廣州熱線

你還記得小時候在學校做實驗的場景嗎？

你還能回想起老師當時怎樣評價你的實驗操作嗎？

現(xiàn)在，在人工智能的助力下，中小學實驗教學有了全新的評價方式！

2020年10月31日，北京圣陶教育發(fā)展與創(chuàng)新研究院“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)研究成果發(fā)布會”在上海市南洋中學舉行。國家教育咨詢委員會委員、北京圣陶教育發(fā)展與創(chuàng)新研究院院長王本中、教育部初高中化學國家課程標準研制組組長、教育部中考化學學科命題評估組組長、華東師范大學教授、博士生導師王祖浩等專家出席。發(fā)布會上，北京圣陶教育發(fā)展與創(chuàng)新研究院執(zhí)行副院長汪婧介紹了“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”的開發(fā)過程及主要功能特點，現(xiàn)場對利用人工智能開展實驗教學評價進行了演示。

2017年底，北京圣陶教育發(fā)展與創(chuàng)新研究院聯(lián)合上海奇月教育科技有限公司組建了由理化學科專家和人工智能技術研發(fā)團隊共同組成的項目團隊，啟動了人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)的全面研究與探索，通過開展持續(xù)研究、技術轉化和全國范圍專家的論證，在物理和化學實驗人工智能評價的若干技術難點上形成了重大突破。

目前，項目團隊已率先完成初中物理、化學實驗的智能評價算法開發(fā)，打造了“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”，基于“視頻流”采集和智能識別、智能分析技術應用，實現(xiàn)對學生理化實驗操作的全程記錄、智能分析和自動評價結果生成，為學校改進日常實驗教學提供診斷與反饋。

“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”主要應用深度學習算法，結合計算機視覺、數(shù)字圖像處理技術，完成智能實驗操作復雜場景下的目標定位、目標識別、目標精確分割及每個評價點的智能分析與賦值。

具體而言：我們通過在試驗臺配置俯視相機、正視相機兩個信息捕捉終端，在完全使用無須特殊訂制的常規(guī)實驗器材情況下，從兩個視角完整記錄學生實驗操作過程的視頻數(shù)據(jù)。針對采集到的“視頻流”，系統(tǒng)將調用智能識別算法進行處理，實現(xiàn)特定實驗評價標準的調用匹配、學生實驗操作步驟的精確分割和實驗操作動作的分類識別。在此基礎上，系統(tǒng)的核心邏輯算法將進一步參照物理化學學科《課程標準》規(guī)定的實驗操作要求，結合正視、俯視兩個視角的視頻內容，進行智能判別與分析，最終對學生實驗操作過程及其完成情況進行全自動評價，同步輸出過程性評價和結果性評價的評價反饋。

在教育信息化和基礎教育課程、教學、評價一體化改革不斷深化的背景下，“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”的誕生，既是教育信息化的一次突破，更是一次從人工智能技術與教育教學評價深度融合的有益探索和嘗試，具有一定的里程碑意義，主要包括兩個方面：

一是借助人工智能技術，實現(xiàn)了過程評價與結果評價相結合的初中理化實驗教學評價方式創(chuàng)新。中共中央國務院近日印發(fā)的《深化新時代教育評價改革總體方案》明確提出：要堅持教育評價的科學有效，改進結果評價、強化過程評價、探索增值評價、健全綜合評價，充分利用信息技術提高教育評價的科學性、專業(yè)性、客觀性。“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”通過智能識別技術應用，在學生開展理化實驗操作過程中，實時捕捉實驗過程、生成過程評價數(shù)據(jù)；綜合實驗數(shù)據(jù)采集，自動形成結果評價，實現(xiàn)了過程評價與結果評價相結合的初中理化實驗教學評價方式創(chuàng)新，是落實中共中央、國務院《深化新時代教育評價改革總體方案》文件精神在初中理化實驗教學評價上的具體體現(xiàn)。

二是基于理化實驗操作智能評價系統(tǒng)應用，為改進初中實驗教學提供有效的評價診斷和反饋?！督逃筷P于加強和改進中小學實驗教學的意見》明確指出：要開齊開足開好國家課程標準規(guī)定實驗，切實扭轉忽視實驗教學的傾向，不斷將科技前沿知識和最新技術成果融入實驗教學。“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”通過智能評價形成的學生實驗操作過程診斷、數(shù)據(jù)分析和結果反饋，能夠有效幫助教師了解學生理化實驗操作的學習及掌握情況，更有效地改進實驗教學和實驗操作學習實踐，著力提升學生的觀察能力、動手實踐能力、創(chuàng)造性思維能力和團隊合作能力，培育學生的興趣愛好、創(chuàng)新精神、科學素養(yǎng)和意志品質。

專家們對“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”給予了高度肯定和評價。國家教育咨詢委員會委員、北京師范大學資深教授、中國教育學會名譽會長顧明遠教授專門為研究成果題詞：“人工智能助力實驗教學，教學改革煥發(fā)蓬勃生機”。王祖浩教授認為：系統(tǒng)開發(fā)緊扣《課程標準》、植根學?，F(xiàn)有實驗器材，將人工智能技術與實驗操作全過程充分融合，重點聚焦以過程性評價和結果性評價相結合驅動實驗教學改進，對加強中小學實驗教學、優(yōu)化學生科學學習方式和培養(yǎng)學生動手實驗能力都具有深遠意義。中國人工智能學會原理事長、發(fā)展中世界工程技術科學院院士、北京郵電大學教授、博士生導師、原副校長鐘義信為系統(tǒng)研究成果發(fā)布發(fā)來賀信，指出：“人工智能技術賦能理化實驗，不僅能實現(xiàn)理化實驗的智能化設計和操作演示，更能通過反饋學習來優(yōu)化實驗效果，是實現(xiàn)教育技術智能化的重要組成部分，更能為激發(fā)師生的創(chuàng)新興趣和創(chuàng)新理念、培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力做出積極的貢獻。

未來，“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”將進一步在開發(fā)完善和試點應用的基礎上，拓展系統(tǒng)等等應用范圍和應用場景，從學段上從初中拓展到小學、高中；從應用范圍上從教學評價拓展到考試評價，為全方位改進基礎教育的實驗教學、深化實驗教學評價改革創(chuàng)新經驗，為培養(yǎng)擔當民族復興重任的時代新人和德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設和接班人筑牢扎實根基，為每個學生的終身發(fā)展奠定堅實基礎。