格。同時，教師采用更靈活多樣的教學組織形式，也鼓勵了學生主動學習，讓課堂產生更多的學習交流和思維碰撞，產生良好的學習效果。

3.運用遷移環節

本環節先由教師提出具有挑戰性的真實問題，學生解決問題，在此過程中，實時記錄和分析他們的思維過程和行為表現，如問題解決步驟、推理邏輯、錯誤類型等，在原有經驗的基礎上，通過遷移建構新知識，找出新辦法，解決新問題，產生新思想。主要觀察學生學習能力、學習方式和教師教學評價三個維度的畫像，采集學生在問題解決中的行為表現、學習成果數據。學生學習能力的提升和學習方式的改進推動教師形成性評價水平的提升，從而指導學生不畏困難，堅持完成學習任務，解決問題。

4.提煉創新環節

本環節是一節課的總結，是師生共同合作升華學習成果的過程，更是知識圖譜創造性的生成。觀察學生學習效果和教師教學評價兩個維度的畫像，主要采集和評估學生學習成果的質量。本環節的師生雙畫像協同機制，推動學習成果的可視化呈現，如將學生的創新型想法轉化為圖表、模型等，優化學習能力和學習效果，幫助學生發展創新型思維。

四、結論和展望

通過2024-2025學年近600節課例的課堂畫像分析，教師畫像和學生畫像呈現一定的相關性，其中呈現雙向賦能的畫像指標達10組。通過實測發現：課堂組織（調控）與學生合作探究的學習方式呈正相關，教師教學設計中的思維激發水平與學生整體學習關鍵能力呈正相關，教師的對話型教學風格與學生的學習體驗和學習態度正相關，教師的評價反饋與學生的學習效果和目標達成正相關。這表明，教師的教學能力（或行為）對學生的學習效果有顯著影響，學生的學習行為也能助力教師的自我反思和自我提升。

盡管本研究取得了一定成果，但在實際教學應用中仍面臨一些問題。如采集數據的準確性影響結論的可靠性；師生對畫像的認可程度直接影響賦能效果；賦能機制尚無法完全支持個性化發展需要，尚無法完全實現反饋與改進的閉環管理等。期待未來人工智能將更深度地融入課堂教學的各個層面，構建千人千面的師生畫像，為教育的個性化發展提供堅實基礎。

注：本文系廣州市教育成果培育項目“大數據支持下的思維型課堂的構建與實踐”、廣州市重點課題“高中育人方式改革背景下思維型課堂的構建研究”成果。