你還記得小時候在學(xué)校做實驗的場景嗎？

你還能回想起老師當(dāng)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(xué)實驗教學(xué)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(xué)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(xué)國家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組組長、教育部中考化學(xué)學(xué)科命題評估組組長、華東師范大學(xué)教授、博士生導(dǎo)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(diǎn)，現(xiàn)場對利用人工智能開展實驗教學(xué)評價進(jìn)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(xué)科專家和人工智能技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊共同組成的項目團(tuán)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(shù)轉(zhuǎn)化和全國范圍專家的論證，在物理和化學(xué)實驗人工智能評價的若干技術(shù)難點(diǎn)上形成了重大突破。

目前，項目團(tuán)隊已率先完成初中物理、化學(xué)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(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)對學(xué)生理化實驗操作的全程記錄、智能分析和自動評價結(jié)果生成，為學(xué)校改進(jìn)日常實驗教學(xué)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(yīng)用深度學(xué)習(xí)算法，結(jié)合計算機(jī)視覺、數(shù)字圖像處理技術(shù)，完成智能實驗操作復(fù)雜場景下的目標(biāo)定位、目標(biāo)識別、目標(biāo)精確分割及每個評價點(diǎn)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(jī)、正視相機(jī)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(xué)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(diào)用智能識別算法進(jìn)行處理，實現(xiàn)特定實驗評價標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)用匹配、學(xué)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(chǔ)上，系統(tǒng)的核心邏輯算法將進(jìn)一步參照物理化學(xué)學(xué)科《課程標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的實驗操作要求，結(jié)合正視、俯視兩個視角的視頻內(nèi)容，進(jìn)行智能判別與分析，最終對學(xué)生實驗操作過程及其完成情況進(jìn)行全自動評價，同步輸出過程性評價和結(jié)果性評價的評價反饋。

在教育信息化和基礎(chǔ)教育課程、教學(xué)、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(shù)與教育教學(xué)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(shù)，實現(xiàn)了過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合的初中理化實驗教學(xué)評價方式創(chuàng)新。中共中央國務(wù)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(xué)有效，改進(jìn)結(jié)果評價、強(qiáng)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(shù)提高教育評價的科學(xué)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(shù)應(yīng)用，在學(xué)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(jié)果評價，實現(xiàn)了過程評價與結(jié)果評價相結(jié)合的初中理化實驗教學(xué)評價方式創(chuàng)新，是落實中共中央、國務(wù)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(xué)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(yīng)用，為改進(jìn)初中實驗教學(xué)提供有效的評價診斷和反饋?！督逃筷P(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實驗教學(xué)的意見》明確指出：要開齊開足開好國家課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定實驗，切實扭轉(zhuǎn)忽視實驗教學(xué)的傾向，不斷將科技前沿知識和最新技術(shù)成果融入實驗教學(xué)?！叭斯ぶ悄苜x能理化實驗操作評價系統(tǒng)”通過智能評價形成的學(xué)生實驗操作過程診斷、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果反饋，能夠有效幫助教師了解學(xué)生理化實驗操作的學(xué)習(xí)及掌握情況，更有效地改進(jìn)實驗教學(xué)和實驗操作學(xué)習(xí)實踐，著力提升學(xué)生的觀察能力、動手實踐能力、創(chuàng)造性思維能力和團(tuán)隊合作能力，培育學(xué)生的興趣愛好、創(chuàng)新精神、科學(xué)素養(yǎng)和意志品質(zhì)。

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(xué)資深教授、中國教育學(xué)會名譽(yù)會長顧明遠(yuǎn)教授專門為研究成果題詞：“人工智能助力實驗教學(xué)，教學(xué)改革煥發(fā)蓬勃生機(jī)”。王祖浩教授認(rèn)為：系統(tǒng)開發(fā)緊扣《課程標(biāo)準(zhǔn)》、植根學(xué)?，F(xiàn)有實驗器材，將人工智能技術(shù)與實驗操作全過程充分融合，重點(diǎn)聚焦以過程性評價和結(jié)果性評價相結(jié)合驅(qū)動實驗教學(xué)改進(jìn)，對加強(qiáng)中小學(xué)實驗教學(xué)、優(yōu)化學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)方式和培養(yǎng)學(xué)生動手實驗?zāi)芰Χ季哂猩钸h(yuǎn)意義。中國人工智能學(xué)會原理事長、發(fā)展中世界工程技術(shù)科學(xué)院院士、北京郵電大學(xué)教授、博士生導(dǎo)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(shù)賦能理化實驗，不僅能實現(xiàn)理化實驗的智能化設(shè)計和操作演示，更能通過反饋學(xué)習(xí)來優(yōu)化實驗效果，是實現(xiàn)教育技術(shù)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(xiàn)。

未來，“人工智能賦能理化實驗操作評價系統(tǒng)”將進(jìn)一步在開發(fā)完善和試點(diǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，拓展系統(tǒng)等等應(yīng)用范圍和應(yīng)用場景，從學(xué)段上從初中拓展到小學(xué)、高中；從應(yīng)用范圍上從教學(xué)評價拓展到考試評價，為全方位改進(jìn)基礎(chǔ)教育的實驗教學(xué)、深化實驗教學(xué)評價改革創(chuàng)新經(jīng)驗，為培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)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(shè)和接班人筑牢扎實根基，為每個學(xué)生的終身發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。