人工智能視域下課堂教學(xué)智慧評價：CSMS助力教師優(yōu)化課堂教學(xué)的案例研究

一、問題提出

教師作為課堂教學(xué)的主導(dǎo)者，其學(xué)科教學(xué)能力決定課堂教學(xué)質(zhì)量，影響學(xué)生知識習(xí)得與思維發(fā)展。對于新手教師而言，來自專家、同行的課堂教學(xué)評價是助力教師教學(xué)能力提升的重要方式。然而，由于人工評價需要耗費大量的時間及精力，通常教師能得到專業(yè)點評的機會較少，不能滿足教師專業(yè)化成長的迫切需求。

課堂教學(xué)智慧評價系統(tǒng)（Classroom Structure-based Multimodel-supported Scoring System，簡稱CSMS）是以人工智能技術(shù)為支撐，建構(gòu)素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系。CSMS以大數(shù)據(jù)為依托，在激發(fā)課堂思維、加強師生互動等方面，為教師診斷課堂教學(xué)提供強大的數(shù)據(jù)支持，幫助教師客觀觀察課堂，進行自我反思與改進，實施促進學(xué)生發(fā)展的教學(xué)活動，落實學(xué)生主體地位。

本文以深圳某中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校（下文簡稱“中職”）高一年級三節(jié)數(shù)學(xué)常規(guī)課為研究對象，從以下兩個角度展開研究：第一，運用CSMS 分析課堂實例在培養(yǎng)學(xué)生思維、促進師生互動等方面的表現(xiàn)；第二，基于CSMS大數(shù)據(jù)分析報告，運用學(xué)習(xí)知行理論，為教師優(yōu)化課堂教學(xué)指明方向，推動課堂優(yōu)化轉(zhuǎn)型。

二、研究對象、研究工具與理論

1.研究對象

教師A是一名入職未滿半年的數(shù)學(xué)教師，具有碩士研究生學(xué)歷，具有一定的學(xué)習(xí)研究能力，但在教學(xué)方面經(jīng)驗不足。本文選擇教師A的三節(jié)常規(guī)新授課（如表1）作為研究對象，授課內(nèi)容選自中職高一年級《數(shù)學(xué)基礎(chǔ)模塊（上冊）》（高教版）第二章，按照“測評、改進，再測評，再改進，進一步測評，總結(jié)”的流程開展研究。

2.研究工具與理論

（1）CSMS

CSMS是一種運用人工智能實現(xiàn)自動評分的大數(shù)據(jù)課堂測評工具，為教師優(yōu)化課堂教學(xué)提供客觀真實數(shù)據(jù)，揭示課堂改進方向，解決傳統(tǒng)課堂評價難以規(guī)模化開展的弊端。CSMS根據(jù)主導(dǎo)—主體教學(xué)結(jié)構(gòu)理論和第三代活動理論，將課堂教學(xué)評價劃分為9個評分領(lǐng)域，包括以教師為主導(dǎo)的課堂調(diào)控、思維激發(fā)等，以及以學(xué)生為主體的合作交流、學(xué)習(xí)體驗等，每個評分領(lǐng)域包含若干量化指標(biāo)。CSMS有效集成了學(xué)習(xí)發(fā)生知行模型、弗蘭德斯互動分析模型等模型，可計算出每個量化指標(biāo)得分，從而得到每個評分領(lǐng)域的分值，清晰地反映出教師課堂教學(xué)情況。

（2）學(xué)習(xí)發(fā)生知行理論

學(xué)習(xí)發(fā)生知行模型將學(xué)習(xí)發(fā)生過程分為四種方式，創(chuàng)造性地將教師主導(dǎo)的四種語言刺激（包括若何what if、為何why、是何what、如何how）與學(xué)生的四種學(xué)習(xí)風(fēng)格對應(yīng)起來，指導(dǎo)教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格均衡設(shè)置四何問題，以照顧不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格，推動學(xué)生有效學(xué)習(xí)。

三、研究過程

1.思維激發(fā)維度

一節(jié)優(yōu)秀的數(shù)學(xué)課，能夠激發(fā)學(xué)生思維，使學(xué)生在知識掌握與發(fā)散創(chuàng)新等方面有所提升。對于新崗教師而言，如何有效激發(fā)學(xué)生思維是課堂教學(xué)重點關(guān)注的內(nèi)容。

（1）理論介紹

課堂教學(xué)語言主要分為四類，即常用的“四何”，如表2所示。每類語言的作用各不相同，具有不同的知識與思維指向。課堂教學(xué)中，教師可選用不同的四何語言對學(xué)生施加外界刺激，激發(fā)學(xué)生思維。

如圖1所示，根據(jù)學(xué)習(xí)發(fā)生知行理論，每個學(xué)習(xí)發(fā)生過程都包含知與行兩個子過程。知與行都是指大腦內(nèi)部的認(rèn)知活動，而“知”又可分為概念與場景兩大類，“行”可分為思想練習(xí)與內(nèi)化建構(gòu)兩大類。因此學(xué)習(xí)發(fā)生過程可分為四種類型：①從場景到內(nèi)化建構(gòu)，②從概念到內(nèi)化建構(gòu)，③從概念到思想練習(xí)，④從場景到思想練習(xí)。學(xué)習(xí)發(fā)生知行模型創(chuàng)造性地將四何語言與知行的不同側(cè)重聯(lián)系起來。“是何”類語言引導(dǎo)學(xué)生到概念空間，“若何”類語言引導(dǎo)學(xué)生到場景空間，“如何”類語言引導(dǎo)學(xué)生進行思想練習(xí)，“為何”類原因引導(dǎo)學(xué)生完成內(nèi)化建構(gòu)。CSMS可通過四何語言分布分析課堂的學(xué)習(xí)發(fā)生情況。

進一步地，不同學(xué)生對四種學(xué)習(xí)發(fā)生方式的喜愛與傾向不同，因此表現(xiàn)出不同的學(xué)習(xí)風(fēng)格。如圖1所示，感悟型、哲理型、現(xiàn)實型、能動型學(xué)生分別傾向于從場景到內(nèi)化建構(gòu)、從概念到內(nèi)化建構(gòu)、從概念到思想練習(xí)、從場景到思想練習(xí)的學(xué)習(xí)方式。學(xué)習(xí)發(fā)生知行理論指出，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生呈現(xiàn)出的學(xué)習(xí)風(fēng)格，均衡地設(shè)置學(xué)習(xí)發(fā)生方式，以兼顧不同學(xué)習(xí)風(fēng)格的學(xué)生。

（2）課例 KLA 簡析

CSMS將課堂教學(xué)評價劃分為9個評分領(lǐng)域，對應(yīng)CSMS大數(shù)據(jù)分析報告中的9個指數(shù)。如表3所示，課例KLA總體評分不高，尤其是思維激發(fā)方面需要進一步優(yōu)化。為了分析課例KLA的思維激發(fā)指數(shù)得分較低的原因，本研究對CSMS大數(shù)據(jù)分析報告中思維激發(fā)指標(biāo)展開進一步分析。

如表4所示，從四何語言使用次數(shù)來看，課例KLA達到了131次（常模為90次），遠(yuǎn)高于常模；從四何語言分布來看，課例KLA中“是何”類語言占比高達34%，“為何”類語言占比僅15%，但總體而言課例KLA的四何語言分布較為均衡。那么，為何課例KLA在設(shè)置足夠多的四何語言刺激，同時兼顧四何語言均衡性的前提下，學(xué)生思維激發(fā)維度仍然表現(xiàn)不佳？

進一步分析發(fā)現(xiàn)，四何語言未能充分地推動學(xué)習(xí)的發(fā)生，導(dǎo)致課例KLA在思維激發(fā)維度表現(xiàn)不佳。根據(jù)學(xué)習(xí)發(fā)生知行理論，學(xué)習(xí)的有效發(fā)生依賴四何語言的相互配合與銜接，需要依次在知、行兩方面施加外界語言刺激。表5展示了課例KLA學(xué)習(xí)發(fā)生方式的分布情況。

課例KLA的授課對象是中職學(xué)生，相對而言，中職學(xué)生知識基礎(chǔ)薄弱，數(shù)學(xué)抽象、邏輯推理等核心素養(yǎng)水平較低，教師在教學(xué)中可適度通過練習(xí)加深學(xué)生對學(xué)科內(nèi)容的理解。課例KLA的授課內(nèi)容是不等式的性質(zhì)，強調(diào)數(shù)學(xué)符號的邏輯推理，在運用不等式的性質(zhì)進行推理時，需要學(xué)生思考為何會如此推理。因此，課例KLA需要加強“①從場景到內(nèi)化建構(gòu)”與“②從概念到內(nèi)化建構(gòu)”兩種學(xué)習(xí)發(fā)生方式的使用。如表5所示，課例KLA使用“③從概念到思想練習(xí)”這一學(xué)習(xí)發(fā)生方式的占比高達46.59%，而“①從場景到內(nèi)化建構(gòu)”與“②從概念到內(nèi)化建構(gòu)”兩種學(xué)習(xí)方式的總占比僅有37.50%。這說明教師A在課例KLA中更傾向于強化學(xué)生的思想練習(xí)，而在引導(dǎo)學(xué)生完成知識的內(nèi)化建構(gòu)方面較為欠缺，導(dǎo)致教師A推動學(xué)生有效學(xué)習(xí)不足，因此課例KLA的思維激發(fā)維度表現(xiàn)不佳。

（3）課例KLB簡析

受課例KLA的CSMS課堂分析報告的啟發(fā)，教師A在課例KLB中更加關(guān)注四種學(xué)習(xí)方式的均衡使用，同時加大對學(xué)生內(nèi)化建構(gòu)的培養(yǎng)。如課例KLB在介紹集合{x∈R|a≤x≤b}的數(shù)軸表示、區(qū)間符號表示以及區(qū)間名稱時，提問學(xué)生“如果是集合{x∈R|a<x<b}，我們又該如何表示與命名區(qū)間？為什么？”等問題引導(dǎo)學(xué)生從場景空間轉(zhuǎn)向內(nèi)化建構(gòu)，加深對授課內(nèi)容的理解。

如表6與表7所示，相比于課例KLA，課例KLB 使用“①從場景到內(nèi)化建構(gòu)”與“②從概念到內(nèi)化建構(gòu)”兩種學(xué)習(xí)發(fā)生方式的總占比達到了48.00%，能較好地引導(dǎo)學(xué)生從場景或概念空間，完成知識的內(nèi)化建構(gòu)。此外，學(xué)習(xí)發(fā)生知行理論表明，教師在設(shè)置學(xué)習(xí)發(fā)生方式時應(yīng)照顧到不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格。表8展示了課例KLB的學(xué)生學(xué)習(xí)風(fēng)格分布情況，其中感悟型及哲理型學(xué)生占比達60.60%，進一步說明了教師加強“①從場景到內(nèi)化建構(gòu)”與“②從概念到內(nèi)化建構(gòu)”兩種學(xué)習(xí)發(fā)生方式的合理性。不過，課例KLB中能動型學(xué)生占比較少，說明教師A在關(guān)注學(xué)生知識遷移創(chuàng)新、舉一反三方面仍需加強。

如表3所示，受益于四何語言與四種學(xué)習(xí)發(fā)生方式的均衡使用，課例KLB能兼顧到不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格，促使學(xué)習(xí)的有效發(fā)生。因此，課例KLB的學(xué)生思維激發(fā)指數(shù)有所提高，同時整體發(fā)展與目標(biāo)達成指數(shù)也顯著上升。

2.交流互動維度

課堂師生互動是課堂教學(xué)情境中教師和學(xué)生之間發(fā)生的具有促進性或抑制性的相互作用，對課堂教學(xué)效果具有重要影響。CSMS主要采用弗蘭德斯分析系統(tǒng)（Flandersinteraction analysissystem，簡稱FIAS）、生師互動模型（student-teacher model，簡稱S-T）等分析課堂師生互動情況。

（1）FIAS分析

FIAS以3秒為單位，對課堂上師生言語進行分類，包括教師言語（T1至T7，共7類）、學(xué)生言語（S1至S2，共2類）、安靜/混亂（X，共1類）3個部分，形成10類互動行為編碼，每個編碼所代表的行為，表9所示。表10展示了課例KLA、KLB、KLC 的FIAS 師生言語互動情況。

如表10所示，相比于課例KLA與課例KLB，課例KLC中教師言語占比大幅降低，而學(xué)生言語占比大幅提升，表明教師A通過認(rèn)真研讀CSMS報告，及時對課堂教學(xué)安排做出調(diào)整，充分體現(xiàn)了教師A對學(xué)生主體地位的關(guān)注。其中，T2類語言占比從課例KLA的0.51%提升到課例KLB的1.79%，再到課例KLC的4.89%，顯示出教師A已經(jīng)充分意識到課堂中稱贊或鼓勵性語言對學(xué)生的激勵促進作用。同時，T5類語言占比從課例KLA的61.27%下降到課例KLC的43.95%，T4類語言從課例KLA的占比2.15%提升到KLC的6.28%，反映出教師A在教學(xué)中逐步減少教師講授的時間，將更多的時間留給學(xué)生獨立思考問題，提升學(xué)生思考的深度與廣度。另外，相較于課例KLA與KLB，課例KLC中的學(xué)生類S1語言以及S2語言占比都有大幅上升，表明教師A在教師言語方面做出的調(diào)整取得了良好效果，有效地激發(fā)學(xué)生的表達欲，提升了課堂師生互動質(zhì)量。

從表11可看出，課例KLC在學(xué)生話題穩(wěn)定性、教師話題互動穩(wěn)定性以及教學(xué)與管控比等方面都高于常模，整體表現(xiàn)也優(yōu)于課例KLA與課例KLB，說明教師A從CSMS大數(shù)據(jù)分析報告中發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足，并有所改進。但課例KLC在學(xué)生發(fā)問以及教師發(fā)問方面還遠(yuǎn)低于常模，后續(xù)教學(xué)還需持續(xù)改進。

（2）S-T分析

CSMS 通過記錄課堂師生對話順序和時長，生成S-T 模型需要的Rt指標(biāo)與Ch指標(biāo)，從而確定課例在講授型、練習(xí)型、對話型和混合型等4種類型上的傾向程度。圖2表明，課例KLA、KLB與KLC都屬于混合型課堂，說明師生充分參與了課堂活動，其中課例KLC更傾向于對話型。

師生互動曲線可以反映師生互動情況。如圖3所示，三個課例的師生互動曲線傾斜程度都接近45°，表明師生互動較為充分。其中，課例KLB中教師A做了較長一段時間的講授后才開展師生互動，而課例KLA與課例KLC都是教師A做了較為簡短的講授后便開展了以學(xué)生為主體的師生互動。同時，在課堂的后三分之一時間，課例KLC的學(xué)生發(fā)言次數(shù)更多、時長更長，表明課例KLC在師生互動方面表現(xiàn)更優(yōu)，充分體現(xiàn)了教師A基于CSMS大數(shù)據(jù)分析報告對課堂進行的有效改進。

四、研究總結(jié)與建議

1.CSMS大數(shù)據(jù)報告為教師指明課堂教學(xué)優(yōu)化方向

CSMS眾多量化指標(biāo)提供了詳細(xì)、客觀、易于比較的課堂評測結(jié)果，一線教師可根據(jù)報告自主發(fā)現(xiàn)課堂教學(xué)中的問題并進行自我改進，在不斷的測評與反思中實現(xiàn)專業(yè)成長。本次研究的CSMS大數(shù)據(jù)課堂分析報告中思維激發(fā)、師生互動等方面的數(shù)據(jù)都與實際情況高度吻合，驗證了CSMS數(shù)據(jù)的可靠性。在本次研究過程中，教師A通過研讀CSMS大數(shù)據(jù)分析報告，發(fā)現(xiàn)自身在教學(xué)設(shè)計、教師提問、學(xué)生評價等方面存在不足，并針對性地加以改進，后續(xù)課例都顯示出教師A在上述幾個方面有所加強，這充分體現(xiàn)了CSMS對一線教師自主診斷課堂教學(xué)的幫助。

2.學(xué)習(xí)發(fā)生知行模型為教師推動學(xué)習(xí)有效發(fā)生提供理論指導(dǎo)

學(xué)習(xí)發(fā)生知行模型提出的四種學(xué)習(xí)發(fā)生方式與四種學(xué)習(xí)風(fēng)格，為教師組織開展教學(xué)活動、推動學(xué)習(xí)有效發(fā)生提供了堅實的理論指導(dǎo)。同時，學(xué)習(xí)發(fā)生知行模型創(chuàng)造性地將學(xué)生大腦內(nèi)部的知行活動與外界可觀測的四何語言刺激相結(jié)合，使CSMS 可以通過四何語言數(shù)據(jù)，定量分析學(xué)習(xí)是否有效發(fā)生。如CSMS通過分析課例KLA的四何語言數(shù)據(jù)，指出該課例在推動學(xué)習(xí)有效發(fā)生方面的表現(xiàn)情況。教師A通過報告發(fā)現(xiàn)課例KLA在推動學(xué)習(xí)有效發(fā)生、激發(fā)學(xué)生思維方面的不足，進而在課例KLB 做出了相應(yīng)改善，加強知識的內(nèi)化建構(gòu)。

3.將定性分析與定量分析相結(jié)合，優(yōu)化課堂教學(xué)評價

CSMS可以常態(tài)化、規(guī)模化地開展課堂教學(xué)評測，為教師提供強大數(shù)據(jù)支撐。然而，目前CSMS 仍存在需要改進的方向，例如CSMS不能像專家一樣，指出教師課堂的不足之處后，向教師介紹相關(guān)改進方法，以供教師參考。因此在未來一段時間內(nèi)，CSMS不能完全取代專家點評等定性分析。CSMS的定量分析應(yīng)與其他定性分析相結(jié)合，一方面為其他定性分析方法提供數(shù)據(jù)支持;另一方面彌補其他定性分析方法無法日常開展的弊端，為教師常態(tài)化地提供課堂教學(xué)評價結(jié)果，發(fā)揮人工智能技術(shù)的最大效用。