人工智能提升中職課堂教學有效性的研究

李曉男 蘇輝

摘要：當前，人工智能中大數據管理在課堂教學應用中占據主導地位，大量應用于學習監測評價，體現了教師為主導及教育管理的教學特征；深度學習中自生成技術促進了數字資源的快速生成及轉型，學生依據個人需求自建學習資源，依托智創資源靈活選擇學習方式，體現了學生為主體及學生自主管理的學習特征。因此，“借用、多用、巧用、活用”人工智能技術助力中職課堂教學，變革學生學習方式，探究新時期人工智能提升課堂教學有效性的應用策略，便于構建中職課堂教學“智創學習、展示互教、游戲練習、智能生活”線上線下一體的新型課堂結構形態。

關鍵詞：人工智能；中職課堂教學；有效性

中圖分類號：G71 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2023）02-0060-06

技術創新推動著行業產業的創新發展，人工智能技術對教育行業的影響顯而易見，這給教師專業發展帶來了新機遇和新挑戰。隨著深度學習技術的不斷優化，人工智能已經成為學校課堂管理和教學變革的助推器。分析人工智能技術在課堂教學中的應用現狀及發展趨勢，對接課堂教學實際，厘清兩者之間交融的可能性，探究人工智能在課堂中的應用策略，能為未來課堂教學變革提供指導和借鑒。

一、人工智能技術在課堂教學中的應用現狀及趨勢

人工智能研究的一個主要目標是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復雜工作。人工智能分弱、強、超三類，當人工智能與教育深度融合時，教師要清楚人工智能融合課堂教學的目的是什么，當前課堂教學應用的主要人工智能技術是什么。

（一）人工智能技術在課堂教學中的應用現狀

人工智能融合課堂教學的目的是提升課堂教學的有效性。“數據是人工智能運行的根本”[1]127，當前課堂教學中，“用好數據”是人工智能助力課堂教學的直接體現。

1.大數據分析是應用主導

“人工智能是計算機科學的一個重要分支，是以算力、算法、大數據為基石的‘新基建的驅動引擎，在計算機技術創新中發揮了極具帶動性的‘頭雁效應。”[2]108人工智能在收集課堂教學中的管理數據、教學數據上不斷創新突破，取得了很多新成果，這是“用好數據”在課堂應用中的廣泛體現，體現了“強”人工智能特征。在大數據分析下，中職課堂管理中存在的問題逐步顯現。這種大數據作用呈現“好看又摸得著”效應，不斷改進課堂教學，完善課堂管理流程，又進一步促進了大數據分析在課堂教學中的普及應用。但大數據管理需配備相應的硬件、軟件，成本投入大，這需要學校領導者的支持，對于一線部分教師而言，他們并不關心課堂教學中有無大數據管理技術。

2.人工智能重過程管理

當大數據分析變成中職課堂的應用主導后，人工智能在課堂教學過程管理這一領域的應用越來越廣泛，并延伸至課前、課中、課后，為混合教學過程應用和管理提供了支持。以希沃白板為例，其功能中的“計時器、尺規、手機投屏、導出板書、動畫、刪除線、行距和公式”等，都是服務于教學過程的智能工具，也是高效過程管理的間接體現。希沃白板的“知識膠囊”模塊提供錄制剪輯、觀看互動、數據反饋一站式功能。這些功能提供了互動答題、課堂游戲等交互智能玩法，并實施學生學習情況反饋，其目的都是通過應用人工智能大數據分析實施過程管理。

（二）人工智能技術在課堂教學中的應用趨勢

學習過程不僅是管理數據的過程，更是學生領悟學習知識的過程，深度學習能將“學習知識”轉換為不同形態的“學習數據”，是“用好數據”的進一步體現。

1.深度學習是人工智能當前應用新方向

隨著深度學習技術的不斷創新，“超”人工智能應用開始普及。超人工智能深度學習技術的創新突破催生著更多智能產品，這也為教師提供了新的創新應用方向。譬如：“文字”智能創新在“文字轉文字”“文字轉圖片”“文字轉動畫”“文字轉聲音”“文字轉視頻”等方面實現了新突破；在文字“自動寫作機器人”“自動生成圖片”“自動生成視頻”等超人工智能技術應用方面的成果令人驚嘆，未來將有更多深度學習技術下的超智能化產品。這些產品主要用于電腦和手機端，數字資源制作簡單高效，成本投入小，便于教師和學生推廣應用。但調研顯示，當前人工智能的深度學習產品及技術并未應用于中職課堂教學。中職課堂教學明顯存在課堂教學創新滯后于人工智能技術發展的問題，人工智能技術在中職課堂教學中沒有發揮應有的作用。

2.元宇宙是人工智能未來應用新方向

隨著虛擬仿真、VR技術（虛擬現實技術）、元宇宙的發展，虛擬現實技術已走進中職課堂教學。虛擬現實技術以虛擬場景模擬現實，營造虛實結合的教育教學場景，并逐步讓學生通過“虛”的世界獲得“實”的收獲。在實際課堂教學應用中，虛擬現實技術要配備基礎的軟硬件平臺，目前大部分教學資源仍處于創建階段。元宇宙則是虛擬現實的終極產物，是一個虛擬的世界，教師和學生都可以在這個虛擬的世界里重構教與學的方式。未來的課堂教學能讓學生在虛擬的元宇宙場景中開展真實的體驗活動，以獲得知識和技能。因此，虛擬現實技術特別適合職業學校專業課程的數字教學資源建設，但其應用需要平臺建設、硬件投入，并且因其技術復雜、開發成本較高、開發進程緩慢，當前還不能廣泛應用于職業學校課堂教學。

二、人工智能提升中職課堂教學有效性的困惑與突破

人工智能“由強變超”，現實課堂教學應用融合深度及廣度均不足，因此了解師生需求及困惑，尋求解決途徑和方法，是人工智能提升中職課堂教學有效性的關鍵。

（一）人工智能提升中職課堂教學有效性的困惑

雖然人工智能技術蓬勃發展，產品功能不斷創新，但現實中中職課堂教學應用人工智能技術依然是“剃頭擔子——一頭熱，一頭冷”。大數據應用并未普及，深度學習應用尚未涉及，虛擬仿真應用受限，造成這種現象的原因有很多。

1.教師應用熱情不高，智能應用處于低端

當前“人工智能+教育”的應用形態可歸納為三種，“一是教育機器人，二是自主在線學習平臺，三是自動化測評系統”[3]。這三類智能應用都是輔助課堂教學應用類型，與課堂教學實際需求相距較遠。“即使是那些研究智能技術的高等院校，它們的教育教學方式、內容和手段并沒有很好地與人工智能相融合，目前停留在使用智慧教育平臺的人數較多，但深層次變革高等教育的方式還有待發掘。”[4]這些都深刻反映了人工智能技術仍沒有深度融入課堂教學，“弱人工智能應用”特征明顯。在教學的深層次變革中，教師最了解課堂教學中存在的問題和障礙，他們的需求往往聚焦于教學模式、教學手段、教學內容和教學評價的構建上。此外，他們很少接觸人工智能技術，也不清楚人工智能在課堂教學中所起到的作用，這讓人工智能課堂應用的深層次變革停滯不前。同時，冰冷的大數據呈現的數字易讓教育失去“人”味，受到部分經驗型教師的抗拒。在中職學校課堂教學中，教學內容的智能應用是最大的需求點，解決人工智能與課堂教學數字資源對接痛點問題是教師積極應用人工智能技術的關鍵。

2.大數據管理占據主導，學生主體地位缺失

當前，“沒有數據的人工智能，根本無法發揮作用”[1]127。人工智能與各類管理軟件后臺對接，在前端將數據以圖表等方式呈現，或生成報告反饋給教師。在課堂實時數據采集中，更是應用先進的人臉識別等技術采集學生各類學習活動數據，以對學生進行個性化輔助教學。在這種監督環境下，學生的言行舉止更為規范，然而學習潛能的發揮也受到阻礙，導致學生對學習存在著一定的倦怠感。中職學校更需要有活力的課堂，更需要能體現成就的課堂，約束型的課堂會挫傷學生學習的積極性。

3.技術知識關聯不深，教學目標導向缺位

在超人工智能技術支持下，深度智能應用成為常態。文字、圖片、音頻、視頻之間的相互轉換已經實現，知識的重構轉型時代已經來臨，轉型過程快捷方便。人工智能生成的教學知識能否達到“可用、適用、有效”，仍沒有明確的應用標準和規范。在沒有經過科學實驗驗證的基礎上盲目應用人工智能實施知識教學的轉型，不探究技術與知識教學目標之間的關聯性，最終會導致教學有效性難以實現。中職課堂教學知識應用性較強，與生產實際的關聯性很密切，人工智能雖然已經實現了資源重構的突破，但在職業教育專業類課程教學數字資源生成重構上，知識與技術關聯不強，需要對生成的數字資源做進一步處理。

4.倫理道德關注不夠，思政教育亟須加強

“人工智能的出現改變了原本的社會運行方式，加快了人類社會的發展步伐，也凸顯出傳統法治思維的滯后性。”[2]110同樣，人工智能改變了原有的教育教學方式，加快了教育教學應用變革，凸顯了倫理道德教育、思想政治教育的滯后性；在人工智能監測學生數據、提供個性化輔助教學中，必然存在著個人隱私泄密的風險；在人工智能技術教學應用中，學生容易沉迷其中，忽視生態責任；在人工智能數字教學資源生成中存在隨機性和不確定性，導致數字教學資源存在著很多倫理道德教育不足等隱患。中職學生受認知水平的局限，往往缺乏理解復雜問題的能力，對部分新生事物缺乏明辨是非的能力。針對這些情況，職業學校教師應該堅持以立德樹人為根本，關注人工智能背景下的倫理道德問題，加強學生人工智能思政教育。

（二）人工智能提升中職課堂教學有效性的突破

人工智能技術不斷突破發展且紛繁復雜，如何選擇能提升中職課堂教學有效性的人工智能技術，讓學生學習更富有樂趣、更加高效呢？當前應充分利用人工智能大數據分析及深度學習技術，對接中職課堂教學需求，尋求新的應用場景。

1.線上線下混合學習方式，增強課堂教學引導的有效性

混合式教學“可以利用已有教學平臺提供的統計、分析等技術手段建立評價機制，并根據評價結果發現教學過程中存在的問題”[5]。人工智能技術應用，通過學生學習時長監控、中間答問交互等方式，讓教師從后臺數據分析學生學習進展情況，進一步規范了線上學習管理方式，解決了線上學習學生自制力差、容易走神等問題。個性化的教學引導提升了線上學習的有效性，也保證了線下課堂學習的順利進行，使得線上線下學習不再割裂，成為一個完整的學習體系，保證了課堂教學的有序開展，增強了課堂教學各環節間知識傳導的有效性。

2.數字教學資源智能應用，增加課堂教學師生交互的有效性

課堂是學習的主陣地，智能課堂能夠實現教與學兩個環節的融合，通過數字學習資源智能服務實現教與學的互動與生成，實現高效教學。借助于各種人工智能工具，迅速生成文字、圖片、音頻和視頻，或者在原有數字教學資源上再進行重構升級，能夠呈現更多數字教學資源主題。資源的生成，能實現師生交互、生生交互、學生與工具交互、學生與資源交互等全方位的交互格局，實現課堂傳授基本知識、激發學習興趣等功效與作用，增強課堂教學師生互動的有效性，讓學生獲得更多交流體驗，提升課堂教學質量及有效性。

3.大數據管理及分析功能，促進課堂教學規范管理的有效性

大數據分析技術通過用戶行為分析、數據采集及交互等方式形成數據庫。“基于大數據和學習行為分析技術，對學生線上線下數據和學習過程數據進行采集、存儲、分析，能夠促使教師及時發現、引導、調控、追蹤和改進教學過程中的問題，幫助學生改進學習方式和學業狀態。”[6]基于大數據分析的智慧課堂，能借助數據挖掘技術分析不同學段的學習規律及學情特點，同時結合學生學習數據分析對其行為和學習效果進行預測分析，為課堂教學決策提供參考依據，實現課堂高效管理。通過互聯網對學生學習習慣以及學習狀態進行有效評估和管理，對教師進行精確引導和高效利用也是一種挑戰。隨著智慧教室建設的深入，大數據能夠輔助學生解決學習中遇到的問題，識別學生課堂知識掌握程度，幫助學生理解知識、獲得能力和解決問題；大數據能整合學生學習習慣，并對活動參與數據進行分析，利用教育資源實現個性化教學，為學生提供了一個優質的學習環境；大數據也能依據學生智能互動、個性化評價數據實施教學反饋并優化教師服務。

4.建立學生資源成果庫及個人成長庫，提升課堂教學生態發展的有效性

傳統教學是以教師為主導進行訓練和指導的教學過程，而大數據挖掘有助于建立有效的學習情境。教師根據學習群體的實際情況進行學習分層，確保學生學習能力、學習過程和學習成果三者的匹配。再通過超人工智能技術，引導學生自主創作數字教學資源，并通過課堂呈現學生的作品，鼓勵學生講解個人創作心得，同時應用學生數字資源制作成果建立學生個體資源成果庫，應用學生數字資源展示過程等建立個人成長庫，讓學生在獲得知識、技術和能力的同時，提升學習成就感。這種課堂教學方式可呈現信息技術、學科知識、創作、團隊合作和展示教學之間相互結合的特點，極大地提高了學生個性化學習能力，提升了課堂教學生態發展的有效性。

三、人工智能提升中職課堂教學有效性的策略

當前，大數據分析能夠提升中職課堂教學有效性已經得到實證，運用深度學習超人工智能技術成為新的課堂變革訴求。了解深度學習下人工智能應用策略，運用其獨特創新功能，實施課堂教學方式變革，是進一步提升中職課堂教學有效性的重要途徑。

（一）借用“智創學習”，增強中職課堂教學的針對性

“智創是智能制造與智慧創新的整合，是‘智造概念的衍生，與智造相比，更強調‘智與‘創的融合、延展。”[7]人工智能領域本身就是一個創新的領域，將人工智能用于創作數字化學習資源，其本質是一種智創活動。學生結合個人學習愛好，采用人工智能進行數字化學習資源創作，因此產生了“智創學習”。

人工智能實現了數字化學習資源的迅速生成及獲取，其生成是指低階資源向高階資源的快速生成，比如文字轉換為圖形或視頻，其獲取是指從高階資源轉換或截取為低階資源，比如從視頻中截取圖片、音頻等。這些人工智能技術能為學生的“智創學習”提供支持，學生從現在的學習資源或生活體驗入手，可提前或即時構建豐富多彩的學習資源，提升知識學習的針對性、趣味性。這種“智創學習”方式打破原有“教師布置”的學習方式，將更多的學習自主權交給學生，并能提升中職課堂教學效率。因此，“借用”體現了用一種新的教學視野和教學創新思維，對中職課堂教學變革進行改進創新。

對同一個知識點，學生可以通過選擇不同的智能軟件，智創個性化學習資源。以“什么是機器”探討為例，學生通過“剪映”軟件的“圖文”功能，自動生成解說“機器的概念”視頻并完善，實現視頻制作；通過“剪映”軟件的功能轉換，部分學生將解說視頻轉換為音樂視頻或做其他處理，實現音樂視頻或動畫視頻制作；通過圖片智能生成工具，學生以“機器”為關鍵詞生成多張不同風格圖片，或生成動圖；應用ChatGPT聊天機器人，學生可獲得關于“機器”概念的多類型知識，如圖片、動畫、知識圖譜、小說、詩歌、故事等。智創學習方式寓教于樂，生成資源豐富并具有個性化特色，為學生的樂學和課堂展示提供了保障。

（二）多用“展示互教”，培養中職學生思維認知的活躍性

由學生自創的數字化學習資源，具有學生獨特的個性特征。學生可以根據個人興趣愛好，創建自己喜愛的數字化學習資源，詩歌、圖片、漫畫、音樂、動畫和視頻等都能成為學生學習成果展示的載體，也是學生思維認知的體現。學習知識的過程本身就是一個知識生成、生長、升華和拓展的過程。“生成”并不代表學習完成，采用“展示互教”的課堂形式可以讓學生展示成果，講解、學習知識內容，通過學生個人的理解和表達實現生生之間的互教互助，進一步實現知識的“生長”，進一步提升學生思維認知的活躍性。因此，“多用”體現了以學生為主體的特征，只有在課堂中讓學生動起來，通過行動導向開展情境活動，實施小組合作式學習，才能引導中職學生從“懈怠學習”向“積極參與”轉變。

在“展示互教”中，“展”促使學生課前完善智創作品，力求完美，課堂獲得認可；“教”促使學生自主學習與教會他人。用何種方式體現教學內容將成為“教”的關鍵點，這與學生課前智創作品形式相關。同樣是“什么是機器”知識，文字、圖片、動畫、視頻等傳達方式不一樣，傳達效果也不會相同。為了“教”，學生必須在智創的同時，理解自己的作品及相關知識內容，這就達到了“教為不教”的效果。

（三）巧用“游戲練習”，鞏固中職課堂教學的有效性

“游戲練習”是知識升華的過程，簡單交互的設計、游戲模板的直接套用和人工智能自動生成代碼，實現了人人都可編程，采用人工智能實施游戲創建成為可能，也讓“游戲練習”更容易走進課堂。巧用“游戲練習”，既增強了課堂的趣味性，又強化鞏固了所學知識，提升了中職課堂教學的效率。因此，“巧用”體現在要了解學生學情及心理特征，關注學生學習需求，進而有針對性地進行游戲練習設計，以滿足大多數學生的學習需求。同時，還可以通過游戲交互實時激勵等措施，不斷吸引學生的關注度，引導學生積極融入課堂訓練。

智能化軟件可以在幾個小時內設計開發一個完整的游戲，當前流行的ChatGPT機器人已經實現了自動代碼生成。通過代碼的重構，能快速生成教學所需的簡單型游戲，能在課堂教學中普及應用交互游戲教學，巧用不同風格游戲練習，提升學生學習參與度。以一個簡單的射擊類游戲為例：教師通過將射擊的“物品”轉換成“機器”“零件”類圖形，在交互游戲中射擊“機器”得分，射擊其他則失分，以提升學生對于“什么是機器”的概念認識；通過把混淆的概念進行圖形呈現，射擊正確概念圖形得分；或者通過呈現選擇項，在有限時間內射擊正確項得分；或者在課堂教學中舉行游戲比賽。教師可以在課后引導學生應用智能軟件自主設計和開發小游戲，進一步提升課堂教學的有效性。

（四）活用“智能生活”，提升中職課堂教學的延展性

學生借助于智能技術，應用各種新媒體平臺，展現“自創成果”“課堂風采”“自我成長”，讓“智能”與“生活”不斷交融，提升中職課堂教學的延展性。學生可將生活的點點滴滴與人工智能技術融合，創作生活故事，分享創作過程，豐富人生體驗，從而實現“智能生活”。活用“智能生活”，強調“生活即學習、學習即生活”的交融，實施學習與生活相互促進，促使線下、線上與課前、課中和課后連為一體，提升學生的成就感，使學生更加熱愛生活、身心更加健康，實現立德樹人的根本目標，在技術、知識和人格的全面協調發展中培育學生成長。

超人工智能技術的發展將產生更多可供應用的課堂教學新技術和新軟件，必然會帶來數字教學資源的轉型及教學方式變革。人工智能技術依然在發展中，其在課堂教學中的應用仍然處于探索階段。事物的發展遵循矛盾對立統一的規律，人類在體驗人工智能技術帶來的喜悅的同時，也要意識到其可能帶來的隱性傷害。因此，對于中職學校教師而言，在今后的教學改革實驗中必須采用科學的、實事求是的態度，堅持把“以人為本”的教學理念放在首位，時時為學生著想。中職學校教師必須認識到，主動應用人工智能技術實施教育教學創新突破，是教育所需，更是時代所需。

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責任編輯：丁偉紅

本文系江蘇省教育科學“十四五”規劃重點課題“人工智能助力課堂教學實踐研究——以中職《機械基礎》課堂教學為例”（B/2021/03/69）的階段性研究成果。

收稿日期：2022-11-12

作者簡介：李曉男，江蘇省泰興中等專業學校教科室主任，主要研究方向為機電專業教育教學；蘇輝，江蘇省泰興中等專業學校副校長，主要研究方向為機械專業教學和管理。