智能技術重塑中小學課堂教學交互

【摘" 要】智能技術支持的交互技術及應用促使教育在環境、主體、資源、評價等方面發生深刻變革。剖析智能課堂教學交互的內涵與典型特征，有助于我們從空間融通、主體聯通、資源匯通、評價貫通四個方面，深入分析智能技術重塑中小學課堂教學交互的核心要素，闡述其在智慧教學、個性化學習、精準評價等場景中的應用，進而為智能課堂教學交互設計實踐提供參考。

【關鍵詞】智能技術；中小學；教學交互

人工智能、大數據、5G網絡、沉浸式體驗等技術在教育教學領域的深度應用，深刻改變教育理念、環境、模式等，使師生交互形態從媒介與信息交互跨越式邁向情感與認知交互[1]。然而，受限于孤立的學習情境、滯后的教學內容、淺表化的技術整合等，能夠顛覆傳統教學模式的課堂交互仍未大規模發生。最新一代通用人工智能大模型（簡稱“AI大模型”）已經能同時處理文本、圖像、聲音、模型等多模態數據，可根據捕捉到的環境聲音、視覺場景等上下文信息，準確地理解語言、表情、文字等信息所反映的情緒和意圖，推動教育場景從教師主導轉向以學生為中心的新形態，“教師-智能體-學生”協同的互動框架已初步形成[2]，為解決大班制、規模化教學造成的教師難以兼顧學生個性化需求的難題，培養學生的多向溝通、協作探究、反思實踐等高階能力和核心素養創造了可能。

一、智能課堂教學交互內涵與特征

隨著自然語言處理、計算機視覺、語音識別、空間感知等智能技術的快速進步，智能課堂的教學交互已經能融合傳感器、麥克風、腦機接口等技術，突破傳統的命令行、圖形界面、觸摸屏等輸入、輸出界面的束縛，高度集成感知、識別、交互、控制、決策等功能，理解、處理來自師生的言語信息，以及表情、體態、手勢等非言語信息，提升師生的沉浸式交互、具身感知等學習體驗。

依據交互反饋方式，智能課堂的教學交互可分為直接交互、虛擬交互、虛實交互和具身交互四個層次。直接交互指師生通過麥克風、鍵盤、觸摸屏等輸入設備，輸入多模態指令、情境、規則等內容，系統經過復雜的感知、理解、加工等過程，生成有意義的文本、圖片、視頻等知識內容，并通過屏幕返回給師生。[3]虛擬交互指師生借助虛擬現實、增強現實、混合現實等顯示終端，以虛擬化身進入虛擬世界，感知、識別和理解彼此手勢、語音、體態、視線等信息所代表的意圖，搜索、生成相應的任務反饋，獲取視頻、動畫、沉浸式學習資源等。虛實交互指虛擬化身根據教學主體的偏好、習慣，以及教學場域上下文信息，模仿和強化人類的信息處理能力，如識別真實師生的交互意圖和情緒狀態，執行相應的序列動作和情感變化。具身交互指虛擬主體利用空間、視覺、聽覺、觸覺等感知能力，理解物理空間與虛擬世界中真實師生及其化身的具身行為、指令意圖，預測師生的需求，主動提供反饋等。

隨著智能技術支持的教學交互具備越來越強的類人、超人的認知與執行能力[4]，智能課堂的教學交互范式將從程序性對話向復雜認知對話轉變。它通過增強學生在場感、促進具身性交互、提升沉浸式體驗等方式，使教學協作方式變得更加主動，進而呈現虛實融合、泛在智能、人機共育等典型特征，有效支持具身的教與學，促進教師智慧、機器智能和學生智慧的共創共生，重構傳統的教學互動方式[5]。

二、智能技術重塑課堂教學交互

智能技術為課堂教學交互提供了新的可能，讓其呈現空間融通、主體聯通、資源匯通、評價貫通的特點。

一是實現空間融通。中小學課堂教學交互正經歷從工業時代的“黑板+粉筆”單向傳遞、信息時代的多媒體師生單一互動向數字時代的人機雙向互動轉變。許多中小學校的智慧教室已經嵌入多種可支持視覺、聽覺、觸覺等感官互動的傳感器、攝像頭、物聯網設備，能夠支持視頻會議、在線討論、遠程課堂等教學形態。在新型智能教學空間中，教師可利用表情、手勢、語音等自然交互技術，將復雜、抽象的教學項目轉換為易于理解、生動形象的可視化場景，生成沉浸式的問題情境，營造更加智能、自然的交互形態，連通學科知識體系，創造沉浸式學習環境，引導學生主動認識、建構知識，促進學生手腦協同學習。

二是注重主體聯通。豆包、Kimi智能助手等AI大模型產品在教學實踐中的廣泛應用催生了融語音識別、知識推理、數據分析等功能于一體的AI大模型智能體，如虛擬助教、智能學伴等。教學主體正由傳統的師生二元結構轉變為人機共生、人機互動的“教師-智能體-學生”三元復合形態，智能體成為聯通真實環境與虛擬空間中師生及其虛擬化身的超級媒介，可幫助教師識別學生或學生化身的動作行為、情感狀態等，重塑課堂教學交互的主體屬性。教師從傳統意義上的信息傳遞者轉變為學生學習的引導者和協同者，通過與智能體協作互動，動態調整教學策略、內容和形式，為學生提供更加個性化的教學支持。同樣，及時、準確的反饋可為學生帶來更加豐富的交互體驗，激發學生的學習興趣，調動他們的學習積極性和參與度，從而深刻影響其知識建構、能力培養、情感發展、價值觀形成等。智能體承擔著學伴、助教的職能，能夠參與教師教學、學生學習和認知全過程，使教學主體之間的信息交互不再局限于知識傳遞，還涉及情感交流、心理支持等，由此促成師生的深度協同與動態互動。

三是強調資源匯通。智能技術驅動智能課堂教育資源的供給方式由專業內容生成（Professional Generated Content，PGC）向用戶內容生成（User Generated Content，UGC）、生成式人工智能內容生成（Artificial Intelligence Generated Content，AIGC）演進，助力課堂交互以問題為驅動、以對話為渠道、以素養為導向。智能體能夠理解師生對話的語義，關聯相關知識并創設學習情境，映射多維度、多層次的知識節點與關系網絡，可視化呈現學科內部與跨學科的知識結構，動態生成與學生學習進度、興趣點、認知能力相匹配的學習資源。智能體內嵌的數據驅動的學習分析與智能診斷模型，能實時推斷學生的學習軌跡、認知差異和知識盲區，為其推薦或生成個性化學習資源，由此強化學生理解與遷移復雜知識體系的能力，推動教育資源從知識呈現向支持素養培育轉型。

四是落實評價貫通。智能技術可撬動無感化、伴隨式的動態交互式評價變革。它借助多種傳感器（如物聯網設備）、生理信號檢測（如眼動追蹤、腦機接口）以及數據融合分析，形成“過程+結果”雙驅動的評價流程：首先，將學生的學習行為、情緒狀態等學習過程指標與測驗成績等學習結果指標相結合，構建立體、動態的評價指標體系；其次，捕捉學生學習行為、認知狀態、情感波動等情況，自動分析其學習專注度、認知負荷和知識點掌握情況；再次，整合、量化學生課堂參與、討論互動、項目協作等方面的學習數據，生成學生個性化數字畫像；最后，剖析學生學習的薄弱環節，橫向比較學生個體在班級等群體中的相對位置，縱向追蹤其在長期學習過程中的成長軌跡，并據此提出有針對性的干預方案。

三、智能技術賦能教學交互新場景

智能技術在智慧教學、個性化學習、精準評價等教學交互新場景中發揮著積極作用。

在智慧教學方面，智能技術聚焦科學“識材”與精準“施教”，令規模化教學條件下的因材施教成為可能。在課堂交互智能增強方面，智能技術正在深刻重塑探究式教學、項目式學習、情境化教學等教學模式，以空間、主體、資源和評價的多向聯結，助力教學由淺層的認知能力提升向深層的高階思維能力、核心素養培養邁進。教學過程中，教師依據學生的認知需求和心理特征將教學目標分解為若干相互關聯的子目標，借助多通道的感知交互手段將抽象的學科知識轉變為具象的學習任務、教學情境及實踐操作活動，推動教學由以教定學向以學定教轉型。以武漢市漢陽區郭茨口小學的“秘境”教學為例，該校采用AI大模型、開源編程硬件、語音識別系統、超聲波傳感器、聲光電智能系統等智能元件，借助密室逃脫的游戲化教學手段，把學科知識融入環環相扣的引導性謎題和線索中，調動學生觸覺、視覺、聽覺等感知能力，沉浸式探究并完成學習任務，使教學由掌握單一學科的某項知識與技能延伸至培養跨學科綜合應用能力，有助于學生逐步構建單元化、結構化、系統化的認知體系。

在個性化學習方面，由大數據分析和人工智能算法集成的智能體能促進學習內容的動態適配與多主體的協作共學。一方面，智能體可實時獲取學生的學習狀態、興趣偏好和認知差異，根據其學習表現調整某個知識模塊的難度或推送相應的補充資源，確保學習內容與學生當前的狀態高度契合。如武漢市漢陽區西大英才小學引入教學智能體，創建與學科主題相關的學習支架，讓智能體根據學生的思維瓶頸，設計補充解釋、提問、引導性討論等環節，幫助學生加深對知識的理解與建構。另一方面，個性化學習過程不是單向的自學過程，而是多主體參與的教學交互鏈。智能學習系統作為載體，以協作項目、互動研討、角色扮演等形式，為學生創造自主探索、群體協作的學習環境，促進主體間的知識共享與思維碰撞。

在精準評價方面，智能技術支撐下的教學評價能縱向貫通教學主體的學習歷程，橫向貫通教學環節中的多元要素，依托高效的數據采集、處理和分析能力，整合教學情境中的質性材料和量化數據，從單維知識掌握到多維素養發展，全要素、全周期反映學生的課堂行為、學習習慣、情感態度。如武漢市光谷第一小學研發“行知課堂”教學行為分析系統，利用攝像機、全向拾音器、教學電腦采集卡以及邊緣計算設備等設備和工具，自動化采集、分析學生學習行為數據，將課堂中學生的言語、動作、表情、注意力等微觀行為轉變為課堂參與度、互動頻率、反應時長等量化數據，并據此優化教學內容和方式，調整教學節奏，實現課堂教學質量評價從經驗驅動到數據驅動的轉變。同時，智能技術支撐下的教學評價是一套以素養生成為軸心的、長周期持續的閉環機制，能夠將評價與學習預測、學習干預有機結合。如武漢市育才第二小學在體育教學中引入無感化評價手段，精準預測、動態追蹤、實時反饋學生的學習情況，如監測學生心率、運動強度、卡路里消耗等運動數據，綜合量化分析學生運動過程中的體能狀態和運動水平，為他們提供個性化的“運動處方”，科學干預其日常運動習慣養成，推動“以評促教”與“以評促學”落地。

參考文獻

[1]鐘正，劉健，蔡可.智能技術賦能中小學閱讀教育轉型[J].人民教育，2024，（07）：67-69.

[2]楊宗凱.秉持“3I”新理念縱深推進教育數字化[J].中國遠程教育，2024，44（12）：3-14.

[3]吳砥，王俊，王美倩.技術發展視角下課堂教學環境的演進脈絡與趨勢分析[J].開放教育研究，2022，28（05）：49-55.

[4]祝智庭，戴嶺，趙曉偉.“近未來”人機協同教育發展新思路[J].開放教育研究，2023，29（05）：4-13.

[5]王一巖，吳國政，鄭永和.生成式人工智能賦能教育信息科學與技術研究：新機遇、新趨勢、新議題[J].現代遠程教育研究，2024，36（06）：46-54.

（作者單位：鐘正，黃鏡彬，華中師范大學人工智能教育學部；張學麗，武漢市糧道街中學）

［本文系國家自然科學基金委員會面上項目“基于多粒度教學資源聚合的立體綜合教學場生成與評價研究”（項目編號：62277024）、武漢市教育科學規劃2024年度一般課題“教育數字化轉型中初中數學教師專業發展策略研究”（課題編號：2024C119）的階段性成果］