线下传统课堂教学方法在AI赋能下的再应用

王磊

摘 要：课堂教学是一种历史悠久的场景，传统教学方法在人工智能应用浪潮的今天能发挥如怎样新的生机？本文通过对线下课堂的教学方法进行解构，提炼课堂教学中的主体实体及关系，依次探讨了应用AI技术的可能性及具体应用方式。

关键词：课堂;教学;AI;老师;教学内容;学生

1 研究的提出

课堂教学是人类教育行为的一种最基本的形态，自西周起，就有“塾”的形态，可以认为是我国课堂的最早形态。课堂教学的基本要素自古以来都很鲜明，包含老师、学生、教学内容三大主体，在“教室”这一特定的物理空间环境下，由老师向一位或多位学生传递教学内容。——这就构成了最基本的传统课堂的教学方式。

课堂教学，既随着时代的发展持续在发生着演变，也因历史时代背景、文化差异、老师理念的差异、师生关系的亲疏、教学内容的差异而呈现出不同的形态。例如汉朝实行“罢黜百家、独尊儒术”的文教政策，儒家思想被封建帝王定为一尊，变成了重要的社会统治资源，那么传递儒家文化就成为当时课堂（私塾）的主要职能。隋唐时期，科举制度的出现推动了私塾的发展。当时，科举考试主要是围绕儒家经典“五经”展开的。明清科举考试的重心向“四书”倾斜，而“四书”同样属于儒家经典的范围。此外，宋明理学家注重对儿童进行伦理教育，并制订乡规民约，推行社会教化活动。宋明理学的兴起，促成了族塾义学的兴盛。到了明清两代，《三字经》、《百家姓》、《千字文》成为最常见的儿童识字用书。《论语》、《孟子》属于经典读物，这时，也变成蒙学教材的一部分。而在这些通识的教材之外，塾师根据不同人的学习基础、接受能力安排课业，体现了因材施教的原则，例如清代，杭州城内著名的宗文义塾在条规中要求学生：“每日读生书，朗读百遍。” 到了近代，提倡新教育的人指责私塾不开设算术、历史、地理、格致，知识覆盖面过窄;教材长期不变，知识老化问题严重。显然，中国要想摆脱被动挨打的局面，不能不发展近代新教育。新中国成立后教育部根据《共同纲领》的文教政策，将全国私立中小学全部由政府接办，改为公立。进化为当代我国课堂教学的基本形态。

而在信息科技、人工智能与教育产业相遇的今天，各种先进的教育理念也在渗透教育从业者的心智。例如强调“以儿童为中心”的蒙台梭利教育理念，讲求对孩子的人格培养，反对填鸭式的教育，主张为孩子提供丰富的教材教具;又如STEM教育，STEM是科学、技术工程、数学四门学科的简称，最近又加上了一门艺术，强调多学科的交叉融合。我们可以通过解构课堂教学的一些基本要素，来探讨人工智能技术从哪些方面可以赋能课堂教学，从而带来知识传输效率的增进，和教学效果的增强。

与在线教育不同，线下课堂场景脱胎于传统的课堂教学，更具备AI赋能的可探讨性，因此本文的研究不涉及对在线教育领域的讨论，仅限于线下课堂教学方法的升级研究。

2 研究方法：透视课堂教学

我们对课堂教学的构成主体、要素、和关系进行梳理、拆解和透视。

我们发现在一个线下教室的环境中，共存在以下这些实体和关系，逐一分析它们在课堂教学环境中的价值和核心作用：

2.1 老师（实体），价值和核心作用包括

①讲授知识

②引导和陪伴练习

③传递知识以外的理念

④管控现场纪律

2.2 教学内容（实体），可能的形态包括

①书本知识

②口头传授的知识

③现场板书

④动手实践

2.3 学生（实体），核心价值包括

①听讲吸收

②当堂练习

③回答问题

④响应教学内容

2.4 老师-教学内容（关系），核心动作包括：

①临场传递

②提前备好并分发

③将教学内容作为课后补充

2.5 老师-学生（关系），核心动作包括：

①知识单向传递关系

②问答互动关系

③对全体的管控关系

④一对一关注和交流关系

⑤激发激励关系

2.6 教学内容-学生（关系），核心动作包括：

①学生使用教学内容，吸收消化理解

②动作上，包括看、听、动手操作、练习

③学生对教学内容提出反馈，在教学内容基础上增补自己的见解

2.7 学生-学生（关系），核心动作包括：

①共同学习

②互相探讨

③竞争关系

④榜样和互相学习关系

在我们对课堂中的实体和关系做出分解和价值分析之后，我们就能够进一步研究，每一项价值，可以由怎样的AI技术和工程方案来进行赋能。当然，我们也需要明确用AI赋能课堂实体和关系的目的是什么。

3 探讨AI对课堂教学中的实体和关系进行赋能的目的和价值

AI技术能基于对人的理解，模拟人的行为和判断，对传统必须由人完成的事情，形成智能化的解决方案。其天然的好处包括：①能保障动作品质的低线 ②可大规模应用和复制 ③能提高效率，并做若干件需要串行做的事情 ④能留存数据，從而有利于AI自身的迭代以及过程的复盘。

在课堂教学这个领域，由于教学过程中的实体和关系能做到如上所述的分解，每项传统动作的目标价值也相对明确，引入AI技术的赋能是有可行性的。AI赋能的目的和价值，也应与传统教学方法所希望达成的目的和价值一致，并带来增值。我们基于对应用了智慧课堂解决方案的教育机构及学校的调研，能够洞察到教育从业者在课堂教学中引入AI技术的价值诉求：

（1）提升教学内容的表现力

（2）提升老师的授课效率和品质

（3）提升老师和学生之间的互动效率

（4）提升课堂学习氛围

（5）提升学生吸收知识的效率

（6）提升课堂数据的可视化程度

（7）解放人力，将重复性工作交给AI

基于此，我们可以将AI对课堂教学赋能的目标价值，归纳为：效率、效果、品质、数据化。围绕着这个目标价值体系和教育工作者的现实诉求。我们探索了AI技术赋能线下传统课堂教学方法的具体应用。

4 AI技术赋能线下传统课堂教学方法的具体应用

结合AI赋能的目标价值，再基于课堂教学中各实体、各关系的功能价值，我们可以将AI在这些实体和关系节点上能应用的场景进行盘点。找出可以实践的应用场景，结合教培行业的真实实践案例，阐明价值，预测方向。同时吗，结合在教学场景下，AI与人的分工关系：

老师的功能

讲授知识——可以构建知识图谱，将确定度高的知识片段电子化，交给AI进行数据化调度。（AI承担部分工作后，人可以更多关注学生）引导和陪伴练习——基于AI技术对学生状态的识别，通过虚拟的AI形象对学生在课堂上的状态（如专注度）进行提醒（AI为人提供辅助信息判断）。传递知识以外的理念——仍然由人完成。管控现场纪律——基于AI技术对现场状况的识别，通过虚拟的AI形象对学生在课堂上的状态进行提醒（AI为人提供辅助信息判断）

教学内容的形态

书本知识——改变载体，讲书本知识转化为数字化信息。如智能课件、电子书等;则AI可以承担信息检索、知识点的智能调度。 （AI作为工具）口头传授的知识——将典型的、可重复的讲授型知识，交给AI形象进行讲解，通过影视化手段呈现，叠加丰富的AI特效和表现力，强化知识呈现的效果。（AI承担部分知识传授后，人可以做更有针对性的补充）现场板书——改变载体，通过智能黑板呈现知识内容的同时，将老师的板书书写也通过电子笔触落在智能黑板上。则AI技术能对板书进行信息处理和检索。（AI作为工具）

动手实践——通过AR/VR技术，结合可交互硬件（如智能黑板、平板产品），模拟实现动手实践环节。（如物理、化学、生物实验），获得更逼真的效果。（AI作为工具）学生的动作，听讲吸收——在课堂现场加装智能收音设备，课堂知识的重难点要点可以被重复吸收。（AI作为工具） 当堂练习——学生可以通过可交互硬件实现当堂练习，获得即时的判断反馈。（AI为人提供辅助信息判断）回答问题——学生可以通过可交互硬件实现对老师提问问题的回答，获得即时的判断反馈。（AI为人提供辅助信息判断）响应教学内容——学生对教学内容的响应可以被智能语音设备进行收录，通过AI技术可以判断学生的响应是否热烈，从而有助于老师调整课堂设计。（AI为人提供辅助信息判断）

老师-教学内容的关系

临场传递——仍然由人完成。提前备好并分发——AI可以将学生和知识做更好的匹配。（AI作为工具） 将教学内容作为课后补充——AI可以将学生和知识做更好的匹配。通过判断学生课堂的学习掌握情况，而智能调度相应的教学内容在课后补充给学生。（AI作为工具）

老师-学生的关系

知识单向传递关系——AI技术在知识的单向传递过程中能捕获学生的状态和微妙的反馈，如通过表情、语音的识别来判断学生对知识的接受兴趣和程度。（AI为人提供辅助信息判断）问答互动关系——通过智能硬件实现问答互动，从而记录学生的正确率。（AI作为工具） 对全体的管控关系——基于AI技术对现场状况的识别，通过虚拟的AI形象对学生在课堂上的状态进行提醒。（AI为人提供辅助信息判断）一对一关注和交流关系——仍然由人完成。 激发激励关系——由智能系统进行辅助，AI技术对学生状态和学习数据进行综合判断后，对优秀的学生发出奖励;对后进的学生发出鼓舞。 （AI为人提供辅助信息判断）

教学内容-学生的关系

学生使用教学内容，吸收消化理解——学生借助智能设备学习教学内容（AI作为工具）

动作上，包括看、听、动手操作、练习——智能设备将教学内容的演绎更加淋漓尽致。如更丰富的影像和声音;如AR和VR技术下更直观的模拟操作和练习。（AI作为工具）学生对教学内容提出反馈，在教学内容基础上增补自己的见解——学生通过智能设备对教学内容提出反馈，包括音频、视频、文字等形式。AI技术进行整合分析和处理。（AI作为工具）

学生-学生的关系

共同学习——在课堂教室环境内，AI技术营造氛围，提升学生共同的注意力。（AI作为工具）互相探讨——通过AI技术实现学生之间的匹配组队，促成讨论环境。（AI为人提供辅助信息判断）竞争关系——通过AI技术实现一些点对点的竞技功能，如匹配程度相近的学生进行现场竞技。（AI为人提供辅助信息判断）榜样和互相学习关系——AI技术针对学生的学习数据进行处理分析，将不同方面表现优异的学生推为学习榜样。（AI为人提供辅助信息判断）

综上，我们通过分析和实践发现，AI技术可以赋能和武装线下课堂，作为人的工具、为人提供辅助的信息判断、或者解放人的部分精力。通过在老师、教学内容、学生，以及三者之间的相互关系上发挥赋能作用，起到强化教学效果、提升教学效率、增强学习氛围、提升课堂的数据化程度等作用。

5 结语

线下课堂教學历史悠久且广泛存在，积累了丰富的教学方法。透视课堂中的每一个主体和主体之间的价值传递关系，就能发现在人工智能技术被广泛应用于教育行业的今天，我们可以如何具体的、实际的应用AI技术，既发扬出传统教学方法的能量，又能提升知识传递和学生学习的效率，从而构建出真正意义上的智慧课堂。

参考文献：

[1] 杨红云， 雷体南. 智慧教育：物联网之教育应用[J]，2018.

[2] 胡进文. 基于物联网的智慧教室方案设计与实现[J].2019.