人工智能技术支持的教研应用研究 —以现代中庆智课系统为例
罗曦
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罗曦,. 人工智能技术支持的教研应用研究 —以现代中庆智课系统为例[J]. 人工智能研究,2022.1. DOI:10.12721/ccn.2022.157076.
摘要:
教研,也被称为教学研究。是在理论指导下对教学现象、问题和过程的研究活动,是促进教师专业发展的重要途径。作为教学中不可或缺的活动之一,人工智能在教研中的应用自然也成为了学者们关注的对象。基于上述背景,本文以现代中庆智课系统为例,对人工智能技术应用于教研进行介绍。
关键词: 教研人工智能技术行为识别
DOI:10.12721/ccn.2022.157076
基金资助:

近年来,人工智能技术的快速发展引起了国家的足够重视。2017年3月5日,国务院总理李克强在《政府工作报告》中提到,要加快培育壮大新兴产业,全面实施战略性新兴产业发展规划,包括人工智能产业。这是“人工智能”首次被列入《政府工作报告》[1]。同年5月,中国科学院院士褚君浩在华东师范大学举办“人工智能与未来教育”高峰论坛并做了题为“智能时代:智慧的教育是什么?”的报告;7月,国务院印发了《新一代人工智能发展规划》[2],提出了“智能教育”,进一步为“人工智能+教育”指明了发展方向[3]

一、 传统教研的局限性

教研活动是教师专业能力的重要途径,传统的教研活动主要包括教师理论学习、技能训练、自我反思等方面,对当时教师的专业能力发展有一定的促进作用,但存在着以下的局限性:一是传统的教研活动参加人数有限,无法满足广大教师自我发展的需求;二是传统的教研活动形式较为单一,以单向的知识传输为主,因此大多数教师只能被动地参与而缺少互动;三是无法帮助教师对教学过程中的出现的问题进行精准分析,多以个人经验为主。

二、 基于现代中庆智课系统开展新型教研

随着互联网的进一步发展和数字化校园的普及,传统的教研活动已经逐渐向新型的教研方向发展。许多教师已经开始借用专题网站和网络直播的形式开展教研活动[4]。这种全新的教研组织形式在一定程度上能解决传统教研活动中形式单一和参与人数有限制的问题,但还是存在脱离实际教学工作的现象, 不利于“实践—反思”取向的教师获得实质性的帮助[5]

而本文采纳的由现代中庆公司研发的中庆智课系统将课堂录播技术和动态人脸识别、行为识别以及OCR技术等人工智能技术相结合,把课堂上的师生作为分析对象,进行课堂教学基础数据常态化、伴随式的采集和即时化的分析,准确把握教学过程中出现的问题起因,支持教师开展教研活动。因此笔者拟从教师行为和学生行为两个维度对中庆智课系统如何支持教师教研进行分析。

(一) 教师行为

中庆智课系统将课堂行为划分为教师行为和学生行为进行数据采集。其中需采集的教师行为主要包括讲授、板书、巡视和师生互动等四类:

1. 讲授

系统基于行为识别等技术,将教师在讲台区面向学生主动的授课、讲解、演示行为均定义为讲授行为。在一节非练习型的课堂当中,讲授占比过多意味着该教师更加倾向于以教师为主导的教学方式,由此,教师能在教研中反思自己教学方式的合理与否。

2. 板书

教师在介质上进行书写的行为被系统定义为板书行为,这里的介质可以是黑板、白板或者电子屏幕。系统能识别教师的板书行为,对板书行为进行录播视频的打点定位。教师或教研员能快速的通过打点在视频中定位教师的板书,分析教师的板书设计存在的问题。

3. 巡视

系统将教师在学生区域的走动、观察和授课行为定义为巡视行为。因为巡视意味着老师能够更近距离的关注学生的课堂学习情况,指导学生学习,也便于老师能进一步得到学生的学习反馈。

4. 师生互动

在课堂上教师提问、学生应答,教师邀请一个或多个学生到讲台区域互动等均被系统识别为师生互动行为,教师可通过系统来反思自己设计的互动活动是否符合学生需要。

(二) 学生行为

在学生行为层面,系统主要采集听讲、读写、举手、应答和学生间互动等五类行为:

1. 听讲

如果系统识别出课堂上大部分的学生在端坐、抬头、听课时就将学生群体应该处于的行为定义为听讲行为。听讲的统计主要针对中小学教学,有效的听讲能反映出学生整体在课堂中的注意力、专注度,教师可以在课外来观察和分析学生课堂听讲时的注意力、专注度等数据,并根据实际情况调整自己的教学。

2. 读写

当多数学生在课堂中低头阅读和低头书写时,系统将整体行为统计为读写行为。在此系统中通常读写行为不做区分,因为读写行为在学生的行为中经常是连续出现,以读带写、以写促读,提升课堂学习的效率。在语文、英语等语言类课程中,读写的意义尤其重要。

3. 举手

在课堂上至少有一个学生举起手,此时系统就将该时刻学生的整体行为识别为举手行为。举手行为反映学生的课堂参与度和注意力,反映学生是否积极主动的参与课堂活动。

4. 应答

若课堂上有一个学生在站立应答,该时刻学生的整体行为被识别为应答行为。应答在教研中反映学生知识掌握的程度,系统能记录并分析识别学生的应答行为,对应答行为进行录制视频打点。因此,教师和教研员能快速的通过打点在视频中定位学生应答的内容,对学生学习中的薄弱环节进行定位,进而在后续的教学中对症下药。

5. 学生间互动

课堂中多个学生应答,或者小组讨论时,系统将课堂识别为学生间互动。学生间互动是多人的显性行为,优先级高于举手。当前我国教育注重学生的协作学习能力培养。强调学生的学习主体地位,系统将主体参与的主要行为表现规范在学生间互动和师生互动。

(三) 课堂报告

在系统完成一节课的数据采集之后,系统会实时生成一份教师授课的课堂报告。课堂分析报告的内容主要有课程信息、课堂教学行为分布、课堂学情散点图分布、ST教学模型分析和课堂知识点内容等五个方面。

课程信息的内容主要为课程的基本信息,如课程名称、采样时间、教师信息,课程类型和课程内容等;课程教学行为分布图主要反映教师授课和学生听课的各种整体行为分布情况。通过该数据,教师可以客观了解到一节课中各种教学活动的时间分配情况,结合自己的教学设计进一步改善教学;智课散点图是以学生为观察主体,基于行为识别技术反映学生课堂整体参与度和个体注意力统计趋势的图表。其计算方式为系统每2分钟统计一次全体学生的注意力,每2分钟统计一次单个学生的个体行为与整体行为的匹配度,教师通过该图能够了解学生整体及个体的课堂参与度和注意力。

三、 结语

我们正面临一个技术日益增强的时代,技术和人类社会不断地有效融合[6]。“人工智能+”是支持新型教研发展、提升教师专业能力的重要机遇。以数据挖掘、行为识别等为代表的人工智能技术已经逐渐开始融入我们的中小学教育全过程,并发挥着日益重要的影响。我们不能“唯技术论”,也不能仅关注教研[7],而是要将二者融合,以更加创新的思维来推动其发展。同时,如何构建可用性强、能与教学实践相匹配的新型教研模式等,都需要在未来进行更深入的理论与实践探索。

参考文献:

[1] 中国政府网.《政府工作报告》[DB/OL].[2017-03-16]. http://www.gov.cn/premier/2017-03/16/content_5177940.htm.

[2]国务院.新一代人工智能发展规划[DB/OL].[2017-08-24].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.html.

[3]吴永和,刘博文,马晓玲.构筑“人工智能+教育”的生态系统[J].远程教育杂志,2017,35(05):27-39.

[4]于海涛,安洪涛,王珺.面向教师专业发展的网络教研的有效实施策略研究[J].中国电化教育,2007(01):76-79.

[5]张瑞玲,赵秀英,甘文丽.面向教师专业化发展的网络教研实施策略研究[J].洛阳师范学院学报,2014,33(05):109-112.

[6]何克抗.21世纪以来的新兴信息技术对教育深化改革的重大影响[J].电化教育研究,2019,40(03):5-12.

[7]胡小勇,曹宇星.面向“互联网+”的教研模式与发展路径研究[J].中国电化教育,2019(06):80-85.

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