新型智能系統開發與應用的校本教研工作模式與實踐
——以基于知識圖譜的高中生物學智適應學習系統開發與應用為例

閆白洋

(上海市行知中學， 上海 201999)

2022年1月，國務院印發《“十四五”數字經濟發展規劃》，提出深入推進智慧教育，構建高質量教育支持體系；同月，全國教育工作會議提出實施國家教育數字化戰略行動，教育數字化轉型開啟新征程。隨著人工智能的發展，新型智能系統的開發與應用成為當前教育數字化改革的熱點，僅僅通過教育專家和技術公司開發新型智能系統多會出現“愿景和邏輯很美好，但是無法常態化地進入課堂”“為了使用智能系統而使用”等問題。學校一線教師最了解課堂的邏輯和需求，通過學校教研工作開發新型智能系統將成為重要路徑。

現有的教研工作模式多是對已有教學過程的優化或課程資源的開發，局限于學校內部教師的教研。而新型智能系統的開發與應用是一個“從無到有”的工作，也是一個涉及學科教育專家、教育信息化技術專家和技術公司等很復雜的工程，通過現有的教研工作模式是很難實現的。基于此，我校從2018年開始，在上海市“雙名工程”高峰計劃引領下，通過校本教研工作進行了“基于知識圖譜的高中生物學智適應學習系統的開發與實踐”，在此過程中，逐漸形成了多維度跨部門聯合的新型智能系統開發與應用的教研工作模式，為教育數字化轉型的校本教研工作提供參考。

一、設計與推展

“基于知識圖譜的高中生物學智適應學習系統的開發與實踐”主要包括知識圖譜的構建、資源圖譜的開發、智適應學習系統(APP)開發、人機協同教學新范式的實踐等重要組成(如圖1)。整個工程很復雜，既涉及學科課程標準、學科知識結構、學科核心素養、課程資源建設、測評核心素養試題開發技術、系統的課堂教學模式等學科類教學內容，也涉及個性化學習模型、學習畫像模型、教學策略模型等大教育理念，還涉及系統的開發、系統的迭代等教育信息化技術。整個建設過程均主要由教師教研工作完成，在智適應學習系統(APP)開發中，還需要教育信息技術專家和技術公司系統協助完成。基于此，我們在進行研發和實踐中設計了“知行融合，多維并進”的教研工作模式(如圖2)。包括機制建設、工作組群、理論研究、調研教師需求、合作研討、技術對接、資源開發、資源審核、系統場景設計、資源上傳、系統試用、教學范式、成果輻射等。

(一)教研機制與制度為新型智能系統的開發與實踐提供保障

基于知識圖譜的生物學智適應學習系統的校本開發與實踐比較復雜，為促進項目的推進從學校教研層面建設了一系列的機制和制度。在基于知識圖譜的高中生物學智適應學習系統校本開發與應用中，組建了校長為組長，教導處、教科室、信息處、年級組和生物學教研組為核心成員的隊伍，并制定了部門在項目實施中的職能，保障校本教研順利開展，形成教學、教研一體化的組織格局[1]。教科室主要參與理論研究和調查需求，生物學教研組主要負責資源開發和課堂實踐，教導處和年級組主要負責系統實踐的具體安排，信息處主要負責系統教學的設備和網絡環境的保障。除此之外，學校還建立了和上海市電化教育館、上海市師資培訓中心、華東師范大學、上海市教育考試院“請進來，走出去”的校本培訓機制，確保知識圖譜和智適應學習系統的開發有專家指導。因為系統的開發需要和技術公司合作，還需要和技術公司建立工作機制，每2周的項目例會制度，學校將智慧校園的部分經費專款用于基于知識圖譜的智適應學習系統的開發與實踐。這些機制和制度為項目的實施提供了堅強的保障。

圖1 基于知識圖譜的高中生物學智適應學習系統的研究框架

圖2 新型智能系統開發與實踐的教研工作模式

(二)課題引領、全員培訓等教研方式促進理論研究與師生需求的調研

基于知識圖譜的智適應學習系統的開發和實踐是創新性的項目，可供參考的范例基本沒有，“無中生有”的教研工作比“有中生優”的教研工作更有難度，需要教師的創新和研究。基于此，基于課題引領的教研工作方式顯得更加重要[2]。學校聯合外校教師組建了多個課題研究團隊，例如，教師和學生學習需求調研團隊、生物學核心素養測評技術課題研究團隊、教學策略和學習策略模型課題研究團隊、知識圖譜建立課題研究團隊、資源建設課題研究團隊、智適應學習系統實踐應用研究團隊等，通過課題研究引領項目的推進。各團隊相互獨立又相互協作，并將研究成果及時向其他組教師進行講座和交流，促進教研組成員共同成長。除此之外，學校還邀請上海市學科名師，上海市電化教育館、華東師范大學、上海師范大學、復旦大學等學科專家、技術專家、課標專家對團隊成員進行全員培訓。例如，在針對“生物學核心素養如何融入知識圖譜中”的問題，通過多個團隊成員的頭腦風暴，以及專家的指導，最后形成共識，將生物學核心素養作為知識圖譜的一個“實體”，并在資源建設中引導學生的主動建構，形成融入生物學核心素養的資源建設模式。

(三)協同教研、骨干示范等教研方式促進知識圖譜與資源建設

知識圖譜對于一線教師比較陌生，為促進教研團隊對知識圖譜的學習，學校購買了關于知識圖譜的書籍，例如復旦大學肖仰華教授編著的《知識圖譜概念與技術》、王昊奮等所著作的《知識圖譜方法、實踐與應用》，并邀請復旦大學肖仰華教授、清華大學許斌教授對研究團隊成員講座和指導。并要求骨干教師以“光合作用”章節進行基于“知識樹”—“知識圖譜”的方式構建知識圖譜，上交給專家進行審核和修改，不斷完善形成“光合作用”章節的知識圖譜，然后通過骨干示范的形式展示知識圖譜的建設過程和技巧，進行全員培訓，引領團隊成員建立其他章節的知識圖譜。知識圖譜完成后，需要對知識圖譜中每一個末級“實體”配制文字、微課、試題、動畫、圖片等資源。因為涉及的必修模塊末級“實體”數量多達300多個，需要對每個末級“實體”建設資源，僅僅依靠學校教研組是很難實現的，基于此，學校教研工作從學校擴展到其他學校的協同教研方式。通過“雙名工程”高峰計劃、攻關計劃和種子計劃建立了200多名的教師團隊。整個實施過程是，學校教科室和教研組共同開發了資源的開發模式，并經過多次研討和修改，制作一個“小樣”，尤其是微課的設計模式是“情境任務”—“概念建構”—“問題解決”，然后對200多名教師進行培訓，并分配任務進行資源建設。在此過程中，會進行資源案例的分享和交流，通過資源的建設提高教師對新課程理念、學科概念和學科核心素養的理解，尤其是測評學生生物學核心素養的試題開發對教師的專業能力和教學能力有了很大的提高。

(四)多元合作、網絡教研提升系統開發的效率

基于知識圖譜的智適應學習系統(APP)的開發僅僅依靠學校教研是很難實現的，只能學校教研團隊、技術公司、信息技術專家等進行多元合作。學校教研團隊提供知識圖譜、資源、教師和學生所需的教學場景等，技術公司負責系統(APP)的開發、測試、迭代等。信息技術專家負責理論支撐、知識路徑推送邏輯開發、技術指導等。學校教研建立了三方合作的機制和方式，以及例會制度、評價制度等。同時發揮協同教研的優勢，將團隊成員分為“綜合組”“資源審核組”“資源打標組”“應用試點實踐組”等，技術公司按照教研團隊的建議建立了基于知識圖譜的智適應學習系統，并上傳相關的資源，教研團隊對資源進行打標和修正，并進行系統的試運營，不斷地完善系統的功能。設計的系統學習場景包括：一是課堂教學場景，基本邏輯是教師備課—智能分組—推送個性化資源—學生課堂自主學習—教師課堂精準提問和教學—解決問題—推送個性化作業，主要探索課堂教學“1加1”的路徑。二是新課教學場景，基本邏輯是選擇章節—推送學習資源—試題推送—學習結果診斷—推送個性化學習資源—……。產生數據可以利于教師精準備課，主要探索課前備課“1幫1”的路徑。三是自主復習場景，基本邏輯是選擇章節—設計目標—試題推送—學習結果診斷—個性化推送學習資源—個性化試題推送—學習結果診斷—……，主要探索課后輔導“1對1”的路徑。

(五)課堂聯動、實證教研等教研方式探索新型智能系統的應用

在學校教導處、信息處和年級組的安排下，智適應學習系統進行了多輪的試點實踐，在試點實踐中進行骨干示范、課堂聯動的教研方式，進行同課同構、同課異構、異課同構等，并進行案例分享[3]。建立了智適應學習系統嵌入課堂教學的四種教學形態，以及每個教學形態的流程(如圖3)。開設了多次市區級公開課進行研討。利用實驗班和對照班進行實證教研，論證基于知識圖譜的智適應學習系統在發展學生生物學核心素養中的價值。提煉總結了智適應學習系統嵌入課堂的優勢，包括：實現了學習路徑的可視化，為精準教學提供依據；實現了學生診斷精準化，提高課堂教學效率；首次通過KPM算法為學生課外自主而個性化學習進行智能推送。

圖3 指向素養提升的智適應學習系統教學模式

(六)案例分享、宣傳講座等教研方式探索新型智能系統的推廣

基于知識圖譜的智適應學習系統在上海市和全國進行了有效推廣。推廣的教研方式包括，將基于智適應學習系統的課例和案例以共享資源包的形式進行推廣，在上海市師資培訓中心的要求下錄制了培訓視頻課程，正在出版《基于高中生物學知識圖譜的智適應學習試驗與推廣》專著。2020年，智適應學習系統的講座入選暑期中小幼校(園)長、書記的培訓微課程，并在上海市、江蘇省、湖南省、黑龍江省、安徽省、江西省等地50多所學校進行宣傳和推廣。

二、結論與啟示

通過構建基于知識圖譜的智適應學習系統，形成了新型智能系統開發與應用的教研工作模式，在新型智能系統開發和應用的不同階段分別實施了課題引領、全員培訓、成果分享、骨干示范、案例分享、協同教研、多元合作、網絡教研、分層聯動、實證教研等。不僅為新型智能系統開發提供教研模式參考，新的項目的研究也可以借鑒此教研模式，在教研實踐中提煉了學校教研工作的八個啟示。

一是要充分發揮專業引領作用。新型智能系統的開發與實踐對于一線教師來說比較陌生，因此，專業引領是教研工作得以深化發展的重要支撐，要重視技術專家、教育專家、骨干教師的參與，要在提供解決問題的思路、指引完成任務的途徑和方法等方面使他們發揮必要的引領和指導作用。他們的參與能夠拓寬討論的廣度和深度，帶給老師全新的視角。

二是要堅持教育科研介入的原則。新型智能系統的開發與實踐中充滿著挑戰，需要教研工作以課題或項目的形式進行長期、深入的研究，通過課題或項目引領，圍繞具體主題持續開展教研工作，解決新型智能系統開發中的一系列問題。每一階段的研究成果都要進行展示，進行總結提煉，形成經驗或者發現新的問題。

三是要立足教師和學生的現實需求。新型智能系統要真正能夠具有生命力，在教師的教和學生的學中長期常態化發揮作用，教研工作必須立足教師和學生的真需求，要激發教師的參與熱情，重視教師全員深入參與，依托學科骨干教師隊伍，充分發揮優秀教師在教研工作中的示范引領作用。

四是要關注新時期教育改革的方向。新型智能系統要緊跟新時期教育改革的方向，教研工作也追求學科育人價值，關注課程整合和學生核心素養，將全面育人、全程意識作為教研工作和新型智能系統開發的指導思想。同時，也要重視學生主體的建構、實踐，學生的個性化學習等[4]。

五是廣泛使用協同教研的方式。新型智能系統的開發與實踐僅僅依靠一所學校的教研工作難以實現，不僅需要學校與學校之間跨區域的協同、學校與名師團隊的協同，還需要學校與電化教育館、考試院、技術公司之間的協同。協同教研的優勢在于拓展了智能系統開發與實踐有關問題的研討空間和優秀經驗的分享空間[5]。也能使得智能系統在更大范圍內得以分享和傳播。

六是通過網絡教研打破時空局限。在新型智能系統開發與實踐的教研工作中，要充分利用互聯網的巨大優勢，積極探索更為方便、快捷的網絡化教研方式，尤其是新冠疫情的影響下，更要拓展網絡教研的寬度和深度。不僅要探索純粹的網絡教研，更要探索線上線下混合式教研。

七是嘗試基于教學診斷的“實證教研”。新型智能系統使用的效果，必須要有證據的支持。而數據作為診斷的依據，利用大數據為教研工作提供清晰、明確的依據。一方面，新型智能系統也要建立基于學生個性特征、學業水平分析、學習過程記錄、學科能力的數據庫以及學習路徑數據庫。數據也因此成為教學設計及教學評估的重要依據。另一方面在新型智能系統效果評價時，要使用實證研究方法，用規范的研究方法在教育教學現場開展研究，在真實的教學情境中收集數據，得出翔實可靠的研究結論，以便為教研工作提供確切的依據[6]。

八是加強學校教研工作的制度保障。新型智能系統開發與實踐涉及學校的教研實踐、網絡終端的保障、不同學校的協同教研、學校與其他部門的協同等，比其他教研工作更為復雜，因此，建立完善的教研制度和機制有著重要價值。需要健全學校教研工作組織制度、激勵制度、與他校協同制度、與公司合作機制、健全教研系統內部交流學習與成果推廣機制等。

新型智能系統開發與應用的教研工作模式及啟示進行了輻射和推廣，上海市寶山區由教育學院牽頭，利用此教研工作模式進行數學、化學、物理等初高中各門學科知識圖譜的建設和智適應學習系統的開發，取得了很好的成效。▲