王磊

摘 要：課堂教學是一種歷史悠久的場景，傳統(tǒng)教學方法在人工智能應用浪潮的今天能發(fā)揮如怎樣新的生機？本文通過對線下課堂的教學方法進行解構，提煉課堂教學中的主體實體及關系，依次探討了應用AI技術的可能性及具體應用方式。

關鍵詞：課堂;教學;AI;老師;教學內(nèi)容;學生

1 研究的提出

課堂教學是人類教育行為的一種最基本的形態(tài)，自西周起，就有“塾”的形態(tài)，可以認為是我國課堂的最早形態(tài)。課堂教學的基本要素自古以來都很鮮明，包含老師、學生、教學內(nèi)容三大主體，在“教室”這一特定的物理空間環(huán)境下，由老師向一位或多位學生傳遞教學內(nèi)容。——這就構成了最基本的傳統(tǒng)課堂的教學方式。

課堂教學，既隨著時代的發(fā)展持續(xù)在發(fā)生著演變，也因歷史時代背景、文化差異、老師理念的差異、師生關系的親疏、教學內(nèi)容的差異而呈現(xiàn)出不同的形態(tài)。例如漢朝實行“罷黜百家、獨尊儒術”的文教政策，儒家思想被封建帝王定為一尊，變成了重要的社會統(tǒng)治資源，那么傳遞儒家文化就成為當時課堂（私塾）的主要職能。隋唐時期，科舉制度的出現(xiàn)推動了私塾的發(fā)展。當時，科舉考試主要是圍繞儒家經(jīng)典“五經(jīng)”展開的。明清科舉考試的重心向“四書”傾斜，而“四書”同樣屬于儒家經(jīng)典的范圍。此外，宋明理學家注重對兒童進行倫理教育，并制訂鄉(xiāng)規(guī)民約，推行社會教化活動。宋明理學的興起，促成了族塾義學的興盛。到了明清兩代，《三字經(jīng)》、《百家姓》、《千字文》成為最常見的兒童識字用書?！墩撜Z》、《孟子》屬于經(jīng)典讀物，這時，也變成蒙學教材的一部分。而在這些通識的教材之外，塾師根據(jù)不同人的學習基礎、接受能力安排課業(yè)，體現(xiàn)了因材施教的原則，例如清代，杭州城內(nèi)著名的宗文義塾在條規(guī)中要求學生：“每日讀生書，朗讀百遍。” 到了近代，提倡新教育的人指責私塾不開設算術、歷史、地理、格致，知識覆蓋面過窄;教材長期不變，知識老化問題嚴重。顯然，中國要想擺脫被動挨打的局面，不能不發(fā)展近代新教育。新中國成立后教育部根據(jù)《共同綱領》的文教政策，將全國私立中小學全部由政府接辦，改為公立。進化為當代我國課堂教學的基本形態(tài)。

而在信息科技、人工智能與教育產(chǎn)業(yè)相遇的今天，各種先進的教育理念也在滲透教育從業(yè)者的心智。例如強調(diào)“以兒童為中心”的蒙臺梭利教育理念，講求對孩子的人格培養(yǎng)，反對填鴨式的教育，主張為孩子提供豐富的教材教具;又如STEM教育，STEM是科學、技術工程、數(shù)學四門學科的簡稱，最近又加上了一門藝術，強調(diào)多學科的交叉融合。我們可以通過解構課堂教學的一些基本要素，來探討人工智能技術從哪些方面可以賦能課堂教學，從而帶來知識傳輸效率的增進，和教學效果的增強。

與在線教育不同，線下課堂場景脫胎于傳統(tǒng)的課堂教學，更具備AI賦能的可探討性，因此本文的研究不涉及對在線教育領域的討論，僅限于線下課堂教學方法的升級研究。

2 研究方法：透視課堂教學

我們對課堂教學的構成主體、要素、和關系進行梳理、拆解和透視。

我們發(fā)現(xiàn)在一個線下教室的環(huán)境中，共存在以下這些實體和關系，逐一分析它們在課堂教學環(huán)境中的價值和核心作用：

2.1 老師（實體），價值和核心作用包括

①講授知識

②引導和陪伴練習

③傳遞知識以外的理念

④管控現(xiàn)場紀律

2.2 教學內(nèi)容（實體），可能的形態(tài)包括

①書本知識

②口頭傳授的知識

③現(xiàn)場板書

④動手實踐

2.3 學生（實體），核心價值包括

①聽講吸收

②當堂練習

③回答問題

④響應教學內(nèi)容

2.4 老師-教學內(nèi)容（關系），核心動作包括：

①臨場傳遞

②提前備好并分發(fā)

③將教學內(nèi)容作為課后補充

2.5 老師-學生（關系），核心動作包括：

①知識單向傳遞關系

②問答互動關系

③對全體的管控關系

④一對一關注和交流關系

⑤激發(fā)激勵關系

2.6 教學內(nèi)容-學生（關系），核心動作包括：

①學生使用教學內(nèi)容，吸收消化理解

②動作上，包括看、聽、動手操作、練習

③學生對教學內(nèi)容提出反饋，在教學內(nèi)容基礎上增補自己的見解

2.7 學生-學生（關系），核心動作包括：

①共同學習

②互相探討

③競爭關系

④榜樣和互相學習關系

在我們對課堂中的實體和關系做出分解和價值分析之后，我們就能夠進一步研究，每一項價值，可以由怎樣的AI技術和工程方案來進行賦能。當然，我們也需要明確用AI賦能課堂實體和關系的目的是什么。

3 探討AI對課堂教學中的實體和關系進行賦能的目的和價值

AI技術能基于對人的理解，模擬人的行為和判斷，對傳統(tǒng)必須由人完成的事情，形成智能化的解決方案。其天然的好處包括：①能保障動作品質的低線 ②可大規(guī)模應用和復制 ③能提高效率，并做若干件需要串行做的事情 ④能留存數(shù)據(jù)，從而有利于AI自身的迭代以及過程的復盤。

在課堂教學這個領域，由于教學過程中的實體和關系能做到如上所述的分解，每項傳統(tǒng)動作的目標價值也相對明確，引入AI技術的賦能是有可行性的。AI賦能的目的和價值，也應與傳統(tǒng)教學方法所希望達成的目的和價值一致，并帶來增值。我們基于對應用了智慧課堂解決方案的教育機構及學校的調(diào)研，能夠洞察到教育從業(yè)者在課堂教學中引入AI技術的價值訴求：

（1）提升教學內(nèi)容的表現(xiàn)力

（2）提升老師的授課效率和品質

（3）提升老師和學生之間的互動效率

（4）提升課堂學習氛圍

（5）提升學生吸收知識的效率

（6）提升課堂數(shù)據(jù)的可視化程度

（7）解放人力，將重復性工作交給AI

基于此，我們可以將AI對課堂教學賦能的目標價值，歸納為：效率、效果、品質、數(shù)據(jù)化。圍繞著這個目標價值體系和教育工作者的現(xiàn)實訴求。我們探索了AI技術賦能線下傳統(tǒng)課堂教學方法的具體應用。

4 AI技術賦能線下傳統(tǒng)課堂教學方法的具體應用

結合AI賦能的目標價值，再基于課堂教學中各實體、各關系的功能價值，我們可以將AI在這些實體和關系節(jié)點上能應用的場景進行盤點。找出可以實踐的應用場景，結合教培行業(yè)的真實實踐案例，闡明價值，預測方向。同時嗎，結合在教學場景下，AI與人的分工關系：

老師的功能

講授知識——可以構建知識圖譜，將確定度高的知識片段電子化，交給AI進行數(shù)據(jù)化調(diào)度。（AI承擔部分工作后，人可以更多關注學生）引導和陪伴練習——基于AI技術對學生狀態(tài)的識別，通過虛擬的AI形象對學生在課堂上的狀態(tài)（如專注度）進行提醒（AI為人提供輔助信息判斷）。傳遞知識以外的理念——仍然由人完成。管控現(xiàn)場紀律——基于AI技術對現(xiàn)場狀況的識別，通過虛擬的AI形象對學生在課堂上的狀態(tài)進行提醒（AI為人提供輔助信息判斷）

教學內(nèi)容的形態(tài)

書本知識——改變載體，講書本知識轉化為數(shù)字化信息。如智能課件、電子書等;則AI可以承擔信息檢索、知識點的智能調(diào)度。 （AI作為工具）口頭傳授的知識——將典型的、可重復的講授型知識，交給AI形象進行講解，通過影視化手段呈現(xiàn)，疊加豐富的AI特效和表現(xiàn)力，強化知識呈現(xiàn)的效果。（AI承擔部分知識傳授后，人可以做更有針對性的補充）現(xiàn)場板書——改變載體，通過智能黑板呈現(xiàn)知識內(nèi)容的同時，將老師的板書書寫也通過電子筆觸落在智能黑板上。則AI技術能對板書進行信息處理和檢索。（AI作為工具）

動手實踐——通過AR/VR技術，結合可交互硬件（如智能黑板、平板產(chǎn)品），模擬實現(xiàn)動手實踐環(huán)節(jié)。（如物理、化學、生物實驗），獲得更逼真的效果。（AI作為工具）學生的動作，聽講吸收——在課堂現(xiàn)場加裝智能收音設備，課堂知識的重難點要點可以被重復吸收。（AI作為工具） 當堂練習——學生可以通過可交互硬件實現(xiàn)當堂練習，獲得即時的判斷反饋。（AI為人提供輔助信息判斷）回答問題——學生可以通過可交互硬件實現(xiàn)對老師提問問題的回答，獲得即時的判斷反饋。（AI為人提供輔助信息判斷）響應教學內(nèi)容——學生對教學內(nèi)容的響應可以被智能語音設備進行收錄，通過AI技術可以判斷學生的響應是否熱烈，從而有助于老師調(diào)整課堂設計。（AI為人提供輔助信息判斷）

老師-教學內(nèi)容的關系

臨場傳遞——仍然由人完成。提前備好并分發(fā)——AI可以將學生和知識做更好的匹配。（AI作為工具） 將教學內(nèi)容作為課后補充——AI可以將學生和知識做更好的匹配。通過判斷學生課堂的學習掌握情況，而智能調(diào)度相應的教學內(nèi)容在課后補充給學生。（AI作為工具）

老師-學生的關系

知識單向傳遞關系——AI技術在知識的單向傳遞過程中能捕獲學生的狀態(tài)和微妙的反饋，如通過表情、語音的識別來判斷學生對知識的接受興趣和程度。（AI為人提供輔助信息判斷）問答互動關系——通過智能硬件實現(xiàn)問答互動，從而記錄學生的正確率。（AI作為工具） 對全體的管控關系——基于AI技術對現(xiàn)場狀況的識別，通過虛擬的AI形象對學生在課堂上的狀態(tài)進行提醒。（AI為人提供輔助信息判斷）一對一關注和交流關系——仍然由人完成。 激發(fā)激勵關系——由智能系統(tǒng)進行輔助，AI技術對學生狀態(tài)和學習數(shù)據(jù)進行綜合判斷后，對優(yōu)秀的學生發(fā)出獎勵;對后進的學生發(fā)出鼓舞。 （AI為人提供輔助信息判斷）

教學內(nèi)容-學生的關系

學生使用教學內(nèi)容，吸收消化理解——學生借助智能設備學習教學內(nèi)容（AI作為工具）

動作上，包括看、聽、動手操作、練習——智能設備將教學內(nèi)容的演繹更加淋漓盡致。如更豐富的影像和聲音;如AR和VR技術下更直觀的模擬操作和練習。（AI作為工具）學生對教學內(nèi)容提出反饋，在教學內(nèi)容基礎上增補自己的見解——學生通過智能設備對教學內(nèi)容提出反饋，包括音頻、視頻、文字等形式。AI技術進行整合分析和處理。（AI作為工具）

學生-學生的關系

共同學習——在課堂教室環(huán)境內(nèi)，AI技術營造氛圍，提升學生共同的注意力。（AI作為工具）互相探討——通過AI技術實現(xiàn)學生之間的匹配組隊，促成討論環(huán)境。（AI為人提供輔助信息判斷）競爭關系——通過AI技術實現(xiàn)一些點對點的競技功能，如匹配程度相近的學生進行現(xiàn)場競技。（AI為人提供輔助信息判斷）榜樣和互相學習關系——AI技術針對學生的學習數(shù)據(jù)進行處理分析，將不同方面表現(xiàn)優(yōu)異的學生推為學習榜樣。（AI為人提供輔助信息判斷）

綜上，我們通過分析和實踐發(fā)現(xiàn)，AI技術可以賦能和武裝線下課堂，作為人的工具、為人提供輔助的信息判斷、或者解放人的部分精力。通過在老師、教學內(nèi)容、學生，以及三者之間的相互關系上發(fā)揮賦能作用，起到強化教學效果、提升教學效率、增強學習氛圍、提升課堂的數(shù)據(jù)化程度等作用。

5 結語

線下課堂教學歷史悠久且廣泛存在，積累了豐富的教學方法。透視課堂中的每一個主體和主體之間的價值傳遞關系，就能發(fā)現(xiàn)在人工智能技術被廣泛應用于教育行業(yè)的今天，我們可以如何具體的、實際的應用AI技術，既發(fā)揚出傳統(tǒng)教學方法的能量，又能提升知識傳遞和學生學習的效率，從而構建出真正意義上的智慧課堂。

參考文獻：

[1] 楊紅云， 雷體南. 智慧教育：物聯(lián)網(wǎng)之教育應用[J]，2018.

[2] 胡進文. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室方案設計與實現(xiàn)[J].2019.