劉邦奇 卓晗 鄔詩韻 尹歡歡

[摘 ? 要] 全面落實“雙減”政策，提高課堂教學(xué)質(zhì)量是重要的突破口，智能技術(shù)賦能為其提供了新動能。為探索智能技術(shù)助力減負(fù)增效的實踐路徑，文章在分析當(dāng)前教學(xué)實踐中低效重負(fù)困境的基礎(chǔ)上，對智能技術(shù)助力減負(fù)增效的價值進行了深入剖析。結(jié)合減負(fù)增效相關(guān)政策要求與技術(shù)應(yīng)用，文章按照“以解決問題為導(dǎo)向、以課堂變革為核心、以技術(shù)賦能為動力”的理路，提出了智能技術(shù)助力教學(xué)減負(fù)增效的分析框架，包括總體目標(biāo)、應(yīng)用場景、技術(shù)服務(wù)、基礎(chǔ)支撐4個層級和1個保障體系。文章最后聚焦智能技術(shù)在教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施、教學(xué)評價中的應(yīng)用，詳細(xì)闡述了智能技術(shù)對教學(xué)全流程減負(fù)增效的作用機理和典型的技術(shù)應(yīng)用場景，為推進“雙減”背景下技術(shù)支持的課堂教學(xué)變革、促進教學(xué)質(zhì)量提升提供參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞] “雙減”； 智能技術(shù)； 教學(xué)減負(fù)增效； 分析框架； 教學(xué)變革

[中圖分類號] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 劉邦奇（1962—），男，江蘇靖江人。教授，主要從事人工智能教育應(yīng)用、智慧校園、智慧課堂、教育信息化治理研究。E-mail：lbq-nj@163.com。

一、引 ? 言

教學(xué)減負(fù)增效是落實“雙減”政策、提高教學(xué)質(zhì)量的必然要求和關(guān)鍵路徑。2021年5月，習(xí)近平總書記在中央全面深化改革委員會第十九次會議中指出，“減輕學(xué)生負(fù)擔(dān)，根本之策在于全面提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量，做到應(yīng)教盡教，強化學(xué)校教育的主陣地作用。要深化教育教學(xué)改革，提升課堂教學(xué)質(zhì)量，優(yōu)化教學(xué)方式?！盵1]然而在當(dāng)前課堂教學(xué)中依然存在許多低效重負(fù)問題，亟需新的手段和方式加以解決。隨著智能技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)用的深化，撬動教學(xué)環(huán)境、資源和工具全面優(yōu)化升級，特別是這些要素的跨時空重組與融合，賦予了教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施和教學(xué)評價更多可能性和更強靈活性[2]，為教學(xué)減負(fù)增效帶來了新動能。因此，在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，探索智能技術(shù)助力教學(xué)減負(fù)增效的實踐路徑，具有重要現(xiàn)實意義。

二、當(dāng)前課堂教學(xué)面臨的低效重負(fù)

現(xiàn)實困境與挑戰(zhàn)

（一）資源準(zhǔn)備費力耗時，獲取便捷性與適用性有待提升

優(yōu)質(zhì)數(shù)字教學(xué)資源在激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、提升課堂教學(xué)質(zhì)量等方面具有重要價值，而在實踐中還存在一些問題影響資源準(zhǔn)備的效率。一是資源獲取的便捷性不足?！叭▋善脚_”與“國家精品課程”等項目的實施，積累了大量數(shù)字教育資源，但由于缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃與優(yōu)質(zhì)資源的管理、引導(dǎo)服務(wù)，大量資源無人訪問。同時，不同平臺使用權(quán)限不同、優(yōu)質(zhì)資源檢索不便捷、資源格式不兼容的問題普遍發(fā)生[3]，增加了資源獲取的困難。二是內(nèi)容更新滯后，質(zhì)量良莠不齊。早期資源建設(shè)工作忽視后續(xù)的內(nèi)容更新，大量資源已無法與新課標(biāo)的學(xué)科能力要求或新教材版本相匹配，師生需花費大量時間精力篩選適切的素材。

（二）師生互動浮于形式，教學(xué)中的良性交互作用難以發(fā)揮

師生互動是課堂教學(xué)的核心，而當(dāng)前仍存在一些問題影響課堂互動的有效性。一是互動方向多為教師到學(xué)生的“單向傳播”。教師掌控互動的內(nèi)容和方向，學(xué)生的疑問和觀點無法及時傳達(dá)給教師，學(xué)習(xí)主動性被削弱。二是互動形式較單一，互動深度較淺。師生互動多以“問答”形式進行，反饋也多是形式化的鼓勵，互動設(shè)計呈現(xiàn)機械化、刻板化的樣態(tài)，缺乏促進學(xué)生深層認(rèn)知參與的互動行為[4]。三是互動反饋不夠及時。由于缺乏即時的互動記錄，教師難以在短時間內(nèi)獲取全班學(xué)生的反饋信息，不能有效支持多元互動發(fā)生。

（三）講授輔導(dǎo)形式單一，缺乏輔助抽象知識理解的有效手段

高質(zhì)量的課堂講授和課后輔導(dǎo)對實現(xiàn)“學(xué)足學(xué)好”頗為關(guān)鍵，但當(dāng)前仍存在一些問題影響講授輔導(dǎo)的效果。一是難以創(chuàng)設(shè)適切生動的教學(xué)情境，學(xué)生理解困難。在有限的時間內(nèi)，要將抽象的知識有效傳達(dá)給學(xué)生，主要依賴教師講授的邏輯性和語言的生動性。在缺乏有效呈現(xiàn)方式的情況下，抽象概念講解容易枯燥乏味，導(dǎo)致學(xué)生聽不懂，學(xué)不會，學(xué)習(xí)興趣欠佳。二是對教師能力水平要求高，講授深度有待提升。對于經(jīng)驗欠缺的教師而言，容易直接生搬硬套教材內(nèi)容，難以清晰深入地講解知識重難點與知識體系，對講授內(nèi)容的拓展不夠精準(zhǔn)充分，導(dǎo)致學(xué)生對知識的認(rèn)知停留在淺表化的印象[5]，無法形成對所學(xué)知識的系統(tǒng)認(rèn)識。

（四）評價診斷效率不高，精準(zhǔn)分析與及時反饋亟待加強

評價診斷貫穿教學(xué)全過程，對改善教學(xué)和促進學(xué)生發(fā)展有重要作用，但教學(xué)中還存在一些問題影響評價作用的發(fā)揮。一是數(shù)據(jù)來源不夠全面，學(xué)生學(xué)業(yè)評價的依據(jù)主要是測驗結(jié)果，評價維度單一，缺少學(xué)生學(xué)習(xí)的過程性數(shù)據(jù)支持，難以有效支撐對學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作交流、創(chuàng)新思維等綜合能力的評價[6]。二是數(shù)據(jù)分析不夠精準(zhǔn)，教師多基于個人主觀經(jīng)驗、手動批改作業(yè)等分析學(xué)情，難以準(zhǔn)確掌握班級整體情況和個體差異，使得教師在作業(yè)設(shè)計、教學(xué)目標(biāo)制定等方面容易出現(xiàn)偏差。三是數(shù)據(jù)反饋不夠及時，傳統(tǒng)課堂的評價診斷往往具有滯后性，導(dǎo)致教師難以根據(jù)全班學(xué)生學(xué)習(xí)情況和自身教學(xué)情況的實時反饋進行決策、調(diào)整教學(xué)策略。

三、智能技術(shù)賦能為教學(xué)減負(fù)增效帶來新動能

（一）創(chuàng)設(shè)虛實融合環(huán)境，提升教學(xué)情境體驗性

智能技術(shù)通過打造虛實融合的智能學(xué)習(xí)環(huán)境，為隨時隨地多樣化的學(xué)習(xí)開展提供了條件。一方面，高速通訊網(wǎng)絡(luò)保障了線上線下教學(xué)空間的無縫聯(lián)通。基于5G+F5G構(gòu)筑的雙千兆網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，教師可以通過超高清視頻開展遠(yuǎn)程同步教學(xué)，全過程無卡頓、無時延，保障了流暢的師生交互體驗。另一方面，智能技術(shù)創(chuàng)建了沉浸式的虛擬教學(xué)空間[7]。基于擴展現(xiàn)實、數(shù)字孿生技術(shù)打造的遠(yuǎn)程實驗實訓(xùn)，避免學(xué)生在高難度和危險環(huán)境下進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練受到傷害。全息投影、三維模型、全景視頻等新型媒介，具備三維高清立體、多源多模態(tài)、虛實一體化等特性[8]，能模擬教學(xué)情境和認(rèn)知對象的形態(tài)結(jié)構(gòu)、動態(tài)變化過程等，極大增強了學(xué)生與教學(xué)內(nèi)容之間的交互，支持學(xué)生更高效地理解知識。

（二）優(yōu)化數(shù)字教學(xué)資源，提升內(nèi)容供給有效性

智能時代下，教學(xué)資源的服務(wù)能力不斷增強[9]，智能技術(shù)貫穿于教育內(nèi)容的生產(chǎn)、集成、流通到使用的各個環(huán)節(jié)。首先，智能技術(shù)提升了傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容的生成效率。利用動畫合成、微課實錄、自然語言生成等智能技術(shù)實現(xiàn)對教學(xué)視頻與結(jié)構(gòu)化良好的教育內(nèi)容的自動生成，大幅提升傳統(tǒng)教師備課、出題、寫評語、為學(xué)生答疑的效率。其次，推動了優(yōu)質(zhì)資源的共享普及。通過打造公共優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源平臺，建立教學(xué)資源目錄和學(xué)科知識圖譜，可以促進優(yōu)質(zhì)教案、典型作業(yè)、課程素材的積累沉淀[10]。最后，優(yōu)化了教育內(nèi)容流通方式。通過匹配內(nèi)容特征和師生個性化參數(shù)、匹配認(rèn)知診斷結(jié)果和學(xué)科知識圖譜、匹配歷史記錄和學(xué)習(xí)狀態(tài)變化等思路，推薦算法能夠過濾質(zhì)量不佳、內(nèi)容陳舊、訪問量低的教學(xué)資源，并根據(jù)師生的個體差異和需求，提供“規(guī)?；葱瓒ㄖ啤钡馁Y源服務(wù)。

（三）升級智能教學(xué)工具，提升師生互動多樣性

教學(xué)工具是指教學(xué)過程中完成實際問題或現(xiàn)實任務(wù)時，可供師生切實使用技術(shù)的平臺。智能技術(shù)將傳統(tǒng)的軟硬件系統(tǒng)升級換代，促進師生之間的高質(zhì)量互動交流。一是互動形式豐富多樣。借助在線答疑平臺、智能教學(xué)系統(tǒng)等工具提供的多樣化活動，為師生提供課堂內(nèi)外充分交流的機會，促使教學(xué)結(jié)構(gòu)從教師單向輸出到師生多向互動的轉(zhuǎn)變。二是信息反饋便捷高效。系統(tǒng)會自動收集答題正確率、討論進度等信息，在學(xué)習(xí)監(jiān)控、反饋支持、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等方面輔助教師進行即時互動管理。三是互動體驗全面升級。在完成教學(xué)任務(wù)的過程中，學(xué)生使用信息查詢、認(rèn)知加工、協(xié)同學(xué)習(xí)等多類別工具，與知識內(nèi)容、教師、同伴之間進行更深度的認(rèn)知互動和情感互動，賦予師生更加積極的互動體驗。

（四）激活教育數(shù)據(jù)潛能，提升教學(xué)實施精準(zhǔn)性

智能技術(shù)通過教學(xué)數(shù)據(jù)自動采集與感知，利用數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)習(xí)分析等技術(shù)發(fā)掘教育數(shù)據(jù)的潛能[11]。一方面，數(shù)據(jù)采集更加全面客觀。5G網(wǎng)絡(luò)、傳感器、各類教學(xué)系統(tǒng)等的應(yīng)用極大豐富了用于表征師生的數(shù)據(jù)類型，增強了對師生表現(xiàn)的刻畫能力，為教師全面了解學(xué)生行為表現(xiàn)、能力特點和精神狀態(tài)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。另一方面，分析反饋更加動態(tài)高效。智能技術(shù)可以實時捕捉學(xué)生學(xué)習(xí)需求變化，借助教學(xué)系統(tǒng)自動分析學(xué)生的測驗完成情況、互動內(nèi)容、學(xué)習(xí)行為，借助圖像識別、語音識別等技術(shù)監(jiān)測學(xué)生的情緒、注意力變化，借助傳感器實時反饋學(xué)生的動作和生理狀況，并能夠?qū)⒎治雠c預(yù)測的結(jié)果同步給教師，幫助教師對每個學(xué)習(xí)者的認(rèn)知障礙進行適切、有針對性的、及時的反饋。

（五）推動人機協(xié)同教學(xué)，提升主體優(yōu)勢互補性

智能技術(shù)助力實現(xiàn)人機優(yōu)勢互補，通過人機協(xié)同引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)新知識，提升教學(xué)效率和效果。一方面，智能技術(shù)能替代師生完成部分低層次、機械性的工作，使師生有更多時間精力開展教學(xué)改進等更具創(chuàng)造性的工作。如閱卷機器人能夠幫助教師進行考卷批改，使教師可以投入在提高出題質(zhì)量上；智能學(xué)伴能幫助學(xué)生進行口語練習(xí)的評分和糾錯，使學(xué)生有更多時間提升話題描述的表達(dá)技巧和語句結(jié)構(gòu)。另一方面，智能技術(shù)能輔助師生開展復(fù)雜的教學(xué)活動，在感知和認(rèn)知方面顯著增強師生的能力[12]。如虛擬助教通過監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，可以實時診斷并反饋學(xué)生的認(rèn)知狀態(tài)和學(xué)習(xí)進度，使教師能夠從認(rèn)知、情感等層面對學(xué)生的問題進行綜合分析，從而開展針對性指導(dǎo)。

四、智能技術(shù)助力教學(xué)減負(fù)增效總體分析框架

（一）基本理路

發(fā)揮智能技術(shù)對教學(xué)減負(fù)增效的作用，必須對標(biāo)教學(xué)減負(fù)增效相關(guān)政策要求，以解決教學(xué)實踐中低效重負(fù)問題為導(dǎo)向，以課堂變革為核心，促進智能技術(shù)與教學(xué)過程深度融合，助力教學(xué)提質(zhì)增效、學(xué)生學(xué)業(yè)減負(fù)。一是以解決問題為導(dǎo)向。通過提高教學(xué)質(zhì)量，解決減負(fù)的關(guān)鍵問題。針對長期以來減負(fù)執(zhí)行過程中存在的簡單降低課業(yè)難度、減少作業(yè)量等“治標(biāo)不治本”的問題，充分發(fā)揮課堂教學(xué)主陣地作用，做到應(yīng)教盡教，使學(xué)生在課內(nèi)學(xué)足學(xué)好，以實現(xiàn)教學(xué)提質(zhì)增效，促進學(xué)生學(xué)業(yè)減負(fù)。二是以課堂變革為核心。通過課堂變革，提升教學(xué)全流程有效性。針對教學(xué)實踐中教學(xué)質(zhì)量不佳、教學(xué)效能較低、教學(xué)效率不高等問題，依據(jù)有效教學(xué)、信息技術(shù)與課程整合等理論和新課程改革相關(guān)要求，變革教學(xué)結(jié)構(gòu)與方式，提升教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施和教學(xué)評價的有效性。三是以技術(shù)賦能為動力。通過智能技術(shù)賦能，為教學(xué)減負(fù)增效提供新動能。針對教學(xué)實踐中資源準(zhǔn)備、師生互動、講授輔導(dǎo)、評價診斷等難點問題，依托智能技術(shù)實現(xiàn)教學(xué)環(huán)境、資源、工具的智能化升級，助力教學(xué)減負(fù)增效。

（二）分析框架

根據(jù)上述理路，結(jié)合教學(xué)減負(fù)增效相關(guān)政策要求與技術(shù)應(yīng)用，可以構(gòu)建智能技術(shù)助力教學(xué)減負(fù)增效的分析框架，如圖1所示。

1. 總體目標(biāo)

總體目標(biāo)包含兩方面：（1）教學(xué)提質(zhì)增效，其涉及范圍較廣，包括提升教學(xué)質(zhì)量、教學(xué)效果、教學(xué)效率、教學(xué)效益等；（2）學(xué)生學(xué)業(yè)減負(fù)，主要指的是減輕所有違背教育教學(xué)規(guī)律、有損中小學(xué)生身心健康的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，如強化應(yīng)試、機械刷題等造成的不必要、不合理的過重負(fù)擔(dān)。通過教學(xué)提質(zhì)增效，促進學(xué)業(yè)減負(fù)，最終實現(xiàn)學(xué)生全面發(fā)展、健康成長。

2. 應(yīng)用場景

課堂變革是破解低效課堂、實現(xiàn)減負(fù)增效的核心，要通過教學(xué)過程各階段、各場景來落實。應(yīng)用場景主要包括三個階段：（1）教學(xué)設(shè)計，主要包括教學(xué)目標(biāo)設(shè)計、教學(xué)資源設(shè)計、教學(xué)活動設(shè)計等活動；（2）教學(xué)實施，主要包括課堂講授、課堂互動、探究學(xué)習(xí)等活動；（3）教學(xué)評價，主要包括課堂評價、作業(yè)評價、教學(xué)質(zhì)量評價等活動。智能技術(shù)通過在教學(xué)全流程場景中的應(yīng)用，支持更精準(zhǔn)、高效的教與學(xué)，促進教學(xué)減負(fù)增效。

3. 技術(shù)服務(wù)

技術(shù)服務(wù)為滿足教學(xué)過程中多元場景的減負(fù)增效需求提供支持。技術(shù)服務(wù)包括三方面內(nèi)容：（1）智能教學(xué)環(huán)境，包括智慧教室、虛擬學(xué)科實驗室、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間等；（2）數(shù)字教學(xué)資源，包括智慧電子教材、三維數(shù)字模型、習(xí)題作業(yè)庫等；（3）智能教學(xué)工具，包括語音聽說評測系統(tǒng)、智能答疑機器人、自動閱卷系統(tǒng)等。

4. 基礎(chǔ)支撐

智能技術(shù)為教學(xué)減負(fù)增效提供數(shù)據(jù)集儲、算力算法、網(wǎng)絡(luò)通訊等層面的基礎(chǔ)支撐，推動教學(xué)環(huán)境、教學(xué)資源、教學(xué)工具的數(shù)字化和智能化，助力打造虛實融合、全面感知、智能分析、個性服務(wù)、人機協(xié)同的教育生態(tài)環(huán)境，推動教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級。基礎(chǔ)支撐所涉及的智能技術(shù)主要包括人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、擴展現(xiàn)實、5G等。

5. 保障體系

保障體系是智能技術(shù)助力減負(fù)增效得以實現(xiàn)的重要保證，主要包括四個方面：（1）政策制度保障，從目標(biāo)、任務(wù)等方面為利用智能技術(shù)助力教學(xué)減負(fù)增效指明方向；（2）理論基礎(chǔ)保障，為更好地利用智能技術(shù)提升課堂教學(xué)有效性、助力科學(xué)減負(fù)提供相關(guān)理論指導(dǎo)；（3）運維管理保障，為減負(fù)增效提供管理、技術(shù)與服務(wù)保障；（4）安全防護保障，提升教學(xué)數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全防護能力，為教學(xué)減負(fù)增效保駕護航。

五、智能技術(shù)助力教學(xué)減負(fù)增效典型場景

（一）智能技術(shù)助力教學(xué)設(shè)計減負(fù)增效

智能技術(shù)助力教學(xué)設(shè)計減負(fù)增效主要是通過精準(zhǔn)化學(xué)情診斷、高效化資源準(zhǔn)備和動態(tài)化路徑規(guī)劃等智能技術(shù)應(yīng)用，賦能教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)資源和教學(xué)活動等的設(shè)計，其中精準(zhǔn)化學(xué)情診斷能夠全面刻畫學(xué)習(xí)者特征，并為高效化資源準(zhǔn)備和動態(tài)化路徑規(guī)劃提供基礎(chǔ)支撐，三者聯(lián)動助力教師開展精準(zhǔn)化教學(xué)目標(biāo)設(shè)計、適切化教學(xué)資源設(shè)計和數(shù)智化教學(xué)活動設(shè)計，為實施高質(zhì)量課堂教學(xué)提供源頭活水。智能技術(shù)助力教學(xué)設(shè)計減負(fù)增效的作用機理如圖2所示。

1. 基于智能技術(shù)的精準(zhǔn)化教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

第一，多維度學(xué)習(xí)者特征分析。智能技術(shù)支持教師更精準(zhǔn)高效地開展知識盲點、知識狀態(tài)、學(xué)科能力和情感態(tài)度等方面的學(xué)習(xí)者特征分析，為更精準(zhǔn)適切的教學(xué)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。如通過統(tǒng)計分析學(xué)生預(yù)習(xí)測驗、隨堂練習(xí)、考試作業(yè)中的錯題數(shù)據(jù)（錯誤率、錯答人數(shù)等），助力教師精準(zhǔn)定位學(xué)生知識盲點；通過抽取學(xué)生的資料閱讀、微課觀看、測評作業(yè)等日常學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進行科學(xué)建模，實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)偏好等情感態(tài)度的刻畫和識別。第二，精準(zhǔn)而有彈性的目標(biāo)預(yù)設(shè)。基于對學(xué)習(xí)者特征的多維度診斷可以匯聚生成班級學(xué)情圖譜和學(xué)生個體學(xué)情圖譜等可視化結(jié)果，支持更精準(zhǔn)高效地識別不同學(xué)生群體的共性特征和差異化需求，結(jié)合班級與學(xué)生個體的情況，設(shè)定更加彈性化的教學(xué)目標(biāo)。如班級學(xué)情圖譜能夠提供班級薄弱知識點、班級共性錯題、學(xué)情變化與異常等信息，支持教師基于班級學(xué)情設(shè)定共性化目標(biāo)。

2. 基于智能技術(shù)的適切化教學(xué)資源設(shè)計

第一，教學(xué)資源智能獲取。智能技術(shù)能有效支持教學(xué)資源的一站式檢索，提升教師檢索和篩選效率。借助自然語言理解、教育知識圖譜等技術(shù)，可以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源的系統(tǒng)匯聚、海量資源的動態(tài)標(biāo)注與語義化整合，形成網(wǎng)絡(luò)資源內(nèi)容與標(biāo)簽的關(guān)聯(lián)關(guān)系。同時，智能技術(shù)還能提供課件、習(xí)題作業(yè)、微課素材等資源的智能匹配與推薦服務(wù)，使教師能更高效地獲取適切資源[13]。如科大訊飛智學(xué)網(wǎng)能基于全班和學(xué)生個體學(xué)情自動推薦班級共性錯題和個性化錯題，提高教師資源準(zhǔn)備效率和精準(zhǔn)度，減輕學(xué)生作業(yè)負(fù)擔(dān)。第二，教學(xué)資源智能制作。利用三維掃描建模、語音合成和圖像生成等相關(guān)技術(shù)，能快速生成動畫教學(xué)視頻資源，為教師節(jié)省視頻素材開發(fā)的時間成本。利用資源自動標(biāo)注、自然語言生成等技術(shù)，智能技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)部分結(jié)構(gòu)化內(nèi)容（教案、試題等）的自動生成，大大提升教師備課效率。

3. 基于智能技術(shù)的數(shù)智化教學(xué)活動設(shè)計

第一，基于學(xué)習(xí)分析的教學(xué)活動設(shè)計。智能技術(shù)支持的精準(zhǔn)化學(xué)情診斷能夠為教師開展教學(xué)活動設(shè)計提供決策依據(jù)，學(xué)習(xí)分析技術(shù)能夠?qū)崟r采集學(xué)生學(xué)習(xí)過程和結(jié)果數(shù)據(jù)，深度分析學(xué)生知識掌握情況、學(xué)科能力、學(xué)情變化等，為教師基于數(shù)據(jù)進行教學(xué)設(shè)計決策提供依據(jù)。第二，基于路徑規(guī)劃的教學(xué)活動設(shè)計。動態(tài)化路徑規(guī)劃能夠基于學(xué)情數(shù)據(jù)分析對學(xué)習(xí)者群體教學(xué)活動和個性化學(xué)習(xí)活動進行科學(xué)規(guī)劃和推薦。一方面可以從海量數(shù)據(jù)中分析學(xué)習(xí)者群體的特征，通過智能決策系統(tǒng)進行邏輯推理，為教師篩選和優(yōu)化適合班級群體的最優(yōu)教與學(xué)路徑[14]，滿足班級規(guī)?；虿氖┙绦枰涣硪环矫婵梢云ヅ鋵W(xué)生個體的知識特征、學(xué)習(xí)風(fēng)格和情境等特征，為每一位學(xué)生規(guī)劃并推薦學(xué)習(xí)資源和路徑，滿足個性化教學(xué)需要。

（二）智能技術(shù)助力教學(xué)實施減負(fù)增效

智能技術(shù)助力教學(xué)實施減負(fù)增效主要是通過多樣化教學(xué)工具的深度融合應(yīng)用和泛在智能的教學(xué)環(huán)境，賦能靈活高效的課堂講授、多維立體的課堂互動和沉浸交互的探究學(xué)習(xí)等典型場景，促進教學(xué)方式優(yōu)化和創(chuàng)新變革，助力教學(xué)活動高效、高質(zhì)量地開展，實現(xiàn)課堂教學(xué)“應(yīng)教盡教”“學(xué)足學(xué)好”。智能技術(shù)助力教學(xué)實施減負(fù)增效的作用機理如圖3所示。

1. 智能技術(shù)賦能靈活高效的課堂講授

第一，適切性講授情境創(chuàng)設(shè)。借助虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)鮮活逼真的教學(xué)情境和知識體驗，如展現(xiàn)宇宙天體等宏觀知識、細(xì)胞原子等微觀知識，再現(xiàn)跨時空情境，模擬呈現(xiàn)自然現(xiàn)象、高危實驗等場景[15]，引導(dǎo)學(xué)生在情境中進行知識理解和遷移?；趫D形動態(tài)建模技術(shù)，能夠?qū)⒃緝?nèi)隱的知識以動態(tài)化形式呈現(xiàn)，實現(xiàn)代數(shù)運算、函數(shù)作圖、幾何定理的動態(tài)推理和講解。第二，智能化知識講解與拓展?；谥悄軝z索技術(shù)，教師在講授中通過劃詞檢索、語音檢索等方式可以快速鏈接到與某一知識點相關(guān)的云資源或互聯(lián)網(wǎng)資源，為生成性教學(xué)提供開放拓展的資源支持。基于語音識別、觸控、動作識別的交互技術(shù)能支持教師與教學(xué)資源進行更靈活智能的交互。如教師利用AI教學(xué)筆等智能硬件，能夠在教室任何位置通過語音指令控制屏幕來調(diào)取課本、翻頁、打開文件等，提高講授的靈活性。

2. 智能技術(shù)賦能多維立體的課堂互動

第一，多維全向師生互動。智能技術(shù)提供隨機提問、投票搶答、拍照上傳等多種課堂互動方式，能夠全面調(diào)動學(xué)生積極性，使課堂互動迸發(fā)出新的活力。如平臺會采集互動操作信息并提供實時分析反饋，教師可根據(jù)互動情況開展精準(zhǔn)教學(xué)。第二，智能分組互動?；诟黝惙纸M算法可實現(xiàn)自動動態(tài)分組，如從學(xué)生的學(xué)業(yè)表現(xiàn)、認(rèn)知能力、非認(rèn)知能力等特征出發(fā)，助力教師科學(xué)客觀地開展同質(zhì)和異質(zhì)分組。同時借助學(xué)習(xí)分析與可視化技術(shù)，可實時獲取小組互動的參與程度、討論質(zhì)量、情緒狀態(tài)等信息，實時監(jiān)控并調(diào)整小組學(xué)習(xí)狀態(tài)。第三，遠(yuǎn)程實時教學(xué)互動?；诟咔鍞z像頭和目標(biāo)跟蹤等機器視覺領(lǐng)域技術(shù)，可以支持異地教室中師生行為的實時跟蹤識別和同步直播，實現(xiàn)臨場化直播互動。如借助“5G+全息投影”，主講教室教師的全息影像能生動逼真地呈現(xiàn)在異地聽講教室，實現(xiàn)具有高度沉浸感的遠(yuǎn)程實時互動。

3. 智能技術(shù)賦能沉浸交互的探究學(xué)習(xí)

第一，體驗型探究學(xué)習(xí)。虛擬環(huán)境構(gòu)建技術(shù)能夠?qū)崟r渲染生成虛擬數(shù)字內(nèi)容，學(xué)生借助VR頭戴顯示器可以感受真實還原的探究情境，置身于工廠、社區(qū)、田野等真實場景開展探究學(xué)習(xí)。第二，實驗型探究學(xué)習(xí)。借助模擬仿真、擴展現(xiàn)實、體感交互等技術(shù)可創(chuàng)設(shè)虛擬實驗場景，學(xué)生能夠在各類數(shù)字化學(xué)科實驗平臺中自由組裝實驗器材、修改器材參數(shù)設(shè)置，或借助頭戴式顯示器和體感交互設(shè)備隨意抓取、拖放實驗儀器，更加靈活地參與實驗探究。第三，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用型探究學(xué)習(xí)[16]。智能技術(shù)通過學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)測、在線交流工具，以及自適應(yīng)的資料更新、任務(wù)分發(fā)與提示引導(dǎo)等服務(wù)，支持學(xué)生更高效地利用在線資源開展探究。

（三）智能技術(shù)助力教學(xué)評價減負(fù)增效

智能技術(shù)助力教學(xué)評價主要是通過賦能評價全流程，實現(xiàn)伴隨式數(shù)據(jù)采集、多模態(tài)數(shù)據(jù)分析、數(shù)字化評價反饋的綜合性變革，支持實時伴隨的課堂評價、智能高效的作業(yè)評價和科學(xué)循證的教學(xué)質(zhì)量評價等典型場景，助力教學(xué)評價分析更全面、精準(zhǔn)、科學(xué)，評價反饋更加立體化、個性化[17]。智能技術(shù)助力教學(xué)評價減負(fù)增效的作用機理如圖4所示。

1. 智能技術(shù)支持實時伴隨的課堂評價

第一，課堂評價數(shù)據(jù)伴隨式采集。智能技術(shù)通過對文本作答、語音作答、操作行為等課堂評價數(shù)據(jù)進行自動化、伴隨式采集，為全面精準(zhǔn)地分析學(xué)生課堂評測表現(xiàn)提供多源數(shù)據(jù)支撐。如借助多角度高清攝像頭可以全面記錄學(xué)生實驗操作中的儀器使用、操作步驟順序、數(shù)據(jù)測算等行為指標(biāo)；借助高清攝像頭、計步器、可穿戴設(shè)備等可以自動采集并識別學(xué)生的體育運動中的跑步反應(yīng)時間、起跑角度、沖刺姿態(tài)等動作指標(biāo)。第二，課堂數(shù)據(jù)實時分析。智能技術(shù)通過隨堂練習(xí)自動打分、答題過程追蹤分析、視頻動作識別分析等實現(xiàn)對課堂評測數(shù)據(jù)的實時分析。如基于光學(xué)點陣技術(shù)的智能書寫筆通過光學(xué)信號實時采集和跟蹤學(xué)生在紙張上的筆尖運動軌跡[18]，能夠?qū)崿F(xiàn)答題過程追蹤分析?；谛袨榉治鯝I模型可以實時診斷學(xué)生體育動作姿勢等是否正確、實驗操作動作和順序是否規(guī)范等操作技能掌握狀態(tài)，并給出扣分和得分依據(jù)，提升課堂評測的分析精準(zhǔn)性。

2. 智能技術(shù)支持智能高效的作業(yè)評價

第一，作業(yè)高效采集與識別。利用作業(yè)高拍儀、智能掃描儀等智能終端可以高速采集學(xué)生的紙質(zhì)作業(yè)圖像。其中作業(yè)高拍儀可以實現(xiàn)教輔作業(yè)數(shù)據(jù)的邊批邊采，通過對教師批改過程進行高速抓拍抽幀，可以同時采集學(xué)生作答數(shù)據(jù)和教師批改數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無感知的批改數(shù)據(jù)留痕，并上傳至平臺生成作業(yè)報告。第二，作業(yè)智能批改與評分。智能技術(shù)能夠支持客觀題、中英文作文、中英文口語等不同類型作業(yè)的智能批改與評分，使每位學(xué)生都能得到即時、有針對性的作業(yè)評價反饋。通過拍照圖像增強、手寫文字和理科公式識別等技術(shù)能提取選擇題、判斷題、解方程等客觀題的作答內(nèi)容，并與標(biāo)準(zhǔn)答案進行匹配，實現(xiàn)客觀題正誤的自動判別?；诶首x評測和口頭表達(dá)評測等關(guān)鍵技術(shù)還能實現(xiàn)中英文口語作業(yè)的自動批改與評分，朗讀評測是針對學(xué)生在字、詞、句、篇的朗讀等題型中的發(fā)音錯誤情況和發(fā)音質(zhì)量進行自動評分；口頭表達(dá)評測是針對學(xué)生在如口頭翻譯、口頭復(fù)述、看圖說話等題型中表現(xiàn)出的邏輯思維能力和語言組織能力進行考查與評分[19]。

3. 智能技術(shù)支持科學(xué)循證的教學(xué)質(zhì)量評價

第一，學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量評價。首先是學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)采集，借助系統(tǒng)平臺、傳感器、麥克風(fēng)、攝像頭等能對教學(xué)中的多模態(tài)數(shù)據(jù)進行動態(tài)收集。其次是對多模態(tài)數(shù)據(jù)進行融合處理和分析，實現(xiàn)對學(xué)生認(rèn)知、能力、情感狀態(tài)的立體化、綜合化、科學(xué)化建模分析與評價[20]，最終以學(xué)生電子檔案袋、學(xué)生數(shù)字畫像、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)儀表盤等形式對評價數(shù)據(jù)進行呈現(xiàn)，幫助實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)業(yè)質(zhì)量的科學(xué)評價。第二，教師教學(xué)質(zhì)量評價。首先是教師教學(xué)過程數(shù)據(jù)采集，通過平臺自動記錄、日志搜索分析與網(wǎng)絡(luò)爬蟲等方式對教師的全過程教學(xué)數(shù)據(jù)進行采集收錄，包括教師在使用教學(xué)平臺時產(chǎn)生的備課次數(shù)、互動次數(shù)、布置作業(yè)次數(shù)等教學(xué)行為數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)平臺中學(xué)生對教師課程教學(xué)內(nèi)容的評價數(shù)據(jù)。其次利用教育數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)習(xí)分析技術(shù)對采集的教師教學(xué)數(shù)據(jù)進行融合分析，挖掘出教師教學(xué)數(shù)據(jù)中的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)與模式、課堂師生交互等特征，助力教師教學(xué)質(zhì)量評價。

六、結(jié) ? 語

智能技術(shù)助力教學(xué)減負(fù)增效的關(guān)鍵在于“課堂提質(zhì)增效”，需要創(chuàng)新智能技術(shù)課堂應(yīng)用，賦能課堂教學(xué)全流程，推動智能技術(shù)與教學(xué)深度融合，提升課堂教學(xué)質(zhì)量和效率。本研究對智能技術(shù)助力教學(xué)減負(fù)增效的價值進行了探討，在構(gòu)建總體分析框架的基礎(chǔ)上，詳細(xì)描繪了智能技術(shù)助力教學(xué)設(shè)計、教學(xué)實施與教學(xué)評價的典型場景應(yīng)用，以期為智能技術(shù)助力課堂提質(zhì)增效提供依據(jù)和參考。

未來可探索的研究方向包括：一是前沿技術(shù)融合應(yīng)用，助力教學(xué)減負(fù)增效新突破。如探索基于元宇宙助推學(xué)習(xí)體驗升級，通過視覺追蹤、手勢交互、聲效反饋、聲紋語音交互、觸覺反饋和嗅覺反饋等為學(xué)習(xí)者打造沉浸式體驗。二是產(chǎn)品應(yīng)用實踐落地，探究教學(xué)減負(fù)增效內(nèi)在機理。當(dāng)前智能技術(shù)變革課堂的研究主要聚焦于課堂環(huán)境、資源和評價等宏觀層面，后續(xù)可以聚焦課堂教學(xué)的核心場景和流程，深入探究和揭示智能技術(shù)助力課堂提質(zhì)增效的內(nèi)在機理和整體邏輯。三是適應(yīng)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型要求，探索教學(xué)減負(fù)增效新路徑。課堂教學(xué)數(shù)字化是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵路徑之一，后續(xù)需要系統(tǒng)研究智能技術(shù)賦能教學(xué)數(shù)字化的實踐路徑，綜合考慮教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過程等多種要素，探究基于各種課堂樣態(tài)的數(shù)字化賦能與升級方案，探尋數(shù)字化促進教學(xué)減負(fù)增效新方略。

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Intelligent Technology Helping Teaching and Learning to Reduce the Burden and Increase the Efficiency： Analytical Framework and Typical Scenarios

LIU Bangqi， ?ZHUO Han， ?WU Shiyun， ?YIN Huanhuan

（iFLYTEK Educational Technology Institute， Hefei Anhui 230088）

[Abstract] The improvement of classroom teaching quality is an important breakthrough to fulfill the implementation of the "double reduction" policy， while intelligent technology provides new driving forces for it. In order to explore the practical path of intelligent technology to help reduce the burden and increase the efficiency， this paper analyzes the value of intelligent technology to help reduce the burden and increase the efficiency on the basis of analyzing the dilemma of low efficiency and heavy burden in current teaching practice. Combining policy requirements and technology applications related to reducing the burden and improving the efficiency， this paper proposes an analytical framework for intelligent technology to reduce the burden and improve the efficiency of teaching in accordance with the principle of "problem-solving as the guide， classroom reform as the core and technology empowerment as the driving force". It consists of four levels of overall objectives， application scenarios， technical services， basic support， and a security system. Finally， this paper focuses on the application of intelligent technology in teaching design， teaching implementation and teaching assessment， and elaborates the mechanism of intelligent technology to reduce the burden and increase the efficiency of the whole teaching process and the typical technical application scenarios. This paper provides a reference for promoting classroom teaching reforms supported by technology under the background of "double reduction" and promoting the improvement of teaching quality.

[Keywords] "Double Reduction" Policy; Intelligent Technology; Reducing the Burden and Increasing the Efficiency in Teaching and Learning; Analytical Framework; Teaching Reform