（论文）教育人工智能背景下的课堂创新与作业设计

近年来，人工智能在教育领域中的应用被广泛热议，2020年，欧盟委员会发布了《人工智能白皮书》,旨在为“塑造欧洲数字未来”提出新的战略方向。我国同样高度关注教育领域中人工智能的应用，国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知(国发〔2017〕35号)明确指出“我国发展人工智能具有良好基础，要大力发展智能教育”,由此意味着人工需着重加强人工智能与计算机及数学等相关学性的影响。课堂是教育的主阵地、立德树人的主战场，推动“五育”并举的根据地。“双减”育人本位，在教育治理方面被视为教育的焦点问题。在《深化新时代教育评价改革总体方案》文件中，中共中央、国务院特别强调评价工具要创新。智能技术赋能减”政策实施，是全面提升育人成效，促进教育均衡发展的重要方向[1]。2022年4月21日教育部颁布的《义务教育数学课程标准(2022年版)》着重强调要注重信息技术与数学习情况。教师依托AI智慧平台生成的大数据为支撑，提前了解学生的学习起点，并借助人工智能的“智能化、个性化、精准化、多元化”为学生的学习进行私人定制，开展精准教学，进行课堂创新，进而达到课程标准中提到的不同的人在数学上得到不同的发展，为推动教育系统的深层次变革提供技术保障，为师生真正减负创建绿色的育人环境。本文基于人工智能技术和教育机器人的无缝对接为学生学习中伴随性数据储能蓄力，逐步探索出一套面向全员、全学段、全程的精准学习、评估、辅导的机制，以实现家庭、老师、学生教师任务重、工作强度大、在校时间长是当前教师工作的突出可以有效减少教师工作量，辅助教师进行多层次任务的设计、学习资地根据学生的初始能力、学习兴趣等，为每个学生设计个性化的学习计率，为学生推送个性化学习内容，自动化批阅练习任务，及时提供反促进教育公平、推动教育创新的历史使命。在质量提升上，要决边际效用递减的问题[4]教学质量的提升要基于学情，教育深层次改革都是在课堂创新中得以持续并长足发展，因此当前的教育教学方式仍要再优化。“双减”政策的制定与实施是我国建设高质量教育体系的内在要求，其实践过程中关乎“家-校-社”多个责任主体。智能技术赋能多方主体协同落实“双减”政策实施，是全面提升育人成效，促进教育均衡发展的重要方向[5]。发挥学校教育主体作用，构筑“家-校-社”协同育人新格局，通过技术赋能，作业的提质增效还学生发展时间和空间，为学生生命质量创造良好的生态。教书育人中凸显学生的中心位置和主体角色，提升自主合作意识，追求平等自由对话，获得精神迭代成长，展开前瞻性的深度学习，提升学习的品质和品味，将人文关怀渗透到家校社共育的全过程。传统的教学模式中课前、课中、课后以及课后个性化服务等各个环节的学情诊断都缺少大数据支撑。课堂的诊断大多数情况还是以主观判断为主，即使有少量的数据支撑，也形不成数据链，无法做到帮助学生定性分析、定量分析。教师的教学经验和课后反思也偏向于经历过和知其然的表征上。信息技术与教学的融合仅仅停留在提高效率、节省时间的层面上，根本做不到真正的进行课堂诊断和精准理解学情。借助人工智能推动课堂变革的呼声越来越高，专家提出利用智能可视化、动态自适应、个性化定制、虚拟双师、人机协同等赋能课堂变革新样态[6]。具体的实施举措也在示范校开展得风生水起，卓有成效，其中教育人工智能服务课堂具体举措最受教育同行的高度关注。三、教育人工智能背景下的课堂九环创生课后作业“1314”模式教育人工智能是运用人工智能技术，以全过程大数据作为基础，以机器学习等算法模型进行分析、模拟、预测与判断，构建自适应学习环境，形成人机耦合的教学生态，发现学习发生机理，为学习者创造新型学习条件，促进现代化教育智能治理[7]。教育人工智能背景下基于AI智慧平台的讯飞课堂应运而生，它为精准把握学情，精准教学、精准开展课后服务、精准作业分层等提供了优质、绿色、低碳等广阔的应用前景。教学中，利用智慧笔，在智慧平板上书写，学生作答轨迹、思路展现、过程痕迹都会被记录并存储，并能全程、全面地展示学生的认知过程和认知特点。它通过与教育机器人等原有多媒体设备融合、教师端和学生端共融互通，对学生课堂学习、课后作业数据实时统计、即时反馈，实现了学生学习过程的数据化、可视化。使用AI智慧技术与教育机器人的有机配合，学生在课前、课中、课后、课余全场景的思维和行为活动数据即时呈现出来，形成高质量的学习闭环在技术上已经成熟，“双减”背景下的课后作业给家庭、教师、学生带来的诸多困惑也得以消除，教育人工智能背景下的课堂九环创生课后作业“1314”流程(图1)值得借鉴和推广。它根据学生的当堂表现，收集学生学习数据，依据数学知识图谱下学科素养所描述的“三会”指标，借助人工智能进行综合分析，为学生课后作业的个性化提供支撑，学生完成作业后形成个人知识图谱，与课标中知识图谱对照，进行查缺补漏，进而丰富校本资源题库，形成高质量“教-学-评”一体化的教学流程。相信随着技术的不断迭代升级，它为教育高质量发展注入强劲动力未来可期，为国家培养更多的创新型人才赋能增智。(一)教育人工智能背景下课堂九环实施人工智能主导的新一代信息技术与教育教学深度融合，已成为课堂教学颠覆式创新变革智能课堂九环(图2)产生的大数据分析，实现了教师从备课、上课、作业批改、个性化服1.课堂前测定位学情2.研读教材自主探究涂抹、分析思维的“卡点”,通过智能系统生成的学生学情图谱(图3)。重点关注在导学3.小组讨论同伴互助4.点评导学精讲精练模仿是最初的学习，是最有效的学习方法之一，数学教学中很多课型的教师示范引领不可或缺。此环节，经典例题解析后的精练是模仿学习的开始，此环节教师承前再出发，对学生进行赏识、点评导学，鼓励和激发学生的学习热情，再次点燃学生学习的欲望，展示教师精心准备的例题，在精讲后利用AI智慧平台开始限时训练，课中知识点的检测也在此时开启，后台记录、跟踪，为每位学生进行“画像”,构建出学生自己的“知识图谱”,进而分析学生对新知的学习效果的综合评估。5.错题留存延展拓深例题教学后，全体学生的知识达标雷达图在AI智慧平台清晰记录，共性错误在展评环节讨论、辨析解决并进行留存，已备后续检测再跟踪，个别错误在同伴互助中同步解决。已经领悟的知识进行延伸拓展，对本节中的重点、难点、疑点进行整体评估，为学生的综合学习效能报告提供参考依据。6.课堂检测学以致用新课的关键流程此时已经开始收尾，学生掌握的整体效果如何，教师推送AI智慧平台生成的练习进行课堂检测，检验学生当堂的学习效果，迅速了解学情，也为学生设计个性化课后作业提供参考。结束后，再次发挥AI智慧平台的回放、对比、点对点查找功能适时进行课堂补救，提升课堂效率，让课堂在精准教学中再次进阶。7.畅所欲言交流收获新课结束，学生在AI智慧平台专享社区进行总结，自我建构知识体系，整理自己学习疑惑，收录优秀同学的笔记，畅谈自己的学习心得(文字、微视频),在课堂现场或者AI智慧学习社区进行课后分享。8.闭眼观想回顾反刍顶叶和额叶皮层的两个脑区进行深度加工，课堂异常的安静，学生在静默中潜意识发生作用并进行重点反刍，对重点、难点、延伸点进行再领悟，经常性的训练，数学思维脑触突会变得更加强大，脑部右侧颞叶区与“关系不大”的信息建立连接，神经系统突然配对成功[9],顿悟时常就在眼睛“一闭一睁”之间发生。9.课堂后测内化所学“考试”功能，进行高效作业。此环节数据封闭，答题结束后，后台在教育人工智能智慧平台支持下进行自动批阅，少数题目教师手动批阅，根据课堂中每位学生的课堂综合表现数据，自动匹配形成数据链，建立每位学生完整的数据库，结合知识细目表下对应的能力层级对学生掌握情况进行智能分析，为学生课后作业进行精准设计，通过教育机器人为学生推送“四位一体的学习共同体”(图4)下私人定制的课后作业。(二)教育人工智能背景下的作业设计“1314”模式与实践反思在课内学足学好，为“双减”赋能。在AI智慧平台的支持下很好地回答了“在哪里、到哪工智创造品质课堂使课堂改革再进阶，实现课堂过程可视化，减轻了作业负二个“1”是达成一个目标：使学生从学会变成会学，进而提升学生的数学学科素养。“4”是指根据课堂中大数据分析，自动(辅助)生成的基础性、发展性、拓展性、反刍性的课后作业。在教育人工智能背景下，开发云端数字教研，定期开展个人备课，集体备课等活动。利用AI智慧平台下丰富的学科资源，建立学科教师个人题库、校本题库，为高质量的教学与作业构建高质量教育人工智能背景下的作业闭环(图5)。基于教育人工智能背景下课前、课中、课后的大数据，设计个性化、效的课后作业包含基础巩固作业、发展提升作业、拔高延展性作业反刍自选作业。作业内容围绕教学目标展开；注重教学重点内容的训练；以主观题，开放目新颖，内容有趣；题目数量不多，合理控制时长；弹性内容，给学知识的能力，方法态度习惯价值观等方面的培养。在教育机器人辅助下开展“双驱·自循环”作业模式(图6)。根据课堂智能分析报告，绝大多数学生的作业由教育机器人自动生成，少数学生在不可控因素下(课堂无法采集到数据等)的作业、尖端生、特困生的作业，学生完成后再次通过自动拍照回传到班级社区，教师端接收到智能批阅后学生的个人作业题库，学生也可以再次与机器人对话，完成错题纠正，聆听智慧语音下教师考。学生在完成作业如果遇到困难，或者想增加挑战，家长还可以协助(1)作业的满意度调查结果分析本次调查的样本是课题实验班104位学生，调查采用问卷星进行数据收集，学生问卷设置5道选择题和1道开放性问答题。问卷进行SPSS信度分析，学生卷标准化Cronbacha系数：0.792。研究数据信度系数值都高于0.7,说明综合数据信度质量高，可用于进一步分析。分析结果显示，学生对“双驱自循·环模式”下作业适量的满意度接近100%,对推送的分层作业适合自己高达95%以上，AI智慧平台计时显示的完成作业的时间，与学生反馈都能在30分钟以内完成数学作业相一致，学生对数学学习的主动性和自信心增加达99%,完成作业感到身心愉悦的达98%。开放型问答题是请学生用一个关键词描述自己现在的专属数学作业的感受和对课后作业的建议如图7所示。综上可知，学生对现在的作业模式满意，教育人工智能下课后作业设计达到了预期的效果。(2)学生“一分三率”成绩分析义务教育阶段均衡分班的前提条件下，采用相同的数学试题卷节和期中