基于微信公众号的“AI+教育”智慧课堂实施方法

李 群，徐 鼎，肖 甫

（1.南京邮电大学 计算机学院，江苏 南京210023；2. 南京邮电大学 通信与信息工程学院，江苏 南京 210003）

0 引 言

传统的教师角色，一个人要解决所有的问题，而现在数据化是教育的基础，没有数据，教师就无法因材施教。“新科技+教研创新”的融合，正成为未来教育的重要驱动力[1]。现如今，互联网正在重构学习，人工智能将会融合教育，通过科技提供大规模、高品质的教学，推动教育资源的均衡和普惠。教育正拥抱互联网[2]，科技正助力教育，“AI+教育”是教育发展的必然趋势。

在学生多阶段的学习过程中，知识和信息在师生之间的传递和交互，主要依靠语言、肢体、声音。为此，本项目基于微信公众号，依托AI打造课堂交互模式，用人工智能研究成果为教研作理论和实践支撑。对于学生来说，通过AI加持的教学过程及效果评测，可以为学生匹配老师；对老师来说，可以根据匹配结果为每位学生提供个性化辅导。举例来说，AI系统可以做到通过人脸检测、人脸识别、表情识别、姿态识别等技术，了解到每一位学生的课堂参与度。

1 “AI+教育”培养模式

1.1 “AI+教育”现状分析

目前，智慧课堂作为“互联网+教育”的产品，受到老师和学生的青睐。例如，“雨课堂”[3]于2016 年6月16日宣布正式推出，到了9月，已在全国超过16 000个真实课堂中使用。

2017年10月17日，“AI+教育”领军企业好未来与清华大学达成合作，其旗下AI Lab人工智能实验室与清华大学计算机系共同建立“清华大学(计算机系）——好未来智能教育信息技术联合研究中心”，共建智慧课堂，携手打造智慧教育生态。联合研究中心把计算视觉技术、语音识别和自然语言处理技术等应用到整个学而思的教学服务当中，并以此为起点，将其引入教育的各个环节；服务于真实的教学场景，解决未来教育的核心诉求——帮助学生更高效、更便捷、更快乐地完成学习体验的同时，也能为他们带去更有效的学习方式。

教育领域的领军企业和知名大学的合作表明，国同各界对 “AI＋教育”的持续探索以及以科技赋能教育的信心和实践。

1.2 “雨课堂”教学实践

“雨课堂”是“互联网+教育”背景下，由清华大学和学堂在线联合推出的一款免费教学工具，其采用线上线下融合的教学模式。在该教学模式下，教师和学生可以通过智能终端如手机或者电脑进行课堂或者课后交互，并让与课堂教学相关的教师课前准备、学生课前预习、教师课后关注、学生课后自主学习和提升更加智能化、数据化和个性化。

图1 “雨课堂”的教学实践模式

在此，以微型计算机原理与接口技术课程教学为例，展开“雨课堂”教学实践分析。在新授课之前，教师通过微信平台向学生智能手机推送事先设计好的微型课件，短则1分钟，长则5～6分钟，并一起推送预习任务清单。在课堂教学过程中，通过“雨课堂”与学生进行实时互动，并可随时查看线上考勤。新授课结束后，随即推送复习任务清单和作业习题。综上，通过使用“雨课堂”，一方面，可以保证学生课上课下无时间限制无空间限制的自由学习，另一方面，教师可以随时对学生的问题进行答疑；再者，利用线上全方面、多维度的数据，可以随时生成反映学生学习进度和学习效果的个性化报表。“雨课堂”的教学实践模式如图1所示，主要包括4个环节：基于已有教学资源的教师课前准备、基于预习任务清单的学生课前学习、基于“雨课堂”的交互式课堂教学以及基于复习任务清单的学生课后提升和教师反馈。

1.3 智慧课堂效果分析

微型计算机原理与接口技术课程教学在引入“雨课堂”前后，学生平时成绩及期末考试成绩情况对比如图2所示。其中，图中显示的A班和B班作为对照实验对象，两个班级专业相同，人数基本相同(30人左右），A班未使用“雨课堂”，B班使用“雨课堂”，给出的平时成绩和期末成绩都是班级平均成绩，期末成绩为学生期末考试卷面成绩。由图2可见，虽然4个学期学生成绩各不相同，且不同专业学生成绩有明显差异，但是对于每个学期相同专业的兄弟班级，引入“雨课堂”后，成绩都有不同程度的提升。

智慧课堂“雨课堂”的使用，帮助老师和学生节省了一部分时间和精力，且有助于学生成绩的提升，但在学生学习情况以及教学过程的融合上还是或多或少地存在一些问题[4]。例如，学生学习的兴趣和积极性调动问题。对于老师给学生推送的课外学习任务，想要达到预期的效果，必须要实现人人参与、时时学习的状态，而要达到这种状态，还是有一定的难度的。如何提高学生学习兴趣以及参与学习的积极性，光靠学生的自觉很显然是不够的，而如何保证学生参与学习的真实性，必须要有相应的学生多阶段学习效果智能评价方法[5]。

图2 “雨课堂”的教学效果

2 基于微信公众号的AI技术加持策略

2.1 基于微信平台的课堂管理公众号

基于海量在线教育数据及师资资源，将视觉、语音、自然语言处理、机器学习等多项人工智能技术相融合，从而辅助老师教学，可以有效激发学生的课堂兴趣。

基于微信平台设计课堂管理公众号，融合AI技术，可以实现随堂作业推送、自动批改、点名签到、通知发布、学生考核、报表生成等功能。例如，作业自动批改，利用文本识别功能实现；点名签到，利用人脸检测和识别功能来实现。与已有的智慧课堂不同，在此融合AI技术引入了个性化功能，如刷脸签到、抬头率统计等，整体融合方案见表1。以人脸检测和识别功能为例，在此阐明基于微信公众号的AI技术加持策略及学生多阶段学习效果智能评价实施方案。

2.2 加持人脸识别技术的课堂管理

基于人脸检测和人脸识别技术可以实现刷脸签到，其流程图如图3所示。进入课堂管理公众号后，教师可以通过创建课堂功能创建课堂，并进入个人中心维护或完善个人基本信息。在个人中心，用户可以设置信息等级，如教师可以公开自己的研究方向等信息，方便学生对老师进行更深入的了解。进入主页后，教师可以查看自己创建的课堂并参与课堂教学。自己创建的课堂可以生成签到码，并随时查看或打印签到列表。需要特别强调的是，要参与课堂需要签到码和“刷脸”双重签到才能成功进入课堂。进入课堂后，可以课堂留言互动等。

表1 基于微信公众号的AI技术融合方案

图3 基于课堂管理微信公众号的人脸识别技术融合流程图

2.3 学生多阶段学习效果的评价方法

引入人脸识别技术后，采集课程管理过程中生成的多元化数据，包括签到表、音视频、互动文本信息、学生抬头率、学生各阶段学习成绩等数据，采用多源数据聚类和分析方法给出可视化的教师上课质量和学生学习效果分析图。针对每个教师，可生成个性化教学质量报表；针对每个学生，可生成个性化课堂参与度和学生学习效果报表。

除此之外，应用社会网络建模和分析方法，可以生成教师和学生的关系网络，用于互动情况分析[6]。参照人脸识别技术的引入方式，整合文本识别、视音频处理、表情识别、人体行为识别、聚类等机器学习方法实现AI加持的智慧课堂建设，完成多角度多阶段的学生学习效果分析。

3 结 语

“AI ＋教育”的趋势正在全球蔓延，未来各个行业都将随着人工智能而带来产业升级和变革，人工智能也将对教育行业产生巨大影响[7]。针对在校大学生教育，展开基于微信公众号的“AI+教育”智慧课堂的设计和研究，并对教师授课质量和学生多阶段学习效果智能评价方法进行了探讨。“AI+教育”的智慧课堂必将增强学生学习的兴趣，甚至能够激发部分学生对人工智能技术的热情。未来的工作中，会继续研发“AI ＋教育”智慧课堂，完善其功能，实现教学过程数据化、学习效果量化的最终目标。