中小學人工智能課程精選(五篇)

序言：作為思想的載體和知識的探索者，寫作是一種獨特的藝術，我們為您準備了不同風格的5篇中小學人工智能課程，期待它們能激發您的靈感。

篇1

人工智能的迅速發展將深刻改變人類社會生活、改變教育教學。2020年2月26日，教育部在印發的《2020年教育信息化和網絡安全工作要點》第24條“培養提升教師和學生的信息素養”中明確提出：完善義務教育階段課程設置，加強信息科技教育。建設普通高中人工智能樣板實驗室，保障中小學校具備開設人工智能課程的環境條件。開展人工智能相關教學與師資培訓，搭建區域間人工智能教學成果交流平臺。繼續推進中小學人工智能教育課程建設、應用與推廣工作。中小學人工智能教育課程包(初中版和高中版)和支持服務系統并推廣應用。

我校是青島市人工智能實驗學校。在工作中我們借助教研、教學平臺，積極推動人工智能課程開展和教師教研、集備工作，根據興趣導向、應用驅動，學用結合，強化實踐的原則，組建了實驗班，按照上級對于高中段開課部署每兩周開設1課時，開展人工智能教育教學工作。

在課堂上組織實驗班的學生觀看了人工智能的《開學第一課》，主要是“什么是人工智能”、“如何制造人工智能？、“New Google AI Can Have Real Life Conversations With Strangers”等內容，很有收獲。但是在觀看過程中發現很多的人工智能相關聯的知識，比如JAVA、大數據、Python、人工智能、物聯網、數據分析、H5/WEB前端、嵌入式、Linux、C語言、單片機、C++等解根本看不懂，發現自己的很多方面都需要補課，不然每次培訓老師講解的專業東西還是理解不了，這對于我們教師和學生都是一個難點。也斷斷續續參加了各種形式的培訓，和同仁們交流起來總體感覺是沒有系統化，特別是參加了祁榮斌博士組織的磨課，和同事們討論起來感覺層次太高，有些內容也是理解不了！學生和學生的學習和生活環境比較起來也存在地域差異性導致了學生接受人工智能相關教育程度深淺不一，而且面向高中生的課本難度很大，很希望能有個機會從零基礎開始系統化學習人工智能，這樣才能更好的教好學生，這一點線下交流的時候是很多老師的心聲，期望能在領導和專家的引領下實現。

通過斷斷續續的學習，比如Python基礎知識，由于實戰少，只能閱讀別人的文章里附帶的相關算法的實現代碼，這樣的學習效果不明顯。很多算法的實現，難以從代碼級去理解其設計思路；對于很多算法比如隨機森林，決策樹，SVM等常見算法，雖然看了相關文章很多遍但是還是一知半解的。

篇2

人工智能技術及其應用的發展歷史雖然只有短短的50余年，但是它作為信息技術的前沿領域，對社會經濟和發展的影響卻越來越大。在基礎教育課程改革的大潮中，許多國家意識到基礎教育領域開展人工智能教育的必要性，努力把人工智能列入技術類教育的教學內容中。作為師范類院校，教授人工智能課是有必要的。? 

（1）為部分優秀的學生將來做更深入的研究打堅實的基礎。在面向知識經濟的今天，研究獲取、表示和使用知識的人工智能學科越來越受到人們的重視。目前人工智能研究被列為中國高技術領域的重點之一。以專家系統為代表的智能化系統在信息技術中也占有重要地位。因此在高等教育中開展人工智能教育和智能化系統的研發，不僅是計算機科學的應用，也是促進各學科服務于國民經濟發展的必然趨勢。為使人工智能的理論、方法和技術的研究與應用普及和深入，教育重心必須要下移，即從研究生教育向本科教育普及。開展本科層次人工智能普及教育的有效途徑之一是在本科高年級開設相關選修課。開展人工智能教育，不僅能夠更好地發揮高等院校的育人和科學研究功能，而且能為學生拓寬專業路徑，擴大自主學習空間和發展個性創造條件，同時也為營造一個使學生不僅有寬厚、扎實的理論基礎，且具綜合分析和解決問題能力的環境。? 

（2）為將來從教的學生積聚大量的知識。英國早在1999年，人工智能課程已經作為選修課出現在中學的信息與通訊技術（ICT）課程中。許多中小學還通過機器人競賽活動來激發中小學生學習人工智能的興趣，使學生不僅提高了用信息技術解決問題的能力，而且培養了多種思維方式，獲得了更多的創新空間。美國現行的中學信息技術課程設置中，將人工智能的內容作為“媒體與技術”層面對12年級學生的要求。澳大利亞的部分中學開設的信息處理與技術課程，人工智能、信息系統、算法和程序設計、社會和倫理道德、計算機系統分別作為5個主題共同構成了該課程的教學內容。在該課程的大綱中規定，人工智能部分的教學內容在高中第3學期為12年級的學生開設，教學時間為10周。? 

在我國，多年以來中學奧林匹克信息學競賽中一直包含有人工智能相關的題目，涉及啟發式搜索、博弈、智能程序設計等問題。2003年4月，我國教育部正式頒布《普通高中技術課程標準（實驗）》，首次在信息技術科目中設立了“人工智能初步”選修模塊，標志著我國高中人工智能課程的正式起步。? 

我國的新課程標準頒布后，教育部評審并通過了分別由教育科學出版社、廣東高教出版社、地圖出版社、上海科技教育出版社和浙江教育出版社出版的5套高中《人工智能初步》教材，并開發了相應的教輔材料，包括教師用書和配套光盤等。為了配合中學人工智能課程的實施，國內也推出了一些適合中學生學習與體驗的人工智能軟件和網絡資源。另一方面，一些高校的本科生、研究生也逐步關注中學人工智能教育的開展并將其作為畢業論文的研究選題。一些師范院校適應形勢要求，已為師范生開設了與此相關的選修課程。? 

2 人工智能的教育及教學條件現狀? 

通過對本人多年的教學過程進行總結，我校的《人工智能》課程教育現狀可總結為如下幾點：? 

（1)理論知識充裕。但與實踐相脫節，特別是在智能科學技術的教育教學方面。盡管知識面相當廣泛，而人工智能理論的普及教育以及智能技術的開發與應用仍然十分滯后。? 

(2)同其它普通高等院校一樣，在本校，人工智能技術的研究與應用尚未普及，甚至比不上其它院校。這不利于培養學生的科研興趣及創造精神。? 

（3）缺乏配套實驗教材，實驗教學內容缺乏，無法培養學生的研究能力和創新能力。只有開設實驗項目，才能使人工智能的相關知識具有研究性和綜合性。? 

（4）對中小學智能教育的深度及教學方式、教學特點缺乏研究。做為師范類院校，我認為在對學生進行基礎知識教育的基礎上，要緊抓中小學智能教育的特點對師范類學生進行相關的教育與培訓。? 

相對于教育現狀，我校的《人工智能》課程教學條件現狀要稍好一些，其狀態如下：? 

（1）教材使用國家級規劃教材，此教材非常系統地介紹了人工智能的基本原理、方法和應用技術，適合本科及研究生使用。在我們的授課過程中，也會適當為學生提供相關的國內其他先進教材，如中南大學蔡自興教授的《人工智能及其應用》等。? 

（2）為了促進學生自主學習，我們準備了多種類型的擴充性學習資料，加強學生主動學習的意識，包括：課程相關雜志和書籍目錄，以及部分重要的參考文獻，與人工智能相關的網絡資源如優秀BBS、新聞組、網址等。 它們包括了大量的文獻資料、本領域研究的前沿動態等。 使用表明，學生非常樂于查閱這些資源。 使學生能通過使用這些資源進行一些人工智能程序設計，探討一些問題，在課堂討論中展示他們的收獲。? 

(3）校園網的普及與不斷優化使本課程有優良的實踐性教學環境，能充分滿足教學需要。我們擁有較充足的多媒體教室和網絡教室，為實現本課程教學提供了物質保障。在網絡資源建設方面，全校辦公室、教室、學生宿舍和教師宿舍都以寬帶網相連，這些硬件設備對本課程教學發揮了重要作用，使本課程教學質量得以明顯提高。? 

3 人工智能教學方法及手段的改革? 

針對我們現在所采取的教學方法，我認為存在許多不足，如教學方式比較單一，教學內容偏重理論講解等，為此，提出以下教學方法的改革：? 

（1）通過多種途徑激發學生的學習興趣。課程的學習效果，直接受到學生興趣和參與意識的影響。一般來講，《人工智能》作為一門前沿課程，開始學生學習興趣很大，當開始接觸到抽象理論知識及部分算法時，學生往往感到不易接受。 我們通過各種途徑和方法， 激發和培養學生的學習興趣，包括鼓勵學生參與某部分知識的擴充性資料查找,預留一定時間請學生負責對此內容進行講解，布置學生對某個基本成型的實驗進行糾錯及驗證，降低問題解決的難度。學生因此產生興趣從而做更深度研究。? 

(2）進行啟發式教學。 我們可以嘗試在教學過程中不斷提出問題請學生思考，啟發學生求解這些問題，鼓勵學生提出自己的猜想和解決方案，然后擺出教材中的解決方案，并與同學所提出的觀點進行分析和比較，這足以加強學生學習的主動意識和參與意識，提高學生學習的積極性。? 

(3）課堂辯論與交互式教學。 組織課堂辯論，討論的議題可定位為譬如人工智能是否能超過人類智能等有爭議的問題。學生通過對這些問題展開激烈爭論，激發了學習潛能，明確了學習目標。當然師生間的交流方式還有很多，如郵件互發、QQ留言等，也可在課程網站中的互動平臺進行交流。? 

(4）分層次因材施教。 在授課過程中，通過對每個具體學生的學習進度、課堂作業情況進行及時評估，對學生提出進一步的學習建議和指導， 實現個性化的教學。 對優秀學生探討，可以在教學設計和實驗設計中要求其選作部分探索性、創新性的功課和實驗，以發揮學生個性優勢。對于有意于將來從事中小學教育的學生可以在機器人及人工智能技術發展現狀等知識層面對其做問題講解。而那些看似缺乏興趣的學生，我們可以用多媒體手段如播放人工智能相關電影及科學小片引起其興趣，實行逐步引導的教學過程。? 

另外，我們可以嘗試雙語教學。 采用中文教材和講授的同時，注重在課程中的關鍵詞同時用英文表示，并適當指定英文參考短文和英文參考書。使學生能夠接觸國外文獻資料，加深對學習內容的理解，獲得更寬廣的知識。我們也可以在教學內容安排上，注重理論聯系實際，將一些人工智能網絡上的虛擬實驗給學生進行課外上網練習，從而使學生了解算法的具體運行過程， 通過參與達到知識的理解，掌握基本方法和技術。? 

根據現有的條件，我們在教學中可以采用多媒體教學和網絡課程教學相結合的方法，充分利用多媒體的豐富表現形式，利用網絡課程的交互性、情景化等特點，構筑以學生為主體的《人工智能》課程現代教學模式。 對于抽象知識，可通過動畫和視頻演示，通過聲音和圖像展示人工智能的歷史、人物和前景，做到學生直接而深刻地看到知識的內涵外延。網絡課程能較好地實現交互并使學習過程情景化，通過網絡課程的課堂練習和章節練習，教師可以評價學生的學習情況，并給學生提出學習建議，從而提高學生的研究力和創新力。我們也可以給學生播放中學《人工智能》課程課堂教學錄像，以使學生看到初高中學生的知識范圍及深度；同時給學生播放現有的《人工智能》科學成果，讓學生看到理論背后的實踐；也可以播放科幻片，激發學生想象的翅膀從而有興趣把人工智能作為將來深造的方向。《人工智能》是一門較新的課程，改進教學方法和手段不僅要靠教師，也應增加硬件設備的投入。如果人工智能能采用智能輔助教學系統或機器人輔助教學過程逼真、形象，一目了然，這樣可大大提高學生的學習效率，尤其是提高學生的觀察判斷能力、發現問題和解決問題的能力。? 

4 人工智能實踐教學設計的探討? 

我們可以在教學過程中，適量開設一些實驗和設計，提高學生的動手能力，并加深他們對理論知識的理解，降低理論的抽象度，提升理論的實用性。在近兩年的教學過程中，我們會適量加入一些人工智能語言的教學過程。例如，在講解了“野人與傳教士過河”等問題后，我們可以讓學生使用Visual Prolog或者C ?++?對算法進行實現；在講解 TSP 問題的遺傳算法解決案例后，指出編碼方案、初始種群大小、進化代數、交叉率變異率等因素對求解結果的影響，并要求學生通過實驗的方式來分析、理解這些問題，并提出“尋找更有利的解決方案”等問題。把學生的興趣激發后，為解決這些問題，學生會在課外主動查閱相關文獻、相互討論以實現他們所設計的方案，這樣既培養了學生善于鉆研和勇于創新的精神又提高了學生的實踐與創新能力。? 

參考文獻：? 

［1］ 熊德蘭,李梅蓮,鄢靖豐.人工智能中實踐教學的探討［J］.宿州學院學報,2008(1).? 

［2］ 何元烈,汪玲.“Visual C ?++?”在“人工智能”教學中的應用與探討［J］.廣東工業大學學報:社會科學版,2008(8).? 

篇3

構建未來學校形態，營造智能校園環境

升級優化基礎設施。福田教科院附小大力推行教育管理數字化，構建具有附小特色的“掌上附小”教學管理系統，建設了附小特色數字中心機房，實現評價系統云處理，學生學業成績大數據綜合平臺分析，優化完善學校教學資源庫，學科資源覆蓋率達90%以上。基于5G技術，一方面完善校園安全管控信息化建設，提升校園實施視頻監控水平；另一方面，以“5G+互動教學”推動教育教學模式創新，鼓勵跨校區課程協同共享，“自動跟蹤錄播教室”“未來閱覽室”等先進的信息化設施陸續啟用。目前學校已實現教育管理數字化應用全覆蓋。重構創新教學空間。重構后的福田教科院附小具有五種空間形式：一是“研學創中心”，是基于項目式學習、問題探究、滿足高水平學習者（教師、學生）能力的學習研究創新的空間；二是“學科大觀園”，以學科核心素養為基礎，構建學科教學情景空間、全學科班級圖書角，在真實空間中感受學科魅力；三是“學校文化長廊”，利用此空間打造智慧圖書館、校園歷史博物館，凝聚、展現附小校園文化；四是“創意盒子”，這是一個創新型的孵化器，在此空間師生可以參與各種科技類創新項目，實現“讓創意可見，讓思維有型”；五是“云上學院”，搭建自選式創新學習超市，組建項目化學習網絡社區空間。

引領規劃整體設計，打造前沿智慧課程

兩年來，學校先后邀請了20多位教育教學、信息化水平前沿的專家為全校教師量身定制項目化及學科融合課程培訓計劃，積極引導各學科探索開發“信息化特色課程”“AI+”特色課程，充分利用學校信息化教學空間，根據教學大綱要求，開展智慧科技特色校本課程，并探索開發科技與五育融合課程。重塑年級組內各學科相對獨立的形態，形成五育融合教研共同體，打通學科之間的壁壘。五育融合理念下的課程融合，是基于知識、經驗、社會需求的融合。將其形成“學科+”的課程形態，即“學科+學科”“學科+生活”“學科+社會”“學科+活動”等課程形態。

AI賦能智慧教學，創設育人新生態

信息技術賦能學科教學。深圳教育以教育部信息化“雙區”建設為有力抓手，以信息技術深化教育教學改革，不斷探索新型教與學模式。信息技術賦能學科教學一直是劉銳娟倡導的教育教學方式。認知科學與智能技術的結合將使教與學變得多元化，并且可進行低成本、高效能的個性化定制，幫助學習者設計更有效的學習策略。2021年，福田教科院附小成功申報國家級課題《信息技術賦能學科教學與區域教研的實踐研究》。同時，福田教科院附小以青年教師“青藍杯”基本功大賽和骨干教師“紅燭杯”教學展示為契機，通過公開課、錄像課、微課錄制等活動，激發更多教師利用信息技術手段，在學習空間、教學方式、學習內容和學習方式上實現教學模式的創新。學生方面，學校積極普及人工智能課程，探索人工智能教學的路徑和策略，以期實現提升學生信息素養、普及全民智能教育、培養人工智能人才的目標，為促進中小學人工智能教育、推動教育教學改革和創新發展提供參考。智能體育守護生命本色。深圳市福田區是中國教育科學研究院的綜合改革實驗區，福田教科院附小是全區首批參與中國教科院的重點課題《中國學校體育智慧系統研究》的學校，學校多年來一直堅持致力于智慧體育探索研究，實施青少年健康體能促進與干預方案。2021年12月，劉銳娟親自主持的中國教育科學研究院《中國青少年健康體能研究》課題項目子課題《“雙減”背景下對智慧體育校園構建的研究》順利開題。2022年1月，以學校為牽頭單位的“智能體育學生數據分析與教學應用實踐共同體”項目榮耀入選教育部“2021年度教育信息化教學應用實踐共同體項目”。基于學校智能教學基礎和理念，劉銳娟在體育科組率先嘗試依托AI技術精準監測與評價學生的體能訓練，利用運動數據采集裝備+綜合管理平臺，通過學生佩戴的傳感器設備，實時采集每位學生運動過程中的心率及運動負荷情況等數據，對潛在的運動風險進行實時的評估與預警，把學生的體質數據形成電子成長檔案，為教師設計合理的體育課程提供參考，為學生的體質健康保駕護航。多樣態教學促進學生個性化發展。一是在線教學求質量，創新課堂新生態。在常態化疫情防控和泛在學習普及的雙重背景下，在線教學模式應運而生，從學生學習需求出發，搭建適合學生學習的平臺，采用個性化的學習模式，提供全程化的學習支持服務，以提高學生學習效率。二是探索混合式教學模式，推進泛在化學習發展。項目化混合式研究團隊結合學段特點、學校校情，以調查研究作為基礎，以教師培訓、課程實踐、評價改革作為抓手，以項目化課程為載體，以混合式教學為手段，在校內進行探索實驗。

多元評價，看見動態成長

篇4

關鍵詞：邊疆地方高校；現代教育技術專業；培養目標；課程設置優化

一、邊疆地方高校現代教育技術專業培養目標的重新定位

做好學科專業建設，首先就是明確培養目標，也就是要培養什么樣的人。邊疆地方高校的現代教育技術多設為專科專業，主要培養的是邊疆地方所需的現代教育技術應用型人才。不論是本科還是專科，教育技術學科的人才培養目標一直以來都存在一個比較突出的問題，就是比較“全”，也就是要求所培養的人才是一個“全能人才”，既懂教學又懂技術，既懂科研又懂管理。這樣定位出來的培養目標，必然導致后面課程的設置也是非常全面，學生在學習的時候就感覺什么都學，但又什么都學不好。針對這種情況，結合邊疆地區教育信息化發展的現狀，在進行人才培養方案修訂時重新對專業培養目標進行了定位。本專業培養主動適應社會主義經濟文化建設和九年義務教育需要的，具備良好的人文、科學及專業素養，具有敬業精神、創新意識、實踐能力和可持續發展潛力的，能夠為地方區域性經濟和社會事業發展服務的從事小學（或初中）信息技術課程教學、校園教育資源開發與應用、教育影視與多媒體作品制作等工作的應用型人才。南國農先生曾對教育技術學專業的培養目標進行了闡述，他認為“教育技術學專業要培養的，是本學科領域既懂教育又懂技術的創造型人才，主要是四種人：教學人員———中等學校信息技術課教師；技術人員———教育軟、硬件開發人員；科研人員———新理論、新技術、新產品研究、設計人員；管理人員———電教機構、網絡教育系統等管理人員。”[1]專業的培養目標不可能完全涵蓋這四種人才，邊疆地方高校應根據地方發展的實際需求來設定培養目標。對于邊疆地區來說，中小學信息技術教育相對落后，極需能夠從事中小學信息技術教育的教師，因此將培養目標主要放在能夠從事小學（或初中）信息技術課程教學的人才培養上，也就是南國農先生提及的“教學人員”。對于專科層次的學生，這種培養目標的定位應該是恰當的。正如王竹立教授在《衰落，還是興盛？———關于教育技術學科前景的爭鳴與反思》一文中指出：我國目前教育技術人才培養分為專科生、本科生、碩士研究生和博士研究生等不同層次。應根據市場的需求，來確定不同層次的人才培養目標。例如，“一般的中小學需要既能講授信息技術課程，又能從事計算機和網絡設備與平臺維護的技能型人才；在線教育企業和各級教育信息化部門需要懂得教育技術和教育信息化基本理論，具有一定的設計、開發與管理能力的人才；高等院校和學術單位需要具有較深厚教育技術理論素養、對教育教學問題有深刻認識和洞察力的研究型人才。”[2]邊疆地區整體教育信息化發展較為滯后，以培養學生信息素養為目標的課程主要由中小學信息技術課程來承擔。因此，對于邊疆地方高校來說，培養能夠承擔邊疆地方中小學信息技術教學的教師應是現代教育技術專業最重要的培養目標。在這個培養目標中，還涉及到了校園教育資源的開發與應用、教育影視與多媒體作品制作等，這與前述并不矛盾，因為教育信息化時代要求所有學科的“教學人員”都要具備這些能力。

二、邊疆地方高校現代教育技術專業課程設置的調整與優化

明確專業培養目標后，就要建立相應的專業課程體系，也就是要讓學生學什么。對于邊疆地方高校的現代教育技術專業來說，其培養的學生可以說是邊疆地區教育信息化的主力軍，他們既要懂教學又要懂技術。因此，在課程設置中，主要包含四個方面的課程內容：一是專業教育類課程，二是技術類課程，三是通識類課程，四是實踐類課程。人才培養目標重新明確后，對課程設置尤其是技術類課程進行了較大的調整與優化。在重新調整后的課程設置中，教育類課程增加了《新技術新理念在教育教學中的應用研究專題學習》，該門課程主要是針對新技術新理念在教育教學中的應用研究進行分專題學習，例如人工智能技術、虛擬現實技術、SMART理念等在教育教學領域中的應用研究，旨在通過專題學習的方式，讓學生了解前沿技術在教育教學領域中的應用。技術類課程調整比較大，主要體現在以下四點：第一是在原有課程的基礎上結合發展的需要進行名稱和內容的改變，如將《Flash多媒體課件設計與制作》課程調整為《二維動畫創意設計》。從目前課件制作和使用方面的實際情況來看，大多數教師還是采用PowerPoint軟件來制作，甚少有使用Flash軟件來制作教學課件的。從以往的教學情況來看，使用Flash軟件制作課件一是費時二是學生最終學下來的效果并不理想，制作出來的Flash課件的質量甚至還不如用Power-Point制作的課件。但Flash這個軟件在制作教學資源方面也有其長處，比如制作一些具有教育意義的動畫短片或一些需要具體形象化的教學內容演示動畫，基于這樣的一些考慮，故將這門課程進行了名稱的更換，同時課程內容也有所相應變化，更多注重的是學生在教學資源上的創意設計。另外，考慮到課件制作是現代教育技術專業學生必須掌握的技能，故將這部分的內容開設在《信息化教學資源設計與制作》這門課程中，這門課程主要涉及PowerPoint課件、微課等的設計與制作，盡可能使教學內容符合當前教學資源的設計制作需要。《現代教育技術綜合實訓》調整為《現代教育技術學科實踐項目專題》，前者主要是以指導學生畢業設計為主進行教學，后者將結合中小學校信息化教育的變化來設置實踐專題，如創客教育等。第二是新增了一些課程。如《Python程序設計語言》，開設這門課程主要是考慮到邊疆地區中小學校今后信息技術課程內容的變化（當前有些發達地區的中小學校已經開設了Python這門課程），現代教育技術專業學生盡早掌握這門語言的學習對于他們今后的職業生涯會有一定的幫助。第三是調整部分課程的課程類型，并重新梳理內容。如《網絡教育應用》這門課程之前是選修課，且以理論為主，調整后將其保留并設為必修課程，且以實踐操作為主，如校園網的設計、開發與維護，慕課平臺的搭建等。第四是刪減技術類的選修課程，原課程設置中有多門選修課程且有些課程之間是有重復的，如《電視節目編導與制作》、《教育電視節目制作》這兩門課程對于現代教育技術專業來說，最主要是掌握教育電視節目的制作（主要以與教育教學有關的微電影的制作為主），且在必修課程中已有《攝影攝像技術及后期編輯》作為前期課程作支撐，所以不需再設置《電視節目編導與制作》，同時將《教育電視節目制作》改為《教育類微電影制作》。原課程體系中技術類選修課程太多，且課程與課程之間的聯系不是很緊密，導致學生學得雜而又學得不精，故最終只保留了四門技術類的選修課程。通識類與實踐類的課程根據學校的要求基本沒有做調整，只是根據相關規定，在實踐類課程增加了第二課堂教學實踐（主要包括綜合素養模塊、社會實踐模塊、創新創業模塊等）。

篇5

關鍵詞：問題學生；學生數據分析；教育教學；教學質量

一、教學改革背景

因材施教長期以來備受教育界的推崇，但是其實施有大的難度[1]。在教育教學中，教育人員難以全面準確地了解學生，導致對學生教學和管理效率低、難度高。以問題學生為例，其是指那些與同年齡段學生相比，由于受到家庭、社會、學校等方面的不良因素的影響及自身的因素，從而導致在思想、認識、心理、行為、學習等方面偏離常態，需要在特殊幫助下才能解決問題的學生[2]。主要表現在品德、學習、行為、心理等方面，如大學生中較為常見的心理健康問題和厭學問題[3]。下面以大學生心理健康為例展開討論。研究數據表明，大學生心理問題嚴重影響大學生的健康，據統計有20%至30%的大學生存在心理問題，其中有10%的心理問題障礙嚴重，直接影響日常學習和生活，嚴重的心理健康問題甚至引起校園暴力和自殺行為[4]。并且，心理健康與學生自身的出勤率、考試成績等客觀指標存在密切的關系。丁澍等基于某重點理工類高校2002級學生入學時的心理健康調查表結果及大學成績，用數理統計方法分析入學時的心理狀態等屬性數據對大學各個時期平均成績及各類課程平均成績的影響[5]。結果表明：存在心理問題的學生成績顯著低于正常學生，心理健康是大學階段取得較好成績的重要保證。考試成績的波動會極大影響大學生的心理健康，而心理健康反過來又阻礙了考試成績的提高。目前各大高校對大學生的心理健康問題均投入了大量的人力物力[6]。以筆者所在的深圳大學和武漢大學為例，主要包括：輔導員、班主任、心理班委、心理健康咨詢中心等。但是，這些基于人力的管理模式存在以下幾點問題：（1）學生基數龐大，有限的人力難于顧及到所有的學生。高校的師生比基準為1：14，但較少高校能符合這一標準。針對專任教師數量超過1000名的重點大學統計結果表明，245所中僅有41所（占比16.7%）大學師生比在1：14之內，其余83.3%的高校高于此數。投入到大學生心理健康問題上的師生比則更少[7]。（2）管理人員難于獲取到學生的全部信息，依靠人力檢查的方式對大學生的判定較為困難。（3）發現學生心理問題具有遲滯性，發現時學生已經具有了很嚴重的心理問題。（4）作為最為了解和關心學生本人的父母等親屬往往被排除在外，構成了嚴重的信息不對稱[8]。以上各種因素減弱了高校對心理健康問題學生教育教學效果。隨著現在計算機技術的迅速發展，互聯網、人工智能等計算機數據處理技術可以自動、快速、準確地提取和分析數據中所隱藏的信息，從而提高人類進行管理和決策的效率[9][10]。如何準確高效的評價、分析、預測一名學生的狀態，從而對學生進行有差別化的管理教育，是高等教育長期以來存在的難點問題。啟發于以上分析，本文提出基于學生數據分析的教學改革，該系統以學生的客觀數據為主要輸入，學生的主觀數據為次要輸入，對學生的思想、認識、心理、行為、學習等方面進行全面的分析，實時輸出學生全方位的分析結果，進而將結果數據反饋給輔導員、班主任、學生家長等，使得學校人力和學生家長互享學生信息，達到防患未然、降低問題學生比例、提高學校教育教學效果。

二、學生數據分析系統

本部分主要簡介學生數據分析系統的框架，如附圖所示。該系統框架可以根據教學中的需求，擴展到更加多樣化的數據輸入和輸出結果。該簡化框架主要分為以下幾個部分：系統輸入、學生數據分析、分析結果、結果接收端。

（一）系統輸入

系統的輸入可以來自于學校現有的學生管理平臺接口。主要有智能簽到、作業成績、實驗成績、考試成績、身體健康狀況等客觀數據，以及主觀評價等主觀評價信息。1.智能簽到。學生課堂的出勤率是衡量學生課程學習質量的很重要的因素。研究表明問題學生的出勤率大大低于平均出勤率[11]。目前大部分高校學生課堂出勤率主要靠教師在課堂上人工統計完成，占用了大量的授課時間。而企業中采用的非常完善的指紋簽到或者WIFI簽到系統，如指紋簽到機和阿里釘釘，將會為高校提供可靠高效的統計數據。且系統可以實時地將學生課堂出勤情況反饋給學生家長，在家長的幫助下完善對學生的監督。2.作業成績。作業成績作為衡量學生課堂上課質量的另一個重要指標，可以用來衡量學生知識接收效果，可以用來預測學生的掛科率，并可以為班主任、輔導員等提供重要的信息參考。3.實驗成績。類似于作業成績，實驗成績作為衡量學生課程實驗的一個重要指標，可以用來衡量學生知識應用的效果。4.考試成績。考試成績作為最為重要的學習衡量指標，不僅反映了學生某門課程最終的學習效果，還可以根據具體某門課程反映學生在學習中碰到的難點。這給系統的綜合分析提供最為重要和直觀的客觀指標。5.健康狀況。身體等健康因素往往嚴重地影響學生的學習狀態，并最終產生嚴重的后果。因此，其也是系統的重要客觀數據輸入。6.主觀評價。A-E五點指標都是學生學習指標的客觀數據。但是，在很多情況下，客觀數據并不能全部地反映學生存在的問題。因此，系統需要某些的主觀評價信息作為補充，如：學生關系、業余活動情況等。

（二）數據分析

數據分析是該系統的核心，其以系統輸入為處理對象，并從附圖中的歷史數據庫獲取歷史信息，綜合采用深度學習、大數據處理等計算機技術，實時產生詳細的分析結果。

（三）分析結果

該部分簡要介紹學生數據分析模塊的輸出結果。其中包含掛科率、出勤率等客觀指標，以及學習效果指標、心理健康指標等非直觀分析結果。1.掛科率。該輸出主要對學生所有課程的掛科率提供客觀的統計數據，也可以提供學生某門課程掛科率的預測數據，起到對學生、學校、學生家長的警示和參考作用。2.出勤率。調查研究表明，出勤率與大學生成績之間存在密切的關系[11]。該輸出主要對學生所有課程的出勤率提供客觀的統計數據，起到對學生、學校、學生家長的警示和參考作用。3.學習效果指標。根據系統的輸入，綜合的分析學生目前的學習狀況。包含學生的學習投入、學習效率、學習中碰到的難點等，起到對學生學習、學校管理、教師授課、學生家長監督重要的參考作用。4.健康指標。根據系統的輸入，綜合的分析學生目前的生理和心理狀況，包含學生生理健康狀態、心理問題幾率、心理問題傾向等，起到對學生、學校、教師、學生家長的警示和參考作用，以期防患于未然，降低問題學生的比例。

（四）結果接收端

1.學生。大學生自我認知的內部差異比較大，表現為不同性別、年齡、年級、政治面貌、生源地的大學生在不同的維度上的差異。可以選擇性地將部分信息定期推送給學生，讓學生對自身有很好的認知作用。2.教學人員。可以選擇性地將信息分享給輔導員、班主任、課程老師、心理咨詢中心等教學人員。教學人員可以因材施教、防患于未然地對學生進行課程、心理輔導監督，改善學生學習效果，降低問題學生概率，從而從總體上提高教育教學效率和質量。3.管理人員。將數據分享給學校的管理人員，使得學校對學校的教育教學效果和質量有很好的認識和監督作用，用于持續改進學校的教育教學方法。必要時采取有效及時的管理手段，解決教育教學中出現的突發問題。4.學生家長。正如前文所述，學生家長對于學生的了解和關心程度遠遠高于教育人員。但是目前學生家長，尤其是大學生家長，了解學生狀況的渠道只能來自于學生自身的片面信息，嚴重的缺乏信息渠道。針對云南在校90后大學生與父母的交流現狀的問卷調查顯示[8]：86.53％的學生會選擇用電話與父母溝通；51.84％的學生每周都會與父母聯系；29.8％的學生會假裝同意父母的觀點；23.7％的學生與父母存在溝通障礙時會選擇放棄。因此將信息及時反饋給家長，可以在家長的參與下對學生的學習、心理、行為等方面上的監督。從而改善學生學習效果，降低問題學生概率，從總體上提高教育教學效率和質量。