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智慧教育研究论文：人工智能赋能新型课堂教学的研究与实践

摘要互动式、启发式和探究式课堂教学，即IHI课堂教学是新

型课堂教学的重要体现。IHI课堂教学以建构主义理论为依据，以课

堂对话为主要实现方式，以思维培养和创新能力提升为主要目标，与

基础教育高质量发展要求和新时期人才培养目标具有较大的契合性。

由于课堂互动涉及多元主体，课堂中的知识探究与建构过程更为复杂，

思维进阶与认知演化规律具有内隐性，因此发展新型课堂教学更具有

挑战性。人工智能技术为研究新型课堂教学模式、发展优质课堂提供

了有效手段，有助于实现课堂教学全过程监测，掌握课堂教学深层规

律，促进课堂教学精准评价。在技术实现路径上，作者团队创设了混

合神经网络技术对课堂互动进行自动标注，发展了序列模式挖掘方法

提炼课堂教学中的思维进阶和问题探究规律，借助图神经网络对新型

课堂教学模式进行精准表征。在此基础上，本研究以200节义务教育

阶段课例为例，证实了人工智能技术能够有效识别课堂教学特征，提

炼课堂教学模式，使课堂教学中的师生互动更加有效，知识建构和问

题探究路径更为多元，发挥了多重认知功能，体现了思维从低阶向高

阶发展的规律。

关键词人工智能；新型课堂教学；神经网络技术；规律挖掘

一、引言

课堂教学是学校教育的核心环节，是人才培养的主阵地，课堂教

学质量直接关系着教育现代化发展和高素质创新型人才队伍的建设。

中共中央、国务院出台《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质

量的意见》，要求强化课堂主阵地作用，融合运用传统与现代技术手

段，发展互动式、启发式、探究式新型教学方式，切实提高课堂教学

质量。互动式（Interactive）、启发式(Heuristic)、探究式（Inquiry）

课堂教学，即IHI课堂教学是新型课堂教学的重要体现。与传统讲授

式、灌输式教学方式相比，新型教学方式以建构主义为理论支撑，与

新时期基础教育发展方向和人才培养目标具有高度适切性，在调动学

生参与积极性、增进深度理解、促进高阶思维培养和提升创新能力方

［］

面具有极大的先进性。1

与此同时，推动课堂教学转型，发展优质高效的新型课堂教学方

式也更具有挑战。由于课堂互动涉及多元主体，课堂中的知识探究与

建构过程更为复杂，思维进阶与认知演化规律具有内隐性，依靠传统

研究方法难以对课堂教学过程进行有效分析和精准评价，也难以为新

型课堂教学建设提供有力的数据支撑，因此亟需发展新的研究方法和

技术手段。人工智能技术能够有效学习数据的内在规律，挖掘因果链

条、行为动机和思维认知等，在自然语言处理、声音识别和图像解析

方面具有极大的优势，并且逐渐在教育教学的研究和应用中释放其技

［］

术潜能。2智能技术可以对教学过程进行全方位智能感知与高度还

原，有助于破解师生互动的内在机理，对课堂教学中体现的高阶思维、

认知能力等关键特征进行智能模拟和有效提取，有助于揭示复杂的思

维链条搭建过程、知识建构过程和问题探究过程，也可以对新型教学

模式进行精准化和科学化的数字表征，这些功能对于创建优质高效的

新型课堂具有极大的价值。

二、IHI课堂教学何以是新型课堂教学的重要体现

（一）IHI课堂教学内涵解读

IHI课堂教学是由互动式、启发式和探究式教学组成的，理解IHI

课堂教学的内涵需要对其组成成分进行剖析。互动式教学是教师围绕

课堂教学目标，通过调动教学资源和借助信息技术等手段，与学生协

［］

同交流、讨论和探究的过程。3维果茨基(L.Vygotsky)指出，个体通

过互动交流和语言沟通试图对客观世界进行研究和探索，将社会文化

要素加以内化，形成自身认知的一部分，从而实现从心智间到心智内

［］

过渡的过程。4在课堂中，通过教师的激发和引导，拥有不同观点

的学生在交互作用过程中可以实现思维的相互碰撞或者相互印证，引

发自身的思考与反思，促进知识探究和意义建构，实现从个体表达到

集体智慧再反馈回个体认知的良性循环。启发式教学强调在教学过程

中采用多种方式调动学生的学习主动性和积极性，以启发学生的思维

［］

为核心，促进高阶思维的培养。5启发式教学既强调教师的引导作

用，即“启”，又要调动学生的参与积极性，强调学生在课堂教学中的

主体地位，即