面向教學智能化的實踐與展望
——基于深圳市南山區南海小學的個案研究

高 鵬

(深圳市南山區南海小學,廣東深圳 518054)

黨的二十大提出深入實施科教興國戰略,首次將教育、科技、人才三大戰略進行整體部署,強調系統謀劃、一體推進。[1]2023年,全國教育工作會議強調了“統籌推進、縱深推進、教育數字化”等關鍵詞。[2]同時,隨著大數據、云計算、物聯網、互聯網的高速發展,人工智能技術在教育領域中的應用越來越廣泛,個性化學習、差異化教學、過程化治理的訴求與應用勢不可擋,碎片化、可視化、非線性、結構化的學習方式開始普及。以個性化學習、差異化教學、過程化治理為表征的教育“智能化”必將成為教育信息化2.0的主要技術形態。

一、從理論到思考——基于教學智能化的認知

教育智能化旨在利用人工智能技術,更深入、更微觀地審視和理解學習如何發生,如何受到外界各類因素影響,進而為學生高效地學習創造條件,這是信息化與教育深度融合實踐研究的價值所在。

在國家教育數字化轉型戰略行動及深圳市教育教學改革政策推進下,南海小學一直積極爭做數字化轉型的探路者。為深入貫徹落實教育部課程方案和新課程標準的實施精神,全面推進新課程背景下的“1+1+5”南山創新行動方案,進一步推進教育部“雙區”深圳市智慧教育示范校培育校建設,南海小學積極探索基于教學改革、融合信息技術的新型教與學模式。十余年教育信息化之路的探索,南海小學積攢了許多積極有效的經驗,搭乘國家數字化轉型戰略行動的快車,在將教育教學與信息技術的融合深度推向縱深時,也逐漸形成對于教學智能化的思考。學習與環境是教育系統中的主要活動與場景,所以相應而言,教學智能化也可以從兩個層面來理解。

(一)狹義:教學智能化=教與學的智能化

教學智能化既包括教的智能化,也包括學的智能化。教的智能化具體表現為課堂教學由“封閉”向“開放”轉變,體現教學的差異化,實現“課堂的革命”。差異化教學是根據學生興趣、基礎、能力等環境因素而實施的個體教學方法,這是我們兩千多年來孜孜以求的教育夢想。在當下,智能化教學的目的就是在技術的支持和學科的融合下,使教師有目的、有計劃、有組織地引導學生積極自覺地“主動”學習。另一方面,學的智能化可以加速“被動”學習向“主動”學習轉變,體現個性化,實現“學習的革命”。個性化學習是通過對不同學生全方位評價,為學生制定有別于其他學生的學習策略和學習方法,使學生獲得有效的學習,實現知識與能力同步建構。人工智能技術的支持,使每一個學生獨有的條件、特性、喜好等優勢與不足都可以實現數據表示。智能化學習系統能夠根據基礎數據與過程性數據,應用大量分析模型與算法獲取學生各種特征,解決學生學習問題、行為問題、心理問題。

(二)廣義:教學智能化=育人環境智能化

從廣義上來說,教學智能化不僅只有教與學的智能化,更應擴大為育人環境的智能化。近年來,以物聯網、大數據、人工智能、5G等為代表的新技術的融合應用,為智慧育人環境的落地提供了技術支撐,更好地服務教學向需求導向的個性化、精準化、智能化方向發展。面向教學者提供人機交互協調的教學支持服務,面向管理者提供科學化的數據決策依據,面向學習者提供精準、個性的學習支持服務,給予高質量教學全方位的支持。智能化的教育環境應該為教師教學提供智能的環境和人性化的交互體驗。智能化的教育環境代表著人們對于未來教育的美好追求,未來的智慧教室建設要為教學的多主體服務,協同打造智慧校園,同時聚焦性能體驗、圍繞教學實際,為學校教育的信息化賦能,從智慧環境走向“智慧育人”。

二、從應然到實然——指向核心素養的實踐

南海小學抓住變革契機,在十年的信息化教育探索中,摸索出一條獨具特色的“課堂—課程—生態”三位一體的教學智能化特色實踐地圖。

(一)課堂:抓實技術賦能“主陣地”

1.模式與路徑

2020年,依托南山區“基于信息技術的教改實驗”的課題優勢、專家優勢、平臺優勢與服務優勢,南海小學在7個平板教學班圍繞語文、數學、英語三大主科常態化地開展基于信息技術的素養課堂教與學模式的探索與研究。經過多年積累和實踐,南海小學探索出基于學生個性化學習、AI賦能智慧化測評的“自學—探究—評價”三維融合數智化教與學模式(見圖1)。該模式在課前給學生推送整合資源用于自主學習,并進行智慧測評,教師根據學生反饋以學定教;課中利用教學平臺組織學生開展小組學習、合作探究、展示交流;課后利用大數據測評分析,根據學習評價的反饋與總結為學生布置分層化作業。

圖1 “自學—探究—評價”三維融合數智化新型教與學模式

南海小學的教師和教研組能夠以“微格教室”智能學習空間為輔助,持續、漸進地開展主題化、系列化的教研活動,傾力打造“美好課堂”,有效促進了內涵式發展,教師課堂教學設計和實踐能力進一步增強,也形成了應用教學教研信息技術的積極心態和基本信息素養。通過組建信息化骨干團隊和集中培訓、網絡研修、分組教研、定期推進等形式,提升教師在實際教學場景中運用信息技術的能力;通過Classin、Forclass等平板交互式智慧課堂平臺,聚焦解決課堂教學精準施教和學生個體有效自主學習的瓶頸,逐步形成信息化數據背景下基于差異化特點的精準教學模式和學生自主學習模式。在促進教師理念的更迭和轉變中,助推信息化技術與教育教學的深度融合。

2.實施與落地

(1)信息技術與教學融合實現教學方式變革

數字技術與教學整合的本質是要用信息技術改變傳統的教學結構,形成新的教學系統結構形態,從而創新育人方式,提高學生的創新能力和素養?；谶@個觀點,學校陸續開設了覆蓋了語文、數學、英語三個主學科以及六個年級的平板班。在教學中,借助智慧平臺分別進行課前任務分發、課中互動、課后作業,以及三個環節的所有教學數據的采集?；谶@些技術手段,我們對7個平板班級進行教學重構,并常態化開展三維融合教學的實踐探索及研究。

此外,為向更多的班級、學科、年級推廣,擴大該教學模式的應用面,南海小學面向全體教師推出涵蓋七個學科(語、數、英、科、體、美、道法)、五個年級的16節精品課。其中,14節校內精品展示,2節推出區域展示。

(2)打造四位一體的教研共同體

轉變教師備課方式,依托學校教研力量,與第三方研究機構合作,豐富教研活動與形式,組織專家講座、網絡研修、校內賽課及校際交流,組織基礎教育領域專家打造專家團隊、名師團隊建立教研共同體,形成線上線下相結合的咨詢、研討、培訓、服務四位一體的教研模式。本學期教師平均每周1.5次模式教研活動。

(3)構建基于大數據的教學質量評價體系

形成智慧管理與考評機制。利用“基于信息技術的教改實驗”智慧課堂平臺,及時獲取教師參與狀態,例如課程進度、備課情況、教學情況,利用大數據分析、挖掘教師的課堂教學中存在的問題并給予相應的指導,幫助教師改進教學,初步形成智慧課堂學生學習終端管理辦法和智慧教學教師考核辦法。學校采用的智慧教學平臺能夠記錄豐富的自主學習數據、課中互動數據,同時學校還使用了AI高品質課堂分析系統,針對教師的教學行為做出高品質課堂的智能診斷分析,助力教師優化教學策略,提升教學質量。這兩套數據來源互為補充,為我們建立一套智慧的教學評價體系提供了充分的依據。

(4)探索基于該模式的學科變式

拓寬該模式的廣度、深度和辨識度。以信息化為引領,在所有學科中探索以問題導向的情境式、互動式、啟發式、探究式、體驗式的學科變式,如在體育學科中引入AI智能系統,線上教學也能實現趣味運動與同伴競賽;將情境化、游戲化、項目式融入道德與法治學科,用信息技術為德育賦能,學生在情境中輕松掌握知識。學校將建立混班學習、線上線下混合式學習、居家與在校交替學習等新型學習制度,實施小學生在線研修計劃,推進學習內容定制化、時間自主化、評價增值化、過程數據化,形成課堂學習與課外學習、真實環境與虛擬環境、線下學習與線上學習有機結合的新格局。

3.成果與成效

(1)成果突出

在探索基于信息技術的教學模式的過程中,教師張璞在深圳市小學英語教學能力大賽中獲一等獎,在南山區第四屆百花獎課堂教學比賽中,學校教師也取得重大突破,英語學科獲特等獎第一名,信息技術學科、勞動學科均獲一等獎。在2021年南山區教育教學課題評選中,學校獲得12個課題立項,立項數量在全區名列前茅。同時,英語科組獲得2022年度深圳市“減負提質”教學優秀科組。教師在之前的智慧教學模式的探索中,打造出11個優質課例,并在省市區級課例評選中獲獎。2023年5月,學校又推出了“素養課堂”系列研討活動之“基于教學改革、融合信息技術的新型教與學模式”展示課活動,面向七個學科,推出16節精品課,爭取在更高的平臺獲獎。

(2)成效明顯

學生發生變化。學生擁有更多的表達、更多的探究、更多的合作、更多的展示評價的機會。比如對語文科目的學習,學生會有更個性化的自主閱讀和展示匯報機會。在數學科目中,學生先充分思考質疑,然后在探究中學習,學會了合作和交流。在英語學科中,學生在平臺有更多的分享與交流、展示與評價的機會。平板班班級的學生對比其他班學生,合作探究和表達分享的習慣與能力得到顯著的提升,學習興趣更濃,信息技術素養更強。教師發生變化。參與實驗項目的教師最大的體會是課堂角色的變化。教師在該模式下更多的是提供資源、設計情境、提供引導。以前教師是要成為演說家,現在是要成為一位“游戲策劃師”和“學習合伙人”。課堂發生變化。好的課堂應該是情境生動、問題驅動、表達互動、思維靈動的,在三維融合教學的課堂中,可以充分體現以上“四動”。教師創設的教學情境真實生動,學生在課中合作探究時思維靈動,教師以師生、生生之間的表達互動推進以問題為導向的板塊式的教學環節。在整個課堂中,不管是課前還是課中或者是課后,教師始終以學生為中心,引導個性化、精準化的學習路徑。

(3)評價積極

深圳大學教育學院院長、智能教育研究中心主任曹曉明評價南海小學信息化教學探索:南山區南海小學是信息技術與教學融合創新的老牌強校,近20年來從未間斷技術與教學的融合實驗。學校多年摸索,探索出以高水平教改為核心,以協同化教研為抓手,以優質資源與智能平臺為載體,以多樣化課程與個性化學習支持為路徑的“四輪驅動”立體化發展頂層設計。當前,學校緊扣智能技術與智能數據賦能南海打造智能化課堂的大背景,扎根課堂,打造了智慧課堂新模式,以數據為證據,以證據為依據,幫助教師快速掌握學情,動態調整教學決策,以學定教促進南海小學課堂教學高質量發展。該校的探索,體現了智能技術與智慧課堂的深度融合,研究經驗及建構的特色化課程與資源,值得關注與推廣。

(二)課程:把準智能德育“風向標”

1.模式與路徑

南海小學一直致力于在課程育人中提升育人效果。2013年開始,學校探索開發富有價值的德育棋類游戲,豐富德育課程學習內容和學習方式,寓教于樂,讓小學生成為德育課程學習的主體。在2014—2016年課程實施與實踐的過程中,研究團隊發現利用紙質版“立德航海棋”上下棋課存在一定局限:游戲形式變化不大,德育知識題量有限。對小學高年級學生而言,紙質版課程的學習趣味性不高,立德樹人邊際效應遞減。為打破線下課程的局限性,學校開始考慮開發互聯網環境支持下的數字版“立德航海棋”,期望可以利用游戲平臺采集學生德育學習的數據,通過統計和分析,對學生德育知識學習和掌握情況進行量化和質性評價,從而進行有效激勵和有針對性的干預。2016年9月,學校成功立項全國教育技術課題“情境式網絡互動游戲下德育協同學習模式研究”,以此課題為契機,以“立德航海棋”為藍本,學校決定將“立德航海棋”升級為線上版本,特聘請深圳大學師范學院曹曉明教授的團隊,著手研發跨多終端的德育情境式教育游戲平臺。從2022年開始,在深圳大學師范學院曹曉明教授的團隊支持下,“立德航海棋”邁入新的3.0階段,教師團隊合力編著德育讀本《在項目與情境中學習:兒童成長伴讀》系列叢書,旨在將德育過程游戲化、活動化、體驗化,學生在教師的指導下,以教材為依托,開展項目式學習。

2.實踐與落地

(1)設計游戲互動情境

為了更好地渲染德育主題氣氛,激發學生的學習興趣,該平臺設計了競爭情境、答題情境、協同情境、獎勵情境、懲罰情境和互動情境六種游戲情境(圖2)。

圖2 游戲情境設計圖

(2)設計教學情境

教師在課堂教學時可以通過主題解鎖的方式對該堂課的游戲主題進行設置。例如,如果這堂課教師要講的內容跟熱愛祖國、文明禮儀和交通安全有關,那么教師就可以解鎖這三個主題,這樣學生在玩游戲時出現的德育題目都是跟這三個主題相關的,德育情境也是這三個主題情境,如圖3所示:

圖3 德育主題情境解鎖(教師端)

(3)設計學習情境

本研究根據游戲的八大德育主題情境,搜集了大量的相關圖片和視頻,并將這些直觀性非常強的圖片資源和視頻資源嵌入游戲答題情境中,讓學生能夠很容易就將現實生活情境與游戲情境聯系起來,此時,游戲的情境就起作用了。

(4)設計混合情境

由南海小學和深圳大學曹曉明教授團隊共同研發和編著的《在項目與情境中學習:兒童成長伴讀》系列叢書,將具有學校特色的“立德航海棋”與現有國家課程道德與法治課進行深度融合,在學習相應的道法課程后,便可利用讀本進行項目式學習,每個項目設置若干學習任務,以游戲化形式如角色扮演等方式進行學習,搭配了“立德航海棋”的紙質版游戲和情境式網絡游戲,提供相應的測試題庫,讓兒童在游戲中深化學習內容、檢驗學習成果,每個項目最后用數字徽章方式令學生自我評價,從而構建完整的、立體化的德育課程。

3.成果與成效

(1)德育生態改善,德育效果凸顯

南海小學學生以及家長積極參與“立德航海棋”校本課程的開發過程,課程開發的主體是教師與學生,德育校本課程開發的過程就是家校合力育人的過程,自“立德航海棋”課程實施以來,學校德育生態明顯改善,學校德育工作效果突顯,家長以及社區對學校德育工作滿意率從90%提升到99%。南海小學獲得“深圳市少先隊紅旗大隊”和“南山區先進德育教育工作單位”等榮譽稱號。

(2)教學相長,師生素養提升

“立德航海棋”的開發與應用,使道德與法治課程教師在德育內容、模式和德育資源的選擇上更趨于開放和多元。情境式、游戲式、選擇主題式、活動式德育蔚然成風?！傲⒌潞胶Ｆ濉钡臍v次更迭與應用,直接促進了德育教師方式的轉變,開創了“線下教師課堂教學”和“線上游戲互動學習”相結合的教學模式。教師德育教學理念和德育素養得到提升,完成了國家級(中央電教館)德育課題研究和兩項區級德育課題研究,參與德育課題研究的教師近20人,教師發表德育論文10余篇(均被知網收錄),其他德育類榮譽超60項;“立德航海棋”校本課程的實施,讓學生的學習興趣和參與程度得到極大提高。南海學子在各類德育評比中創造佳績,2名學生獲得省級“優秀少先隊員”稱號,1名學生榮獲“廣東省最美南粵少年提名獎”,其他德育類獎項10余項。

(3)實施效果顯著,激發學生學習興趣

立德航海棋德育課程實施呈現為動態調整樣態,多輪次檢驗分析,并根據實踐效果不斷調整完善。網絡版“立德航海棋”實施效果研究團隊在南海小學開展教學實踐、數據采集,并以董哲哲的教育游戲評價指標為藍本,測試該款德育游戲的使用效果?！傲⒌潞胶Ｆ濉?.0版本的應用評價標準分為五個維度:界面設計、情境性、協同性、教育性和功能設計。數據顯示,63.22%的學生覺得游戲操作起來比較容易;72.42%的學生認為游戲很有趣,游戲中的任務、金幣、積分等可以激發學習動機;87.36%的學生認為游戲中出現的學習內容能滿足自己的學習需求。同時,“立德航海棋”2.0課程也得到廣泛認可,獲得南山區教育改革創新一等獎,入圍廣東省教育教學成果獎評選。而道法德育讀本——《在項目與情境中學習:兒童成長伴讀》系列叢書已經由湖南大學出版社出版。

(三)生態:打造創客教育“學習場”

1.模式與路徑

STEAM中心教師積極探索不同形態的人工智能課程,通過自主研發校本教材、打造特色項目活動、建立校外基地等方式,推進人工智能在校園生根落地。從不同年齡階段學生的經驗和視角出發,遵循創客“創造表達”的規律,建立具有南海特色的科創教育課程體系,開設STEAM木藝創作課、創客沙畫課、SDGs智造編程課等科創課程。同時,在專家團隊指導下,學校對課程進行迭代更新,形成了信息技術背景下人工智能教育與學科背景下STEAM教育相結合的南海小學創客課程群,打破傳統單一的課程體系,培養學生的多學科融合思維。編著的《校園花開》《兒童木造》先后由吉林科學技術出版社、吉林美術出版社出版,基于小學科學的PBL課程深圳之光課正在研發中。經過不斷地實踐研究,通過科學普及課程、科學精品課程、科學精英課程,南海小學形成了一個從全覆蓋到進階精英的科創教育體系,為培養新時代南海創新少年打下了堅實基礎。

2.實踐與落地

(1)內引外聯,豐富創新人才培養實踐平臺

STEAM中心眾多的科創類精品社團和研究性學習課題,成為學校發現和培養人才的重要載體,在科創教育實踐中,學校注重為學生提供多元展示平臺,通過舉辦校園科技節、創客嘉年華、科技達人秀等活動,為學生提供多元化的科技創意活動,發現和喚醒學生的創新潛能,提高學生對科技的興趣,讓科創活動走進學生日常生活。

(2)深化校企合作,多渠道推動創意項目落地

學校STEAM中心積極探索與區內外高等院校、科研機構和科技型企業合作協同,邀請知名教授、科研人員走進校園,開展以學校、企業、高校、科研機構、社區為單位的校內外線上線下交流活動,跨界融合“賦能”南?？苿撝麝嚨?。學校深化校企合作,通過引進“外腦”,不斷構建校外導師資源庫,借助外力,搭建了高質量的科創成果孵化平臺,引入企業以培養科技實物制造能力,促使實體創作和項目落地轉化為特色的課程體系,給每個科創團隊配備校內和校外“雙導師”,補齊了從創意到項目落地的中間環節。

(3)開啟“館校合作”,助力“雙減”促提質

在“雙減”大背景下,學校用好“雙減”減下來的時間,積極推動科創教育落地落實。學校創新運用“互聯網+科普”模式,利用云科學課堂等線上渠道,助推雙減工作,開展“航天科普大講堂”等主題課程。假期組織南海學子參加市科技館、科普教育基地等科普場所開展的探究式、場景式、體驗式科普實踐活動,為學生創造沉浸式學習體驗,拓寬學生的科普場所及科創空間,為“雙減”賦能。

3.成果與成效

科創教育的跨學科特性需要責任眾籌,把社會力量整合起來,實現資源整合和共享,為學生打開了無限的想象空間,借助區域的硬件、師資等資源,為科創教育發展提供保障。學校通過內引外聯、互動實踐、校企合作、館校合作等方式打造科技聯盟,全面提升南海學子創新素養,著力培養科創英才,構建起多維度、多層次、立體化的科創教育體系。多年深耕,南海小學先后榮獲“科創教育特色學校年度獎”、“深圳市基于教學改革、融合信息技術的新型教與學模式實驗?！?、“深圳市智慧校園”示范學校、2022年教育部教育信息化“雙區”深圳市智慧教育示范校培育對象實驗校等榮譽。未來,南海小學將抓住機遇,持續推動教育改革,為粵港澳大灣區和先行示范區建設貢獻智慧和力量,走出科創教育的品牌化發展之路。

三、從今天到明天——面向未來教育的展望

(一)深化頂層設計,構筑“智慧大腦”

要想建設教育智能化,首先要構筑學校的“智慧大腦”,需要加強頂層設計,進行整體地謀劃、系統地實施。學校建設的核心理念是以人的發展為本、提升育人品質。在整體架構上,以基礎設施層、數據平臺層和服務門戶層為重點,建設要遵循安全性、易用性、兼容性的原則。建設路徑以軟硬件信息建設為基礎,構建完善的智慧基礎服務設施,深化場景應用。智慧校園建設并非一蹴而就,新技術日新月異,智慧育人環境建設應該在動態中有序推進、不斷完善、持續投入。

(二)深度場景應用,推動“智慧管理”

學校把教學、科研融入智慧校園的創建過程中,以科學理論指導實踐探索。通過課題研究,極大地深化學校教師對智慧校園、智慧課堂的理解,提高學科融合教學能力,促進教師專業化成長,推動智慧校園的實踐運用。在智慧服務方面,智慧校園以服務師生、家長為宗旨,大數據處理技術讓硬件變得更有“智慧”,智能硬件實現物物相連,讓服務無處不在。比如,教學管理系統中的調代課模塊,讓繁瑣的教務工作變得立體化、簡單化、時效化;在線協同模塊讓各類材料上交、表格填寫輕松便捷;群內直播模塊讓教學和學習時刻看得見、記得住、有回憶;校園監控系統可以設置電子圍墻,進行實時監管和重點區域跟蹤監控,在解放學校監控室人力的同時確保視頻監控的時效反饋;管理審批模塊讓場館使用更科學合理,讓日常管理更簡單清晰,讓人事管理更人本體貼;家校溝通模塊讓家校共育氛圍更和諧。

(三)深耕智能數據,實現“智慧育人”

學校將深化鞏固“自學—探究—評價”三維融合的數智化新型教與學模式,以積極適應未來數字化社會的發展需求。南海小學將繼續拓展這一模式的應用面,優化其各項指標和效果,形成一套可復制和推廣的方法,并借助現代教育技術工具的支持,進一步提高學生的學習效率。同時,學校還將建立基于大數據的評價機制。因為傳統的考試評價方式并不能全面有效地評估學生的綜合素質和能力,所以,學校將更加注重基于大數據的評價機制的建立,通過采集和分析學生的學習數據和行為,可以更好地評估學生的認知水平、技能能力、情感態度等多個方面,以幫助學生實現全面發展。學校也將運用科學合理的方法檢驗這一評價機制的有效性,并將其作為全校的基本評價制度,以提高教育質量和競爭力。此外,學校還會積極探索人工智能在教學中的應用,發現更多的應用場景并將其運用到教學實踐中,以提高教育教學效率和質量,實現教育的創新和升級?；凇皩W習共同體”而構建的在線“學習場域”,有助于開展項目化、個性化的深度學習。從“數字資源”向“大數據”“可視化”轉變,通過對學生學習數據的收集整理、分析挖掘,從智能大數據中發現問題、解決痛點,讓學習真正發生,實現“智慧共育”。