基于人工智能的小学英语课堂问答互动系统设计与应用

摘 要：人工智能作为一种新兴技术，其在教育教学中的应用不仅能够提升教师的教学质量，还能够有效提升学生的学习积极性。因此小学英语教师需要在日常教学中积极应用人工智能技术进行课堂问答互动。基于此，本文首先对小学英语课堂问答互动系统需求进行了分析，之后对这一系统的设计细节进行了探讨，最后结合实际案例对小学英语课堂问答互动系统的应用进行了阐述，希望能够推动小学英语课堂教学的健康持续发展。

关键词：人工智能；小学英语课堂；问答互动系统

作者简介：戴丽燕，福建省南安市水头中心小学。

英语作为小学阶段的重要学科之一，对学生综合素养的提升有着重要作用。在新课程改革背景下，小学英语教师需要充分利用课堂教学时间，提升课堂的互动性，以便让学生能够在课堂活动中更熟练地掌握英语知识。人工智能技术的出现，为小学英语课堂问答互动系统提供了新的设计思路。因此，深入分析基于人工智能的小学英语课堂问答互动系统设计与应用具有十分重要的现实意义。

一、概念表述

（一）人工智能技术

人工智能技术是一种模仿人类行为、延伸人类智慧的技术。在具体使用中，这项技术涉及语言学、心理学、计算机科学等领域。人们应用这项技术能够有效提升自身的工作效率，完成复杂任务。目前这项技术已经在无人驾驶、智能医疗、智能语音助手等领域得到了有效应用。而在教育领域，人工智能技术已经成为教育信息化发展的基础技术之一。

（二）小学英语课堂问答互动系统

小学英语课堂问答互动系统是一种有效的工具，用于增强学生的课堂参与度和提高学习效果。系统内置智能题库，教师可以从题库中随机抽取问题，根据自己的需要定制特定的问题进行提问。学生可以通过使用电子设备（如平板电脑、智能手机或专用应答器）来回答问题。系统可以即时反馈、记录和分析每个学生的回答情况，为教师提供学生的学习进度和表现数据，以便更好地调整教学策略。还可以根据学生的回答情况，推送个性化的学习资源，帮助学生巩固薄弱环节。系统需要保证学生的信息安全，同时鼓励家长参与，家长可查看孩子的学习进度、与孩子一起回答问题等。

二、小学英语课堂问答互动系统需求分析

（一）用户需求分析

传统的小学英语教学中，教师多采用灌输式教学模式。在这种教学模式下，学生的课堂互动需求无法被满足，进而导致学生的学习积极性较差。小学阶段往往采用的是大班教学模式。在传统教学模式下教师无法确保与每个学生进行有效的互动。而人工智能技术出现后，教师可通过人工智能技术与学生进行互动。这样不仅能够对学生的学习情况进行实时了解，还可以提升学生的学习积极性。课堂问答互动系统的用户可以分为两类，分别是教师、学生。学生需求分析关注激发学习动力、提升语言能力、个性化学习路径和即时反馈机制，以满足学生的好奇心、提高学生的学习效果和满足其个性化学习需求。而教师需求分析则聚焦提高教学效率、提升学生参与度、实时跟踪学习进度以及易用性和稳定性，以帮助教师高效教学、调整教学策略并降低技术门槛。

（二）功能性需求分析

小学英语课堂问答互动系统功能性需求分析主要关注系统应具备的核心功能，以确保其能满足实际教学需求。系统的主要功能包括教学管理、账号管理、班级管理、学情统计、使用帮助以及消息通知等。系统需要支持多样化的问答形式，如选择题、填空题、简答题等，以提高学生的参与度和语言应用能力。同时，系统还应提供即时的反馈和评价，帮助学生了解自己的学习状况，从而及时调整学习策略。此外，系统还应具备学生管理功能，允许教师跟踪学生的学习进度，并为每个学生提供个性化的学习建议。通过这些功能性设计，系统能够为小学英语课堂创造一个互动、有趣且高效的学习环境。

三、小学英语课堂问答互动系统设计思路

（一）总体设计思路

该系统采用分层设计理念，将系统划分为不同的层次以实现多个功能。包括用户端、接入层、业务层、微服务、基础服务等，具体结构架构见图1。

（二）系统功能结构设计

根据系统需求分析，可以将系统功能结构分为五个模块（见图2），分别是账户管理、教学管理、学情统计、使用帮助以及班级管理。账户模块包含登录、注册、忘记密码、注销账户、设置等功能。教学管理模块包含任务进度查看、布置任务、下发任务、批阅任务等功能。学情统计模块包含学生学习数据统计、班级学情等功能。使用帮助模块包含智能客服、帮助与反馈功能。而班级管理模块包含加入班级、退出班级、解散班级、创建班级等功能。

（三）课堂互动模块设计

课堂互动模块的设计旨在借助人工智能技术使学生在小学英语课堂获得智能化、个性化和趣味性的学习体验。同时，创意元素的加入有助于激发学生的学习兴趣和积极性，提高课堂互动效果和学习成果。

1.问题生成与展示。在数字化和智能化的教育环境下，小学英语课堂问答互动系统的设计与应用显得尤为重要。该系统的一大核心功能就是根据学生的学习水平和课程进度，智能地生成适合的问题。这不仅要求系统具备强大的数据分析能力，还需要有灵活多变的问题生成机制。

首先，系统会根据学生的历史学习数据、课堂表现以及教师的反馈来评估学生的学习水平。学生的历史学习数据涉及学生的词汇量、语法掌握情况、口语表达能力等。系统会根据这些信息，结合当前课程的进度和教学目标，生成一系列难易程度适中的问题。

在问题的展示上，系统充分考虑了小学生的认知特点和兴趣偏好。传统的文字问答可能无法长期吸引学生的注意力，因此系统支持以文字、图片或动画等多种形式展示问题。例如，对于某些与日常生活紧密相关的问题，系统可以用生动的图片或动画来展示问题，让学生在轻松愉快的氛围中回答问题。

此外，问题的展示方式还可以根据教学需要进行灵活调整。例如，在复习阶段，系统可以展示一系列的问题卡片，每张卡片上有一个问题，学生需要逐一回答。而在新课教学中，系统则可以通过动画的形式，引导学生逐步探索新知识，并在探索过程中提出问题，激发学生的学习兴趣。

2.学生回答接口。学生可以通过文字输入、语音输入或触摸屏选择答案。针对文字输入，界面应提供虚拟键盘或手写板；针对语音输入，界面应显示一个“START”的按钮，并在学生回答时显示一个麦克风图标。

3.即时反馈与评价。系统应在学生回答后即时给出反馈，如“You're right”或“Try it again！”。同时，系统还应根据学生的回答给出相应的评价，如“Excellent！”或“Awesome”。

4.积分与奖励机制。为了激励学生积极参与，系统设置了积分与奖励机制。每次正确回答问题，学生都可以获得一定的积分。积分可以用来兑换虚拟奖品或实物奖品，以此提高学生的学生积极性。

课堂互动模式的设计需要结合人工智能技术，凭借人工智能的分析与学习能力，提高学生的学习参与度，增强师生互动，提高教学效率和培养学生的英语综合运用能力，创造了一个更加活跃、高效、个性化的学习环境，使教学更加符合现代教育的需求，同时推动小学英语教学持续创新和发展。

（四）数据存储应用

在系统设计中，数据库可以分为分析数据库、业务数据库以及缓存数据库。

1.分析数据库。系统利用腾讯云Snova数据库作为分析数据库，设计人员需要将不同的数据存储业务下发至Segment节点，并对客户端与客户进行权限认证，确保客户的使用权限。

2.业务数据库设计。系统可以根据用户需求将不同的概念模型保存在业务数据库中，其中较为常见的数据库信息包括用户的姓名、头像、年龄、性别等信息，以便用户能够在系统中进行操作。由于一所学校包含多个班级，因此学校与班级之间的关系是一对多的关系，而班级中可以包含不同的互动小组，因此小组与班级之间也是一对多的关系。在业务数据库中使用MySQL数据库进行存储，所以设计过程中面向周边不同规模的教育机构进行了数据采集，并且将不同的数据进行分区设计，确保用户可以对数据进行快速查询。

3.缓存数据库。为了提升客户的访问速度，系统将临时数据存储在缓存数据库中，实现教师对信息数据快速读取。缓存数据库的更新方式包括主动刷新和过期失效，以便降低缓存数据库的运行压力。

四、人工智能技术在小学英语课堂问答互动系统中的应用

以外研社小学英语三年级下册Module 3 Unit1“I like football.”的教学为例。本单元的主要教学目标是让学生掌握 like、football、basketball等词汇，并且能够在口语交流中使用“I like...”“I don't like...”等句型讨论自己的兴趣爱好。首先，在教学开始之前，学生与教师需要通过移动终端登录问答互动系统，教师查看学生的账号登录情况，确保每个学生都能够顺利使用问答互动系统。由于部分学生是第一次使用，所以在登录时会遇到问题。这时教师就需要利用使用帮助模块，帮助学生顺利登录系统。在登录之后，教师需要借助互动模块，为学生播放学生打篮球、踢足球的视频。在播放过程中，系统能够借助摄像头拍摄学生的整体关注情况。在视频播放完毕之后，教师需要根据学生的表现进行教学导入，如果部分学生注意力不集中，教师可以对其进行提问，引导其将注意力投入到课堂中，如提问“Do you like sports？ How long ago was the last time you played football？”。在教师提问过程中，系统会根据需要将教师的语言翻译成中文，并在学生的屏幕中进行显示。之后，教师需要通过系统为每个学生播放不同类型的图片，可以是老虎张大嘴巴的图片，也可以是楼顶向地面观察的图片，这时学生就会由于害怕说不喜欢这类图片。之后，教师通过系统将“I don't like”或者夸张的表情包展现在屏幕上，让学生深入了解这个句型如何使用。

教师为学生讲解课文，以图片的形式展现拓展新词，包括football、table tennis等，之后利用系统为学生布置互动任务。系统根据学生在课堂上的表现，为其设置互动对话任务。例如，通过人工智能分析，系统为学生提供了以下对话练习：“What sports do you like？”“I like running.”。系统会对学生的错误发音进行纠正。如果发现有错误、不流畅的情况，系统会进行示范，并引导学生进行再次回答。当学生给出我喜欢跑步之后，系统会表达“I don't like running， I love to play football.”，通过这种形式与学生进行对话练习。在互动结束之后，系统会根据学生的表现进行打分，教师可以根据评分情况对学生的知识掌握程度进行评价，并且针对学生整体薄弱的知识点进行巩固讲解并练习。此外，教师还可以在系统后台查看实时反馈，并进行课堂教学评估。通过这种教学方式，学生能够在课堂上实现有效互动，并且对自身的口语能力进行充分锻炼，而教师也能够针对学生的学习情况对教学进度和方式进行调整，以便持续提升教学质量。

五、结语

在数字化与智能化的浪潮下，本文探索了人工智能技术在小学英语课堂的应用，以及基于人工智能的小学英语课堂问答互动系统的设计与应用。通过实践与研究，我们可了解人工智能为传统教育带来的革新与活力。小学英语课堂问答互动系统的设计与应用，不仅有助于提升小学英语课堂的互动性和趣味性，更在无形中培养了学生的自主学习、协作学习和创新思维能力。人工智能的即时反馈与个性化推荐，使学生能够在自我探索中不断进步，享受到学习的乐趣与成就感。人工智能在教育领域具有巨大应用潜力和广阔应用前景。随着技术的不断进步，未来的教育将更加智能化、个性化和多元化。期待更多的教育工作者和技术专家携手合作，共同推动人工智能在教育领域的深入应用，为培养更多具有全球视野和创新精神的人才贡献智慧和力量。

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