智能軟件應(yīng)用于中學(xué)地理教學(xué)的若干思考

趙云渤??張東宇??李潔敏??樓武林??趙鑫

《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出，要利用人工智能技術(shù)加快推動(dòng)人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革。該文件為將人工智能技術(shù)引入中學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的改革與實(shí)踐吹響了沖鋒號(hào)角。目前，已有多款成熟的人工智能產(chǎn)品投入教學(xué)應(yīng)用，常見(jiàn)的是以計(jì)算機(jī)算法為基礎(chǔ)的智能教學(xué)平臺(tái)，如智學(xué)網(wǎng)。這些智能教學(xué)平臺(tái)可以有效驅(qū)動(dòng)教師教學(xué)決策，使得教學(xué)過(guò)程和教學(xué)結(jié)果可量化、可調(diào)控，為教師的教與學(xué)生的學(xué)精準(zhǔn)賦能。然而，目前對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)在中學(xué)教學(xué)領(lǐng)域的研究更多地集中于智能軟件對(duì)中學(xué)教學(xué)的助力作用，對(duì)智能軟件在中學(xué)教學(xué)中的深度應(yīng)用涉及不多。

筆者基于對(duì)北京市某中學(xué)高三年級(jí)選考地理學(xué)科的學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，主要內(nèi)容聚焦在使用過(guò)的軟件及軟件功能。調(diào)查問(wèn)卷分為三個(gè)部分。第一部分為學(xué)生個(gè)人及軟件使用的基本信息，第二部分是研究的主要方面。問(wèn)卷采取“集中答題，當(dāng)場(chǎng)收回”的方式，填寫時(shí)間為30分鐘。為確保調(diào)查對(duì)象具有代表性，本次研究問(wèn)卷共發(fā)出168份，收回168份，有效問(wèn)卷164份，問(wèn)卷有效回收率為97.4%。調(diào)查結(jié)果顯示，62%的學(xué)生看好智能軟件在未來(lái)教育領(lǐng)域的應(yīng)用，認(rèn)為兩者的融合會(huì)越來(lái)越緊密，但也對(duì)智能軟件應(yīng)用中出現(xiàn)的信息過(guò)載、認(rèn)知疲憊、隱私安全等問(wèn)題，表現(xiàn)出較強(qiáng)的關(guān)心與擔(dān)憂，期待智能軟件在算法上進(jìn)行優(yōu)化，助力學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)，建立一套有效的學(xué)習(xí)激勵(lì)機(jī)制。本文基于此調(diào)查結(jié)果，結(jié)合智能軟件在中學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，談?wù)勛约旱乃伎肌?/p>

一、建立有效的領(lǐng)域素養(yǎng)圖譜，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)圖式

素養(yǎng)圖譜是根據(jù)知識(shí)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性建構(gòu)的一個(gè)呈現(xiàn)網(wǎng)狀關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)圖，突出了從關(guān)聯(lián)角度進(jìn)一步認(rèn)識(shí)世界的能力。人工智能學(xué)習(xí)人類的思維方式建立素養(yǎng)圖譜，已經(jīng)成為一個(gè)研究方向，如北京師范大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了基于知識(shí)圖譜的唐詩(shī)語(yǔ)義搜索引擎。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用既為學(xué)科知識(shí)的建模提供了可能，也提供了更多元的信息處理方法，從而推動(dòng)智能教育從感知智能邁入認(rèn)知智能時(shí)代。

然而，在學(xué)科素養(yǎng)圖譜建構(gòu)中，還存在很多問(wèn)題，如自動(dòng)化建構(gòu)不準(zhǔn)確，人工建構(gòu)需花費(fèi)大量人力、物力等。筆者從學(xué)科角度出發(fā)，通過(guò)平衡自動(dòng)化方法和人工參與，建議在以下兩方面建立有效的領(lǐng)域素養(yǎng)圖譜，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建有效的知識(shí)圖式。

（一）加強(qiáng)知識(shí)間的粒度，細(xì)化拆分為較小的知識(shí)

以地理學(xué)科為例，其知識(shí)多按照學(xué)段、年級(jí)、章節(jié)內(nèi)容分類。其實(shí)，還可進(jìn)行多級(jí)拆分，如在原有分類的基礎(chǔ)上添加二級(jí)分類知識(shí)點(diǎn)、三級(jí)分類知識(shí)點(diǎn)，這樣有利于教師更精準(zhǔn)地選題，以及基于學(xué)生掌握模糊知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)推送。以高中地理選擇性必修一“地質(zhì)作用”一節(jié)為例，教師可以形成如下的知識(shí)框架（如圖1）。

基于細(xì)化的知識(shí)建構(gòu)的學(xué)科知識(shí)圖式，能夠更高效地促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)。

（二）建立多維度的認(rèn)知能力圖譜

目前，對(duì)于學(xué)生能力的考查，多從知識(shí)的難易程度上進(jìn)行分類，但在實(shí)際操作中往往過(guò)于粗糙，需要細(xì)化。教師可以基于學(xué)科核心素養(yǎng)，如地理學(xué)科核心素養(yǎng)是人地協(xié)調(diào)觀、綜合思維、區(qū)域認(rèn)知、地理實(shí)踐力，建立多維度的認(rèn)知能力圖譜，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)能力，也更利于學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

還可基于學(xué)生知識(shí)認(rèn)知進(jìn)程劃分關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立多維度的關(guān)聯(lián)圖譜。以地理學(xué)科為例，參考楊娟等設(shè)計(jì)的教育知識(shí)圖譜KSCG模型（如圖2），建立地理學(xué)科三個(gè)維度的素養(yǎng)圖譜。

以中學(xué)地理教育為例，教師可以以地理要素為基本知識(shí)元建立知識(shí)圖式，每個(gè)知識(shí)元之間的聯(lián)系以地理要素之間的相互作用原理為基礎(chǔ)，每個(gè)地理要素又可劃分出二級(jí)、三級(jí)重要概念，通過(guò)相關(guān)原理聯(lián)結(jié)，進(jìn)而形成圖1所示的更為細(xì)化的知識(shí)框架。在資源圖式中，教師要把課程材料、習(xí)題材料、研學(xué)實(shí)踐案例等資源進(jìn)行系統(tǒng)的整合與分類，并與相應(yīng)的知識(shí)元建立關(guān)聯(lián)。在認(rèn)知能力圖式中，教師可以地理學(xué)科核心素養(yǎng)的四個(gè)方面，首先建立四種認(rèn)知能力，然后細(xì)分這四種認(rèn)知能力，如將地理實(shí)踐力劃分為戶外考察、社會(huì)調(diào)查、模擬實(shí)驗(yàn)等方面的能力，并提出具體的學(xué)習(xí)路徑，最后與資源圖式形成關(guān)聯(lián)關(guān)系。最終，通過(guò)多維度的學(xué)科認(rèn)知圖譜，運(yùn)用多元化資源，讓人工智能更加高效地為教育教學(xué)服務(wù)。

二、學(xué)生畫像+智能化學(xué)習(xí)，助力學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)

（一）建立更精準(zhǔn)的學(xué)生畫像

在教育領(lǐng)域，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)行為、日常生活數(shù)據(jù)開展的數(shù)據(jù)分析研究及標(biāo)簽化過(guò)程被稱為“學(xué)生畫像”。學(xué)生畫像可以打破傳統(tǒng)的總結(jié)性評(píng)價(jià)，建立更加豐富的學(xué)生個(gè)性化評(píng)價(jià)。利用大數(shù)據(jù)采集學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)構(gòu)建的學(xué)生用戶畫像主要包括以下五部分（見(jiàn)表1）：基礎(chǔ)要素、學(xué)科要素、個(gè)性化要素、發(fā)展要素評(píng)估和差異要素評(píng)估。當(dāng)前，個(gè)性化要素是缺失的，它應(yīng)是后續(xù)智能教學(xué)平臺(tái)應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注和構(gòu)建的內(nèi)容。補(bǔ)充個(gè)性化要素，能夠更好地提高學(xué)生畫像的準(zhǔn)確度，制訂出更加個(gè)性化的輔助學(xué)習(xí)方案，提高學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)效果。

（二）形成更好的學(xué)習(xí)激勵(lì)模式

如果采用了適當(dāng)?shù)募?lì)方法，就會(huì)顯著提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。目前，智能教學(xué)平臺(tái)比較重視對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的激勵(lì)，但相對(duì)簡(jiǎn)單，大多是在學(xué)生完成階段學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)給出分?jǐn)?shù)、圖片或者文字激勵(lì)，很少是個(gè)性化、多角度的激勵(lì)。針對(duì)這一問(wèn)題，智能教學(xué)平臺(tái)可以基于學(xué)生個(gè)性化畫像特征，創(chuàng)建多形式的激勵(lì)模塊，調(diào)動(dòng)并保持學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。一方面，按照學(xué)段進(jìn)行劃分，如在小學(xué)學(xué)段完成學(xué)習(xí)任務(wù)后用趣味動(dòng)畫獎(jiǎng)勵(lì)，在初中學(xué)段用虛擬人物比拼競(jìng)賽方式獎(jiǎng)勵(lì)，在高中學(xué)段用進(jìn)階通關(guān)方式獎(jiǎng)勵(lì)；另一方面，按照人的性格劃分，如可以將學(xué)生的性格分為9種（如圖3），制訂有針對(duì)性的激勵(lì)方案，如針對(duì)成就型學(xué)生應(yīng)協(xié)助他樹立目標(biāo)和方向，針對(duì)領(lǐng)袖型學(xué)生進(jìn)行職務(wù)激勵(lì)，等等。這種多元化的激勵(lì)模式，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的動(dòng)力，提高學(xué)習(xí)效率。

三、改進(jìn)智能算法，減少信息過(guò)載導(dǎo)致的認(rèn)知倦怠問(wèn)題

當(dāng)前是一個(gè)信息爆炸的社會(huì)，信息嚴(yán)重過(guò)載，數(shù)量超過(guò)了人的接受處理能力。而且，獲得高質(zhì)量信息的成本越來(lái)越高，甚至出現(xiàn)使用者對(duì)信息的認(rèn)知倦怠現(xiàn)象。例如，在智能教學(xué)平臺(tái)上搜索知識(shí)點(diǎn)“地質(zhì)作用”時(shí)，如果沒(méi)有限制條件，教師可獲得的資源有55389個(gè)。增加選擇限制條件“高三年級(jí)”“2022年”“試題試卷”“有答案”“有解析”后，搜索結(jié)果降至1819個(gè)。但是，即使大比例減少了數(shù)據(jù)量，教師在選擇合適、優(yōu)質(zhì)資源時(shí)也很費(fèi)力。除去對(duì)數(shù)據(jù)資源的篩選，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槿祟惔嬖谒季S惰性，學(xué)生或者教師在收藏夾中會(huì)收集很多資源，但是不會(huì)再次瀏覽，讓它們成為“沉沒(méi)信息”。

學(xué)生的問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果也顯現(xiàn)了同樣的問(wèn)題。圖4是學(xué)生考試后希望通過(guò)軟件獲得的信息。實(shí)際上，各軟件中分?jǐn)?shù)查詢和錯(cuò)題推送兩大功能相對(duì)比較完善。特別是借助錯(cuò)題推送功能，教師可以向?qū)W生推送海量的錯(cuò)題，但學(xué)生真正關(guān)心的學(xué)業(yè)成長(zhǎng)性分析、錯(cuò)題的教師視頻講解這兩類信息卻非常少。

解決信息負(fù)載問(wèn)題，一方面要提高信息接收者的處理能力，如對(duì)收藏夾的內(nèi)容進(jìn)行二次推送，信息處理后及時(shí)給出正向反饋，更易于實(shí)現(xiàn)不同電子界面的閱讀；另一方面，降低信息密度，進(jìn)行更精準(zhǔn)的信息推送，改善算法，讓使用者獲得更適合、更個(gè)性化的信息。例如，智能軟件能夠?qū)€(gè)體學(xué)生單一學(xué)科的一學(xué)期甚至三年的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行反饋，對(duì)學(xué)生的平時(shí)作業(yè)和測(cè)試進(jìn)行智能化分析，并將知識(shí)點(diǎn)按照錯(cuò)誤率進(jìn)行難度分級(jí)分類，從而對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)估，生成個(gè)性化的學(xué)習(xí)反饋報(bào)告（如圖5）。學(xué)生收獲屬于自己的個(gè)性化學(xué)習(xí)報(bào)告后，也就有了一套屬于自己的由易到難的知識(shí)題庫(kù)，及時(shí)明確自己的知識(shí)難點(diǎn)，高效安排學(xué)習(xí)，避免學(xué)習(xí)漏點(diǎn)的堆積，有利于學(xué)習(xí)重點(diǎn)的掌握、學(xué)習(xí)難點(diǎn)的突破，避免學(xué)習(xí)的盲目性。這減少了學(xué)生無(wú)效信息的堆積，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)的提質(zhì)增效。

在智能處理技術(shù)快速發(fā)展的當(dāng)下，學(xué)生在大數(shù)據(jù)面前如同“透明人”，隱私侵犯和數(shù)據(jù)泄漏風(fēng)險(xiǎn)較大，如何保護(hù)學(xué)生隱私和防范數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。因此，在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，運(yùn)用智能教學(xué)平臺(tái)時(shí)，各方主體還需從不同角度維護(hù)學(xué)生的權(quán)益。如政府要發(fā)揮監(jiān)管職能，進(jìn)一步完善相關(guān)的法律法規(guī)，定期檢查，對(duì)違規(guī)行為進(jìn)行處罰；智能平臺(tái)和軟件開發(fā)企業(yè)要?jiǎng)澏ā凹t線”，開發(fā)保護(hù)隱私的技術(shù)和軟件，規(guī)避法律風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)公眾的宣傳和教育，降低維權(quán)成本，營(yíng)造出全社會(huì)保護(hù)隱私的大環(huán)境，從多個(gè)方面共同努力保護(hù)學(xué)生的合法權(quán)益。

綜上，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展與教育理念的更新進(jìn)步，智能軟件平臺(tái)定會(huì)不斷地完善與優(yōu)化，從而更全面、高效地賦能教育教學(xué)，增強(qiáng)教學(xué)效益。

參考文獻(xiàn)

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（作者趙云渤系北京市第八中學(xué)高中教師，高級(jí)教師，西城區(qū)兼職教研員；張東宇系北京市第八中學(xué)高中教師；李潔敏系北京市第八中學(xué)高中教師，超創(chuàng)中心教師；樓武林系北京市第八中學(xué)高中教師，西城區(qū)骨干教師；趙鑫系北京市第八中學(xué)高中教科室主任，北京市特級(jí)教師）

責(zé)任編輯：孫建輝