AI助教賦能高校課堂教學模式創新研究與實踐

一、前言

隨著信息技術的飛速發展，人工智能（AI）已滲透到社會的各個領域，教育領域也不例外。AI技術在教育中的應用不僅改變了傳統的教學方式，還促進了教育理念的更新和教學模式的創新{]。AI助教作為AI技術與教育深度融合的產物，正逐步成為高校課堂教學模式創新的重要力量。本文旨在探討AI助教在高校課堂教學模式中的應用現狀、優勢、挑戰及實踐策略，以期為高校課堂教學模式創新提供參考和借鑒。

二、AI助教應用到高校課堂教學模式的現實

傳統的高校課堂教學模式難以滿足學生差異化的認知需求。而AI助教通過數據挖掘與算法分析，能夠精準識別學生的知識水平、學習偏好及思想動態[2。為量化這一過程，引入了學習需求識別模型，見式（1）。

D=f（K，P，M）

D表示學生的學習需求，K表示學生的知識水平，P表示學生的學習偏好，M表示學生的思想動態。通過此模型，AI助教可以為每位學生定制個性化的學習方案，充分發揮AI助教在高校課堂教學模式中的作用，其作用主要體現在以下幾方面：

（一）數據挖掘與資源共享

AI助教通過數據挖掘與算法分析，能夠精準識別學生的知識水平、學習偏好及思想動態，從而為每位學生定制個性化的學習方案[3。例如，AI助教可以動態跟蹤學生的課堂參與度、作業完成質量及在線討論行為等，生成個性化的學習路徑，進而深化以學生為中心的育人理念。此外，AI助教的應用可以優化教學資源的配置。通過智能分析學生的學習需求和教師的教學資源，實現教學資源的精準匹配和高效利用。

（二）打破時空和學科教學限制

AI助教不受時空限制，可以為學生提供 7×24 小時的學習支持，及時解答學生的疑問，提高教學效率。同時，可以承擔部分批改作業、解答疑問的任務，從而減輕教師的工作負擔，使教師能夠更專注于完成機器無法替代的教學環節（如關注學生的心理發展、提供情感支持和創造力培養等）[4。此外，AI助教可以促進跨學科的知識融合，打破傳統學科之間的界限。例如，AI助教可以幫助文科生更好地理解復雜的數學模型，或者幫助理工科學生探索人文社科領域的深度問題。這種跨學科的思維方式有助于培養出更具創新能力的復合型人才。

（三）構建多維評價體系

傳統的教育教學評估大多依賴標準化考試，難以全面反映學生的學習情況和價值觀內化程度。而AI助教通過全流程數據采集與分析，構建涵蓋知識掌握、情感態度、行為傾向等多維評價體系。例如，AI助教可以實時監測學生的表現，提供針對性的建議和反饋，幫助學生更高效地掌握知識，還可以生成學生的學習報告，為教師提供教學效果的量化數據，便于教師調整教學策略。

三、AI助教在高校課堂教學模式中的優勢

（一）提升教學效率

AI助教能夠輔助教師進行智能備課和教學設計，快速生成個性化的教案和教學資源。為量化AI助教在提升教學效率方面的作用，引入教學效率提升模型，見式（2）。

E表示教學效率提升百分比， T_teacher 表示教師傳統備課時間， T_AI 表示使用AI助教后的備課時間。通過此模型可以計算出教師備課效率的提升情況，有針對性地進行改正。AI助教還能智能化分析學生的學習數據，為教師提供精準的教學反饋和建議，幫助教師優化教學策略和方法，從而提升教學效率。例如，北京大學口腔虛擬仿真智慧實驗室就是以虛擬仿真技術、大數據為支撐，融合智能物聯、智能管理、智能學習與評估的多維度智能一體化虛擬仿真訓練實驗室。該實驗室分為講授區、線上訓練區、虛擬仿真訓練區等。其中，線上訓練區可進行線上虛擬仿真實驗教學和自動化評估，虛擬仿真訓練區可進行多類型、快速反饋的虛擬仿真訓練和評估。

（二）實現個性化教學

AI助教能夠深度分析學生學習數據，為每個學生量身定制個性化的學習路徑和學習計劃。為量化個性化教學的效果，引入了學習成果提升模型，見式（3）。

L=g（P_L，P_S）

L表示學生的學習成果， P_L 表示個性化學習路徑下的學習成效， P_s 表示標準化學習路徑下的學習成效。通過比較 P_L 和 P_s ，可以評估AI助教在個性化教學方面的效果。AI助教還能根據學生的學習進展和反饋，動態調整教學內容和難度，確保學生能夠跟上教學進度并取得良好的學習效果。例如，清華大學以獨立研發、擁有自主知識產權的千億參數大模型GLM4作為平臺與技術基座，利用現有的教學數據、公開論文、慕課資源等資料，在GLM4基礎上，微調形成不同課程的垂直領域模型，開發專屬的人工智能助教，開展八門課程試點工作。在試點課程中，該AI助教可實現范例生成、自動出題、答疑解惑、運算推理、評價引導等功能。

（三）提供智能輔導與答疑

AI助教能夠實時解答學生的問題，提供及時準確的解答和指導。為提升量化智能輔導與答疑的效果，引入了答疑效率提升模型，見式（4）。

Q表示答疑效率提升百分比， N_reslved 表示AI助教成功解答的問題數量， ΔN_total 表示學生提出的問題總數。這種智能輔導方式能夠彌補傳統教學中教師輔導時間有限、答疑不夠及時等不足，幫助學生及時解決學習中的困惑和問題。同時，AI助教還能通過智能分析學生的問題類型和難度，為學生提供差異化的輔導和答疑服務，提高輔導的針對性和有效性。例如，哈爾濱工業大學在電工電子國家級實驗教學示范中心引人AI助教系統，可以讓學生通過AI學習系統進行課前預習，并根據AI助教的解答了解所學課程的重點、難點。

（四）促進教學資源共享與優化

AI助教能夠打破時間和空間的限制，實現教學資源的共享和優化。為量化教學資源共享與優化的效果，引入了資源共享效率模型，見式（5）。

R表示資源共享效率， N_reslved 表示被共享的教學資源數量， N_{totalresources} 表示總教學資源數量。借助在線平臺及智能分析技術，AI助教可高效整合并分享優質教學資源與典型案例，為師生提供參考借鑒。同時，它能依據學生的學習需求及反饋，動態調整和優化教學資源，保障其時效性與實用性。以北京師范大學為例，該校創新研發“AI+”課堂教學智能評測系統。該系統運用高級服務器、智能攝像頭、音響、投屏等設備，實現智能互聯。其智慧教室配備智能管理系統，借助智能化方式對課堂教學全程進行監控與管理，提升了教育治理的效能。此外，系統提供的數據支撐有助于教育管理者作出科學合理的決策，推動高等教育持續創新發展。

四、AI助教在高校課堂教學模式中的挑戰

（一）數據安全與隱私保護

高校課堂教學中，AI助教負責收集與分析學生學習數據，此過程不可避免涉及學生個人隱私與敏感信息。保障數據安全、防止泄露和濫用是AI助教應用于高校教學的首要挑戰。學生數據安全至關重要，關乎個人隱私權益，也是教學環境信任度的基石。若保護不力，將嚴重沖擊教學信任基礎。為此，高校與教師需強化數據安全意識，從技術層面加強防護（如采用加密技術、設置訪問權限、定期備份數據等）。同時，要構建健全的數據管理與保護機制，制定嚴格的數據使用政策，明確使用范圍、目的與流程，并定期開展安全審計，消除隱患。此外，高校還應開展教育活動，提升學生數據安全意識，形成全方位保護體系。

（二）技術成熟度與穩定性

AI助教的技術成熟度和穩定性是其能否有效融入并提升高校課堂教學質量的關鍵。盡管AI技術在教育領域的應用日益廣泛，但仍面臨諸多技術瓶頸和挑戰。例如，AI助教的智能分析能力和準確性尚需進一步提升，以更精準地識別學生的學習需求和問題。在復雜的教學場景中，AI助教的響應速度和穩定性可能會受到影響，導致教學體驗下降。因此，高校和教師需要密切關注AI技術的最新進展和發展趨勢，積極參與技術研發和測試工作，不斷優化算法模型，提升AI助教的技術性能。同時，建立反饋機制，及時收集和處理教師和學生的使用反饋，以便快速響應和解決技術問題，確保AI助教在教學中的穩定表現。

（三）教師接受度與培訓

AI助教作為一種新興的教學輔助工具，其推廣和應用離不開教師的認可和接受。然而，由于部分教師對AI技術的了解不足，或者擔心AI助教會威脅到自己的教學地位，可能會對AI助教持保守態度。為了提高教師對AI助教的接受度，高校需要加強教師對AI技術的培訓和教育工作，包括組織定期的AI技術培訓課程，邀請專家進行講座和演示，以及提供實踐機會，讓教師親身體驗AI助教在教學中的優勢。此外，建立教師間的交流平臺分享使用AI助教的經驗和心得，也有助于消除教師的顧慮，提升他們的AI應用能力。通過系統的培訓和交流，教師能夠更好地理解AI助教的價值，從而更加積極地將AI融人教學中。

（四）教學資源受限

在高校課堂教學中，AI助教的應用受限于教學資源的數量和質量。資源的標準化與兼容性是一大難題，不同系統、平臺間的資源難以無縫對接，不僅影響了資源的共享效率，也增加了教師的操作難度。一方面，高質量的教學資源稀缺，尤其是針對特定學科或課程的專業資源，限制了AI助教在教學中的深度和廣度。另一方面，資源的獲取與更新成本高，包括購買版權、開發新資源等，對于經費有限的高校來說是一大挑戰。為了解決這一問題，高校可以探索多元化的資源獲取渠道（如與行業領先企業合作、利用開源教育資源等）。同時，鼓勵師生共創資源，通過項目式學習、翻轉課堂等教學模式，將學生的學習成果轉化為教學資源。此外，高校建立資源共享平臺，促進校際間、區域間的資源交流與合作，共同提升教學資源的豐富度和質量。

五、AI助教賦能高校課堂教學模式創新實踐策略

（一）加強數據安全與隱私保護

教育數據管理中，保障數據安全與隱私意義重大，需從技術、管理和人員意識等多維度著手。

首先，技術方面，運用前沿加密技術保護教育數據，在存儲與傳輸環節加密處理，引入數據加密模型處理學生信息，見式（6）。

C=E_nc（D）

C表示加密后的數據，表示原始數據， E_nc 表示加密函數。

其次，管理方面，構建嚴謹訪問控制體系，依規則和風險設權限，限制訪問范圍并記錄行為，采用多因素身份認證，降低數據泄露風險。同時，強化數據脫敏與匿名化，建立審核審計機制，實時監測隱私泄露風險。

最后，人員意識上，提升教育工作者相關意識，定期培訓，使其掌握安全技能，并建立應急響應機制，降低數據泄露損失。

（二）促進AI技術研發與優化

為了充分發揮AI助教在高校課堂教學中的作用，高校應當積極主動地與科研機構及企業建立緊密的合作關系，共同推進AI技術在教育領域的應用研發。這一策略不僅有助于引入最前沿的AI技術和算法模型，顯著提升AI助教的智能分析能力和準確性，還能夠通過不斷優化AI助教的界面設計和操作流程，增強其實用性和易用性，使得教師能夠輕松上手，快速掌握AI各項功能，從而更高效地利用AI助教進行教學輔助。為量化技術成熟度與穩定性，建議引人技術評估模型，見式（7）。

M=h（A，S，R）

M表示技術評估結果，A表示算法準確性，S表示系統穩定性，R表示響應速度。

同時，高校還應高度重視對AI助教的技術測試和維護工作，包括對AI助教進行定期性能評估和壓力測試，以確保其在各種復雜場景下都能保持穩定的運行狀態和出色的響應速度。高校應建立快速響應機制和技術支持團隊，及時解決教師在使用過程中遇到的各種技術問題，為AI助教在高校課堂中的廣泛應用提供堅實的技術保障。

（三）加強教師培訓與支持

為提升教師對AI助教的接受度和應用能力，高校需加大對教師的培訓和支持力度。一方面，通過組織專題培訓、研討會等活動，邀請AI技術專家和教育領域學者為教師講解AI技術的最新進展和應用趨勢，幫助教師理解AI助教的工作原理和潛在價值。另一方面，高校還應提供全方位的技術支持和咨詢服務，為教師在使用AI助教過程中遇到的任何問題提供及時的解答和幫助，確保教師能夠順利地將AI助教融入日常教學中。

此外，為了激勵教師積極應用AI助教進行教學創新和實踐，高校還可以建立相應的激勵機制和評價體系，包括對在AI助教應用方面表現突出的教師進行表彰和獎勵，以及將AI助教的應用情況納入教師的教學評價體系中，以此激發教師的積極性和創造力，推動AI助教在高校課堂中的廣泛應用和深入發展。

（四）推動教學資源共享與優化

高校應充分利用AI助教的技術優勢，打破時間和空間的限制，實現教學資源的共享和優化。通過搭建在線平臺和智能分析技術，將優秀的教學資源和案例進行整理和分享，使得教師和學生能夠隨時隨地獲取所需的教學素材和學習資源。

同時，高校還可以利用智能推薦系統為教師提供個性化的教學資源推薦。通過分析教師的教學風格和學生的學習需求，智能推薦系統能夠為教師精準匹配符合教學需求和學生興趣的教學資源，從而進一步提高教學效果和學習體驗。

此外，通過智能評估系統對教學資源進行動態調整和優化也是提升教學質量的重要途徑。智能評估系統能夠實時監測學生的學習進度和學習成果，并根據評估結果對教學資源進行動態調整和優化，以確保教學資源的時效性和針對性。

六、結語

通過對AI助教在高校課堂教學模式中的應用現狀、優勢、挑戰及實踐策略進行深入探討，揭示了AI助教在推動高校課堂教學模式創新中的重要作用。研究發現，AI助教在智能備課與教學設計、個性化學習支持、課堂教學分析與反饋等方面展現出顯著優勢，有效提升了教學效率，實現了個性化教學，提供了智能輔導與答疑服務，并促進了教學資源的共享與優化。然而，AI助教在應用過程中也面臨數據安全與隱私保護、技術成熟度與穩定性、教師接受度與培訓、教學資源受限等挑戰。為了充分發揮AI助教在高校課堂教學模式中的潛力，提出了一系列實踐策略，包括加強數據安全與隱私保護、促進AI技術研發與優化、加強教師培訓與支持、推動教學資源共享與優化等。這些策略的實施將有助于進一步推動高校課堂教學模式的創新與發展，提升教學質量和學習效果，為培養具有創新精神和實踐能力的高素質人才提供有力支持。

參考文獻

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基金項目：1.2024年黑龍江省高等教育教學改革研究重點項目“人工智能 + 高等教育’在應用型財經院校智能助教創新場景中的實踐研究”（項目編號：SJGZB2024265）；2.黑龍江財經學院2023年科研創新團隊建設項目團隊：區域金融服務創新科研團隊（項目編號：KC202301）

作者單位：黑龍江財經學院責任編輯：王穎振楊惠娟