智能教育背景下提升课堂教学有效性研究

胡建雄

（铜陵学院经济学院，安徽 铜陵 244061）

人工智能帮助学生和教师实现一对一的教学模式，综合分析受教育者的经验知识积累和智力开发状况，为其制定独一无二的个性化学习方案，调整适合于学生的学习进度，学生也可根据自身情况提出疑问，与智能软件进行互动，从而提高学习效率。当代社会，智能化教学已成为未来教育的发展趋势。

一、人工智能引领课程教学变革

人工智能不仅是服务教育的工具，也是一种研究复杂教育体系的方法。人工智能利用大数据和互联网技术收集完整、全面的系统数据，利用超级计算机对数据进行全景分析，提高了分析复杂体系的综合能力，改变了以往研究教育体系等问题时必须将复杂系统抽象为简单系统的惯性思维模式，使理论与实践达到更高的一致性。教师引导学生解决问题时，不再单一依靠教师脑海中模糊的经验，而是依靠智能系统对海量的教学问题和解决方案系统分析，找到解决问题的最佳方案，提高教学效率。

（一）智能与教育的融合

国务院印发的新一代人工智能发展规划中提到，要利用先进的人工智能技术推动高校人才培养模式的发展，构建包含交互式学习、智能化学习的新型教育体系。从机器人出现开始，人们对人工智能在教育领域的应用进行了更深层次的思考。智能机器人可代替受教育者参与考试，则证明了智能机器人能够模拟、分析人对知识的识别、认知和理解等解决问题的能力。因此，将智能技术与教育融合在一起，可促进教育体系的进步与改革。微型智能机器人能够代替教师与学生互动，解答学生学习中的疑惑，辅导学生家庭作业，还可帮助教师批改作业、阅卷或进行知识测评等。已有许多教育型机器人可进行文字识别、语音识别和人脸识别，这种机器人通过与学生沟通和交流进行深度学习，从而实现人工智能体系下多学科、多层次的交流互动和发展。人工智能源于人类智能，而人类智能依靠教育得到发展，人类智能将随着科技的进步不断推动人工智能发展，而人工智能也将不断补充人类智能欠缺的方面。

（二）智能在教育中的地位

利用人工智能构建完整的知识体系和大数据应用能力，可帮助教师实现个性化的教育服务。自古以来，我国倡导因材施教的教育方针，但目前为止教育体制仍旧是应试教育居多。利用互联网大数据平台将个人的学习行为数据、兴趣、爱好、学习状况等储存到云盘中，系统可根据不同学习者制定适合的学习方法、内容、计划，真正实现教育个性化服务。人工智能融合到教育中，是指将先进的智能技术与教育科学理论、信息技术、教育技术等高度交叉并形成新的智能教育领域，便于促进教育管理体系的智能化。随着智能技术在教育体系中的不断深入，教育智能水平随之不断提升。应用于教育的智能产品具有极强的沟通和互动能力，可在部分场合扮演教师角色，还可与受教育者进行沟通、协调，充分调动学生的学习积极性，培养学生对知识的实践应用能力及分析、解决问题的能力、对未来的创造能力等，同时还可缓解教师的教学压力，激发教师对于教学的创造能力，更迅速、便捷地达到教育均衡化发展，使偏远地区的学生也可听到名师讲解，得到良好教育。

二、人工智能引领课堂教学变革的现实关系考虑

利用人工智能引领课堂教学变革，提高人工智能与教育体系的融合程度，不仅是整个社会经济、政治形势对未来教育发展提出的要求，更是人们对新时代教育现代化发展的热切期盼。教育体系只有在人工智能引领下进行深刻的自我变革，才能满足时代发展的需求。

（一）人工智能优化学习范式

教育体系可利用人工智能促进学习范式的变革和完善，使其逐渐演变成适合个性化发展的学习模式。人类对“如何学习”这一主题的探索从未停止过，对于不同的人来说，选择与之相适应的学习模式对其发展和进步影响深远，会改变学习者的学习习惯、态度、行为及理念。因此，选择具有个性化、合理化的学习范式，能够对受教育者产生积极正面的引导，促进学生学习活动的发展和完善，产生自适应学习模式。系统可利用这种模式，针对不同学生的学习需求与个人情况，最大程度地结合个体差异并设计与之相适应的学习环境，为不同特征的学生提供适合的学习方案和环境。在线模式为学生提供相应的学习环境，学生可根据自身对知识掌握的程度，随时随地选择合适的学习环境展开学习。学习方案也属于智能匹配，针对不同学生的学习能力和水平，为其推送适合的学习视频和练习题目。

现如今，流行的微课和翻转课堂教学模式即智能化教育发展的典型案例。这些新型的信息化教学模式不仅能提升教师自身的专业素养，还可实现教育公平，提升教育质量。传统的教学模式一般是教师在课堂授课、安排家庭作业，学生回家后巩固练习。而新型的教学模式中，教师可利用先进的技术手段，创建教学微视频、设计教学任务清单等方式，引导学生利用课余时间观看、学习教学视频，使学生在课堂教学中更流畅地与教师进行交流，紧紧跟随教师授课的步伐，大大提高教学效率和学生学习效果。在智能化教学模式下，学生可观看各科教师提前录制或筛选出的优秀教学视频，可在课堂以外的任何时间、地点完成各种知识的积累。在教学中，师生间、生生间拥有了更多相互沟通、交流的机会和方式，教师也可利用这些先进手段帮助学生解答疑惑、引导学生综合利用各学科知识解答问题。此外，智能学习模式能够转变学生学习方式，将“先教后学”转变为“先学后教”，为学生提供自主学习的机会。在进行课堂教学之前，教师可引导学生对该部分知识进行自主学习，并通过在线测试等模式检测自学情况。学生在学习过程中可将自己解决不了的问题通过在线留言的方式反馈给各科教师，教师则可根据学生在线测试的结果和留言反馈等信息掌握学生预习的情况。

（二）人工智能优化教学方式

将人工智能技术应用于教师备课或批改作业中，可有效降低教师的重复性劳动，最大化减少教师工作量，提高教学效率和工作效率，让教师从重复的机械劳动中解脱出来。人工智能在教育领域的应用不仅包括AI为学生提供个性化学习方案和语音文字识别测评，还包括对整个教学体系中教学成果的评价和对教学中存在问题的反馈等。教师的精力有限，以往其需要将大量时间投入到备课、授课、编写试卷、批改作业等重复劳动中，没有多余的精力关注学生的心理、人格及综合素质的发展状况。对于教师来说，授课前的备课工作十分重要。传统的备课方式效率较低，而通过使用智能备课机器人，教师可快速整合与学科相关的知识点，形成完整的电子教案，提高备课的效率和完整性。同时，教师可结合将要讲授的教学内容，利用人工智能技术进行快速搜索，筛选、整理出与课堂知识相关联的经典课后练习题等。将人工智能技术与教育融合之后，教师运用人工智能强大的学习能力和大数据的数据收集能力，可实现自动批阅试卷、对学生综合评价等功能，其教学效率得到显著提升，工作量大大减少。

在课堂教学中，利用人工智能辅助教师进行课堂管理，可有效缓解教师的教学压力。目前，教育领域的人工智能服务技术主要有语音识别、图像识别、人机交互等，正在发展中的有智能学习反馈、个性化教学、利用智能机器人远程支教等先进技术教育手段。将智能技术运用在课堂管理当中，教师可利用教育辅助机器人迅速采集学生的身份信息、完成学生身份识别工作，帮助教师在有限的时间内掌握不同学生的学习状况，为教师制定个性化教学方案、个性化教育指导奠定基础。此外，在师生互动环节中，教师可利用人工智能机器人，通过语音、图像识别功能收集学生回答问题的语言、动作、表情等；课后，将收集的信息进行集中处理，判断、记录不同学生对知识点的掌握情况。将智能机器人运用到课堂管理中，对学生的面部信息进行采集和综合分析，例如，放大网络摄像头捕捉到的学生面部表情和眼球运动状态，联网分析、评估学生上课时注意力的集中情况和课堂参与度，及时掌握学生在不同阶段的情绪态度，并结合同时段学生的行为数据信息，对不同学生的综合学习态度、知识点掌握情况做出科学、客观的智能评估，帮助教师掌握学生学习状况的同时了解其内心活动。此外，教师可把智能机器人收集到的学生信息进行综合分析整理筛选之后，上传到学校的管理系统中，为学校制定合理的整体教学计划提供重要参考依据。

（三）人工智能不能取代教师

自人工智能出现开始，有人提出人工智能威胁论，认为拥有超强学习能力和大数据分析能力的人工智能最终会取代人类，甚至将人类消灭。例如，英国著名物理学家史蒂芬·霍金曾先后在采访中提到人工智能威胁论，表达了对人工智能超越甚至代替人类智能的担忧。同样，倘若未来人工智能不仅在教育领域的技术层面应用，而且广泛应用到知识层面后，人工智能是否会取代教师？

针对这种担心，可从人与机器的本质区别和教育的本质等角度进行分析和审视。人类开展教育的主要目的是教书育人，教师在教学中的作用不仅仅是为学生传授知识，而是需要思想引导并投入感情教导学生做人，帮助学生塑造优秀的品质。对于教育的内涵，德国著名哲学家曾这样描述，用一棵树去撼动另一颗树，用一朵云去推动另一朵云，用一颗心灵唤醒另一颗心灵。从本质上讲，教育是一项心灵引导性工程，工程的主导施工者是教师，是拥有丰富情感、高超智慧、无限创造力与想象力的人类，这些特质是人工智能无法拥有的。同时，现如今，教师正从教学的主导者、知识灌输者转变为教育的引导者、陪伴者。因此，即便人工智能在学习能力、知识储备、知识传播速度及教授手段等方面远超人类，教师仍具有不可替代的作用。但随着先进科学技术的发展，教师应具备改革意识和危机意识，思考怎样发挥人类独有的育人特质，如何提高教师的不可替代性，未来需要的教育模式是怎样的，需为国家、社会培育怎样的人才等教育问题。教师只有时刻具备危机意识、创新意识，合理运用人工智能，才能拓宽教育的道路，给未来教育带来更多机遇。

三、人工智能引领课堂教学变革的可行策略

（一）加强顶层设计

智能教育提出后很快上升到国家战略层面，各级政府机关单位展开了对智能教育领域的探索。经过不断研究、探索，在政府政策、学术研究的扶持下取得了实质性进展。但智能教育发展仍处于初级阶段，需政府引导并继续加强顶层设计，协同多方鼓励智能教育可持续发展。

加强顶层设计，要求教育体系的管理者总览全局、统筹兼顾，考虑与智能教育相关的各个层次和要素，从而寻找发展智能教育的最佳方案。加强和完善顶层设计是将人工智能与教育完美融合的基础和保障，是将理论付诸于实践的核心指导力量。因此，各级教育管理者要综合考虑影响智能教育的各方面因素，加强顶层设计，确保智能教育拓展工作顺利实施。加强顶层设计时要考虑的因素有很多，各级教育管理者要明确错综复杂的教育要素之间的关系，明确未来产业的真实需求，及时调整培养人才的目标和策略。同时，教育者要清楚，智能教育处于诞生初期，迅速成长的时期，因此，需要努力的时间还很漫长，只有多方合作、坚持不懈，找准加强顶层设计的正确方向和路线，才能协助智能教育平稳发展。

（二）构建教育大数据平台

人工智能背景下，数据是支撑智能教育发展、应用的基石。随着智能教育的迅速普及和教学改革的全面推进，新时代的教学方式发生了巨大变革，随改革衍生出的课堂行为分析、学生学情分析、学生学习内容推荐、设计个性化教学方案等新型教学任务均需要庞大的数据作为支撑。构建完善的大数据平台成为支撑智能教育发展的核心力量［9］。人工智能、云计算、大数据等先后涌现的集数据采集、储存、分析于一体的新型技术手段为构建大数据平台提供便利。这些智能数据平台需有效保证数据的正确性、安全性并提高数据的利用率。第一，与教育相关的数据源众多、数据格式不一、数据量庞大、数据应用场景多样，建立大数据平台时要建立健全数据运转模式，确保数据的完整性；第二，要采用数据多维分析、数据聚类分析等多元化数据分析方法，基于教育专题数据模型和大数据框架模型，构建具有数据质量评估功能的模型；第三，构建的数据平台需进一步规范教育教学行为，具有对智能教学过程进行监督的功能，最大化地确保采集到数据的实效性，构建一个以支撑教学工作为目的的新型智能化大数据平台。

（三）提高师资队伍综合素养

要想更高效地将人工智能与教育融合，就要使广大教师对智能教育产生认同感，教师拥有先进的教学思想是将新技术有效运用到教学中的重要因素。研究表明，教师对于新技术的认同程度会直接影响教师课堂情绪的高涨度、即兴发挥能力、新技术使用率、师生互动效果等，教师对新技术的体验较差或认为新技术教学不稳定是影响课堂使用新技术的主要原因。智能教育是一种新的教学模式且还未完全普及，部分教师难免会产生消极、抵抗的情绪，影响教学效果。因此，相关教育部门要注意培养高素质的师资力量，提高中小学教师的教学智慧与数据信息素养，大力推进智能教育的实施。

第一，有关部门可开展教师培训工作，提升教师的教学智慧与数据信息素养，帮助教师更快速地熟悉智能教育相关内容。针对刚聘用的教师，学校可开设专门的智能教育规范课程，进行岗前培训；对已有多年教育经验的教师，可开展“智能教育技术应用”的主题培训活动，提高其数据信息处理能力和教学专业能力，增加其对智能教育的认同感。此外，教师可定期与其他学校开展教师交流活动，提升教师的综合素养。第二，学校或有关教育部门可开展优秀智能课程比拼（例如“微课大赛”）或教师职业技能大赛等评比活动，加快推进智能教育体系的推进。第三，学校要将智能教学范式运用效果加入各学院、各系、教师个人的教学考核范畴中，并将智能教学应用成果与教师绩效联系起来。总之，学校与教育部门要帮助教师高效、快速地培养智能教育素养，不断提高教师对新型技术手段的接受程度，激发教师使用智能技术的积极性，促进人工智能与教育体系的深度融合，提高智能教育背景下的课堂教学效率。

（四）运用智能化，科学评价教学效果

人才培养是一个漫长的过程，运用智能化手段构建可视化数据信息平台，收集学生每个教育阶段的学习数据，可实现对教学效果的可预见性，帮助教师或其他教学管理者制定进一步的教学方案。学校构建教育可视化平台，并将其与智能大数据平台结合在一起，对平台收集的数据实施标准化设计，充分发挥高校智能教育大数据优势，明确教学效果，找准未来教育改革的方向。第一，可视化平台采集的数据包括学生的考勤状况、课堂参与度、家庭作业成绩、考试测评结果等数据，还包括教师的备课资源、课堂表现数据等；第二，可视化平台不仅要有数据来源明细、数据统计和分析明细，还要根据不同的考察指标，设计不同的可视化模型，例如，通过选择某位学生的教育数据，教师可在平台中看到对学生学习行为轨迹的详细分析，可以看到学生具体时间在校园的行为轨迹，教师可利用大数据对学生进行横向对比，择优甄选培养高素质人才的最佳路径；第三，构建可视化教育平台，可将系统分析的结果进行共享，帮助学生制定个性化学习方案，帮助教师精准教学，有效提升教学质量和效果。

智能教育背景下，无论政府、企业还是教育部门，都应抓住机遇并充分发挥大数据的价值，推动新型技术、产业的融合发展。总之，人工智能正在潜移默化地引领传统教育向智能教育转型，颠覆传统教与学的陈旧模式，推动我国教育走向信息化、智能化，不断提高课堂教学有效性，培养出适应社会发展的新型人才。