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摘要：文章分析了人工智能技術(shù)在課堂教學(xué)管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀與存在的問題，從課堂教學(xué)管理和監(jiān)督視角提出了師生雙向管理體系架構(gòu)，并對(duì)如何監(jiān)測(cè)和使用數(shù)據(jù)提出了對(duì)策和建議，以期為客觀、有效的評(píng)價(jià)教育教學(xué)活動(dòng)，完善教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的自我監(jiān)督提供參考。

關(guān)鍵詞：人工智能；課堂教學(xué)過程；管理體系；監(jiān)督

引言

“人工智能”、“大數(shù)據(jù)”、“智慧”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等新興詞匯已然成為這個(gè)時(shí)代的關(guān)鍵詞，滲透在各行各業(yè)。在人工智能技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用過程中，在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”理念的催生下，智慧課堂的教學(xué)模式[1-3]、智能手機(jī)在智慧課堂中的應(yīng)用模式[4，5]、課堂考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[6-9]、課堂行為管理[10，11]等問題正受到關(guān)注。但是，目前的研究主要側(cè)重于教學(xué)模式改革與課堂紀(jì)律管理方面，對(duì)于在不產(chǎn)生額外壓力的情況下，如何在管理監(jiān)督課堂整個(gè)教學(xué)過程的同時(shí)，提升學(xué)生“學(xué)”與教師“教”的過程，最大化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)價(jià)值的問題未進(jìn)行探討。本文首先分析了人工智能在課堂教學(xué)管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀與存在的問題，提出了課堂教學(xué)過程雙向管理體系，并對(duì)體系中數(shù)據(jù)如何監(jiān)測(cè)、如何應(yīng)用提出了對(duì)策和建議，以完善人工智能在教學(xué)過程中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)師生的自我監(jiān)督與管理。

一、人工智能在課堂教學(xué)管理中的應(yīng)用現(xiàn)狀與問題

（一）應(yīng)用現(xiàn)狀

為了實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)過程的監(jiān)督作用，傳統(tǒng)課堂教學(xué)過程的管理和評(píng)價(jià)模式如圖1所示。教學(xué)督導(dǎo)通過隨堂聽課來評(píng)價(jià)課堂的質(zhì)量。為了提高課堂教學(xué)過程的效率和監(jiān)督管理力度，不少院校已在教室內(nèi)安裝不同視角的攝像。借助視頻，教學(xué)督導(dǎo)可以分別從學(xué)生視角來評(píng)價(jià)老師的教學(xué)過程，從講臺(tái)視角來評(píng)價(jià)學(xué)生的聽課行為，以此來衡量老師的教學(xué)質(zhì)量。但是，相較于圖1，該模式僅僅是在傳統(tǒng)課堂教學(xué)管理體系中增加了教學(xué)督導(dǎo)的監(jiān)督途徑，并未有本質(zhì)改變。隨著人臉識(shí)別等人工智能技術(shù)的成熟應(yīng)用，教室內(nèi)的攝像頭可通過人臉識(shí)別來進(jìn)行考勤[6-9]、判斷學(xué)生的課堂行為[10-11，14]、評(píng)價(jià)學(xué)生的專注度[12]。如果監(jiān)測(cè)出學(xué)生在課堂上的異常行為，監(jiān)測(cè)結(jié)果將作為學(xué)生成績考核的組成部分。這種方式主要應(yīng)用于中小學(xué)的課堂管理，在高等院校中的應(yīng)用還較少。這是因?yàn)楦叩仍盒５膶W(xué)生主要為滿18周歲的成年人，大學(xué)更強(qiáng)調(diào)學(xué)生自我管理、自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，課堂教學(xué)過程更強(qiáng)調(diào)教師在專業(yè)知識(shí)領(lǐng)域的合理引導(dǎo)，不宜使用同樣的方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行過于嚴(yán)格的課堂管理。

（二）存在的問題

1.教學(xué)評(píng)價(jià)體系的不健全

傳統(tǒng)課堂教學(xué)的評(píng)價(jià)主要通過學(xué)生是否坐在前排、是否抬頭等來判斷教學(xué)效果；通過教師是否提問、與學(xué)生互動(dòng)等來衡量教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)；通過教師是否使用板書、視頻等來評(píng)價(jià)教學(xué)方法。但是，不同特點(diǎn)的課程應(yīng)具有不同的教學(xué)方法和內(nèi)容的設(shè)計(jì)，教師是否與學(xué)生互動(dòng)、學(xué)生是否坐在前排等這種表象不應(yīng)作為評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。

2.教學(xué)督導(dǎo)定性評(píng)價(jià)的主觀性

教學(xué)督導(dǎo)雖然具備多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，但是作為“有限理性”行為人[13]，其評(píng)價(jià)和判斷的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)受到個(gè)人認(rèn)知、情境、喜好、評(píng)價(jià)對(duì)象與評(píng)價(jià)者之間的關(guān)系等影響而產(chǎn)生判斷偏差。另一方面，同一門課，不同的教學(xué)內(nèi)容教師的表現(xiàn)會(huì)存在差異。而傳統(tǒng)或者視頻監(jiān)控下的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)，教學(xué)督導(dǎo)采用隨機(jī)抽查的方式來進(jìn)行，這同樣會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)偏差。最后，教學(xué)督導(dǎo)的評(píng)價(jià)多為定性的感知，比如：課堂反應(yīng)較好，教師態(tài)度較好等，每個(gè)部分的打分也較模糊，除非出現(xiàn)極好和極差的案例。

3.教師的教學(xué)能力未得到有效提升

本科教學(xué)的重要性需要教師（特別是年輕教師）及時(shí)準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)到自身存在的問題，有針對(duì)性的進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，為更好的呈現(xiàn)課程內(nèi)容去努力；但是，目前的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)還不能有效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。一方面，傳統(tǒng)或者視頻監(jiān)督下的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)對(duì)教學(xué)督導(dǎo)的依賴性較強(qiáng)，教學(xué)行為無法被有效的量化，處于中間水平的教師很難通過督導(dǎo)的定性反饋有針對(duì)性的提升自己的教學(xué)能力。另一方面，高校通過優(yōu)秀教學(xué)視頻、優(yōu)秀教師的講座等方法來培訓(xùn)新進(jìn)教師，新教師學(xué)習(xí)到了一些基本方法，但是在應(yīng)用過程中是否真的合適，不得而知。除此之外，教學(xué)內(nèi)容是否被教師有效傳遞給學(xué)生，最關(guān)鍵和最應(yīng)該被關(guān)注的發(fā)言人和評(píng)價(jià)人應(yīng)是學(xué)生。目前使用學(xué)生在線評(píng)價(jià)來給教師的教學(xué)進(jìn)行打分，同樣存在諸多不可控的因素，讓結(jié)果有失公允。綜上，如何客觀、公平、公正的評(píng)價(jià)教學(xué)過程以達(dá)到提升教學(xué)效果的目的仍然是一個(gè)亟需解決的問題。但是，目前在應(yīng)用過程中，對(duì)學(xué)生的管理制度是否恰當(dāng)，爭議褒貶不一[12]。技術(shù)已然成熟，但是問題在于如何使用這些技術(shù)來實(shí)現(xiàn)合理的管控。

二、課堂教學(xué)師生雙向管理體系的構(gòu)建

基于人工智能，課堂教學(xué)雙向管理體系的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。該體系的主體與圖1相同，由教師、學(xué)生與教學(xué)督導(dǎo)構(gòu)成；不同的是，教學(xué)督導(dǎo)通過人工智能方法監(jiān)測(cè)到的學(xué)生課堂行為數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成量化的評(píng)價(jià)報(bào)告，反饋給教師；教師所在的自查系統(tǒng)可以輔助教師反思教學(xué)過程，規(guī)范教學(xué)行為；學(xué)生所在的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)主要用來識(shí)別學(xué)生的課堂行為，收集和整理學(xué)生的課堂行為數(shù)據(jù)。由此，課堂教學(xué)過程的評(píng)價(jià)將會(huì)被量化，能夠在實(shí)現(xiàn)客觀、公平、有效管理的同時(shí)，為教師有針對(duì)性的提升自身教學(xué)能力提供事實(shí)依據(jù)。具體來說：1.教學(xué)督導(dǎo)模塊。教學(xué)督導(dǎo)將根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)的課堂上學(xué)生的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成定量分析報(bào)告，衡量課堂教學(xué)質(zhì)量，并結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，為教師提供改進(jìn)建議，將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與改進(jìn)建議傳達(dá)給教師。教學(xué)督導(dǎo)僅能獲取學(xué)生的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。2.教師模塊。教師的自查系統(tǒng)可包含語音識(shí)別與分析、行為監(jiān)測(cè)等功能，能夠監(jiān)測(cè)到教師的情緒走勢(shì)、投入程度、教學(xué)語言的規(guī)范性等。教師結(jié)合自查系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的自身數(shù)據(jù)、教學(xué)督導(dǎo)反饋的數(shù)據(jù)、課堂上學(xué)生給予的現(xiàn)場反饋，有針對(duì)性的反思課堂教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)。教師自查系統(tǒng)中關(guān)于自身的數(shù)據(jù)僅自己可見。3.學(xué)生模塊。系統(tǒng)主要通過人臉識(shí)別和圖像識(shí)別技術(shù)判斷學(xué)生是否在認(rèn)真聽講（如，投入程度等）、是否做出與課堂無關(guān)的異常行為（如，走神、看手機(jī)、聊天等），并統(tǒng)計(jì)各行為發(fā)生的時(shí)長、時(shí)間點(diǎn)以及人數(shù)。學(xué)生僅能獲取自身數(shù)據(jù)。4.系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)價(jià)值。系統(tǒng)收集到的學(xué)生數(shù)據(jù)可替代傳統(tǒng)管理體系下教學(xué)督導(dǎo)觀察到的“學(xué)生坐在前排=認(rèn)真聽講”等表象數(shù)據(jù)以及學(xué)生評(píng)價(jià)教師的主觀數(shù)據(jù)，用實(shí)際監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)說話；教學(xué)督導(dǎo)基于統(tǒng)計(jì)報(bào)告，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)給出合理的教學(xué)建議能夠有效輔助教師提升教學(xué)能力；另外，在該體系下收集到的數(shù)據(jù)可用來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，挖掘課堂這一特殊情境中，人的行為習(xí)慣與教師-學(xué)生之間的相互影響關(guān)系，這是傳統(tǒng)課堂教學(xué)管理體系所不能做到的。

三、對(duì)策與建議

由于本科教學(xué)的重要性，課堂教學(xué)過程的管理和評(píng)價(jià)在高等院校是一個(gè)非常重要的組成部分。人工智能時(shí)代下，本文所提出的課堂教學(xué)雙向管理體系使得監(jiān)督能力得到提升，但是系統(tǒng)監(jiān)督的數(shù)據(jù)如何有效獲??；當(dāng)監(jiān)測(cè)到學(xué)生的與課堂無關(guān)行為時(shí)，如何合理的提醒學(xué)生也是尚待解決的問題。1.系統(tǒng)監(jiān)督的數(shù)據(jù)獲取方面，除了視頻的人臉識(shí)別等功能外，可設(shè)計(jì)相應(yīng)的僅用于課堂使用的手環(huán)，以記錄并收集使用者（學(xué)生和教師）的身體狀態(tài)，通過大數(shù)據(jù)分析與深度學(xué)習(xí)技術(shù)計(jì)算課堂投入度等數(shù)據(jù)。2.當(dāng)監(jiān)測(cè)到學(xué)生正在做與課堂無關(guān)行為或者走神時(shí)，上文中設(shè)計(jì)的手環(huán)具備提醒震動(dòng)功能，以實(shí)時(shí)提醒學(xué)生注意力集中?；蛘邩?gòu)建手機(jī)App應(yīng)用，與視頻監(jiān)測(cè)的后臺(tái)數(shù)據(jù)相連接，當(dāng)監(jiān)測(cè)到相關(guān)異常行為時(shí)，App進(jìn)行實(shí)時(shí)提醒。上述對(duì)策與建議，均是從自我檢查的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，教師的自查監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)提醒學(xué)生注意力集中的功能僅適用于自身。即，教師自查監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，教學(xué)督導(dǎo)與學(xué)生均不能獲取；學(xué)生在做課堂無關(guān)行為，系統(tǒng)提醒等數(shù)據(jù)，其他學(xué)生、教師與教學(xué)督導(dǎo)均不能獲取。這樣設(shè)計(jì)的原因是為了防止師生產(chǎn)生壓力，輔助自我監(jiān)督和自我管理。

四、結(jié)論

傳統(tǒng)監(jiān)督管理體系下，過分強(qiáng)調(diào)了教學(xué)督導(dǎo)的職能，且結(jié)論多為定性評(píng)價(jià)，并未實(shí)現(xiàn)通過教學(xué)監(jiān)督提升教學(xué)質(zhì)量的目的。人工智能時(shí)代下，課堂教學(xué)的監(jiān)督能力得到提升。本文從人工智能視角構(gòu)建了課堂教學(xué)管理和評(píng)價(jià)體系，對(duì)該體系中的數(shù)據(jù)如何獲取和使用以達(dá)到課堂管理、教師教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)、教師教學(xué)質(zhì)量提升、師生自我監(jiān)督和管理等目的進(jìn)行分析。除此之外，本文認(rèn)為收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)可被用來分析課堂這一特殊情境下的個(gè)體行為以及相互作用關(guān)系，為進(jìn)一步的教學(xué)管控提供事實(shí)依據(jù)。

作者:李青 劉超 單位:南京信息工程大學(xué) 國電南瑞科技股份有限公司電網(wǎng)調(diào)控技術(shù)分公司