面向教学智能化的实践与展望——基于深圳市南山区南海小学的个案研究

高 鹏

(深圳市南山区南海小学,广东深圳 518054)

党的二十大提出深入实施科教兴国战略,首次将教育、科技、人才三大战略进行整体部署,强调系统谋划、一体推进。[1]2023年,全国教育工作会议强调了“统筹推进、纵深推进、教育数字化”等关键词。[2]同时,随着大数据、云计算、物联网、互联网的高速发展,人工智能技术在教育领域中的应用越来越广泛,个性化学习、差异化教学、过程化治理的诉求与应用势不可挡,碎片化、可视化、非线性、结构化的学习方式开始普及。以个性化学习、差异化教学、过程化治理为表征的教育“智能化”必将成为教育信息化2.0的主要技术形态。

一、从理论到思考——基于教学智能化的认知

教育智能化旨在利用人工智能技术,更深入、更微观地审视和理解学习如何发生,如何受到外界各类因素影响,进而为学生高效地学习创造条件,这是信息化与教育深度融合实践研究的价值所在。

在国家教育数字化转型战略行动及深圳市教育教学改革政策推进下,南海小学一直积极争做数字化转型的探路者。为深入贯彻落实教育部课程方案和新课程标准的实施精神,全面推进新课程背景下的“1+1+5”南山创新行动方案,进一步推进教育部“双区”深圳市智慧教育示范校培育校建设,南海小学积极探索基于教学改革、融合信息技术的新型教与学模式。十余年教育信息化之路的探索,南海小学积攒了许多积极有效的经验,搭乘国家数字化转型战略行动的快车,在将教育教学与信息技术的融合深度推向纵深时,也逐渐形成对于教学智能化的思考。学习与环境是教育系统中的主要活动与场景,所以相应而言,教学智能化也可以从两个层面来理解。

(一)狭义:教学智能化=教与学的智能化

教学智能化既包括教的智能化,也包括学的智能化。教的智能化具体表现为课堂教学由“封闭”向“开放”转变,体现教学的差异化,实现“课堂的革命”。差异化教学是根据学生兴趣、基础、能力等环境因素而实施的个体教学方法,这是我们两千多年来孜孜以求的教育梦想。在当下,智能化教学的目的就是在技术的支持和学科的融合下,使教师有目的、有计划、有组织地引导学生积极自觉地“主动”学习。另一方面,学的智能化可以加速“被动”学习向“主动”学习转变,体现个性化,实现“学习的革命”。个性化学习是通过对不同学生全方位评价,为学生制定有别于其他学生的学习策略和学习方法,使学生获得有效的学习,实现知识与能力同步建构。人工智能技术的支持,使每一个学生独有的条件、特性、喜好等优势与不足都可以实现数据表示。智能化学习系统能够根据基础数据与过程性数据,应用大量分析模型与算法获取学生各种特征,解决学生学习问题、行为问题、心理问题。

(二)广义:教学智能化=育人环境智能化

从广义上来说,教学智能化不仅只有教与学的智能化,更应扩大为育人环境的智能化。近年来,以物联网、大数据、人工智能、5G等为代表的新技术的融合应用,为智慧育人环境的落地提供了技术支撑,更好地服务教学向需求导向的个性化、精准化、智能化方向发展。面向教学者提供人机交互协调的教学支持服务,面向管理者提供科学化的数据决策依据,面向学习者提供精准、个性的学习支持服务,给予高质量教学全方位的支持。智能化的教育环境应该为教师教学提供智能的环境和人性化的交互体验。智能化的教育环境代表着人们对于未来教育的美好追求,未来的智慧教室建设要为教学的多主体服务,协同打造智慧校园,同时聚焦性能体验、围绕教学实际,为学校教育的信息化赋能,从智慧环境走向“智慧育人”。

二、从应然到实然——指向核心素养的实践

南海小学抓住变革契机,在十年的信息化教育探索中,摸索出一条独具特色的“课堂—课程—生态”三位一体的教学智能化特色实践地图。

(一)课堂:抓实技术赋能“主阵地”

1.模式与路径

2020年,依托南山区“基于信息技术的教改实验”的课题优势、专家优势、平台优势与服务优势,南海小学在7个平板教学班围绕语文、数学、英语三大主科常态化地开展基于信息技术的素养课堂教与学模式的探索与研究。经过多年积累和实践,南海小学探索出基于学生个性化学习、AI赋能智慧化测评的“自学—探究—评价”三维融合数智化教与学模式(见图1)。该模式在课前给学生推送整合资源用于自主学习,并进行智慧测评,教师根据学生反馈以学定教;课中利用教学平台组织学生开展小组学习、合作探究、展示交流;课后利用大数据测评分析,根据学习评价的反馈与总结为学生布置分层化作业。

图1 “自学—探究—评价”三维融合数智化新型教与学模式

南海小学的教师和教研组能够以“微格教室”智能学习空间为辅助,持续、渐进地开展主题化、系列化的教研活动,倾力打造“美好课堂”,有效促进了内涵式发展,教师课堂教学设计和实践能力进一步增强,也形成了应用教学教研信息技术的积极心态和基本信息素养。通过组建信息化骨干团队和集中培训、网络研修、分组教研、定期推进等形式,提升教师在实际教学场景中运用信息技术的能力;通过Classin、Forclass等平板交互式智慧课堂平台,聚焦解决课堂教学精准施教和学生个体有效自主学习的瓶颈,逐步形成信息化数据背景下基于差异化特点的精准教学模式和学生自主学习模式。在促进教师理念的更迭和转变中,助推信息化技术与教育教学的深度融合。

2.实施与落地

(1)信息技术与教学融合实现教学方式变革

数字技术与教学整合的本质是要用信息技术改变传统的教学结构,形成新的教学系统结构形态,从而创新育人方式,提高学生的创新能力和素养。基于这个观点,学校陆续开设了覆盖了语文、数学、英语三个主学科以及六个年级的平板班。在教学中,借助智慧平台分别进行课前任务分发、课中互动、课后作业,以及三个环节的所有教学数据的采集。基于这些技术手段,我们对7个平板班级进行教学重构,并常态化开展三维融合教学的实践探索及研究。

此外,为向更多的班级、学科、年级推广,扩大该教学模式的应用面,南海小学面向全体教师推出涵盖七个学科(语、数、英、科、体、美、道法)、五个年级的16节精品课。其中,14节校内精品展示,2节推出区域展示。

(2)打造四位一体的教研共同体

转变教师备课方式,依托学校教研力量,与第三方研究机构合作,丰富教研活动与形式,组织专家讲座、网络研修、校内赛课及校际交流,组织基础教育领域专家打造专家团队、名师团队建立教研共同体,形成线上线下相结合的咨询、研讨、培训、服务四位一体的教研模式。本学期教师平均每周1.5次模式教研活动。

(3)构建基于大数据的教学质量评价体系

形成智慧管理与考评机制。利用“基于信息技术的教改实验”智慧课堂平台,及时获取教师参与状态,例如课程进度、备课情况、教学情况,利用大数据分析、挖掘教师的课堂教学中存在的问题并给予相应的指导,帮助教师改进教学,初步形成智慧课堂学生学习终端管理办法和智慧教学教师考核办法。学校采用的智慧教学平台能够记录丰富的自主学习数据、课中互动数据,同时学校还使用了AI高品质课堂分析系统,针对教师的教学行为做出高品质课堂的智能诊断分析,助力教师优化教学策略,提升教学质量。这两套数据来源互为补充,为我们建立一套智慧的教学评价体系提供了充分的依据。

(4)探索基于该模式的学科变式

拓宽该模式的广度、深度和辨识度。以信息化为引领,在所有学科中探索以问题导向的情境式、互动式、启发式、探究式、体验式的学科变式,如在体育学科中引入AI智能系统,线上教学也能实现趣味运动与同伴竞赛;将情境化、游戏化、项目式融入道德与法治学科,用信息技术为德育赋能,学生在情境中轻松掌握知识。学校将建立混班学习、线上线下混合式学习、居家与在校交替学习等新型学习制度,实施小学生在线研修计划,推进学习内容定制化、时间自主化、评价增值化、过程数据化,形成课堂学习与课外学习、真实环境与虚拟环境、线下学习与线上学习有机结合的新格局。

3.成果与成效

(1)成果突出

在探索基于信息技术的教学模式的过程中,教师张璞在深圳市小学英语教学能力大赛中获一等奖,在南山区第四届百花奖课堂教学比赛中,学校教师也取得重大突破,英语学科获特等奖第一名,信息技术学科、劳动学科均获一等奖。在2021年南山区教育教学课题评选中,学校获得12个课题立项,立项数量在全区名列前茅。同时,英语科组获得2022年度深圳市“减负提质”教学优秀科组。教师在之前的智慧教学模式的探索中,打造出11个优质课例,并在省市区级课例评选中获奖。2023年5月,学校又推出了“素养课堂”系列研讨活动之“基于教学改革、融合信息技术的新型教与学模式”展示课活动,面向七个学科,推出16节精品课,争取在更高的平台获奖。

(2)成效明显

学生发生变化。学生拥有更多的表达、更多的探究、更多的合作、更多的展示评价的机会。比如对语文科目的学习,学生会有更个性化的自主阅读和展示汇报机会。在数学科目中,学生先充分思考质疑,然后在探究中学习,学会了合作和交流。在英语学科中,学生在平台有更多的分享与交流、展示与评价的机会。平板班班级的学生对比其他班学生,合作探究和表达分享的习惯与能力得到显著的提升,学习兴趣更浓,信息技术素养更强。教师发生变化。参与实验项目的教师最大的体会是课堂角色的变化。教师在该模式下更多的是提供资源、设计情境、提供引导。以前教师是要成为演说家,现在是要成为一位“游戏策划师”和“学习合伙人”。课堂发生变化。好的课堂应该是情境生动、问题驱动、表达互动、思维灵动的,在三维融合教学的课堂中,可以充分体现以上“四动”。教师创设的教学情境真实生动,学生在课中合作探究时思维灵动,教师以师生、生生之间的表达互动推进以问题为导向的板块式的教学环节。在整个课堂中,不管是课前还是课中或者是课后,教师始终以学生为中心,引导个性化、精准化的学习路径。

(3)评价积极

深圳大学教育学院院长、智能教育研究中心主任曹晓明评价南海小学信息化教学探索:南山区南海小学是信息技术与教学融合创新的老牌强校,近20年来从未间断技术与教学的融合实验。学校多年摸索,探索出以高水平教改为核心,以协同化教研为抓手,以优质资源与智能平台为载体,以多样化课程与个性化学习支持为路径的“四轮驱动”立体化发展顶层设计。当前,学校紧扣智能技术与智能数据赋能南海打造智能化课堂的大背景,扎根课堂,打造了智慧课堂新模式,以数据为证据,以证据为依据,帮助教师快速掌握学情,动态调整教学决策,以学定教促进南海小学课堂教学高质量发展。该校的探索,体现了智能技术与智慧课堂的深度融合,研究经验及建构的特色化课程与资源,值得关注与推广。

(二)课程:把准智能德育“风向标”

1.模式与路径

南海小学一直致力于在课程育人中提升育人效果。2013年开始,学校探索开发富有价值的德育棋类游戏,丰富德育课程学习内容和学习方式,寓教于乐,让小学生成为德育课程学习的主体。在2014—2016年课程实施与实践的过程中,研究团队发现利用纸质版“立德航海棋”上下棋课存在一定局限:游戏形式变化不大,德育知识题量有限。对小学高年级学生而言,纸质版课程的学习趣味性不高,立德树人边际效应递减。为打破线下课程的局限性,学校开始考虑开发互联网环境支持下的数字版“立德航海棋”,期望可以利用游戏平台采集学生德育学习的数据,通过统计和分析,对学生德育知识学习和掌握情况进行量化和质性评价,从而进行有效激励和有针对性的干预。2016年9月,学校成功立项全国教育技术课题“情境式网络互动游戏下德育协同学习模式研究”,以此课题为契机,以“立德航海棋”为蓝本,学校决定将“立德航海棋”升级为线上版本,特聘请深圳大学师范学院曹晓明教授的团队,着手研发跨多终端的德育情境式教育游戏平台。从2022年开始,在深圳大学师范学院曹晓明教授的团队支持下,“立德航海棋”迈入新的3.0阶段,教师团队合力编著德育读本《在项目与情境中学习:儿童成长伴读》系列丛书,旨在将德育过程游戏化、活动化、体验化,学生在教师的指导下,以教材为依托,开展项目式学习。

2.实践与落地

(1)设计游戏互动情境

为了更好地渲染德育主题气氛,激发学生的学习兴趣,该平台设计了竞争情境、答题情境、协同情境、奖励情境、惩罚情境和互动情境六种游戏情境(图2)。

图2 游戏情境设计图

(2)设计教学情境

教师在课堂教学时可以通过主题解锁的方式对该堂课的游戏主题进行设置。例如,如果这堂课教师要讲的内容跟热爱祖国、文明礼仪和交通安全有关,那么教师就可以解锁这三个主题,这样学生在玩游戏时出现的德育题目都是跟这三个主题相关的,德育情境也是这三个主题情境,如图3所示:

图3 德育主题情境解锁(教师端)

(3)设计学习情境

本研究根据游戏的八大德育主题情境,搜集了大量的相关图片和视频,并将这些直观性非常强的图片资源和视频资源嵌入游戏答题情境中,让学生能够很容易就将现实生活情境与游戏情境联系起来,此时,游戏的情境就起作用了。

(4)设计混合情境

由南海小学和深圳大学曹晓明教授团队共同研发和编著的《在项目与情境中学习:儿童成长伴读》系列丛书,将具有学校特色的“立德航海棋”与现有国家课程道德与法治课进行深度融合,在学习相应的道法课程后,便可利用读本进行项目式学习,每个项目设置若干学习任务,以游戏化形式如角色扮演等方式进行学习,搭配了“立德航海棋”的纸质版游戏和情境式网络游戏,提供相应的测试题库,让儿童在游戏中深化学习内容、检验学习成果,每个项目最后用数字徽章方式令学生自我评价,从而构建完整的、立体化的德育课程。

3.成果与成效

(1)德育生态改善,德育效果凸显

南海小学学生以及家长积极参与“立德航海棋”校本课程的开发过程,课程开发的主体是教师与学生,德育校本课程开发的过程就是家校合力育人的过程,自“立德航海棋”课程实施以来,学校德育生态明显改善,学校德育工作效果突显,家长以及社区对学校德育工作满意率从90%提升到99%。南海小学获得“深圳市少先队红旗大队”和“南山区先进德育教育工作单位”等荣誉称号。

(2)教学相长,师生素养提升

“立德航海棋”的开发与应用,使道德与法治课程教师在德育内容、模式和德育资源的选择上更趋于开放和多元。情境式、游戏式、选择主题式、活动式德育蔚然成风。“立德航海棋”的历次更迭与应用,直接促进了德育教师方式的转变,开创了“线下教师课堂教学”和“线上游戏互动学习”相结合的教学模式。教师德育教学理念和德育素养得到提升,完成了国家级(中央电教馆)德育课题研究和两项区级德育课题研究,参与德育课题研究的教师近20人,教师发表德育论文10余篇(均被知网收录),其他德育类荣誉超60项;“立德航海棋”校本课程的实施,让学生的学习兴趣和参与程度得到极大提高。南海学子在各类德育评比中创造佳绩,2名学生获得省级“优秀少先队员”称号,1名学生荣获“广东省最美南粤少年提名奖”,其他德育类奖项10余项。

(3)实施效果显著,激发学生学习兴趣

立德航海棋德育课程实施呈现为动态调整样态,多轮次检验分析,并根据实践效果不断调整完善。网络版“立德航海棋”实施效果研究团队在南海小学开展教学实践、数据采集,并以董哲哲的教育游戏评价指标为蓝本,测试该款德育游戏的使用效果。“立德航海棋”2.0版本的应用评价标准分为五个维度:界面设计、情境性、协同性、教育性和功能设计。数据显示,63.22%的学生觉得游戏操作起来比较容易;72.42%的学生认为游戏很有趣,游戏中的任务、金币、积分等可以激发学习动机;87.36%的学生认为游戏中出现的学习内容能满足自己的学习需求。同时,“立德航海棋”2.0课程也得到广泛认可,获得南山区教育改革创新一等奖,入围广东省教育教学成果奖评选。而道法德育读本——《在项目与情境中学习:儿童成长伴读》系列丛书已经由湖南大学出版社出版。

(三)生态:打造创客教育“学习场”

1.模式与路径

STEAM中心教师积极探索不同形态的人工智能课程,通过自主研发校本教材、打造特色项目活动、建立校外基地等方式,推进人工智能在校园生根落地。从不同年龄阶段学生的经验和视角出发,遵循创客“创造表达”的规律,建立具有南海特色的科创教育课程体系,开设STEAM木艺创作课、创客沙画课、SDGs智造编程课等科创课程。同时,在专家团队指导下,学校对课程进行迭代更新,形成了信息技术背景下人工智能教育与学科背景下STEAM教育相结合的南海小学创客课程群,打破传统单一的课程体系,培养学生的多学科融合思维。编著的《校园花开》《儿童木造》先后由吉林科学技术出版社、吉林美术出版社出版,基于小学科学的PBL课程深圳之光课正在研发中。经过不断地实践研究,通过科学普及课程、科学精品课程、科学精英课程,南海小学形成了一个从全覆盖到进阶精英的科创教育体系,为培养新时代南海创新少年打下了坚实基础。

2.实践与落地

(1)内引外联,丰富创新人才培养实践平台

STEAM中心众多的科创类精品社团和研究性学习课题,成为学校发现和培养人才的重要载体,在科创教育实践中,学校注重为学生提供多元展示平台,通过举办校园科技节、创客嘉年华、科技达人秀等活动,为学生提供多元化的科技创意活动,发现和唤醒学生的创新潜能,提高学生对科技的兴趣,让科创活动走进学生日常生活。

(2)深化校企合作,多渠道推动创意项目落地

学校STEAM中心积极探索与区内外高等院校、科研机构和科技型企业合作协同,邀请知名教授、科研人员走进校园,开展以学校、企业、高校、科研机构、社区为单位的校内外线上线下交流活动,跨界融合“赋能”南海科创主阵地。学校深化校企合作,通过引进“外脑”,不断构建校外导师资源库,借助外力,搭建了高质量的科创成果孵化平台,引入企业以培养科技实物制造能力,促使实体创作和项目落地转化为特色的课程体系,给每个科创团队配备校内和校外“双导师”,补齐了从创意到项目落地的中间环节。

(3)开启“馆校合作”,助力“双减”促提质

在“双减”大背景下,学校用好“双减”减下来的时间,积极推动科创教育落地落实。学校创新运用“互联网+科普”模式,利用云科学课堂等线上渠道,助推双减工作,开展“航天科普大讲堂”等主题课程。假期组织南海学子参加市科技馆、科普教育基地等科普场所开展的探究式、场景式、体验式科普实践活动,为学生创造沉浸式学习体验,拓宽学生的科普场所及科创空间,为“双减”赋能。

3.成果与成效

科创教育的跨学科特性需要责任众筹,把社会力量整合起来,实现资源整合和共享,为学生打开了无限的想象空间,借助区域的硬件、师资等资源,为科创教育发展提供保障。学校通过内引外联、互动实践、校企合作、馆校合作等方式打造科技联盟,全面提升南海学子创新素养,着力培养科创英才,构建起多维度、多层次、立体化的科创教育体系。多年深耕,南海小学先后荣获“科创教育特色学校年度奖”、“深圳市基于教学改革、融合信息技术的新型教与学模式实验校”、“深圳市智慧校园”示范学校、2022年教育部教育信息化“双区”深圳市智慧教育示范校培育对象实验校等荣誉。未来,南海小学将抓住机遇,持续推动教育改革,为粤港澳大湾区和先行示范区建设贡献智慧和力量,走出科创教育的品牌化发展之路。

三、从今天到明天——面向未来教育的展望

(一)深化顶层设计,构筑“智慧大脑”

要想建设教育智能化,首先要构筑学校的“智慧大脑”,需要加强顶层设计,进行整体地谋划、系统地实施。学校建设的核心理念是以人的发展为本、提升育人品质。在整体架构上,以基础设施层、数据平台层和服务门户层为重点,建设要遵循安全性、易用性、兼容性的原则。建设路径以软硬件信息建设为基础,构建完善的智慧基础服务设施,深化场景应用。智慧校园建设并非一蹴而就,新技术日新月异,智慧育人环境建设应该在动态中有序推进、不断完善、持续投入。

(二)深度场景应用,推动“智慧管理”

学校把教学、科研融入智慧校园的创建过程中,以科学理论指导实践探索。通过课题研究,极大地深化学校教师对智慧校园、智慧课堂的理解,提高学科融合教学能力,促进教师专业化成长,推动智慧校园的实践运用。在智慧服务方面,智慧校园以服务师生、家长为宗旨,大数据处理技术让硬件变得更有“智慧”,智能硬件实现物物相连,让服务无处不在。比如,教学管理系统中的调代课模块,让繁琐的教务工作变得立体化、简单化、时效化;在线协同模块让各类材料上交、表格填写轻松便捷;群内直播模块让教学和学习时刻看得见、记得住、有回忆;校园监控系统可以设置电子围墙,进行实时监管和重点区域跟踪监控,在解放学校监控室人力的同时确保视频监控的时效反馈;管理审批模块让场馆使用更科学合理,让日常管理更简单清晰,让人事管理更人本体贴;家校沟通模块让家校共育氛围更和谐。

(三)深耕智能数据,实现“智慧育人”

学校将深化巩固“自学—探究—评价”三维融合的数智化新型教与学模式,以积极适应未来数字化社会的发展需求。南海小学将继续拓展这一模式的应用面,优化其各项指标和效果,形成一套可复制和推广的方法,并借助现代教育技术工具的支持,进一步提高学生的学习效率。同时,学校还将建立基于大数据的评价机制。因为传统的考试评价方式并不能全面有效地评估学生的综合素质和能力,所以,学校将更加注重基于大数据的评价机制的建立,通过采集和分析学生的学习数据和行为,可以更好地评估学生的认知水平、技能能力、情感态度等多个方面,以帮助学生实现全面发展。学校也将运用科学合理的方法检验这一评价机制的有效性,并将其作为全校的基本评价制度,以提高教育质量和竞争力。此外,学校还会积极探索人工智能在教学中的应用,发现更多的应用场景并将其运用到教学实践中,以提高教育教学效率和质量,实现教育的创新和升级。基于“学习共同体”而构建的在线“学习场域”,有助于开展项目化、个性化的深度学习。从“数字资源”向“大数据”“可视化”转变,通过对学生学习数据的收集整理、分析挖掘,从智能大数据中发现问题、解决痛点,让学习真正发生,实现“智慧共育”。