主题研讨 | 许世红：课堂教学智慧评价研究与实践
| 撰写时间：2023-03-21 来源：广东省教育研究院 | 浏览量： |
在第十届中国南方教育高峰年会上，广东省教育研究院教育评估室许世红研究员作《课堂教学智慧评价研究与实践》主题分享。
课堂教学智慧评价，是教育评价研究领域的热点和难点。课堂教学智慧评价，是教育评价研究领域的热点和难点。广东省教育研究院李海东副院长主持的广东省重点领域研发计划“5G+智慧教育”项目组，在运用信息技术赋能课堂教学智慧评价领域进行了开拓性探索，建构了评价系统，提出了评价理论，实现了课堂教学大数据报告的自动生成，研发出大单元教学分析工具和课堂文化建设情况诊断工具，并在全省中小学校和中职学校开展成果运用实验，经受住了实践检验，引起了极大反响。
一、时代对课堂的新要求与新机遇
首先，国家对教育评价改革寄予了殷切希望。《深化新时代教育评价改革总体方案》要求充分利用信息技术来提高教育评价的科学性、专业性和客观性，要求我们创新评价工具，利用人工智能、大数据等现代信息技术，探索纵向评价、横向评价，在这个过程中要彰显中国理念、贡献中国方案。
其次，信息网络时代要求把课堂还给孩子，要有效激发学生的思维，让学生主动学起来；而课堂转型的关键因素是教师，课堂转型的主要表现是课堂教学策略与方法的与时俱进。
来自国家义务教育质量监测和PISA-TALIS的研究结果均显示，课堂教学评价需要把教学策略的运用放在更重要、更核心的地位，因此项目组选择从课堂结构入手，把教学策略与方法的运用作为研究焦点，在课堂教学智慧评价领域展开探索。
其次，信息网络时代要求把课堂还给孩子，要有效激发学生的思维，让学生主动学起来；而课堂转型的关键因素是教师，课堂转型的主要表现是课堂教学策略与方法的与时俱进。
来自国家义务教育质量监测和PISA-TALIS的研究结果均显示，课堂教学评价需要把教学策略的运用放在更重要、更核心的地位，因此项目组选择从课堂结构入手，把教学策略与方法的运用作为研究焦点，在课堂教学智慧评价领域展开探索。
二、新时代课堂教学智慧评价理论与技术
首先，项目组对国内外的课堂教学理论进行了文献梳理，选择以本土原创的“主导-主体教学结构理论”和具有国际融合性的“第三代活动理论”作为理论基础，建构了课堂教学的结构-活动评价矩阵，并形成了9大评分领域，分别有教师主导层面的课堂调控、思维激发、评价反馈、课堂艺术和目标定位，学生主体地位层面的有整体发展、合作交流、学习体验，教学达成则是师生共同作用的结果，如表1。
其次，在细化评分领域时，项目组萃取了各学段各学科的课堂教学共性目标，从思维、交往两个层面聚焦创新思维、批判思维、交流、合作这四大核心素养，简称“4C”素养；然后依据国家课程方案、学科课程标准，对9大评分领域进行评价界定，并从算法可实现的角度建构了关键性的量化指标，这些量化指标的算法源自多个教育技术模型，比如用于分析交流互动过程的弗兰德斯言语互动分析模型(FIAS)、问答评模型(IRE)、学生教师模型(S-T)等，用于分析知识点关联分析的知识图谱，还有其他的支撑细项分析，共同构成课堂教学智慧评价系统（以下简称CSMS)，如图1。
图1 课堂教学智慧评价系统（CSMS)的支撑模型
如何实现人工智能自动评价课堂教学的思维过程呢?项目组在未找到合适工具的情况下进行了原创，提出学习发生的知行模型，稍后将做介绍。
为了让研究成果惠及最边远农村学校和薄弱地区学校教师，目前，只要教师用可以上网的手机录下自己的课例音频上传到CSMS分析平台（www.ai-csms.com)，就可以自动生成课例大数据报告，音频分析技术已经成熟。课堂视频分析以及教学软件数据的使用，正在逐步完善中。
为了让研究成果惠及最边远农村学校和薄弱地区学校教师，目前，只要教师用可以上网的手机录下自己的课例音频上传到CSMS分析平台（www.ai-csms.com)，就可以自动生成课例大数据报告，音频分析技术已经成熟。课堂视频分析以及教学软件数据的使用，正在逐步完善中。
三、学习发生的知行理论
首先，项目组对中小学教师广泛接受的学习发生理论做了梳理，没有找到合用的测量教学思维过程的支撑理论；虽然KOLB体验式学习理论、4MAT模型可以使用，但是其背后的理论支撑不够清晰。为此，项目组基于中国传统知行哲学和大脑信息自由能理论，提出了可外显评测的学习发生的知行理论。
项目组从中国传统知行哲学汲取的智慧主要有两个方面：一是知行哲学特别强调知中有行、行中有知，知行彼此不可分离，只有知行合一，学习才是真正的发生。二是毛泽东同志于1937年7月在《实践论》文中就辩证唯物主义知行统一观提出了“学习本质是实践认识、再实践再认识的循环往复，每一个循环都在上升中发展”。
来自大脑信息自由能理论的智慧主要是用信息自由能的变化来描述理解大脑内部的认知活动。正常状态下，大脑信息自由能处于最低位；当外界环境的信息通过眼耳鼻舌身等感官输入到大脑内部，大脑对这些信息会作出反映，用信息自由能的计算公式可以表示为两部分，一是用引起惊奇的概率来刻画，概率越小、发生的可能性越小，则产生的惊奇越大，从而信息自由能越高；二是客观实际和内部认知的差异，差异越大、信息自由能就越高。据此，大脑内部认知活动可以划分为两类四种，一是知，外界信息映射到大脑内部形成概念空间和现象空间；二是行，即降低惊奇度、减少认知偏差（即降低信息自由能）的过程；当知转变为自觉运用，学习才真正发生。
基于这两大理论，项目组提出了学习发生的知行理论，用知行模型形象展示了学习发生的四种方式，总结归纳出学生的学习风格、教师的教学风格、左右脑思维模式，以及课堂教学活动按照认知螺旋发展来组织的最优结构。
知行理论的原创性贡献主要体现在三个方面，一是明确了知行的准确含义，确定性大的认知过程是知，它是不减少信息自由能的大脑认知活动，大脑负担轻，可以分为映射到概念空间和映射到现象空间这两类。确定性小的认知过程是行，它是减少信息自由能的大脑认知过程，可以分为更新认识和思想练习两类，这个时候大脑的负担重。知行都是大脑内部认知过程，是知行合一的基础。
原创性贡献之二是用“四何”对知、行的大脑认知活动实现外显的量化测评。“四何”也就是“是何、为何、如何、若何”。知行是大脑内部的认知活动，为了让计算机能够识别，我们选择用课堂上最核心信息——师生的言语信息，把师生课堂上的言语信息划分为四类，每一类跟相应的知和行建立链接，从而把大脑内部认知活动转化为外显的量化测评。
原创性贡献之三是为人工智能定量评价课堂教学提供理论和方法指导。这里我们建构了七大量化指标，由机器自动生成，供老师来洞察课堂上的教学思维激发情况，形成课堂教学智慧评价系统（CSMS）的最核心部分。
项目组从中国传统知行哲学汲取的智慧主要有两个方面：一是知行哲学特别强调知中有行、行中有知，知行彼此不可分离，只有知行合一，学习才是真正的发生。二是毛泽东同志于1937年7月在《实践论》文中就辩证唯物主义知行统一观提出了“学习本质是实践认识、再实践再认识的循环往复，每一个循环都在上升中发展”。
来自大脑信息自由能理论的智慧主要是用信息自由能的变化来描述理解大脑内部的认知活动。正常状态下，大脑信息自由能处于最低位；当外界环境的信息通过眼耳鼻舌身等感官输入到大脑内部，大脑对这些信息会作出反映，用信息自由能的计算公式可以表示为两部分，一是用引起惊奇的概率来刻画，概率越小、发生的可能性越小，则产生的惊奇越大，从而信息自由能越高；二是客观实际和内部认知的差异，差异越大、信息自由能就越高。据此，大脑内部认知活动可以划分为两类四种，一是知，外界信息映射到大脑内部形成概念空间和现象空间；二是行，即降低惊奇度、减少认知偏差（即降低信息自由能）的过程；当知转变为自觉运用，学习才真正发生。
基于这两大理论，项目组提出了学习发生的知行理论，用知行模型形象展示了学习发生的四种方式，总结归纳出学生的学习风格、教师的教学风格、左右脑思维模式，以及课堂教学活动按照认知螺旋发展来组织的最优结构。
知行理论的原创性贡献主要体现在三个方面，一是明确了知行的准确含义，确定性大的认知过程是知，它是不减少信息自由能的大脑认知活动，大脑负担轻，可以分为映射到概念空间和映射到现象空间这两类。确定性小的认知过程是行，它是减少信息自由能的大脑认知过程，可以分为更新认识和思想练习两类，这个时候大脑的负担重。知行都是大脑内部认知过程，是知行合一的基础。
原创性贡献之二是用“四何”对知、行的大脑认知活动实现外显的量化测评。“四何”也就是“是何、为何、如何、若何”。知行是大脑内部的认知活动，为了让计算机能够识别，我们选择用课堂上最核心信息——师生的言语信息，把师生课堂上的言语信息划分为四类，每一类跟相应的知和行建立链接，从而把大脑内部认知活动转化为外显的量化测评。
原创性贡献之三是为人工智能定量评价课堂教学提供理论和方法指导。这里我们建构了七大量化指标，由机器自动生成，供老师来洞察课堂上的教学思维激发情况，形成课堂教学智慧评价系统（CSMS）的最核心部分。
四、CSMS助力广东教研数字化转型
2022年上半年，项目组在个别中小学校做了小范围试点，引起了省内中小学校的轰动，因此，项目组决定在全省范围内正式启动成果应用的试点研究。7月以来，项目组在中小学和中职学校中遴选了50所试点学校率先开展实验；8月正式发布研究方案，9月14日进行了专题培训，由原华南师大副校长吴颖民先生主持培训，项目负责人省教育研究院李海东副院长介绍了项目的顶层设计。9-12月，项目组已经组织了26场专题网络教研，12月20日上午是本项目开展试点网络教研的终场活动，欢迎围观。
另外，项目组还支撑了省教育研究院的教研部门，用CSMS助力义务教育质量监测改进的提升研究，形成了课堂教学大数据的系列分析报告。
近三个月来，项目组完成了近1300节常态课堂的大数据分析，探索形成了数字化教研的新模式，该模式效率高、效果好，深受学校和老师的欢迎。
数字化教研的初心是用人工智能工具CSMS来陪伴教师自主改进课堂教学，其实施包括五个环节，先对常规课堂教学进行录音/录像，然后上传到CSMS平台，AI会进行课堂观察、自动输出大数据分析报告。接下来专家或者是同行、同伴利用业余时间在网上进行评价，评价之后我们视情况组织教研活动。在此基础上，老师进行教学改进，然后上传新的课例录音/录像进行分析，闭环检验改进情况。
与传统教研相比较，CSMS助力教师发展的这种数字化教研方式主要有三大优点，一是它的覆盖面大、效率高、可常态化进行；二是教师可以利用课堂观察工具开展个人教研，加快专业发展；三是有利于课组通过教研来持续改进。这是教师和专家通过CSMS平台的在线复盘功能，具像化研究课例的画面截图。
经过持续三个月的试点研究，项目组目前积累的大数据开始呈现出数据的价值。例如这张截图展示的是12月7日，我们对广州市傍西小学和文德路小学的数学课组课堂学科素养导向所做的分析；这张截图展示的是，这次小学数学专题网络教研上，对这两所小学的数学课组课堂文化建设的情况所做的分析，分别从学生学习兴趣、学科自信、学科素养导向和课堂文化建设这四个方面，对两所小学的数学课组课堂教学给出了四个维度的优化建议。
总体而言，项目研究已经积累了近1300个常态课堂分析的大数据报告，规模已然庞大；这些大数据将逐步支持建立广东常态课堂常模，建立优秀课堂标准；通过积累对比数据，教师、课组、学校的课堂教学特点会更加清晰；课堂文化建设情况，也可以用数据挖掘计算来加以呈现。
让我们一起静待人工智能助力教师发展开花结果。
（本文根据专家在高峰年会上的演讲实录整理。）
另外，项目组还支撑了省教育研究院的教研部门，用CSMS助力义务教育质量监测改进的提升研究，形成了课堂教学大数据的系列分析报告。
近三个月来，项目组完成了近1300节常态课堂的大数据分析，探索形成了数字化教研的新模式，该模式效率高、效果好，深受学校和老师的欢迎。
数字化教研的初心是用人工智能工具CSMS来陪伴教师自主改进课堂教学，其实施包括五个环节，先对常规课堂教学进行录音/录像，然后上传到CSMS平台，AI会进行课堂观察、自动输出大数据分析报告。接下来专家或者是同行、同伴利用业余时间在网上进行评价，评价之后我们视情况组织教研活动。在此基础上，老师进行教学改进，然后上传新的课例录音/录像进行分析，闭环检验改进情况。
与传统教研相比较，CSMS助力教师发展的这种数字化教研方式主要有三大优点，一是它的覆盖面大、效率高、可常态化进行；二是教师可以利用课堂观察工具开展个人教研，加快专业发展；三是有利于课组通过教研来持续改进。这是教师和专家通过CSMS平台的在线复盘功能，具像化研究课例的画面截图。
经过持续三个月的试点研究，项目组目前积累的大数据开始呈现出数据的价值。例如这张截图展示的是12月7日，我们对广州市傍西小学和文德路小学的数学课组课堂学科素养导向所做的分析；这张截图展示的是，这次小学数学专题网络教研上，对这两所小学的数学课组课堂文化建设的情况所做的分析，分别从学生学习兴趣、学科自信、学科素养导向和课堂文化建设这四个方面，对两所小学的数学课组课堂教学给出了四个维度的优化建议。
总体而言，项目研究已经积累了近1300个常态课堂分析的大数据报告，规模已然庞大；这些大数据将逐步支持建立广东常态课堂常模，建立优秀课堂标准；通过积累对比数据，教师、课组、学校的课堂教学特点会更加清晰；课堂文化建设情况，也可以用数据挖掘计算来加以呈现。
让我们一起静待人工智能助力教师发展开花结果。
（本文根据专家在高峰年会上的演讲实录整理。）