（论文）AI背景下的数学课堂创生课后作业设计

AI背景下的数学课堂创生课后作业设计摘要：“双减”后的课堂与教育人工智能深度融合，是培养德智体美劳全面发展的创新型人才的重要举措。教师将作业作为落实“双减”政策的着力点，依托点阵识别技术生成的大数据，开展精准教学，进行课堂创新，提出在课堂创新九环节中以作业设计“1314”模式，形成教-学-评一体化，真正减轻作业负担，形成高质量学习闭环。关键词：人工智能（AI）；课堂创新；作业设计；“1314”模式。一、引言：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”，由此意味着人工智能进校园已成为国家战略、加快人工智能在教育领域的创新应用已成为未来教育的方向，需着重加强人工智能与计算机及数学等相关学科的交叉融合。长期以来，“课后作业”异化为“家长作业”已成为热议的话题，如何让家庭作业回归育人本位，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[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教学的融合，重视大数据、人工智能对数学教学改革的推动作用,改进教学方式,促进学生学习方式转变[2]。在大数据环境融合教育人工智能技术的背景下，全过程探索并跟踪学生的学习情况。教师依托点阵识别技术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、学生学习闭环的“轻负担”和“高质量”。二、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[3]。教育人工智能背景下基于点阵识别技术的纸笔课堂应运而生，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，在点阵纸上书写，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。它有效保护师生的书写行为与习惯，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。使用纸笔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，形成高质量的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。1．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的核心驱动力[4]。笔者依托“人工智能课堂”平台，以数学学科为例，在云端备课，数据共享，开展精准教研。通过数据中心，实现教师优质资源众筹。教师的教学设计通过教育人工智能课堂九环（图2）产生的大数据分析，实现了教师从备课、上课、作业批改、个性化服务等环节的过程精准化。2．教育人工智能背景下的作业设计“1314”模式人工智能与教学的深度融合推动了教学改革，为“教”提质，为“学”增效，实现学生在课内学足学好，为“双减”赋能。在纸笔平台的支持下很好地回答了“在哪里、到哪里、怎么到、到了吗”的问题。“双减”的落实关键在课堂教学，重点在作业设计，基于人工智能的教学实现了及时互动，实现了基于学情的教学和作业设计，构建了自适应学习环境[5]。创造品质课堂使课堂改革再进阶，实现课堂过程可视化，减轻了作业负担，形成高质量的学习闭环，破解“双减”给家庭、教师、学生带来的诸多困惑。（1）教育人工智能背景下的作业设计“1314”解读“1314”模式中的第一个“1”代表一节课、一个复习单元、一节复习课、一套试卷讲评课、一个核心概念、一个题根变式等。“3”是指课中进行的“前测、中测、后测”。第二个“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。利用纸笔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。（2）教育人工智能背景下的课后作业设计实践模式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、精准分层、提质增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，开放题，综合实践题为主，题目新颖，内容有趣；题目数量不多，合理控制时长；弹性内容，给学生自由发挥空间；注重知识的能力，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。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、特困生的作业学生自助或教师协助完成。学生通过与教育机器人对话，打印出当天的课后作业，在国家规定的时间内高效完成。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作业，时时丰富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的仿真模拟讲解。纸笔平台记录学生作业的伴随数据，为下一节新知学习提供数据参考。学生在完成作业如果遇到困难，或者想增加挑战，家长还可以协助并监督孩子进行求助和升级。三、结语在“双减”的背景下，国家高度重视教育领域的突出问题，师生减负增效是当下急需破解的难题。百年大计，教育为本。教育关乎民族的创新创造，更关乎国家的前途和未来，培养什么样的人，为谁培养人都明确的写在教育的篇章里。如何促进教育的优质发展，全国人大代表刘庆峰表示要“深化人工智能应用，落实减负增效，推动智慧教育发展。”而以教育人工智能为背景的新技术在实践中已经体现出其在减负增效、因材施教、精准帮扶中的作用。以纸笔课堂为代表的新技术正在引领课堂改革，课堂大数据的分析正促进课后作业静悄悄的革命。新高考改革着力点便是课堂改革，因为它统领着教育改革的方向，指导着育人方式的转变，历练着核心素养的质量，进而重塑教育的未来。怎样开发课堂新动能，激发课堂新活力，创造课堂再进阶，优化课堂新生态。人工智能与教育的深度融合，让一切皆有可能。人工智能背后就是大数据，课堂的大数据可以为教学服务实现无缝对接。无论是传统的课堂讲授模式还是现代“高效课堂”模式，在人工智能背景下都能够发挥他们的最大优势。国家教育信息化2.0整体推进的当下，纸笔技术具有广阔的应用前景。随着纸笔课堂书写技术与教育人工智能的融合创新的表现在打通环节、衔接应用、提高互动、完善数据等方面更新换代，翻转课堂、双师课堂、混合教学、移动学习等信息化教学，对教学的创新将是划时代的变革[6]。教师的教研将根据国家课程围绕教材、学材二合一重新优化设计，实现点阵码教材·学材一本通，学生不再为太多的复习资料做不完、做不会而心生沮丧，家长也不用担心学生学不会而失去信心，教育的春天也一定会因为科技赋能而生机勃勃。参考文献[1]陈晓慧.“双减”时代智能技术的可为与能为——基于“家—校—社”协同育人视角[J].中国电化教育,2022,(4):40-46.[2]中华人民共和国教育部。义务教育数学课程标准(2022年版)[M].北京：北京师范大学出版社，2022.[3]杨晓哲,任友群.教育人工