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  • 中小學課堂革命興起 智能助教可以實現哪些功能

    來源:IT商學院 2022-03-10 12:53:53 所屬欄目:在線教育

    導讀:人工智能時代的主流教育形態是借助現代信息技術實現的,根據學習者個性特征為其提供精準個性化學習服務的大規模個性化教育。 但是,教師在知識掌握、認知能力、情緒管理、生理素質等諸方面的“缺陷”日漸暴露,基于人工智能的AI助教系統將是未來課堂教學中有效彌補教師缺陷、激發教師潛能的關鍵性“技術”。

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    導讀:人工智能時代的主流教育形態是借助現代信息技術實現的,根據學習者個性特征為其提供精準個性化學習服務的大規模個性化教育。

    但是,教師在知識掌握、認知能力、情緒管理、生理素質等諸方面的“缺陷”日漸暴露,基于人工智能的AI助教系統將是未來課堂教學中有效彌補教師缺陷、激發教師潛能的關鍵性“技術”。

    01 智能助教可以實現哪些功能?

    在課堂教學中,機器智能助教是銜接教師、學生的橋梁,它通過人工智能、數據挖掘、行為識別、推薦系統等技術采集學生的行為數據及學習數據,分析后反饋給教師以及時調整教學策略,并推薦學生相應的課程資料和學習路線等,它的功能主要體現在以下幾個方面。

    語音控制:機器助教根據每位教師的音色合成特定的語音控制,教師可以語音控制整個教學平臺,可以自由切入切出每一步的教學流程。

    自動考勤:機器助教可以聯動教室內的攝像頭,學生不需要進行任何操作,就能夠對課堂上的學生進行人臉識別考勤,自動識別并統計學生人數,生成考勤表并反饋給教師。

    行為和表情識別:機器助教對學生的行為及表情進行識別分析,對學生的閱讀、書寫、聽講、起立、舉手、趴桌子6種行為,以及高興、反感、難過、害怕、驚訝、憤怒和中性7種表情進行分析。機器助教連通教室內攝像頭以固定的時間掃描教室,對學生表情和行為進行分類,將分析出的結果及時反饋給教師以調整教學策略,對于不認真聽講的學生發送警告信息。在整個課堂上,機器助教全程參與但不會影響教師的授課和學生的學習。

    課堂問答反饋:學生在整個課堂學習過程中,可以隨時通過學生端平臺提出自己的問題,機器助教會查找整個學習資料庫及時給學生做出回應,如果查不到合適的答案或者學生不能理解,機器助教會反饋給教師,使得教師對學生的疑問及時做出回答。

    問題分析:機器助教分析課堂上學生回答問題的記錄,找出易錯的知識點反饋給教師,使得教師能夠有針對性地講解課程知識。

    遠程實時教學:學生在課堂上的學習效果與教師的教學能力有關,在5G環境下,使得遠程實時教學成為可能,偏遠地區的學生教學資源匱乏,學生只需要通過一臺可以上網的電子設備就可以同城市里的教師連接起來。機器助教可以將偏遠地區的學生與城市里的教師連接起來放入同一間虛擬教室里,可以像正常的課堂授課一樣進行交流和學習。

    學習資源/路線推薦:機器助教分析每位學生的學習數據,挖掘出每位學生的學習特點,根據每位學生的學習能力推薦相應的學習資料,在學生的階段性學習過程中推薦學習路線。

    >02 未來人機協同的教學方式

    人機協同的教學工作方式應當包括教師主導和AI助教系統主導兩大部分。

    教師主導是指教師起著關鍵性作用、AI助教系統作為輔助工具的協同工作方式,其側重點是AI助教系統可以輔助、但無法替代教師進行工作。

    AI助教系統主導是指AI助教系統起著替代性(教師無須參與)或決定性的作用(教師進行活動安排組織),雖然后者的教師工作AI助教系統也無法替代,但不同的是,若無AI助教系統的參與,此項工作教師將無從展開(如教學資源、任務推送和跨越空間的遠程互動)。圍繞未來課堂課前、課中、課后三個時段,在人機協同工作的基礎上我們提出未來課堂的教學行為框架,如下表:

    教師與AI助教系統的協同工作主要體現在以下方面:

    課前

    主要圍繞課程展開的教學設計,包括“圖譜化學習者分析”“數據化教學內容分析”“教學活動設計”“個性化教學資源研發”等教學行為。教師作為教學設計的主導者,必須親自參與分析決策和活動、資源的設計,與此同時AI助教系統將可視化呈現其利用大數據技術全力尋找的價值信息以供教師參考。其后AI助教系統將把精心設計過的教學內容和資源推送給學習者,此過程教師無須參與

    課中

    教師作為教學的主導角色,需要幫助學生建立知識點之間的聯系、構建完整的知識體系并傳授技能,同時,還需要傳遞積極正向的情感態度,引導正確的價值和信仰。

    在教學過程中,AI助教系統會協助教師形象地呈現教學內容并全方位采集學生的動態數據,畢竟部分學習者畏于與教師溝通,其消極情緒及困難又不易被察覺,這方面需要AI助教系統借助相關模型精準識別學習者的學習障礙并提出初步的解決建議,以供教師在進行教學評價和個性化學習指導時參考。

    與傳統教學不同的是,未來課堂教學注重學習者創新素養的培養,對此創設基于技術的真實情境、開展3D打印建模仿真實驗并邀請專家進行遠程實時互動指導。這些教學行為都需要AI助教系統來支撐,一線教師不需要打開技術的盒子了解具體原理,但是需要應用這些技術開展所需的教學活動。

    課后

    教師需要依據學習者的不同層次水平設計相應的課后學習服務,期間AI助教系統會協助教師生成具有較強針對性、滿足個人不同需求的作業練習并推薦相關資源給學習者。之后AI助教系統還可利用基于作業大數據訓練出來的規則和模型對學習者的作業進行批改,并形成綜合分析報告。

    在情感方面,教師要維持學習者積極樂觀的情感態度,并幫助學習者形成良好的內部社會網絡和豐富的外部社會網絡。

    在體質健康方面,AI助教系統可對學習者的身體狀況進行24小時無休眠監測,如有異常情況會及時向教師和家長反映并提供應對策略。

    除此之外,AI助教系統也會采集教師的動態數據并借助相關模型計算出教師的行為模式,并推薦可供參考的行為模式及適應性改進方案。同時,AI助教系統還是搭建家庭與學校溝通橋梁的關鍵點,將學習者在校表現與評價結果推送給家長,有助于家長了解孩子的學習狀況并對其進行正確的教育引導。

    應用案例

    美國中小學數學個性化指導智能導師系統——Tabtor Math

    Tabtor Math(以下簡稱Tabtor)是一項數學輔導計劃,由RajE.Valli于2010年創建于美國新澤西州,融合了最有效的個性化教學元素,以iPad和Android平板電腦為載體,為小學生和初中生提供數學個性化輔導。學生可直接用手指或智能筆在移動設備上書寫、提問,Tabtor會為每一位學生提供量身訂制的學習計劃表,學生的每個學習活動都會獲得相應的獎勵積分。

    1、個性化導師,提高學習效率和工作效率

    Tabtor不是一個獨立的應用程序,它是學生與真正的數學導師進行互動學習的體驗平臺。報名后的孩子將接受診斷測試,并在24小時內收到結果,隨后系統會提供學生的學習情況分析報告,并向用戶推薦適合此學生的學習內容。每個孩子都會被指派一名導師進行診斷并確定他們需要哪些技能以及以何種順序開展學習。然后,導師會將學習計劃表發送給對應的學生賬戶。

    學生在完成習題后可以及時得到相應的反饋情況,他們可以隨時聯系導師,導師會根據學習計劃表和測試結果,結合學生需求為學生提供反饋。系統旨在了解學生的思維過程,不僅要了解學生的錯誤,還要了解他們錯誤的原因。導師會為學生制訂詳細的學習任務,給學生們提供真正的個性化學習經歷,并且家長可以通過系統查看孩子每日和每周的績效報告,這可以大大節省父母的時間。

    2、家長應用程序,深入了解孩子學習日常

    Tabtor Math推出了一款帶有比較分析的家長應用程序——Tabtor Parent Insights,家長可以通過此程序隨時查看孩子的實時數學學習進展,該應用程序針對iPhone和Android智能手機進行了優化,其中包括對學生學習進度的實時監控。在新的應用程序的協助下,家長可以通過推送通知、詳細指標分析、導師反饋、績效排名和獎勵積分累計情況等,實現對孩子學習情況的遠程監控。即使不在孩子身邊,家長也可以深入了解孩子的學習情況以及孩子在Tabtor Math系統中的日常參與細節。

    當前,圖像識別、語音識別、人機交互等人工智能應用技術在教育領域都有了應用。比如,通過圖像識別技術,人工智能可以將教師從繁重的批改作業和閱卷工作中解放出來;語音識別和語義分析技術,可以輔助教師進行英語口試測評,也可以糾正、改進學生的英語發音;而人機交互技術,可以協助教師為學生在線答疑解惑。除此之外,個性化學習、智能學習反饋、機器人遠程支教等人工智能的教育應用也被看好。

    “人要駕馭機器,而不能被機器奴役。”北京市第十八中學校長管杰表示,有了人工智能的輔助,教師可以騰出更多的時間和精力,創新教育內容、改革教學方法,讓教育變得更好。教師就不再僅僅是知識的傳授者,還是滿足學生個性化需求的教學服務提供者、設計實施定制化學習方案的成長咨詢顧問,成為學生學習的陪伴者、動力的激發者、情感的呵護者,真正成為學生“靈魂的工程師”。

    參考:

    [1]王國中,郎亞坤,范濤.機器助教打造課堂教育新模式[J].計算機教育,2021,(01):142-145.

    [2]楊彥軍,羅吳淑婷,童慧.基于“人性結構”理論的AI助教系統模型研究[J].電化教育研究,2019,40(11):12-20.

    [3]寧佳,張海,楊絮.美國人工智能助教應用案例及啟示[J].中國信息技術教育,2019,(Z4):158-160.

    [4]蘇令.人工智能時代需要怎樣的教師[EB/OL].中國教育報,[2018-05-17].

    www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/moe_2082/zl_2018n/2018_zl36/201805/t20180517_336293.html


    標簽:教育信息化專家

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