人机协同支持的小学语文写作教学研究

2020-03-18黄涛龚眉洁杨华利王涵张晨晨

电化教育研究 2020年2期

黄涛龚眉洁杨华利王涵张晨晨

[摘要] 针对小学语文写作教学中存在的写作障碍问题，文章引入人工智能技术辅助教学，提出人机协同支持的小学语文写作教学模型。基于此，设计人机协同支持的小学语文写作教学流程，构建小学语文写作能力评价指标体系，通过人机合理分工，充分发挥机器便捷化采集与高性能计算优势，赋能学业数据智能诊断分析与推荐;同时，发挥人类（教师和学生）的认知特性，归因问题并指导教师科学决策。最后，根据模型设计写作教学案例，利用技术挖掘学生的薄弱环节，辅助教师开展差异化教学。通过跟踪三个班级一学期的教学实践，从组内时间特性和组间班级群体两个维度进行对比，验证人机协同支持的小学语文写作模型有助于写作问题的精准诊断，并促进学生写作水平的提升。

[关键词] 人机协同; 人工智能; 小学语文; 写作能力; 精准诊断; 教学改进

[中图分类号] G434 [文献标志码] A

一、引言

人工智能技术已成为社会各个行业关注的焦点，世界发达国家把人工智能作为提升国家综合竞争力的重大战略[1]。近年来，我国也十分重视信息技术在教育领域中的应用，并出台了相关政策，如《教育信息化 2.0 行动计划》等，以达到推动教育信息化的目的。构建基于人工智能的智能教学环境，对有效教学和学生高效学习是非常有意义的。在小学语文教学中，写作能够训练学生的语言表达、逻辑思维、文学素养等，是小学语文教学中必不可少的部分[2]。

在当前信息技术环境下，学生个体获取知识更加容易，但小学语文写作能力的培养也更容易被忽视。有研究者开展写作现状调研，发现6%至21%的学生存在写作障碍[3]，教师面临作文“难教”、学生面临作文“难写”的困境。基于此，本文在人工智能支撑的智能教学环境中，以提高小学生语文写作能力为目标，构建人机协同的小学语文写作教学模型，借助信息技术手段精准诊断小学生的语文写作能力水平，开展有针对性的差异化教学与学生个性化补救学习。解决在写作教学中存在的问题，提高教师写作教学效率和质量，促进学生写作能力的提高。

二、人机协同支持的小学语文写作教学的

理论基础

（一）小学语文写作特点与写作困难归因分析

小学语文作文的教学内容和教学对象均具有特殊性。教学内容方面的特殊性包括，汉语句法结构本身的复杂性、语文作文内容的多样性等。《九年义务教育语文課程标准（2011年版）》（以下简称《语文课标》）将作文的教学目标在3—6年级定位为“习作”，以记叙作文、想象作文以及一些简单的说明文等为主要写作内容，而小学语文1—2年级则是“写话”，如看图写话[4]。在教学对象方面，根据皮亚杰的认知发展理论[5]，3—6年级的小学生处于“具体运算阶段”，此阶段的儿童思维活动仍然需要具体内容的支持。因此，由于教学内容与教学对象的特殊性，传统的小学语文写作教学中存在相应的问题，最终造成部分小学生语文写作困难。对此，项目组采集了苏州市姑苏区多所小学共计170次测试的作文样本约8000份，对样本进行分析，总结出小学语文写作特点，并进行归因分析。

1. 智能教学环境下，写作评价与反馈有待提升

《语文课标》提出：“学生作文评价结果的呈现方式可以是书面的，可以是口头的，可以用等级表示，也可以用评语表示，还可以综合采用多种形式评价。”[4]但是，目前对学生写作的评价方式还是以教师主观评价为主，教师对评分标准的解读和理解以及对学生文章的主题思想和文笔功力、修辞、语言的表达的理解有所不同[6]，导致评分过程有所差异;再者，作文题目或者材料无法吸引学生，学生对写作缺乏兴趣和表达的愿望;另外，传统语文作文评阅都是由教师人工来进行的，评阅每个学生的作文需要耗费大量的时间和精力，一方面，错失了学生作文的最佳反馈时机，另一方面，反馈不及时也消磨了学生学习的耐心与动力。因此，亟需一种新型写作评价与反馈方式，实现以评价促进教学，从而提高写作教学质量和效率。

2. 智能教学环境下，写作教学更重视能力的培养

国际经合组织启动的DeSeCo项目最早提到了“核心素养”的概念。我国学者钟启泉认为，核心素养应该着眼于个人未来发展多方面的综合能力[7]。在语文课程学习过程中，通过引导学生进行识字、写字、阅读、写作、口语交际以及综合性学习等活动，将优秀的语言成果内化为自己的语文素养，其中，写作教学同样需要注重能力的培养。写作是一个将长时记忆提取并进行信息加工和表征的过程[8]。在这个复杂的过程中，作者必须做大量的工作，如选题、立意、构思、拟提纲等，这些工作都需要一定的写作能力。许多学生下笔无话可说，并不意味着没有东西可写，现在的小学生生活在信息爆炸的时代，他们接触到的信息远比我们想象得多，作文困难的原因很可能是缺乏足够的写作能力。

3. 智能教学环境下，学习过程的个性化需求更为迫切

3—6年级的学生所处的年龄阶段的特殊性，也决定了他们学习上的特点和问题[6]。在小学阶段，由于缺乏社会生活经验，学生写作时常常会出现思路打不开、作文千人一面、缺乏写作兴趣甚至害怕写作文的现象，没有可写的内容导致“挤牙膏”式作文的出现，容易写成“流水账”，作文内容干瘪、没有生气[6];在作文结构上容易出现不严谨的情况，没有开头、没有结尾或者没有过渡[8];书写不规范也是小学生作文中普遍存在的问题。

（二）人机协同助力解决写作问题

1. 人的智慧与机器计算相结合

人类与机器以及其他生物之间的差异主要是人类有着机器没有的生物特质（如情感），有着比其他生物更加高级的思维，同时，还具备人类特有的社会属性（如文化）[9]。随着人工智能的快速发展，人类的智慧与机器智能相结合，发挥机器智能的优势，帮助人类更加科学、理性地分析问题，将问题解决的方案变得自动化、模块化，从而更加高效地解决生产、生活中的各种问题。美国著名学者艾萨克森认为，想要创新就应该将人类的智慧与灵感和电脑的运算处理能力融合起来[10];台湾学者陈杏圆和王焜洁认为，所谓人机协同就是将人类的智能，如人类的想象力、创造力等，与机器的智能，如计算能力、推理能力等，融合起来，取长补短，共同高效地解决问题[11]。

2. 人机协同在写作教学中的应用

人机协同的“人”指教师、学生等多种类型的教育主体，“机”指技术中的软、硬件等相关设备，两者协同即借助技术辅助教师的教学与学生的学习，达到提高教学效率与质量的目的[12]。通过已有研究可以发现，关于人机协同支持的写作教学，国外于20世纪60年代就已经得到了学者的重视，并进行了一系列的探索和实践。目前国外已经有多个成熟的英文作文评阅算法和系统，如PEG、IEA、E-rater、Jess等[13]。我国在这方面的研究开展得相对较晚。2004年，中国台湾屏东师范学院尤启良、赵建丰研究了网络质性评价系统（Online Rubric Processor）的使用对小学生写作教学的影响，结果显示该系统能够维持评分的公平性、减轻教师的评价负担，同时，能给学生的写作提供回馈，给教师以教学指导[14-15]。

综上所述，计算机在写作教学中确实能够起到解决一些教学问题、提高教学效率和质量的目的，因此，深入研究人机协同写作教学的新型教学模型具有重要的现实和教育意义。

三、人机协同支持的小学语文写作教学模型

（一）人机协同支持的小学语文写作教学模型

本研究吸取迪克凯瑞教学模型重视学生的学习、强调学生学习效果的优劣的特点，综合比较其他已有教学模型，在人机协同理论指导下，构建了基于人机协同的小学语文写作教学模型，如图1所示。充分发挥机器在“计算”方面的优势，首先，便捷化采集学生写作与教师批改数据，其次，快速准确地进行数据分析与计算，再采用关联规则等机器学习算法辅助教师智能推荐教学资源。人类发挥“认知”智慧，在机器分析的基础上进行成果归因与教学干预，通过对数据的联想、推理归因等分析，启发教师进行教学决策，同时，学生进行学习训练、强化练习和迁移运用。此模型能够进一步加强教师认知评价，强化人机协同循环[16]。学习大数据平台能够高效快捷地处理教师评阅后的作文分数统计与数据分析，快速分析出学生作文存在的问题，节约教师在作文评阅后进行后续数据统计与整理的时间和精力，也能够给予学生最为及时和最有针对性的作文反馈，为教师和学生减负增效。

（二）人机协同支持的小学语文写作能力评价指标体系

人机协同支持的小学语文写作教学模型中，写作能力评价指标是人机协同的统一接口，是学生学习写作、教师评价学生寫作能力和机器智能数据分析的标准，真正实现了人机合作式的交流沟通。写作的关键能力是学生应该具有的语文文化素养的综合体现，如语言自主学习与建构的能力、驾驭信息工具的能力、独立负责的思辨能力、书面文字表达能力等。

小学语文写作能力评价指标框架的构建主要是以《语文课标》为基础，以小学作文知识图谱为内容载体，再以语文核心素养为依托，参考布鲁姆教育目标分类理论，通过研究已有文献资料，并对有经验的语文教师进行深度访谈，从而构建小学语文写作能力评价指标框架。由于根据《语文课标》中的教学目标，小学1—2年级是写话练习，3—6年级才是习作，因此，本文的写作能力框架主要是针对3—6年级的学生构建的。已有研究中，赵保纬等人编制的《小学生作文参照量表》[17]，评价比重按照内容和语句各占20%、中心和条理各占15%、思想和错别字各占10%、标点和书写各占5%，来对小学高年级作文进行评分;台湾方炳林则根据结构、修辞、意境、文体和态度来进行评分[18];同时，分析了《小学华文课程标准2015》[19]、《十二年国民基本教育课程纲要总纲》[20]、《基础教育课程指引——各尽所能·发挥所长（小一至中三）》[21]等课程标准，发现已有研究大致都涉及内容、结构、书写、语言和修订等指标，通过对一线小学语文教师进行深度访谈以及文献调研，对已有写作能力内容与评分权重进行综合考量，最终得到小学语文写作能力评价指标框架，见表1， a1：内容选择、a2：篇章结构、a3：语言表达、a4：书面文写和a5：作文修订，写作能力指标评分遵循3∶3∶2∶1∶1比例，故小学写作能力综合评价SCORE由以下公式表示：

（三）人机协同支持的小学语文写作教学实施流程

人机协同支持的小学语文写作教学实施流程，参考迪克凯瑞教学模型，再综合对比分析ASSURE教学模型和ADDIE教学模型等设计，并在已有研究基础上加以改造得到如图2所示的教学流程。AI代表机器，具体指本研究中借助的学习大数据平台（以下简称AI平台）;HI代表的相关教育者（指教师和学生）各自有着不同的角色和分工，充分发挥各自的优势，将人类特有的高级思维属性、社会文化属性和生物情感属性与机器的自动化、模块化和形式化的问题处理形式结合起来，优化教学过程。

1. 技术赋能写作数据的智能分析：AI辅助教学，诊断薄弱环节

AI平台在人机协同教学模型中承担 “教师助手”辅助教学的角色，因此，它也是学生学习的帮助者和促进者。学生线下完成写作任务，教师对学生作文进行评分后将学生作文扫描上传至平台，平台快速计算分析出班级作文在每个维度上的得分比例，重点关注群体失分较多的维度;针对每个学生的个人作文定位其优势和不足，形成个性化评估报告，给予学生作文有效反馈。教师进一步对报告进行解读，加深学生的自我认知。同时，平台会对每次学生作文评阅进行记录，保留学生作文成长历程数据。

2. 技术赋能智能推荐：学生个性化自主学习

在这种新型写作教学模型中，学生承担的仍然是学习者的角色。学生根据教师发布的写作任务，按照要求选择作文的主题并进行作文素材的搜集与整理，正确选题和立意，构思作文框架，撰写作文。教师完成对学生作文的评阅、平台生成报告后，学生就能够明晰作文存在的问题，这就让学生明确了在后续学习中需要注意的地方，给予学生作文学习更多的自主性，让学生真正变成“学习的主人”，使写作能力得到个性化提升。

3. 技术赋能教师差异化教学：教师引领方向，主导教学决策

教师在这种教学模型中充当学生学习的引领者和促进者的角色，充分掌握学生的现有知识水平以及学习情况，做出正确、科学的教学决策，进而选择合适的教学内容，发布合适的写作任务。教师根据报告定位的写作能力薄弱环节进行针对性、个性化教学，帮助学生进一步了解自己作文存在的问题和不足，再单独辅导个别作文困难的学生，让学生之间进行作文互评。最后，教师针对学生在本次写作中存在的共性问题布置同类型题目的练习，同时，解决学生在课堂上未解决的问题。

四、人机协同支持的小学语文写作教学模型

的实践应用

（一）研究对象与方法

为了验证教学模型的实施效果，本研究选取武汉市某小学五年级的三个班级进行了对比实验，其中，一个班级作为实验班，另外两个班级作为对照A班和B班。

（二）实施过程

实验于2019年3月开始实施，以人教版《语文》五年级下册为教学内容，在实验班中实行人机协同的写作评价与教学，智能化采集数据，并为班级提供详尽的数据分析报告和策略指导;对照班仍以传统的方式进行教学，不提供机器智能分析，全靠教师人工评价，凭经验讲评。整个实验持续一学期时间，针对教学中的三个单元，学校分别于2019年4月、5月和6月开展三次测试。三次测试所选用的作文题目均由专家团队设计，测评内容涉及对3—6年级的记实作文、想象作文的5个一级指标和12个二级指标的检测，总分均为30分。作文分数按照比重分配，a1：内容选择为9分、a2：篇章结构为9分、a3：语言表达为6分、a4：书面文写为3分、a5：作文修订为3分，一级指标下的二级指标均分。

（三）人机协同支持的小学语文写作教学模型实施步骤

人机协同支持的小学语文写作教学模型包括三个环节，实验班大致遵循“任务发布”“报告讲评”和“课后练习”的顺序进行教学。

1. 教师把握学情，针对性发布新任务

教师作为“人机协同”中“人”的重要参与者，需要发挥教师对写作方向的把控作用，同时，掌握学生情感的发展状况，在合适的时间发布合适的任务。教师根据班级学情及上课进度，布置相关的作文试题。例如：学生已经学习了部分关于记叙、抒情类的课文及其写作方法，有了关于写人记事写作相关知识的积累，教师在了解了学生的学情后，再根据教材内容提出写作要求。

学生作为“人机协同”中另一位重要参与者，需要主动学习。在接收到写作任务后，学生根据教师发布的写作要求，搜集作文素材，正确审题、立意、构思，可以通过多种途径（如书籍、课本、杂志等）搜集关于写人记事作文的写作素材。做好写作的准备工作之后，在规定时间内完成作文并上交，等待教师评阅。平台对教师上传的学生作文各项指标得分数据进行整理分析，为学生作文提供个性化反馈。

2. 技术辅助智能化采集与分析，定位群体与个体的薄弱环节

平台采用智能教学环境下的智能技术，辅助教师对作文各个维度的学生表现水平进行评分，以仪表盘形式直观展示学生作文反馈的数据分析报告，根据数据定位至学生存在的个别问题和班级作文存在的普遍问题。例如：在一次作文练习中，分析得到全班学生每一项写作能力指标得分情况，截图如图3所示。

在图3中找两位典型学生A和学生B，根据数据分析得到其写作能力一級指标与班级平均得分率雷达对比图，如图4所示。从图中能够清晰地看到，学生A的“篇章结构”和“书面文写”是其写作的薄弱项，“内容选择”和“作文修订”两方面都超过了班级平均水平，“语言表达”方面稍低于平均水平;对学生B来说，其明显的短板在于“作文修订”，优势在“书面文写”，“篇章结构”与平均得分率持平，“内容选择”和“语言表达”略低于平均水平。就班级整体情况而言，“篇章结构”得分略低于其他维度，教师可有针对性地在班级授课中进行讲解。

教师针对报告指出的这些问题进行重点讲解和解释，再对部分学生报告存疑部分进行个别讲解。在该环节，学生根据自己的作文评阅报告，结合教师的讲解，对不懂的部分提出疑问，全面了解自己写作中的优势和短板。

3. 智能推荐与差异化教学

在学生方面，分析学生个人写作薄弱点，即时实施个性化补救策略。学生根据教师讲解与范文分析，对作文进行修订，重点反思报告中指出的问题，明晰后续学习的重点，完成教师布置的变式练习。在教师方面，通过大数据分析，教师根据报告呈现的学生个人以及班级群体的写作能力情况，发现其短板、优劣势，从而制定科学的教学决策，进行差异化教学和精准教学，促进学生写作能力的提升。

五、研究结果与讨论

（一）研究结果

为了探究模型对学生写作能力是否起到提升作用，使用平台对三次作文测评进行了数据采集与分析。

1. 实验班时间特征对比分析

选取实验班第一次和最后一次测试中的成绩数据进行对比，作文满分均为30分，根据平台的数据分析报告得到：在第一次测试中，班级作文平均分为23.4分，得分率为80%。其中，一级指标平均得分率如下：a1：内容选择为80%、a2：篇章结构为70%、a3：语言表达为80%、a4：书面文写为80%、a5：作文修订为80%。在最后一次测试中，班级作文平均分26.4分，得分率为90%。其中，a1：内容选择为90%、a2：篇章结构为90%、a3：语言表达为80%、a4：书面文写为90%、a5：作文修订为90%。两次测试各写作指标得分率对比情况如图5所示，可以看到在这两次测试中，各项写作能力指标得分率均得到了提升，尤其是在第一次测试中偏弱势的“篇章结构”通过短期集训，得分涨幅最大，由70%上升到90%; “语言表达”需要长期积累才能有所提高，前后测试得分率持平;除此之外，剩下几项指标均由80%上升到90%。

2. 班级群体间对比分析

将实验班级与两个对照班级三次测试平均分进行比较分析，具体情况如图6所示，可以看到实验班级的平均分在这三次考试中呈平缓上升的趋势。根据第一次和第二次测试结果得出，实验班得分增长率为12.80%，对照A班增长率为6.00%，对照B班为5.00%;再根据第二次和第三次测试结果可得出，实验班两次测试基本持平，对照A班下降8.70%，对照B班下降9.5%，两个对照班均呈负增长。

（二）讨论

通过以上实验数据分析显示，人机协同支持的小学语文写作教学模型能够帮助教师发现学生作文中存在的问题和薄弱点，从而帮助其进行科学的教学决策。模型的有效性主要表现在以下三个方面：（1）在“个案分析”中，教师与学生都能够发现作文的优劣势，明白在后续教学和学习中应该多注意哪些方面，从而能够让教师进行个性化教学、学生进行针对性学习，减少教师教学和学生学习的盲目性。（2）在“班级分析”中，教师同样能够轻松发现班级整体的薄弱点所在，从而能够有目的、有选择地进行改进和个性化补救。因此，在第一次测试中稍弱的“篇章结构”，在得到教师和学生的重视后，通过短时间的训练，在最后一次测试中得到了明显提高;“内容选择”和“书面文写”在经过训练后，学生掌握了内容选择的技巧，并熟记作文书写的格式与规范，很容易提高分值。（3）在“对照分析”中能够明显看到实验班级在两组对照班级得分下降的情况下还能够保持平稳不变，在三次测试中的平均得分涨幅也均大于两个对照班级，所以人机协同支持的小学语文写作教学模型有助于改进写作教学质量，促进学生写作能力的提高。

六、总结与展望

在小学语文教学领域，计算机辅助写作教学非常具有研究前景。由于我国关于这方面的理论和实践研究均起步较晚，因此，还存在诸多困难。在我国的写作教学中，存在忽视写作过程且过于注重写作效果的现象，故亟须一种合适的教学方法解决写作教学中存在的问题。探索人机协同支持的小学语文写作教学模型，在传统小学语文写作教学模型的基础上，充分发挥人机各自优势，教师作为引领者充分利用教育技术，提高教学效率，同时，也能够帮助学生有计划地提升写作能力，减少重复犯错的概率。通过这样一种人机合作，大大提高了写作教学的质量。在今后的研究中，将充分发挥此模型在小学语文写作教学中的优势，和教师共同探索改进人机协同支持的教学模型与流程，为提高学生的写作能力助力。

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