以人工智能助力“互动课堂”：城乡教育一体化的县域探索

仇大成

摘要江苏省盐城市滨海县教师发展中心以基于人工智能的“城乡结对互动课堂”建设实施为抓手，推动城乡优质教育资源共建共享。一是借助模态分解等技术开展在线集体备课，通过构建学科知识图谱、开发互动式教案学案、提供组合式课程资源包，为异地同步教学做好准备。二是依托云计算和机器学习等技术升级学习环境、优化教学节奏、促进合作学习、做好答疑辅导，提升课堂教学效能。三是全方位智能采集师生教与学的数据进行动态评价，并通过智能化分析为师生自动规划后续学习方案。四是开展教师网络研修活动，促进教师间的多向沟通和互动合作，助力教师专业成长。

关键词 互动课堂；人工智能；城乡结对；云计算；机器学习；自适应学习

中图分类号G63

文献标识码B

文章编号1002-2384（2023）02-0034-03

针对城乡义务教育发展不均衡的突出问题，近年来，江苏省滨海县教师发展中心以信息技术与教育教学深度融合为抓手，在全县着力推进基于人工智能的“城乡结对互动课堂”（以下简称“互动课堂”）的建设实施，通过将城乡义务教育学校结对并组织引导其共同备课、上课、评价和研修，发挥优质学校和优秀教师的辐射带动作用，推动城乡优质教育资源共建共享，提升乡村教师教学水平，从而让更多学生享受公平而有质量的教育。

“互动课堂”采用“云、端、网”的环境架构，包括云平台、云课堂（主讲教室、听讲教室、终端教室）及教育专网和互联网等。在具体操作上，“互动课堂”以“1+N”（N≤3）为主要教学组织模式，“1”是指一个主讲教室（主讲学校），“N”是指N个听讲教室和终端教室（听讲学校）。在主讲教室，由主讲教师为城乡两地学生进行同步授课；在听讲教室，听讲教师辅助主讲教师开展教学活动；同时对“互动课堂”教学进行摄录并制作成视频课件，形成听讲学校的常态化校本资源供多个终端教室点播学习。本文主要从以下四方面简要阐述我们在“互动课堂”运行中的思考与探索。

有效的集体备课、充分的教学准备是保证双师课堂教学质量的前提。利用“互动课堂”云平台的知识圖谱、模态分解等技术，城乡两地教师可以实现协同高效的在线集体备课，共同备教材、备学生、备教法、备课件，为异地同步互动教学做好准备。

1. 数据挖掘，构建学科知识图谱

依托“互动课堂”云平台，两地教师可以灵活运用深度学习、大数据等功能模块，对现有的教材、教学设计、教学资源等内容进行数据挖掘，梳理归纳各学科知识点、思维点，构建学科知识图谱，进一步优化课程内容结构。在具体实施中，我们主要从学科核心素养、学科学段目标、学生年龄特点等方面对中小学各学科知识图谱进行规划设计，利用相关技术重组知识，分析、绘制和显示学科知识点及思维点之间的联系，并通过知识树、思维导图等形式实现知识图谱的可视化表达。

2. 协同设计，开发互动式教案学案

在传统的双师课堂教学模式中，往往以主讲教师为中心，听讲教师参与度相对欠缺。针对这一问题，“互动课堂”云平台基于人工智能模态分解技术，在对前期课堂行为记录分析的基础上，对主讲教师和听讲教师进行角色动作分解，让两地教师协同备课，按照“导入-探究新知-巩固练习”的框架共同设计学习任务单。在教学设计中，教师要兼顾两地学生的学习情况和能力水平，突出异地互动学习的组织和两地教师的切换，注重学生的自主学习，关注教学实效。根据学习需要，两地教师还可以设计课前导学单和课后拓展性练习，作为常规教学的补充。

3. 智能规划，提供组合式课程资源包

两地教师立足学科知识图谱，围绕具体学习主题，以重难点知识讲解、典型问题解答、阅读指导、实验指导、实践活动等为主要内容，制作多媒体影音课件，形成组合式课程资源包，并融合国家和省市智慧教育学习平台，构建共享学科知识库。这是“互动课堂”常态运行的重要模块。组合式课程资源包基于自适应学习系统运行，可以根据每个学生的学习进度情况、针对薄弱知识点，为其智能规划适合的学习路径、制定个性化学习方案。此外，根据听讲学校师生需求，主讲学校还可以及时推送分享优质课件、作业等学习资源。

课堂教学是“互动课堂”实施的主要渠道和关键环节。依托云计算、机器学习、智能配对等人工智能技术，“互动课堂”充分展现了其高速度、强交互的特色与优势，为两地师生开展双向、即时、互动的学习活动提供了强有力的技术支撑，有效提升了课堂教学效能。

1. 平台升级，创设高效学习环境

我们通过以下手段，着力为“互动课堂”教学创设高效、交互、立体的学习环境。首先，我县为区域内学校教室配备了较完善的视听设备，包括摄像机、自动跟踪系统、全向麦克风等，以此打好硬件基础。其次，我们进行“互动课堂”云平台升级，一方面优化网络传输，另一方面运用计算机视觉、自然语言处理等人工智能技术对音视频运行数据进行压缩采集，有效解决了“互动课堂”前期音画不同步、主讲教师动态跟踪延迟、两地学生互动不顺畅等问题。最后，利用智能识别技术，通过嵌入式设备自动采集师生的语音、图像、视频等“互动课堂”学习生成信息，丰富、整合课堂行为数据。

2. 教师合作，把握互动教学节奏

一方面，“互动课堂”教学是基于个性化的学习，两地教师引导学生根据教学内容和自身需要从“互动课堂”云平台上自主选择课程资源包，基于学生的学习进度和程度制订不同的学习计划，以帮助学生更有针对性地开展学习。另一方面，依托云平台的全场景动态过程性数据采集，两地教师互相配合、合理规划和安排互动教学环节及节奏，主讲教师要兼顾本班学生和异地师生，协调两地学生发言展示的比例和顺序，与在听讲教室的师生保持持续的交流与互动；听讲教师则要积极引导本班学生紧跟主讲教师教学、专注于学习重难点和互动关键点。此外，两地学校还尽可能创造条件，让主讲学校教师到听讲学校与学生进行现场教学互动，以降低两地师生之间的疏离感。

3. 学伴配对，促进城乡学生合作学习

“互动课堂”建设实施的重点目标在于加强城乡学生互动交流，缩短两地学生在学习文化、方式、能力等方面的差距。因此，在教学过程中，我们注重推进小组合作学习，两地教师可以通过“互动课堂”云平台，采用智能化学伴配对的方式将两地学生打通组合、异质分组，使不同学校的学生在交流合作的过程中实现优势互补、相互促进，激发出更多的学习动机和学习兴趣，并利用云平台和多种其他应用，实时记录分享小组合作学习的过程与成果。在具体合作学习的方式上，两地教师根据学习主题，组织学生在线参与汉字书写、分角色朗读、互动配音、数学博弈等游戏，运用智能识别技术获取学生的图像、语音、动作、表情等信息，增强两地学生在小组合作中的深层次互动，凸显人工智能支持下交互式合作学习的效率与优势。

4. 精准指导，实现答疑效果最优化

为听讲学校学生进行答疑辅导是“互动课堂”教学的重要组成部分。当学生在学习中遇到困难或问题时，可以通过拍照上传的方式向两地教师提问。在答疑过程中，一方面，主讲教师利用组合式课程资源包，引导学生梳理问题、分析问题、探寻解决问题的路径；另一方面，听讲教师针对学生的学习关键点、疑难处进行个别具体辅导，指导学生通过观察、操作、思考等将抽象的问题具体化，并适时与主讲教师互动。此外，基于部分学生提出的学习问题，“互动课堂”云平台可借助机器学习模型预测学生普遍的学习难点、疑点和漏点，两地教师对此共同研讨，每周安排答疑课对共性疑难问题进行专题指导，并在课堂教学中着重讲解、演练疑难知识点，实现答疑辅导效率最大化。

我们以新时期的教育评价改革理念为指导，在推进“互动课堂”的过程中借助信息技术全方位智能采集师生教与学的数据，对学生的学习和成长进行动态评价，并通过智能化分析为师生自动规划后续学习方案，以大数据支撑教与学的过程优化。

1. 智能采集学习数据，实现动态评价

依托“互动课堂”云平台的智能采集技术，学生可以实时在线提交文字、语音、图像、视频等多种形式的学习反馈，教师在教学过程中则可以便捷地汇总两地学生的学习行为、结果和成果，包括朗读、书写、实验操作、作品创作等。基于采集到的数据，我们一方面强化过程评价和增值评价，即两地教师利用云平台的个人（小组）网络学习空间，动态评价展示学生在近一周或一个月内的学习过程、进步及成果，让学生直观地感受到自己的成长和变化，激发学生自主学习的兴趣和动力[1]；另一方面引导学生互评，即教师在云平台展示优秀学生作品并组织评星等活动，引导学生积极向他人学习、不断完善自我。

2. 智能分析学习现状，实现自动决策

“互动课堂”云平台可以根据师生教与学的现状，智能规划后续学习方案。一方面，两地教师组织学生利用课后服务时间自主学习，在此过程中，云平台的自动化分析程序可以对学生提交的作业或练习进行智能化分析，基于组合式课程资源包推荐适合学生的拓展练习和后续学习环节及内容，实现自适应学习；同时，两地教师共同关注、监督学生的学习过程，从思维、方法、技巧等方面对学生进行评价，并利用思维导图、交互课件等指导学生巩固薄弱知识点、提升思维品质。另一方面，通过智能教学系统，云平台可以全面获取师生教与学的状态及行为数据，包括教学环境物理状态信息、教师教学状态信息、学生生理与心理状态信息等，并通过智能化分析自动规划后续行动方案，辅助教师科学调整教学进度和内容，实现教学过程的整体优化。

除了常规的教学活动外，我们还通过开展基于“互动课堂”的教师网络研修活动，以智慧教研助力教师的专业成长。

1. 多角色网络远程互动，彰显智慧教研效能

我们结合利用“互动课堂”云平台和江苏省网络名师工作室平台，开展网络远程研修活动，组织两地教师、县教研员和有关专家开展在线观摩评课及交流研讨活动。在“互动课堂”观摩课上，听课教师可以通过云平臺对教学进行实时点评，给予定量评价或定性评价，还可以发起讨论。课后，教研员和评课专家从信息技术应用、教法运用、教材实践等方面对“互动课堂”教学进行评价评分。在此过程中，不同地域、背景的教师就同一教研专题进行交流探讨，相互聆听学习、取长补短，参与“互动课堂”教学的教师也可以根据同行和专家的讨论点评不断完善教学内容及课堂组织。网络远程研修较好地发挥了“互动课堂”作为教师“研究的平台、成长的阶梯、辐射的中心”的智慧教研效能。

2. 开展翻转教研活动，创新教师研修模式

借助“互动课堂”混合研修移动应用工具，各参与学校通过准备阶段向前“翻转”、备课阶段深度“翻转”、活动后持续“翻转”三个阶段开展翻转教研活动，强化教师间的多向沟通和互动合作，实现了教师研修模式的有效创新。在研修活动准备阶段，参与教学展示的教师通过“互动课堂”云平台向前“翻转”，就教学内容、研修主题等与参与观摩听课的教师进行交流分享。在“互动课堂”备课阶段，两地教师利用混合研修移动应用工具的问卷、讨论等功能模块，开展小组讨论、案例分享、主题辩论等多种形式的研修活动，共同完成学习任务单设计、微课制作等课前准备工作。研修活动结束后，评课专家对“互动课堂”教学及教师研修情况进行多角度反馈点评指导，进一步强化参与教师对专题学习内容的理解和掌握。

参考文献：

[1] 陈明珠.核心素养理念下网络学习平台在高中信息技术课程中的应用[J].信息系统工程，2021（12）：165-168.

（编辑 黄子珂）