北京市中小學人工智能技術應用的現狀、問題及建議

季茂生 車英子

【摘 要】人工智能技術在教育領域的應用發展迅速。本文圍繞人工智能系統在教育管理應用和精準助力教學兩個維度，系統闡述了人工智能在建設智慧校園、實施減負、增強教學效果、學生的個性化學習等方面的運用。同時，分析了人工智能技術在北京市中小學中應用的現狀與問題，并且提出了相應的建議。

【關鍵詞】人工智能;個性化學習;中小學;智能管理;精準教學

【中圖分類號】G434 ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）05-005-03

以人工智能為核心的新一代信息技術逐漸進入教育教學領域，對于培養學生的核心素養和提升教育教學效能，發揮了重要的作用。為推進人工智能在教育領域的運用，2019年，北京市教育委員會制定了《北京促進人工智能與教育融合發展行動計劃》，將工具理性與價值理性相融合，堅持以人為中心推進人工智能在中小學教育教學中的運用與發展。

人工智能技術在北京市中小學中應用的現狀

1.人工智能技術助力北京市中小學實現智能化管理

（1）以智慧校園建設為核心，人工智能增強了北京市中小學的現代化管理水平。以智慧校園建設為核心的人工智能在學校管理領域得到了大規模應用，推進了數字校園向智能校園演進，實現校園精細化管理、個性化服務。北京市“十四五”期間將建設100所新型智慧校園示范校，推動人工智能技術條件下的教育教學模式與環境變革，將人工智能技術普遍融入教育教學之中。

（2）利用人工智能技術，推進“雙減”政策實施，為學生提供個性化服務。2021年7月，中共中央辦公廳、國務院辦公廳頒布了《關于進一步減輕義務教育階段學生作業負擔和校外培訓負擔的意見》，這將推動傳統教育教學方式的變革。北京市中小學校研究“雙減”政策的影響，探索利用人工智能技術全流程融入課堂教學，在減輕學生負擔的同時，實現對學生學習的精準化指導。

當前，北京市海淀區在開展實驗的中小學中，通過智能化系統采集線上線下學業數據，建立精準的學生學業畫像，構建學科知識圖譜，為教師提供班級學情分析并推送教學支持資源，為學生匹配個性化學習資源，促進了學習效率和質量的提升。

（3）利用人工智能技術開展“五育融合”的學生綜合素質評價。借助人工智能技術不僅可以對學生學習情況進行全面評價，還可以支持學校開展“五育融合”的學生綜合素質評價。充分將德智體美勞教育教學的過程性數據融入到學生綜合素質評價，建立過程性評價與結果性評價相結合的多元評價模式，更加客觀地展現學生“五育融合”全面發展的情況，有助于學校為不同的學生量身制定個性化發展方案。

2.人工智能技術賦能中小學精準教學

當前有些中小學在以下方面開展了人工智能賦能精準教學的研究，并且取得了一系列的研究成果。

（1）利用人工智能進行學情分析，教師實現精準備課。在北京市懷柔區、通州區等中小學的實驗中，利用人工智能開展數據分析、學生畫像等功能，在每次學生作業、練習后，系統會即時產生可視化、圖表化、多維度的學情報告，教師既可以查看學校、年級、班級的整體數據，也可以精確跟蹤到每位學生、每個題目的數據分析。通過人工智能的系統分析可以掌握不同學生對知識的理解情況，可以從學習成績變化、同年級差距分析、薄弱項分析、學科潛力等維度診斷班級學生群體或學生個體的學業情況，然后根據實際情況動態調整下一階段的授課內容，做到精準備課。

在北京市延慶區某中學的“人工智能助力個性化教學”研究實驗中，教師根據人工智能系統對學情進行分析后，對備課內容做適當調整。對全體學生基本上回答正確的題目進行略講，對經常出錯的知識點進行重點講解。在做課堂小結時，教師會重點分析學生易錯題目。通過對比實驗，在引入人工智能系統開展備課教學的條件下，學生掌握同樣內容的知識比傳統教學節約近50%的時間。

（2）人工智能系統實現對課堂教學效果的精準分析。在20世紀70年代，教育科研領域就出現了對學生聽課情況進行采樣并對教師課堂教學成果進行分析的實驗研究，其中以S-T行為分析法和弗蘭德斯互動分析法最有代表性。傳統的課堂教學效果分析以人工觀察和手工編碼為主，存在過度依賴人工、分析效率低、分析結果受到人為主觀因素影響等短板，這對改善教師的教學技能幫助有限[1]。

利用人工智能技術在課堂上通過人臉識別、學生動作識別等方式實現課堂智能采樣，使得采樣結果更加有效。這種基于人工智能技術的課堂教學分析更加精準，且效率更高。通過算法的不斷優化，將課堂的教學效果更加客觀地反饋給教師本人，增強了對教師課堂教學效果的精準化“畫像”能力，教師可以參考課堂分析的反饋報告，對課堂教學效果不斷優化。

筆者在2021年利用人工智能分析技術對北京市2020年的100節獲獎課例進行了分析，發現多數課堂教師主導的言語行為在整個教學過程中占比超過50%。并且在教師主導的言語行為中，占比最多的是講授，最少的是批評或指正。在單個學生的言語行為中，占比最多的是主動發言，主動發言和被動發言兩項占比接近課堂時間的1/5。如果再加上多人討論的時間，1/3以上的課堂時間內有學生參與。分析顯示獲獎課例學生參與度高，氣氛活躍。將分析的結果反饋給相關教師，經過跟蹤調研，其中77%的教師根據反饋報告優化了自己的課堂教學，取得了良好效果。

（3）人工智能輔助學習系統提升教學效率，減輕學生負擔。人工智能輔助學習系統在提升教學效率、減輕學生負擔方面有良好表現。在筆者2019年結題的“利用個性化學習系統進行數學教學研究”項目中，該項目組織了全市共65所中小學200多個教學班參與了研究，班級跨度從小學一年級到初中八年級，歷時3年。利用人工智能技術開展義務教育學段學生數學學習情況的分析與診斷，為學生在數學學習方面提供了精準的個性化解決方案。

實驗結果是，在教學課時相同的前提下，實驗班使用人工智能輔助系統的后測成績提高了 3.42分，而對照班的后測成績卻比前測成績下降了1.2分。在縱向對比中，在前測中實驗班落后對照班1分，但在后測中實驗班超過對照班3.62 分。這體現了人工智能輔助學習系統對提升學習效率、減輕學生負擔方面效果明顯。

（4）人工智能技術助力課后個性化作業體系的建設。隨著北京市教育系統扎實推進“雙減”工作，各中小學開始大幅度減輕義務教育階段學生的作業負擔，這就要求教師根據學生的學習情況定制符合學生個性化發展的高質量作業。

筆者單位在北京市海淀區、懷柔區開展的“人工智能賦能北京郊區中小學教學模式創新研究”項目中，通過人工智能學習系統，精準定位學生薄弱知識點，并匹配與其學習能力最相適應的作業內容，以實現學生的分層化教學。同時，該系統也對教師設計的作業內容從教學目標一致性、難度合理性、結構合理性、時長合理性等維度進行分析，全方位輔助教師提升作業設計質量，達到優化教學效果的目的。

人工智能技術在北京市中小學中應用面臨的問題

人工智能技術已經在北京市中小學管理和教學等方面發揮了重要的作用，但是也存在著如下問題。

一是人工智能技術在教育教學中的運用缺少頂層設計，科研成果推廣過程緩慢。依托與教育教學融合開展的各類型人工智能研究，已經取得一定研究成果，但由于各類課題的研究由不同的機構各自展開，相互之間缺少橫向聯系，研究過程缺少統一管理，導致不同機構研究的方向出現雷同，研究成果無法得到共享。

二是引入社會人工智能技術資源進入校園，缺乏統一標準。北京是全國科技創新中心，人工智能技術在教育中的應用水平領先全國，有許多科研機構和企業擁有先進的技術，也有為學校提供服務的意愿，但由于缺少相關的權威標準，使得學校在采購第三方服務時隨意性較大，不利于人工智能技術真正實現對教育模式變革和教學方式創新的支持。

三是教師專業化隊伍建設滯后。當前人工智能技術以各種形式進入北京市中小學，已與教育教學形成了一個有機整體，但是為人工智能技術的實施提供技術支持的教師隊伍還沒有建立，學校缺少精通人工智能技術的專業人才，阻礙了人工智能技術在學校中的進一步發展和應用。

人工智能技術在北京市中小學中應用的建議

針對北京市中小學應用人工智能技術開展教育教學存在的問題，提出以下建議。

一是加強頂層設計，統籌推進。學校要將人工智能與教育融合工作發展目標納入工作計劃中，統籌人工智能在教育教學方面的頂層設計，為人工智能與教育融合發展提供指導方向。

二是建立相應標準體系，做好已有科研成果的總結推廣工作。加強人工智能技術進入校園的相關標準制定，統籌全市相關領域的教科研項目，加快制定引導政策，為人工智能與教育融合發展提供優良政策環境。

三是關注對學校師生需求的調研，創新人工智能支撐人才培養模式。優先支持人工智能與教育領域交叉學科建設、人才培養、科技創新和成果轉化應用等工作。在重大教育信息科技任務、創新平臺、科技項目、人才項目等實施中，加大對人工智能領域優秀人才培養和引進的傾斜力度。

總之，在各種數字智能技術飛速發展的大背景下，我們必須重視人工智能技術在教育領域的實踐應用，必須正視人工智能技術在應用于教育各層面過程中出現的問題，積極實踐，不斷探索，逐步改進，讓人工智能技術持續助力北京市中小學教育管理和教學實踐的高質高效發展。

參考文獻

孫眾，呂凱悅等. 基于人工智能的課堂教學分析[J]. 中國電化教育，2020（10）：15-23.