人工智能赋能教师专业发展
河南师范大学
一、工作背景
教师作为教育发展的第一资源，是国家富强、民族振兴、人民幸福的重要基石。以人工智能为代表的新兴技术是驱动教育改革的核心力量，给教育教学带了巨大变革，为教师专业发展提供了动能。人工智能时代加速教育的创新和发展，给教学带来颠覆性的变化，教学环境、教学方式和教学评价等均产生了结构性变革。为适应时代需求，人工智能赋能教师专业发展是推动教育创新的必然进路与未来所指。
国家相关政策为人工智能赋能教师专业发展指明方向。党的二十大报告关于“推进教育数字化”的决策部署中指出：纵深推进“教育数字化战略行动”。在2021年3月的深入贯彻“十四五”规划，加快建设高质量教育体系发布会上提到：聚焦高质量教师队伍建设，建立以师范院校为主体、高水平综合大学参与，开放、协同、联动的教师教育体系。2019年中共中央国务院《中国教育现代化2035》强化职前教师培养和职后教师发展的有机衔接，推动教师终身学习和专业自主发展。2018年教育部《教育信息化2.0行动计划》启动“人工智能+教师队伍建设行动”，推动人工智能支持教师治理、教师教育、教育教学的新路径。教育部《关于开展人工智能助推教师队伍建设行动试点工作的通知》探索人工智能助推教师管理优化、助推教师教育改革、助推教育教学创新、助推教育精准扶贫的新路径。
二、工作举措
结合教育部启动的人工智能助推教师队伍建设试点工作精神，深入推进人工智能与教育教学深度融合，无疑是赋能教师专业发展、深化教师评价改革、推动教师队伍建设的有力抓手。在人工智能赋能教师专业发展工作中，河南师范大学教育学部通过政策保障、技术创新、组织培训、专项课题等方式提升教师能力，具体举措主要包括以下几个方面。
（一）学校高度重视教师专业发展
教师教育作为河南师范大学的特色和底色，领导高度重视河南省特色骨干学科“教师教育学科群”建设，并强调要不断强化和彰显教师教育特色优势，更好地服务河南基础教育的质量提升；要聚焦立德树人根本任务，抓好人才培养工作，不断提升人才培养质量；要提高标准，拔高标杆，要用前瞻眼光去想问题、作决策、抓发展，推进学部高质量内涵式发展。为了扎实推进人工智能教育实验室建设，夯实教师教育特色发展，领导先后多次到相关实验室指导工作，如图1、2所示。
图1 校党委书记王宗敏指导工作
图2 副校长宋晔现场指导人工智能教育实验室
（二）人工智能技术助力教师教育创新发展
人工智能与教育教学的融合不仅是中国教育的重大发展战略，也是世界教育的发展趋势。人工智能作为一种增强人类智能的技术，将作为变革教育的强大催化剂。人工智能技术所提供的潜力和魅力，为教师的专业发展带来了新的机遇和新的挑战，以新的要求和标准胜任时代需求，通过人机协同促进共同发展。
1.元宇宙赋能大规模超域协同学习的技术架构
随着社会生活的需要以及教学模式的变化，基于泛在智能、高沉浸度、强交互性的大规模超域协同学习，将成为未来学习的主要方式。大规模协同学习并不仅仅意味着从个体学习走向大规模学习，而是技术支持下的大规模集体探究活动，可实现元宇宙的算力支持下的大规模集体创作、实时动态跟踪社会认知网络的发展、大规模的真实参与建构集体智慧、区块链提供大规模协同的安全保障。
大规模协同学习系统框架的构建在大规模超域协同学习的系统框架内，学习元宇宙对大规模超域协同学习的支持可依照个体与群体，直实与虚拟四个维度进行划分，两两之间又蕴含着元宇宙不同技术所带来的独特优势。总的来说，学习元宇宙支持的大规模超域协同学习，可以被看作是相关高新技术的综合体，其运用包括人工智能、智能通信、扩展现实等技术的支撑，具体架构如图3所示。
图3 大规模超域协同学习的技术架构
2. 人工智能赋能教师效能增值评价
增值性评价成为我国高校教师教学评价的有效方式，为教师效能提供了一种更为科学、客观、有效的评价方法，既可以引导教师更加关注教学，又可以为教师提升自身教学水平指出改进方向，激励教师不断提升自身专业发展水平。基于此，学部构建教师效能增值测评系统，如图4所示。通过物联感知、平台采集、图像识别、视频录制等技术，可以采集教师在各时空数据，如在教学、教学研修等过程相关数据，构建增值评价数据库。借助增值模型与自然语言处理等技术分析处理量化与质性数据，桥接教师专业发展过程多维数据，对教师效能增值情况的动态关注与监测。目前数据库和查询平台已经初步建成，并投入试运行。数据平台的建立，实现了数据的同级横向、纵向比较，以及持续跟踪教师专业水平发展变化等多种查询分析功能，并自动生成图表直观呈现，教师可以随时登录平台查询调取自身发展数据。针对增值分系结果，实现分层分类分科解读报告，数据分析细化到人，从不同的层面去分析数据，实现数据价值最大化。
图4 教师效能增值测评系统
教师效能增值测评产品是借助人工智能、大数据等技术辅助教师能力水平提升的系统产品。该产品通过对教师课堂教学过程进行深度数据挖掘，借助科学的指标体系进行分析诊断并形成测评报告，可帮助教师精准地获取自身专业发展能力特质，分析能力发展动态，突破能力发展局限。其中，数据挖掘是基于人工智能的五大核心识别技术和海量数据的深度学习，将录播形成的音视频文件转化为结构化的教学行为大数据；测评诊断是借助科学的指标体系对教师的课堂教学能力进行分析诊断并形成测评报告；个性化推送是针对每一次测评的课堂教学能力表现生成定制化测评报告，系统化、结构化地对教师专业发展提出建议。实施框架如图5所示。
图5 人工智能赋能教师效能增值测评
基于人工智能的教师效能增值测评可实现集“学—测—评—管”于一体，在标准化课室环境内布设定制化音视频终端设备，对课堂教学过程数据进行实时采集，为AI分析提供数据资源支持。依托人工智能技术手段，以打造学生输出型课堂为理念，关注教师能力水平增值的数字化测评体系。运用人工智能、大数据等技术手段，对教师课堂教学过程进行深度挖掘生成课堂教学能力评价结果。测评教师能力水平增值，帮助教师提高自我认知了解全校教师水平，了解自身专业发展水平进步程度及自身在同伴中所处位置，辅助教师队伍建设决策；系统标记观察点，依据AI分析课堂行为，生成增值评价分析报告；存储教师课堂教学数据，呈现教师能力发展全过程记录，专家听评课指导意见。
图6 教师效能增值报告解读培训
在教师效能增值评价数据报告中呈现有大量的图表，为了帮助教师准确解读这些图表，发现数据背后隐藏的提升专业发展水平的密码，我们不断完善工作机制、调整工作策略，引导教师树立大数据理念。通过邀请专家组织培训，自教师效能增值评价工作启动以来，组织集中培训3次，培训人员800多人次。专门就运用大数据进行教育测量与评价、报告数据解读与结果运用进行培训，如图6所示。
三、工作成效
为了实现教师教育特色发展，夯实职前教师素养，在环境建设和管理服务层面取得了显著成效。其中，环境建设上达到了构建育人新生态，管理服务上实现理论与实践并重的分层培养。
（一）优化教研环境，构建育人新生态
为了促进教师专业发展，注重提升职前教师培养质量，人工智能赋能教师专业发展上，可优化教研环境，构建育人新生态，其中，建成媒体技术类、模拟教学类、学科教学类、教育资源开发类、创新教育类大类26个创新实验室。面向教师开放，培养教师高阶思维，尽早接触学科前沿。先进的教研环境如图7所示。
图7 教研环境
（二）注重理论与实践，构建分层培养新模式
传统意义上的教学构成要素为“三要素说”，即教师、学生和教学内容。随着技术在教学中的应用，教学构成要素扩充为教师、学生、教学内容和技术的“四要素说”，其中学生包括智能学伴，教师包含智能教师，技术不单单包含传统意义上的黑板、粉笔等，还包括计算机、物联网、人工智能、大数据等新型技术。在这样的模式下，教学将从传统单一、被动的形式转变为多样、个性化的形式，这样的变化只有教师真正理解和把握变化内涵，才能精准引导提高教育质量。为了推动职前教师与在职教师的发展能力，基于人工智能教育开放实验室行动，并实施创新创业实践行动。针对职前教师，入学后主要围绕提升课程开发、教学设计能力等方向展开培养。
图8 实践环节
（三）成果丰硕，服务教育数字化转型发展
团队成员围绕人工智能、元宇宙、数字化等主题，先后发表学术论文10余篇，省级一流本科课程6门，获国家级教学成果二等奖1项；省级教学成果特等奖 、一等奖3项；省级教育信息化优秀成果奖一等奖8项，为省内教育信息化建设提供决策建议，从而更好服务教育数字化转型发展。取得的部分代表性成果，如图9所示。
图9 取得的代表性成果
四、工作经验
（一）工作特色
教师专业发展是一项复杂的工程，在人工智能环境下，需要对教师、学校和社会进行统筹协调。教师需更新教育理念，重塑教师角色；学校需拓展办学空间形成以学习者为中心的学习环境；社会需优化教育治理，促进教育决策的科学化和资源配置的精准化。
聚焦智能素养，创新教师专业发展模式。《教育信息化2.0行动计划》强调，教师要有从信息技术应用能力走向智能素养的新型技术素养观。真正有效利用人工智能等新技术开展教学，尚需着力提升教师的智能素养，从资源、平台、组织三方面，引领教师专业发展模式的创新。首先，聚合“互联网+”时代的教师素养精品慕课资源、体系化碎片知识，智能推送学习资源。其次，打造教师智能发展平台，进行教学过程的数据采集促进教师个性化发展。最后，确立集了解教师、帮助教师和成就教师为一体的目标，打造基于数据的新型协作化教研团队。
重塑教师角色，促进教学模式转变。智能时代是人机协同的时代，人机协同是未来教育的趋势。人机协同下的教学模式包括“双师模式”和“三师课堂融合的教学模式”。随着大数据、深度学习、数据分析等在教学领域的深入应用，运用人工智能技术开展智能协作的精准教学成为可能。精准教学是教师针对不同学生的行为特征来实施差异化教学，满足不同学生的个性化学习需求，是一种高效的人机协同教学。
注重增值评价，促进教师评价方式多元化。整合多种评价方法，提升纵横结合的评价素养，践行立体评价，促使纵向拉长，实施增值评价，注重教师自身专业成长水平，构筑多元主体协同治理的常态化评价体系，建立健全教师专业发展增值的人力资源保障机制。在大数据赋能新时代教育评价改革的大背景下，任何形式的教师专业发展研修充分利用技术赋能的显著优势，利用教师效能增值评价的结果，实现及时反馈，同时为教师提供形成性评价和终结性评价的信息，从而为教师的自我提升提供依据，提升教师专业发展水平。
为了使人工智能赋能教师专业发展的常态化发展，在后续的工作中，探索人工智能教育政策导向、前沿技术发展及产品应用转化落地，进一步挖掘人工智能与教育均衡发展的新模式、新路径。将以基础设施建设为抓手，依托增值评价机制提高资源监管效率，构建集教学资源的设计、开发、管理和评价于一体的循环式发展模式，推动我国教师教育资源的智能升级，满足智能时代教育的教师高质量发展需求，为教师专业发展打造良好生态圈。
基于前期工作，进一步组建国内一流的智能教师教育高端智库，制定智能教师教育规划与战略；在智能技术的支撑下，基于海量数据，实现增值评价结果运用与教师专业发展融合，开展教师效能增值评价，服务教师专业发展；建立资源共建共享机制，储备优质的教师专业发展案例库和丰富的智慧课程；通过课题研究引领进一步加强高校、科研机构和企业联合培养智能教师教育人才队伍。
