人工智能环境下的高中高效课堂构建策略

人工智能环境下的高中高效课堂构建策略

王春辉

河南省滑县实验中学 

摘要：在这个人工智能时代，只有那些懂得人工智能，并能灵活运用人工智能的孩子，才能在未来过得更好。信息技术的飞速发展，给中国的教育事业带来了前所未有的机遇。伴随着人工智能技术的升级和创新，它也在悄无声息地改变着人们的生活。人工智能将会在人类社会中发挥越来越大的作用，与此同时，随着人工智能的发展，教育的方式也会发生改变，并会深刻地影响到教育制度的深化改革。

关键词：人工智能；高中课堂；高效课堂

人工智能是推动新一轮科学技术革命的重要力量，正在对人类的社会生活产生深远的影响。目前，全球各大发达国家均已将发展人工智能列入国家战略，并将其列为国家战略。华东师范大学于2018年七月出版发行了《人工智能基础（高中版）》，这代表着有了一门关于人工智能的课程，并且即将走进中学。如何在高中阶段展开人工智能教学，这将成为我们教育工作者面临的另一个严重问题。接下来，笔者将根据自己对人工智能的一些了解，来谈谈如何在高中阶段展开人工智能教学。

一、目前课堂中用到的智能技术

（一）人脸表情识别

面部表情识别其实可以分为两步，一步是在视频或者图像中，找出一个特定的面孔的位置，然后进行身份识别，就像在教室里，找出一个相应的学生，第二个步骤，就是要仔细的分析脸上的表情。，这些情绪都是通过眼睛、鼻子等五官来表达的，比如在课堂上，学生们可能会因为听不懂而显得有些迷茫。八十年代就有了关于人脸识别的研究，到了现在，这个技术已经很成熟了，所以，他可以百分百的确定对方的脸。目前，最先进的6种表情识别技术能够达到95%的准确率，但是，如果是更多的、更细微的表情，那么识别准确率就会大幅度下降，这也会给我们的教学带来很大的困难，而这一方面需要借助人工智能的相关技术。

在以往的研究中，已有几位学者利用面部表情来评估这一方法的效果。韩丽等人建议，在已有的智能监测装置的基础上，构建一个可以在教学过程中对学生进行全面追踪和分析的课堂教学评价系统，或对被追踪的目标给予个别的、有针对性的辅导。曾小芹也建议建立一个以微表情为基础的评估体系，不过她也表示，这个体系还需要进一步的应用和验证，并在实践中不断的完善。

（二）智能桌椅

通过在桌子、椅子上部署的压力传感器收集到的数据，当前的神经网络、k-means等特定的人工智能算法，能够对学生的坐姿做出判断，例如是否有前倾后仰、抖腿等。我们的预实验结果表明，该方法对这两类现象的识别准确率都大于90%。刘少华等人开发了一种便携式的坐姿实时监测与智能提醒系统，该系统采用一种柔性的力感传感器，采集坐姿髋部的压力，能够探测到八种不同的坐姿，如：正位、前位、后位、屈膝、离座等，其辨识准确率超过98%。

（三）环境监测

在某种程度上，教室的空气质量环境也会对课堂的教学效果产生影响。当教室内太过闷热，二氧化碳浓度过高的时候，就会造成学生的注意力不能集中，从而对老师的教学内容的理解和吸收产生影响。在前期工作中，我们还探讨了如何对课堂进行实时监测和及时调整。基于物联网技术，我们可以在教室中部署对二氧化碳、甲醛、 PM2.5等指标进行监测的传感器，然后通过人工智能的控制技术，动态地调整教室中的空调、空气净化器、新风系统，从而为学生提供一个良好的学习环境。另外，还有一些文章对使用物联网技术来监测教室内的空气质量做了一些尝试。

（四）个性化学习

孔子在二千多年前就提出了“因材施教”的教学理念，强调要培养学生的个性，使学生的素质得到提高。30年来，个性化学习的研究方向主要是以网络为基础的在线学习，而我们可以将其扩展到教室中的课堂上，特别是结合以上提到的人脸表情识别获得的数据，在此基础上，利用智能体技术，将老师的大量讲解与智能体自主制定的学习方案有机融合，实现对学生学习路径的自适应规划。在未来的课堂测试中，也可以将个性化学习相关的技术应用到课堂测试中，进行智能出题，更好地了解学生对于知识的掌握情况。

二、基于人工智能的课堂教学流程设计

本文通过对上述内容的分析，发现以往的研究大多只关注某一项技术，没有把各种技术有机地结合起来，以提高中学教学的效率。因此，本章笔者将根据自己在教学实践中的经验，对怎样把各种技术，特别是基于人工智能的技术，应用到中学的教学中去，提出一些看法。作者将从上课前的准备，上课的过程，课后作业的布置，考试的试卷的安排四个步骤来探讨，在这四个步骤中，如何设计以人工智能为基础的课堂教学方式，来提高目前的课堂效率。

（一）上课前的准备

课堂上的信息采集系统，在师生们还未到校时就已启动。首先，就是监控教室里的空气，看看有没有 PM2.5，甲醛，二氧化碳等指标有没有超标，还有，看看教室里的温湿度，能不能让学生们正常的学习。在必要时，空调、新风系统、空气清洁器等会自动开启，在上课前，对教室进行调节，为师生创造一个适宜的学习环境。在一天的学习过程中，这套系统也不会偷懒，可以根据教室中的环境变化，为老师和同学进行相应的调整。

该系统的实施，一方面要求对现有的教室硬件进行升级，引进以物联网为核心的空气品质传感器，以及空调、空气净化器等智能化设备；另一方面，还要求有一款以人工智能技术为核心的“教室管家”，能够实时响应传感器数据的变化，并对其进行实时的监控与调节。

（二）上课的过程

在在课堂上，每个人的脸上都会有一个摄像头，监控着每一个人在课堂上的表情，然后智能管家会根据每一个人的学习情况，判断每一个人听懂了没有，然后把他们的问题反馈到屏幕上，确保只有老师能看到。这样的话，教师就可以随时调整自己的教学计划，比如在双曲线方面，有很多学生都不明白，教师就会重点关注双曲线方面的问题，这样既能保证课堂的效率，又能避免一堂课下来，许多学生都不明白，也能保证教师的教学效率。

而在这个过程中，智能座椅也会通过各种传感器，自动识别出学员的坐姿，从而判定学员是否躺下，是否盘膝而坐，是否抖腿。如果有，智能桌椅就会通过震动，调整学生的坐姿，提醒学生在上课的时候要认真听课，以更好的保证学生在课堂上的听课效率。

（三）课后作业的布置

到了下课时间，人工智能就会根据今天的学习情况，点留一些不太明白的东西，然后把这些东西发到学生的手机里。这样，每个同学的作业都是不一样的，既能最大限度地发挥作业的功能，又不能让同学们互相抄作业，从而更好地提高了同学们的学习效率。

（四）考试的试卷安排

在考试的试卷出题上，人工智能管家可以统计全年级学生对知识点的掌握程度，找到那些知识点对于学生们而言是比较难的，然后控制试题的难度，让学生们的分数不高也不低，就算是学习好的，也有可以弥补的缺陷，不会骄傲自满。而那些成绩差的学生，则不会觉得自己有什么漏洞，也不会觉得自己有多么低人一等，这才能起到更好的教学效果。

三、当前在课堂中使用人工智能技术的障碍

虽然我们设想了一种基于智能技术的中学课堂教学方案，但这种方案离实际应用还差得很远，还存在一定的障碍。本章将讨论如何解决这一问题，并将人工智能技术更好的运用于我们的中学课堂。

（一）技术的成熟程度

前文对目前人脸表情识别技术的研究状况和存在的问题进行了分析和总结。以目前的科技水平，学生上课时有没有低头玩手机，或者扭头看向窗外，这一点很好判断，但是，如果没有其他的行动，就很难做出判断了。而且，每个人的表现都不一样。例如，一些面部表情不丰富的同学，我们就很难从他的表情变化中，把握到他对于授课内容的理解。

想要解决这个问题，也只有等科技发展起来了。另一方面，也可以进行大胆的尝试，收集在使用中产生的问题和缺陷，帮助专业的技术开发人员进行收集和使用的反馈，从而发现并解决问题。当然，这并非是说我们无法使用，而是说，我们可以通过这种方式，来让自己的实力得到进一步的提高，从而让自己的实力得到最大程度的发挥，而不用等所有东西都完善了，才能发挥出最大的作用。

（二）隐私问题

当信息系统收集了教师和学生的个人资料之后，问题就来了。而且，如果每个人的学习情况都被记录下来，那么其他班级很有可能会想要“窃取”，用来竞争。因此，为了解决这一问题，笔者建议，应该将每一位同学的资料，只允许对应的老师使用。能使用密码，只有老师才能登录，才能防止被窃取。这样不仅解决了在课外班被偷窃的问题，而且学生们也不会看到别人的成绩和班级状况，也就不会有太多的比较心理，比如说，我这次考试考得不好，不想让别的学生知道，这样的一种方式就可以为他保守秘密，同时也可以保护同学的自尊心。

（三）干扰课堂的问题

在教室里引进信息化技术，是否会影响到教师的教学，使教师与学生感到“被监视”，从而影响到学生的学习与教育？这到底是好是坏？下面就其中的优点和缺点作了分析。

有利面：若教师评价时能将人工智能搜集到的资料纳入考量，则教师的教学表现将会有一个更客观、公正的评价。根据这些资料。而且，教师还能根据自己的情况，对自己的课程进行调整。弊端：这将给教师和学生们带来一种仿佛每场课程都是一场“考试”的感觉，这将会给他们带来更大的压力，因为录制的过程将不会被打断。这会让学生们产生一种“不懂装懂”的心理，来对抗信息系统。也有可能是因为学生们已经习惯了这种考试方式，所以才会主动“迎合”这种方式。而且，系统的适应性和调节能力也不像人类学者那么强，很容易被其他学生的“作弊”给骗了，就拿微信来说，原本是为了让大家过得更好，但一些人为了跟别人比较，就会把自己的手机挂在一条狗的背上，以此来获得更多的积分。这是人类和信息系统作斗争，试图蒙蔽信息系统。

首先，随着人工智能技术的进步，它会变得更加符合人类的思维方式，从而产生一种具有学习能力的人工智能，让它可以在学生露出“不懂装懂”的神色时，将其记在心里，这样它就不会再露出这种神色。另一方面，也可以将监控系统尽可能地做小，以减轻师生们在课堂上的压力，进而降低对课堂的干扰。

四、 结语

本文首先对当前教室使用的智能技术进行了综述，主要有：面部表情识别，智能桌椅，环境监控，个人化学习等；同时，在课前，课中，课后，以及测验中，作者还设计了一套以人工智能为基础的课堂教学流；同时，对当前将人工智能技术引入中学课堂所面临的技术成熟度、隐私保护、对课堂的干扰以及费用等问题进行了探讨。虽然还有很多问题需要解决，但我相信，现在，人工智能技术正逐渐进入我们的中学教室，我所设想的教育过程也将逐渐成为现实。

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作者简介：王春辉（1987.3--），男，汉族，河南滑县人，中小学一级教师，本科，研究方向：新高考语文作文的新方向、新突破。