人工智能助力教育因材施教

高小军

2017年8月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，文件提出：“利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系。开展智能校园建设，推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用。建立以学习者为中心的教育环境，提供精准推送的教育服务，实现日常教育和终身教育定制化”。《中国教育现代化2035》提出，“互联网、人工智能等新技术的发展正在不断重塑教育形态，知识获取方式和传授方式、教和学关系正在发生深刻变革”。

人工智能已真正来临，教育当未雨绸缪。作为全国教育信息化应用名校的宁夏银川市第二中学，2017年便开始了“AI+教育”新模式、新方法、新理念的探索与实践。

构建智慧课堂，重塑课堂生态

互联网、人工智能等技术正引发全球新科技革命，教育领域深受影响。利用大数据的海量信息储备、精准数据化分析，未来的学校将打破信息孤岛，演变成一个个由网络学习中心和一个个实体学习中心构成的学习社区。面对信息技术提供的多元化学习方式，从2017年开始，我校积极构建智慧课堂，致力于信息技术与学科教学深度融合。学校教师主动学习人工智能理论，掌握信息技术，将大数据引入课堂，把传统的课堂引向信息化，引向交互式，激发学生兴趣，点燃学生思维，沸腾教师热情，让课堂变得鲜活起来。

在银川二中课堂上，有些教师利用“随机选人”功能，有效地激励学生积极参与课堂，也为每位学生提供了展示机会;有些教师利用“作业点评”功能，在课堂上将“典型作业”调出全班展示并讨论，有效地解决了作业中存在的问题;有些教师利用“拍照讲解”功能，使所有学生Pad同屏，实现学生360度无死角观看课堂展示;有些教师利用智能评测功能，对学生课堂朗读情况进行实时评测，并利用人机对话让每个学生对错误读音进行训练和修正;有些教师利用智能批改功能，对学生英语作文实时批改，并根据统计分析结果开展高效的英语作文训练和讲评。伴随着云计算、大数据、物联网、移动通信、人工智能等信息技术与教学的紧密结合，我校将课堂内的基础设施（网络、终端、教室等），资源（教材、图书、讲义等），应用（学习、教学、管理等）延伸至课堂外，将信息化技术服务于教学全过程，并实现了理念、环境、模式等的转变和教学质量的提升。

一是重塑教育教学理念。把教学从依赖主观教学经验转向依据客观教学数据的精准教学，克服了传统课堂主要依靠教师的个人教学经验对课堂上学生的学习进行预判断的状况，用直观的数据真实了解学生知识的掌握情况，用数据描述学生的个性化特征和差异，据此实施精准教学。二是构建智能化教学环境。各种新型智能信息技术的应用，让课堂变成了数字化“体验场”，在教学过程中采取多元的交互协作，增进教师与学生之间的沟通交流，开展协作和探究学习，帮助学习者建构知识。三是创新智慧教学模式。借助智慧课堂信息化平台，在课前通过预习和测评反馈，实现“以学定教”;在课中通过实时检测和互动，实现“精准教学”;在课后通过智能化练习推送和微课式辅导，实现“因材施教”。规避了传统的“班级授课制”中长期存在的“以教师为中心”的基于经验的教学预设。四是重构智能化评价与管理。智能化教学环境下，教学评价与管理的方式也发生根本性变化。基于智慧课堂的应用，通过全过程学习数据分析，构建动态学习诊断与评价新体系。

开发数据教研，助力精准教学

在核心素养理念指导下，教育大数据已经作为工具、媒介和方法融入教研活动的各个层面，使学校教研活动有依据、有方向、更精准、更实效，成为促进学校教学变革的核心力量，推动学校教学改革向纵深发展。2019年，学校投资建设大数据教研中心，为智慧课堂提供数据支撑。借助大数据平台、人工智能、云计算等高科技手段，将教学变为大数据分析和人工智能辅助个性化学习，为每个学生提供个性化、定制化的學习内容、方法，从而激发出学生深层次的学习欲望，真正实现个性化教学。两千多年前，孔子提出的“有教无类、因材施教”的教育理想将变为现实。人工智能还可以有效减轻教师负担，帮助教师将更多的精力投入创新性和启发性的教学活动中，如情感交互、个性化引导、创造性思维开发，不断为教师赋能。

在大数据精准教学系统的辅助下，有些教师在试卷讲评课上通过提前标注典型错误卷，并且对错误原因进行标注，对优秀试卷进行展示，让学生进行“自我反思”并通过错误原因备注进行纠错;有些老师则在题型归类、错因分析及资源拓展的基础上，富有针对性地进行知识点的再巩固与再掌握，从而让学生学会查漏补缺，学会总结;有些老师则迅速确定学生共性问题，重点分析讲解，并有针对性地推送类似题目，当堂训练，强化巩固，大大提高了课堂效率;有些老师则按时间、知识点等多维度查看学生详情，及时了解学生知识点掌握情况、学业波动情况，开展个性化辅导。我校将人工智能和大数据深度融入教学流程，通过全场景过程性动态数据采集，构建以学习者为中心的学业评价体系，充分挖掘数据价值，促进课堂教学的整体优化与变革，有效改进教育方式，提升教学质量。

一是实现精准评价。依托多元的数据采集方式，实现全场景动态数据的采集与分析，形成可信、多元、多层级评价报告，一方面帮助师生了解学生的知识缺陷、发现能力特长，另一方面挖掘班级共性薄弱点与教学重难点，建立双向教与学反馈机制，实现精准教学评价。二是优化教学决策。全程记录教学数据，提供单次、历次、区域等多维报告，为教育教学工作者发现教学问题以及其背后关联、开展教育教学活动发挥指导作用，为教学管理提供合理、科学的决策支持。三是促进模式创新。基于全场景动态性数据的伴随式采集与分析，有效支撑教师教学方式与学生学习方式的变革，快速、精准定位讲评重点，创新教学模式，改变课堂教学结构和组织形式，提升讲评效率和讲评质量，真正做到减负增效;精准定位学生学情，根据学生真实作答数据诊断每个学生的知识点掌握情况，为每位学生构建知识图谱，打造高效个性化学习环境。四是提升教学质量。对教师而言，智能阅卷技术将教师从繁重的批改工作中解放出来，依托大数据精准教学系统，以技术补充经验，用数据驱动教学，支持差异教学、分层辅导，可以有效提升教学效果;对学生而言，依托人工智能+大数据，收到不一样的优质学习资源，变革了学习方式，改善了学习效果。

开展人工智能创新教育，培养AI专家

人工智能深刻改变了学校育人目标和人才培养方向。正如机器取代简单的重复体力劳动一样，人工智能将取代简单的重复脑力劳动，翻译、客服、快递员等都可能成为消失的职业，传统社会就业体系和职业形态也将因此发生深刻变化。为了适应和应对这种变化与趋势，教育必须回归人性本质，必须褪去工业社会的功利烙印。当人工智能成为人的记忆外存和思维助手时，学生简单地摄取和掌握知识以获取谋生技能的育人目标将不再重要。教育应更加侧重培养学生的创新性思维、批判性思维、结构化思维、创造力、协作力、表现力等多方面能力，帮助学生在新的社会就业体系和人生价值坐标系中准确定位自己。教育目标、教育理念的改变将加速推动培养模式、教材内容、教学方法、评价体系、教育治理乃至整个教育体系的改革创新。

“我们先输入主人的信息，也就是脸部照片，再启动人脸验证程序。如果验证的结果，符合我们输入信息的时候，我就用‘小丸子的声音合成欢迎回家……”在学校特色人工智能课堂上，老师通过问题引入、探索实践活动、创客编程等环节，极大地激发了学生兴趣。截至目前，我校已开展人工智能创新教育校本课程近1年，授课次数超过200次，参与学生超过300人。学生对人工智能技术的发展历程、原理、应用有了全面的了解，大幅度提升了我校学生的沟通能力、协作能力、创新能力、实践能力等核心素养，助力学生未来发展。

在古代，太子读书需要诸多角色协同：太子太师教文，太子太傅教武，太子太保保护安全，还有专门的陪读人员。未来，在人工智能技术（A.I.）成熟的条件下，希望每个孩子都能像太子一样读书，人工智能能够为每一位孩子提供成体系的服务，精准定位学习盲区、量身定制学习方案，真正实现梦寐以求的“因材施教”，我校也将持续走在“AI+教育”探索之路上。