利用人工智能技術(shù)為教師教學(xué)能力畫(huà)像是支持教育評(píng)價(jià)和決策的重要手段。它不但可以利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長(zhǎng)短期記憶神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基于課堂教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)錄制的音視頻，準(zhǔn)確、全面提取師生語(yǔ)言表達(dá)、視線分布、動(dòng)作姿態(tài)、面部表情和行走軌跡等信息，而且可以利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基于以上信息建立用于課堂環(huán)境診斷的課堂情感模型和課堂氛圍模型，用于教學(xué)組織診斷的教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)評(píng)價(jià)模型，以及用于教學(xué)管理診斷的行為管理和時(shí)間管理模型。同時(shí)，生成式人工智能技術(shù)可以基于診斷發(fā)現(xiàn)的突出能力與主要問(wèn)題，撰寫(xiě)具有針對(duì)性的診斷報(bào)告，為教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展提出建議。

一、教學(xué)信息收集與提取

人工智能建模需要完整、全面和細(xì)致的數(shù)據(jù)采集。為了更好地診斷教師的教學(xué)能力，我們可以利用拾音器和高清攝像頭（包括教師視角和學(xué)生視角）全程記錄課堂教學(xué)過(guò)程，然后基于音視頻，利用圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別算法識(shí)別課堂上師生的語(yǔ)言、文字以及行為姿態(tài)等，并對(duì)此進(jìn)行融合分析，提取課堂教學(xué)中的關(guān)鍵信息。

1.課堂環(huán)境信息提取

課堂環(huán)境信息提取涉及課堂情感和課堂氛圍等兩類(lèi)信息。

課堂情感信息包括禮貌用語(yǔ)、溝通語(yǔ)言、情緒表現(xiàn)、行為表現(xiàn)等維度。禮貌用語(yǔ)信息采集關(guān)注課堂中教師是否使用“請(qǐng)”“謝謝”“祝賀你”等禮貌用語(yǔ)。溝通語(yǔ)言信息采集關(guān)注教師是否經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生（引導(dǎo)性正面溝通），給予學(xué)生表?yè)P(yáng)等正面評(píng)價(jià)（結(jié)果性正面溝通）；教師是否羞辱、奚落、責(zé)備、抱怨學(xué)生等。情緒表現(xiàn)信息采集關(guān)注課堂中教師是否呈現(xiàn)愉悅的表情且聲調(diào)是否高昂、有起伏；是否對(duì)學(xué)生的課堂行為表現(xiàn)流露出不滿、不耐煩或其他負(fù)面情緒；是否表情冷漠，采用否定、消極的言辭排斥學(xué)生參與課堂教學(xué)活動(dòng)。行為表現(xiàn)信息采集關(guān)注教師與學(xué)生交流時(shí)是否走近學(xué)生、身體前傾，讓學(xué)生感覺(jué)親近；是否用嚴(yán)厲懲罰違紀(jì)學(xué)生的方式控制課堂秩序，是否有推搡學(xué)生等行為。

課堂氛圍信息包括學(xué)生關(guān)注點(diǎn)、回答問(wèn)題、民主平等等維度。學(xué)生關(guān)注點(diǎn)信息采集關(guān)注教師講話時(shí)，學(xué)生是否始終看向教師?；卮饐?wèn)題信息采集關(guān)注教師提問(wèn)時(shí)，學(xué)生是否自愿、主動(dòng)舉手回答問(wèn)題。民主平等信息采集關(guān)注教師對(duì)學(xué)生是否一視同仁，課堂提問(wèn)是否覆蓋多數(shù)學(xué)生，涉及的學(xué)生性別比例是否得當(dāng)；視線分布是否均勻，是否關(guān)注到大部分學(xué)生的課堂表現(xiàn)。

2.教學(xué)組織信息提取

教學(xué)組織信息提取涉及教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)評(píng)價(jià)等四類(lèi)信息。

教學(xué)準(zhǔn)備信息包括準(zhǔn)備充分、熟練運(yùn)用等維度。準(zhǔn)備充分信息采集關(guān)注教師是否提前備齊教學(xué)所需的各種材料，包括教案、課件、模型、標(biāo)本、圖表等。熟練運(yùn)用信息采集關(guān)注教師授課過(guò)程中是否迅速呈現(xiàn)教學(xué)材料，是否有照讀課件或長(zhǎng)時(shí)間查看教學(xué)指導(dǎo)用書(shū)的情況。

教學(xué)方式信息包括教學(xué)導(dǎo)入、激發(fā)動(dòng)機(jī)、有效提問(wèn)、自主學(xué)習(xí)、任務(wù)開(kāi)放等維度。教學(xué)導(dǎo)入信息采集關(guān)注導(dǎo)入是否靈活，能否吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。激發(fā)動(dòng)機(jī)信息采集關(guān)注教師是否通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境、獎(jiǎng)勵(lì)及開(kāi)展競(jìng)爭(zhēng)性活動(dòng)等方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。有效提問(wèn)信息采集關(guān)注教師在授課過(guò)程中是否運(yùn)用多種提問(wèn)策略提出多樣、準(zhǔn)確和恰當(dāng)?shù)膯?wèn)題。自主學(xué)習(xí)信息采集關(guān)注課堂上教師是否給學(xué)生提供較多的自主選擇機(jī)會(huì)，學(xué)生是否自主學(xué)習(xí)。任務(wù)開(kāi)放信息采集關(guān)注教師是否布置探究性任務(wù)或開(kāi)放性問(wèn)題。

教學(xué)內(nèi)容信息包括貼近生活、學(xué)科融合、知識(shí)銜接等維度。貼近生活信息采集關(guān)注教學(xué)內(nèi)容是否貼近生活，是否與學(xué)生日常生活情境相結(jié)合。學(xué)科融合信息采集關(guān)注教師在教學(xué)過(guò)程中是否介紹本學(xué)科知識(shí)在其他學(xué)科中的相關(guān)應(yīng)用，是否根據(jù)教學(xué)內(nèi)容融合其他學(xué)科知識(shí)。知識(shí)銜接信息采集關(guān)注教師在課堂教學(xué)過(guò)程中是否注重新知與舊知的銜接。

教學(xué)評(píng)價(jià)信息包括思維評(píng)價(jià)、結(jié)果評(píng)價(jià)等維度。思維評(píng)價(jià)信息采集關(guān)注教師是否對(duì)學(xué)生的思維過(guò)程做出評(píng)價(jià)。結(jié)果評(píng)價(jià)信息采集關(guān)注教師對(duì)學(xué)生的發(fā)言、活動(dòng)等是否進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)。

3.課堂管理信息提取

課堂管理信息提取涉及行為管理和時(shí)間管理等兩類(lèi)信息。

行為管理信息包括關(guān)注整體、課堂有序、反應(yīng)適度、問(wèn)題解決等維度。關(guān)注整體信息采集關(guān)注課堂上教師的目光是否顧及所有學(xué)生。課堂有序信息采集關(guān)注教學(xué)流程是否清晰，教師授課是否流暢，學(xué)生是否存在不當(dāng)行為，學(xué)生小組活動(dòng)是否有序。反應(yīng)適度信息采集關(guān)注課堂上學(xué)生出現(xiàn)不當(dāng)行為時(shí)，教師能否平和面對(duì)、冷靜處理。問(wèn)題解決信息采集關(guān)注教師是否通過(guò)暗示或積極行為介入有效解決課堂中的突發(fā)問(wèn)題。

時(shí)間管理信息包括減少干擾、管理高效、限定時(shí)間、節(jié)奏控制等維度。減少干擾信息采集關(guān)注教師是否有意識(shí)地減少與教學(xué)無(wú)關(guān)事情的干擾。管理高效信息采集關(guān)注教師管理課堂的頻次及時(shí)間長(zhǎng)短。限定時(shí)間信息采集關(guān)注教師對(duì)學(xué)生活動(dòng)或完成任務(wù)的時(shí)長(zhǎng)是否做出明確說(shuō)明。節(jié)奏控制信息采集關(guān)注教師的語(yǔ)速是否適中且語(yǔ)速變化是否適當(dāng)。

提取教師課堂教學(xué)信息是給教師教學(xué)能力畫(huà)像的前提，提取的信息越齊全、越真實(shí)，教師教學(xué)能力的畫(huà)像就會(huì)越精準(zhǔn)、越清晰，人工智能撰寫(xiě)的診斷報(bào)告就會(huì)越完整、越有針對(duì)性。

二、教師教學(xué)能力畫(huà)像

在全面采集教學(xué)信息后，人工智能可以快速完成信息處理，對(duì)教師教學(xué)能力進(jìn)行畫(huà)像，并在課堂教學(xué)結(jié)束后形成診斷報(bào)告。以一名教師教學(xué)統(tǒng)編版語(yǔ)文五年級(jí)下冊(cè)第一單元習(xí)作“那一刻，我長(zhǎng)大了”為例說(shuō)明。

1.課堂環(huán)境畫(huà)像

在課堂情感方面，教師在課堂上使用“請(qǐng)”“謝謝”“很好”“希望”和“感謝”等積極詞語(yǔ)總計(jì)30次以上，未使用消極詞語(yǔ)。學(xué)生生氣、厭惡、害怕、高興、悲傷、驚奇和自然的表情占比分別為2.4%、0%、0%、10.7%、0%、0%和86.9%。這表明教師在本次教學(xué)的課堂情感方面表現(xiàn)優(yōu)秀，能夠充分運(yùn)用積極的情感教學(xué)，讓學(xué)生有松弛感，學(xué)得輕松。

在課堂氛圍方面，40分鐘內(nèi)，教師視線在課堂左前、左后、右前和右后的分布占比分別為6.5%、36.1%、9.4%和48.0%；教師在教室里的行走軌跡為80%的時(shí)間在講臺(tái)和前排，僅5%的時(shí)間在最后排。這說(shuō)明教師的行走軌跡明顯不均衡，對(duì)后排學(xué)生關(guān)注少，對(duì)前排學(xué)生關(guān)注多。

2.教學(xué)組織畫(huà)像

在教學(xué)準(zhǔn)備方面，教師在評(píng)測(cè)系統(tǒng)上傳了教學(xué)PPT，未上傳教案，但在授課中教師的視線并未集中在教材或PPT上，因此教師的教學(xué)準(zhǔn)備情況總體良好。

在教學(xué)方式方面，教師課堂提問(wèn)中，記憶型、理解型、應(yīng)用型、分析型、評(píng)價(jià)型和創(chuàng)新型提問(wèn)分別出現(xiàn)1次、8次、3次、0次、3次和4次。這說(shuō)明教師注重發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，但是缺乏分析型提問(wèn)。整體上看，教師基本能夠做到啟發(fā)、引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生自主探究。

在教學(xué)內(nèi)容方面，教師注重新知與舊知的銜接，基本可以做到教學(xué)內(nèi)容貼近生活，與學(xué)生日常生活情境相結(jié)合，但是在教學(xué)過(guò)程中未介紹本學(xué)科知識(shí)在其他學(xué)科中的應(yīng)用，未能充分體現(xiàn)不同學(xué)科知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)。

在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，教師對(duì)學(xué)生回答問(wèn)題有鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)，但是對(duì)學(xué)生思維過(guò)程評(píng)價(jià)不足，整體表現(xiàn)一般。

3.課堂管理畫(huà)像

在行為管理方面，教師無(wú)推搡學(xué)生等不當(dāng)行為，學(xué)生在課堂上沒(méi)有吃東西、趴下睡覺(jué)等情況，學(xué)生舉手、聽(tīng)講、起立活動(dòng)的占比分別為11.9%、84.1%、4.0%。由此可見(jiàn)，課堂秩序較好，學(xué)生能參與課堂活動(dòng)，但是起立回答問(wèn)題的比率偏低，學(xué)生的活躍度有待提升。

在時(shí)間管理方面，教師語(yǔ)速較慢且未明確說(shuō)明完成活動(dòng)或任務(wù)的時(shí)間。由此可見(jiàn)，教師課堂教學(xué)時(shí)間管理的意識(shí)不強(qiáng)、能力不足。

三、智能提出針對(duì)性改進(jìn)建議

針對(duì)教師課堂教學(xué)中存在的問(wèn)題，生成式人工智能可以提出有針對(duì)性的改進(jìn)建議。

針對(duì)教學(xué)評(píng)價(jià)不足的問(wèn)題，人工智能建議：教師可以記錄學(xué)生在課堂上的發(fā)言次數(shù)、回答問(wèn)題的質(zhì)量，以此評(píng)價(jià)學(xué)生的課堂參與度；可以引導(dǎo)學(xué)生評(píng)價(jià)自己的學(xué)習(xí)過(guò)程和結(jié)果，培養(yǎng)學(xué)生的反思能力；可以組織學(xué)生相互評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生之間交流與互動(dòng)。

針對(duì)教師注意力分配不均衡的問(wèn)題，人工智能建議：教師教學(xué)時(shí)視線應(yīng)指向聽(tīng)課學(xué)生，了解與教學(xué)活動(dòng)相關(guān)的信息，如課堂紀(jì)律情況等，根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)調(diào)整教學(xué)行為，維持正常的教學(xué)秩序。同時(shí)，教師應(yīng)注意視線的均衡分配，對(duì)學(xué)生一視同仁。

針對(duì)教師行動(dòng)軌跡過(guò)于集中的問(wèn)題，人工智能建議：教師應(yīng)充分認(rèn)識(shí)“走動(dòng)”藝術(shù)的重要性。一般情況下，講解重點(diǎn)內(nèi)容時(shí)應(yīng)“站穩(wěn)三尺講臺(tái)”，關(guān)注全體學(xué)生；與部分學(xué)生交流時(shí)應(yīng)走近學(xué)生；學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)巡回式地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；利用多媒體教學(xué)或板書(shū)時(shí)應(yīng)站在大屏幕兩側(cè)；在學(xué)生提出或回答問(wèn)題時(shí)應(yīng)站在講臺(tái)下一側(cè)并面向提問(wèn)或回答問(wèn)題的學(xué)生，或者快速走到提問(wèn)、回答問(wèn)題學(xué)生的座位旁邊，認(rèn)真傾聽(tīng)。

針對(duì)教師設(shè)計(jì)的問(wèn)題類(lèi)型不豐富的問(wèn)題，人工智能建議：在實(shí)際教學(xué)中，教師應(yīng)充分關(guān)注課堂提問(wèn)的問(wèn)題質(zhì)量、提問(wèn)方式、反饋方式、回答類(lèi)型及追問(wèn)的有效應(yīng)用。例如，針對(duì)不同的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)有針對(duì)性的問(wèn)題：知識(shí)講授環(huán)節(jié)，通過(guò)記憶、理解型提問(wèn)鞏固所學(xué)知識(shí)；活動(dòng)研討環(huán)節(jié)，通過(guò)評(píng)價(jià)、創(chuàng)新型提問(wèn)激發(fā)學(xué)生的高階思維。同時(shí)，教師要針對(duì)不同類(lèi)型的問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生采取不同的回答方式。此外，教師可以通過(guò)追問(wèn)形成問(wèn)題鏈，助推學(xué)生思維發(fā)展。

針對(duì)教師語(yǔ)速過(guò)慢的問(wèn)題，人工智能建議：關(guān)于教師的語(yǔ)速?zèng)]有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該根據(jù)教學(xué)對(duì)象、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境等因素綜合考量。如在小班化教學(xué)中，由于學(xué)生少、教室空間小，教師的語(yǔ)速可適當(dāng)加快，而在班額較大、教室空間較大的情況下，教師與后排學(xué)生的距離遠(yuǎn)，教師的語(yǔ)速就要相應(yīng)地放慢。

此外，人工智能建議：教師要關(guān)注人工智能為廣大教師提供的最新專(zhuān)業(yè)知識(shí)、教育研究成果與教育發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合教學(xué)實(shí)際確定專(zhuān)業(yè)發(fā)展方向，優(yōu)化教育教學(xué)方法，逐步形成個(gè)性化的教學(xué)風(fēng)格，步入專(zhuān)業(yè)發(fā)展快車(chē)道。

（作者單位：李劍，湖北第二師范學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院；邢銳，湖北省教育信息化發(fā)展中心、湖北省電化教育館）

（本文系湖北省教育科學(xué)規(guī)劃光谷教師教育綜合改革省級(jí)實(shí)驗(yàn)區(qū)專(zhuān)項(xiàng)資助課題“基于人工智能的中小學(xué)教師個(gè)體畫(huà)像與精準(zhǔn)研修融合研究”的研究成果。課題編號(hào)：2022ZB30）

文字編輯" 羅義安