人工智能助力精準(zhǔn)教研數(shù)據(jù)分析促進(jìn)教師發(fā)展

智慧校園典型應(yīng)用案例——人工智能助力精準(zhǔn)教研數(shù)據(jù)分析促進(jìn)教師發(fā)展一、案例背景教師作為教育的主體之一，教師隊伍的能力、水平是人才培養(yǎng)的關(guān)鍵因素。結(jié)合教育部“人工智能助推教師隊伍建設(shè)行動”，為探索嘗試人工智能、數(shù)據(jù)分析對教師個人發(fā)展、教師隊伍建設(shè)的促進(jìn)作用，對提高教學(xué)質(zhì)量的促進(jìn)作用，濟(jì)南新航外國語實(shí)驗學(xué)校建設(shè)了基于常態(tài)化錄播的智能課堂教學(xué)行為分析評測系統(tǒng)。二、建設(shè)內(nèi)容現(xiàn)行的教研模式主要是教育主管單位、學(xué)校教研人員到教學(xué)現(xiàn)場或者通過網(wǎng)絡(luò)觀摩公開課，再基于個人教學(xué)經(jīng)驗或者教研小組討論做出點(diǎn)評，從本質(zhì)來說是主觀經(jīng)驗性的。這種模式主要有幾點(diǎn)不足：一是教研評價主觀色彩較重，缺乏客觀教研數(shù)據(jù)的支撐；二是教研評價是點(diǎn)狀的、是離散的，教研人員只能對某一老師的一節(jié)課或者幾節(jié)課作出點(diǎn)評，無法對其所有課持續(xù)點(diǎn)評，難免不夠全面；三是教研評價主要是從教師維度出發(fā)，對于學(xué)生的表現(xiàn)觀察、分析更少。鑒于此，通過應(yīng)用----人工智能課堂教學(xué)行為分析評測系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)長期持續(xù)性對教學(xué)過程中教師、學(xué)生行為表現(xiàn)數(shù)據(jù)的常態(tài)化、伴隨式采集和即時化分析，提供實(shí)證化的數(shù)據(jù)服務(wù)，教研人員結(jié)合主觀教學(xué)經(jīng)驗和系統(tǒng)分析的客觀教學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教研，輔助教師改進(jìn)教學(xué)設(shè)計、促進(jìn)教師自我發(fā)展、提升學(xué)生學(xué)習(xí)水平。三、教研理論支撐結(jié)合國際通用的弗蘭德斯課堂互動分析法、VICS語言互動分類系統(tǒng)和華中師大教學(xué)行為云圖系統(tǒng)作為理論支撐。（一）技術(shù)層面系統(tǒng)應(yīng)用人臉識別、行為識別、表情識別、文本識別等人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了多維度的數(shù)據(jù)采集、分析。在每個教室安裝1臺智能錄播主機(jī)、2臺4K超高清攝像機(jī)、2支吊裝話筒，并通過綜合布線、整體調(diào)試、接入校園網(wǎng)，在機(jī)房安裝2臺平臺服務(wù)器并搭建多維成長平臺、教育視頻資源管理應(yīng)用軟件環(huán)境。設(shè)備安裝、軟件環(huán)境搭建結(jié)束后，在系統(tǒng)中錄入學(xué)校、班級、課表信息、進(jìn)行班級人臉建模，智能錄播主機(jī)會根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的課表自動開關(guān)機(jī)、自動工作，對師生教學(xué)過程沒有任何干預(yù)。授課時系統(tǒng)通過多目標(biāo)的動態(tài)人臉識別，識別學(xué)生的身份；依據(jù)教研理論支撐，識別教師和學(xué)生的有效行為數(shù)據(jù)，統(tǒng)計出教學(xué)過程之中師生九大行為占比情況；通過文本識別，識別出教學(xué)課件中的文字與知識點(diǎn)，與平臺知識庫相對接，便于后期對相關(guān)知識點(diǎn)的檢索；通過表情識別，識別學(xué)生在教學(xué)過程中的情緒變化，幫助了解教師整堂課的教學(xué)效果。授課結(jié)束后，系統(tǒng)會自動生成觀察分析數(shù)據(jù)報告，主要包括課堂師生行為、課堂參與度及S-T行為分析數(shù)據(jù)。（二）系統(tǒng)工作過程圖解及案例圖片

四、初步效果基于系統(tǒng)目前所采集的數(shù)據(jù)、自動生成的課堂觀察分析報告，可從整體上對學(xué)校教師的課堂數(shù)據(jù)進(jìn)行對比研讀，也可選取某一位教師的課堂觀察分析報告進(jìn)行分析。（一）整體報告研讀以下數(shù)據(jù)是5月28日所采集到的初二年級語文學(xué)科組三位教師的六節(jié)課堂數(shù)據(jù)，教師學(xué)生課堂行為表現(xiàn)在整節(jié)課的時間占比數(shù)據(jù)如下圖：從三個維度方面對課堂教學(xué)進(jìn)行分析：1、課堂類型分析三位教師的六節(jié)課均是練習(xí)型課堂，是以學(xué)生行為為主的課堂類型。通過對視頻的打點(diǎn)觀看，同時結(jié)合目前學(xué)校授課進(jìn)度分析，因為臨近考試，課程已進(jìn)入了復(fù)習(xí)階段，需要學(xué)生進(jìn)行大量的練習(xí)與鞏固，所以課堂類型以練習(xí)型為主。后期通過采集更多課堂數(shù)據(jù)后，形成教師的個人成長數(shù)據(jù)檔案，可以進(jìn)一步分析教師的長期授課風(fēng)格。對于課堂類型的分析，有助于教師形成多元化的授課風(fēng)格，增強(qiáng)課堂的趣味性，提高教學(xué)效果和質(zhì)量。2、師生行為分析學(xué)生行為：三節(jié)課中學(xué)生讀寫行為很高，突出了語文學(xué)科以學(xué)生實(shí)踐為主的學(xué)科特點(diǎn)；教師2與教師3的課堂中學(xué)生生生互動數(shù)據(jù)較高，雖然是在復(fù)習(xí)階段，但體現(xiàn)出這兩位教師注重課堂中學(xué)生的互動性，積極調(diào)動學(xué)生課堂的參與性，課堂氣氛可能要更為活躍一些；在教師1的課堂教學(xué)中，生生互動和師生互動占比相較其他兩位教師略低，建議教師1在課程中除了注重學(xué)生的讀寫，還應(yīng)該適當(dāng)?shù)脑黾訉W(xué)生的互動提高生生互動率以及師生互動率，這樣有助于調(diào)節(jié)課堂氣氛的的活躍程度。教師行為：教師板書行為很低，幾乎為零，通過對視頻的觀看，教師更偏向于使用多媒體設(shè)備。通過視頻回看，教師2和教師3個體提問較多，因此師生互動占比較高。教師的巡視占比均較高，說明教師注重在練習(xí)型課堂中觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。教師的巡視行為也屬于教師教學(xué)行為習(xí)慣的一種，積累長期的數(shù)據(jù)之后，也可以對教師的教學(xué)習(xí)慣進(jìn)行對比分析。除此以外，教師的巡視占比與學(xué)生的參與度呈一定的正相關(guān)，如下圖所示：參與度分析：大部分課堂的參與度數(shù)據(jù)都很高，接近60%或超過60%，側(cè)面反映出課堂氛圍良好。除了班級平均參與度，教師可以了解學(xué)生的個體參與度情況，了解到班級里參與度不高的學(xué)生并與他們進(jìn)行溝通交流；對于家長來說，也可以了解到自己孩子一堂課上學(xué)生40分鐘的參與度情況。同時，在精準(zhǔn)教研的過程中，可以重點(diǎn)關(guān)注參與度變化劇烈的教學(xué)時間段，依據(jù)教學(xué)視頻做打點(diǎn)評價。（二）個體課堂報告的研讀1．課程信息課程名稱 物理 學(xué)科 物理 時間 2019.6.3主講教師 教師1 教齡 - 年級 高一（1）班2．課堂觀察記錄課堂教學(xué)行為時間占比：學(xué)生行為:讀寫占比較高，突出了物理注重實(shí)踐練習(xí)的學(xué)科特點(diǎn)；讀寫是教研活動中的重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)，在課堂教學(xué)過程中，以讀帶寫，以寫促讀，提升課堂學(xué)習(xí)的效率。應(yīng)答、舉手占比不是很高，舉手行為反映學(xué)生的課堂參與度和注意力，反映學(xué)生是否積極參與課堂活動，舉手有助于學(xué)生對知識的理解，促進(jìn)學(xué)生的思考，并且應(yīng)答在教研中反映了學(xué)生知識掌握的程度，所以建議教師可適當(dāng)設(shè)置問題，提高學(xué)生參與度；在該數(shù)據(jù)報告中，生生互動占比很低，可適當(dāng)增加學(xué)生間的互動。教師行為：講授在教師課堂教學(xué)中的占比反映的是不同學(xué)科不同階段的不同老師的授課風(fēng)格，講授占比較高，說明教師更傾向于知識單向傳遞的教學(xué)方式，在這堂課之中，講授占比合理，反映出教師注重講和練相結(jié)合的方式提高課堂效率；巡視便于溝通教師和學(xué)生之間的感情，指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，促成學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，得到學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，報告中教師巡視占比較高，說明教師注重關(guān)注學(xué)生課堂的學(xué)習(xí)情況；板書占比適當(dāng)，顯示出教師注重題目的具體推理過程的演示，引導(dǎo)學(xué)生深度思考；課堂教學(xué)模式：教師行為占有率為44.83%，學(xué)生行為占有率為55.17%，師生行為轉(zhuǎn)化率為33.33%，該節(jié)課是混合型課堂。課堂上教師前半段時間主要講解測試卷子，后半段時間隨堂進(jìn)行練習(xí)。建議教師進(jìn)一步改進(jìn)課堂設(shè)計，提高課堂的師生互動，讓學(xué)生更深入的參與課堂。課堂表現(xiàn)曲線：8分鐘：教師板書講解卷子，參與指數(shù)提升。14分鐘：教師邊巡視邊分析錯題，學(xué)生認(rèn)真聽講，參與度指數(shù)提升。22分鐘：教師暫停講解發(fā)放試卷，秩序混亂，參與度指數(shù)降低。30分鐘：學(xué)生做卷子，教師個別指導(dǎo)學(xué)生，參與指數(shù)較高。38分鐘：部分學(xué)生完成試卷后交頭接耳，參與度指數(shù)較低。這節(jié)課主要是教師講解試卷，在講解過程中講練結(jié)合，建議可對完成試卷速度較快的學(xué)生給予相應(yīng)關(guān)注，提高課堂的整體參與度。課堂參與度散點(diǎn)圖：以下圖為例，課堂參與度散點(diǎn)圖數(shù)據(jù)反應(yīng)了班級所有學(xué)生貫穿整堂課的參與度變化情況。也可以查看具體某位學(xué)生個體在整堂課上的參與度變化情況，下圖為該班周同學(xué)的課堂參與度變化折線圖。

（三）數(shù)據(jù)報告研讀總結(jié)基于目前采集到的數(shù)據(jù)及對整體課堂觀察報告的研讀，暫時分析出語文學(xué)科教師的上課風(fēng)格以練習(xí)型為主；結(jié)合教學(xué)視頻對三位教師課堂上教師行為、學(xué)生行為與參與度的對比分析可反映出平行班整體的課堂氣氛和教學(xué)效果。通過對教師個體課堂觀察分析報告的研讀，結(jié)合教學(xué)視頻，可多角度反思教學(xué)設(shè)計是否合理，對課堂的整體把握是否需要改進(jìn)等問題。當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)達(dá)到一定量級后，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、教研員還可從橫向和縱向兩個維度進(jìn)行數(shù)據(jù)報告研讀。橫向可以采集多位教師同一階段的課堂數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；縱向上可以對某一教師長期的課堂數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。例如：通過對“職初型教師與成熟型教師”的數(shù)據(jù)報告進(jìn)行研讀，尋找二者之間的差異，縮短職初型教師的成長周期。五、愿景展望我們計劃下學(xué)期對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行研讀，并邀請主管領(lǐng)導(dǎo)、教研人員、教師開展多種研修模式，讓教師在實(shí)際教研活動中探索、體驗“人工智能+數(shù)據(jù)分析”支持下的精準(zhǔn)教研應(yīng)用。我們初步計劃了三種研修方式，這三種方式需要教師團(tuán)隊、教研員團(tuán)隊、專家團(tuán)隊、企業(yè)數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊共同參與，合力推進(jìn)。（一）精準(zhǔn)教研支持下的教師工作坊主題研修方式：觀摩名師課堂，借助視頻案例分析工具對教師課堂進(jìn)行特征分析。目標(biāo)：促進(jìn)教師協(xié)作能力和反思能力的提升。實(shí)踐：學(xué)校組織骨干教師和年輕教師參與研修活動，具體可選擇“同課同構(gòu)”或者“同課異構(gòu)”的方式進(jìn)行主題研修。（二）線上線下相結(jié)合的課例研修方式：圍繞實(shí)際教學(xué)中產(chǎn)生的問題，借助視頻課例分析工具（精準(zhǔn)教研）對某一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計進(jìn)行協(xié)作打磨和集體反思（磨課管理）。目標(biāo)：提升團(tuán)隊成員的教學(xué)設(shè)計能力和信息化教學(xué)能力，打造優(yōu)秀課例。實(shí)踐：學(xué)校組織教研組的教師參與研修活動，通過多次協(xié)同備課、教學(xué)展示和課例研討打造優(yōu)課。（三）直播支持下的同儕研修方式：通過智課終端以及磨課中心、同步課堂和精準(zhǔn)教研等平臺模塊實(shí)現(xiàn)異校課堂的直播、互動和研討。目標(biāo)：構(gòu)建跨校同儕研修機(jī)制，實(shí)施切實(shí)可行的教學(xué)反思路徑，提升教師的教學(xué)技能，從而落地大規(guī)模的優(yōu)