行业报告 | 智能教育发展蓝皮书
原创 | 文 BFT机器人
核心观点
Core point
在教育数字化转型的背景下，积极探索智能技术助力教学减负增效的实践路径，对于深化教育教学改革，促进学生全面发展、健康成长具有重要现实意义。
01 发展背景与机遇
教学减负增效是深化教育综合改革的需要，也是推动“双减”落地的抓手。只有先厘清教学减负增效提出的背景和内涵实质，才能找到应对之策。本章从教育综合改革以及“双减”政策的要求出发，阐明了落实教学减负增效的必要性和重要性;分析了教学减负增效的内涵，提出落实教学减负增效重在提升教学有效性，指出智能技术赋能是实现教学减负增效的必然趋势。
1.1教育高质量发展迫切要求教学减负增效
减负增效是落实国家教育领域重大改革部署、解决教育教学重难点问题、促进学生全面而有个性发展的需要”，也是推动教育高质量发展的重中之重。
（1）教学减负增效是深化教育综合改革的客观需要
教育综合改革覆盖课程、教材、教学、考试评价等教育工作全链条，涵盖教育教学的重点、难点、热点问题。围绕教育综合改革，这里从课程改革、教学改革、评价改革三方面来分析相关政策对减负增效的具体要求。
课程改革强调培养学生核心素养，减轻学生过重课业负担。当前我国在持续推进课程改革的进程中，强调要培养学生核心素养，减轻学生过重课业负担。通过优化课程实现减负，主要体现在以下两个方面:优化课程设置，课程标准研制、教材开发、课程资源建设都要紧扣核心素养这个育人目标，不断精简内容.优化结构，加强跨学科学习，做到减负增效。丰富课程内容，认真落实义务教育学校管理标准和国家课程设置方案，开齐开足国家规定课程，开好地方课程.开发校本课程，在致力于提升学生关键能力和综合素养的同时，让学生在校内学足学好。
教学改革要求提高教学效率和质量，注重教学减负增效。通过教学改革达到减负增效主要体现在以下三个方面:
一是优化教学方式，坚持教学相长，注重启发式、互动式、探究式教学，引导学生主动思考、积极提问、自主探究;探索基于学科的课程综合化教学，开展研究型、项目化、合作式学习，把学习的主动权真正交给学生。
二是完善作业辅导，要统筹调控不同年级、不同学科作业数量和作业时间，提高作业设计质量，切实减轻学生作业负担。
三是促进信息技术与教育教学深度融合，重视情境教学，创新教学模式，建立覆盖基础教育各年级各学科的数字教育资源体系，提高课堂教学效果和教育质量。
评价改革坚持立德树人根本宗旨，减轻考试及升学压力。
通过科学评价实现减负，主要体现在以下三个方面:
一是深化考试改革，通过推进分类考试，对不同类型、不同层次学校培养人才的标准、能力、素质明确不同要求;强化学生综合素质考核，更加注重过程评价，切实为考生“减负”“降压”。
二是完善招生制度，通过规范招生入学秩序，实行义务教育免试就近入学:高中阶段将优质高中招生名额合理分配到普通初中，并完善实施规则:高校要建立健全有利于促进入学机会公平、有利于优秀人才选拔的多元录取机制，缓解竞争压力。
三是优化教育评价体系，构建以发展素质教育为导向的义务教育质量评价体系: 制定学校工作、教师工作和学生素质评估方案，形成适合素质教育要求、有利于学生全面发展和健康成长的综合评价体系，切实减少学生过重的学业负担。
（2）教学减负增效是推动“双减”落地的重要抓手
2021 年 7 月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》(以下简称“双减”)，提出要有效减轻义务教育阶段学生过重作业负担和校外培训负担。
“双减”减的是义务教育阶段学生过重作业负担和校外培训负担，总体目标分为校内校外两个方面: 在校内方面，强调使学校教育教学质量和服务水平进一步提升，作业布置更加科学合理，学校课后服务基本满足学生需要，学生学习更好回归校园:在校外方面，强调使校外培训机构培训行为全面规范，学科类校外培训各种乱象基本消除，校外培训热度逐步降温。“双减”的一个突出特点是聚焦课堂场景，强调课堂主阵地作用，并对提升课堂教学质量作出明确部署:教育部门要指导学校健全教学管理规程，优化教学方式，强化教学管理，提升学生在校学习效率。
“双减”主要围绕三大核心任务进行落实落细，就其根本性、深层次和长远性考量，提升课堂教学质量和学习效率是重中之重。
2021 年 5 月 21 日，习近平总书记在中央全面深化改革委员会第十九次会议指出，“减轻学生负担，根本之策在于全面提高学校教学质量，做到应教尽教，强化学校教育的主阵地作用。要深化教育教学改革，提升课堂教学质量，优化教学方式”。
这段短短的表述，“教学”一词被 4 次提及，足见课堂教学在落实“双减”工作中的重要地位。因此“双减”能否取得最终成效关键在课堂,核心在于提升课堂教学质量和学习效率实现教师应教尽教、确保学生学足学好。“应教尽教”本质上就是在课堂上开展有意义、高质量、有效率的教学，通过科学的教学内容和有效的教学方法，让学生在学习知识的同时，实现核心素养的提升。
“学足学好”本质上就是要发挥课堂主阵地作用，提高课堂教学质量，让学生在学校在课堂上学会、会学，实现学生的全面发展、个性化发展，实现学有所长、学有所乐，成为能担当民族复兴大任的时代新人。
1.2实现教学减负增效需要准确把握其内涵
落实“双减”的关键是强化学校教育主阵地作用，重中之重是提升课堂教学质量和学习效率。如何把握好既要减负又要保证质量这个对立统一体2，具体要在课堂教学中实现，以有效的课堂教学实现减负增效。
(1)教学减负增效需要厘清本质、全面理解
厘清减轻学生学业负担的本质，必须先厘清“学业负担”的内涵。我们在这里不强调“课业负担”“学习负担”“学生负担”之间的差别，而是统一用“学业负担”进行概括性的描述，并且主要限定在课堂教学中，是既包括学习过程中客观存在的课业负担、考试负担，也包括学生主观感受到的心理负担和认知负担。
“提质”是指提升课堂教学质量。教学质量作为根据教育目标要求并通过一定的教育实践使之具体化为教学活动的客观结果评价，是指引具体教学工作顺利开展的具有稳定性和积极性的方向指标。“增效”是指增进课堂教学的效果、效益和效率。教学效果是指教学活动左右下的成果，考察的重点是学生的学习进步与发展。教学效益是指教学活动的收益、教学活动价值实现和教学活动目标的达成。教学效率指单位教学投入内所获得的教学产出。
减负的目的是为了提质，促进基础教育回归育人的本质，促进学生全面健康发展。减轻学业负担与教学提质增效这二者绝不是简单的目的与手段的关系，而是相互影响与依存的关系，是落实教育教学立德树人根本任务，促进学生全面发展、健康成长的一体两面。
一方面，为实现教学提质增效，势必需要教师通过革新教学理念、改进教学方式、优化教学供给，做到应教尽教，在满足学生对知识、技能、情感等的多元需求的同时减轻学生不合理、过重的学业负担。另一方面，为减轻学业负担，需要学校依据学生的身心发展特征、学科课程标准的具体要求等科学确立教学质量标准，从而为教师优化教学实践、提升教学效率和效能提供明确的方向。
（2）落实教学减负增效重在提升课堂教学有效性
课堂作为学校教育教学的主阵地，课堂教学更是促进学生发展、提高教学质量的最根本途径。当前，提升课堂教学质量已经成为学校落实“双减”政策的现实目标。如何在“双减”之下，既实现减负又实现增效，关键是提高课堂教学质量，核心是提升课堂教学有效性。
提升课堂教学有效性是提高课堂教学质量的重要保证。课堂教学有效性是指教师通过单位时间内的课堂教学所能获得的相关效果，其是否有效及成效大小取决于教师的“教”，但最终体现在学生的“学”上。课堂教学有效性不仅注重教师教的水平，更注重学生的成长与进步，是课堂教学目标达成度的重要体现。《义务教育学校管理标准(试行)》中明确指出，要定期开展教学质量分析，研究学生的学习兴趣、动机和个别化学习需要,采取有针对性的措施,提高教学有效性。
提升课堂教学有效性有利于落实教学减负增效。从教学减负增效的具体诉求来看: 既要从外部减负又要从内部增效。然而减、增本来就是矛盾对立的两面一旦减少势必要求提升课堂教学的有效性来保障效果。从教学减负增效工作的推进逻辑来看:通过提高课堂教学的有效性，远比通过减少作业的“减负”更为基本和重要。在减去学生过重学业负担后，必须设法提升课堂教学有效性，切实提高学生学习成效，确保教学质量达成。落实教学减负增效最终是要引导学校、教师向课堂 45 分钟教学要效率，向课堂教学的有效性要质量。
1.3智能技术赋能是实现教学减负增效的必然趋势
教学减负增效是深化基础教育改革、落实“双减”政策的重要举措，但在实践过程中依然面临诸多困境。
在教学设计方面，高质量教学资源不足，教学资源的获取和组织费时费力，教学活动设计、教学策略预设等只能基于既有的模式和经验，难以实现针对性、创新性的教学预设:在教学实施方面，受教学环境和教学工具的制约,高效教学方式和教学活动难以有效开展,造成教学往往浮于形式，学生自主学习缺失;在教学评价方面，由于缺乏有效评价工具的支持，当前主要还是通过考试评测、主观经验判断等方式，缺少综合性、发展性评价，难以做到以评促学。
总的来说，从教学设计、教学实施、教学评价的教学全流程来看，实现教学减负增效依然存在诸多问题。智能技术的发展和应用为解决教学设计、教学实施和教学评价中的各种问题提供了新契机,能有效促进课堂教学质量和效果的提升。因此，智能技术赋能是实现教学减负增效的必然趋势。
(1)智能技术有助于教学设计减负增效
教学设计对于课堂教学质量和效果至关重要，国家政策多次强调要提升教师的教学设计能力，保证高效教学。
利用智能技术优化教学设计可以为教师带来多方面的助益，尤其是智能技术在精准适配优质教学资源方面的作用，有助于提升教学设计的针对性、适切性和有效性。
一方面，教师可以实现基于数据的精准化学情分析，选择与学生学情更匹配的优质教学资源。另一方面，教师在技术的视野下重新思考教学目标和教学策略，在丰富的数字化资源的支撑下，使得教学目标、教学策略与学生需求之间更为适配。在此过程中，教师在数据和技术的启发下做出推断与决策”，实现更高效、适切的教学预设，提升教学设计有效性。
（2）智能技术有助于教学实施减负增效
教学实施是学校提升教学质量，实现减负增效的核心环节。智能技术助力课堂教学实施主要通过泛在智能的教学环境支撑和个性化的教学工具深度应用,提升课堂教学的有效性，实现教学减负增效。一方面，智能教学环境可以支撑教师灵活地进行智能随堂诊断,通过对学生和教学过程的精准监测和分析来确定学生当下的学习偏好、学习状态和学习需求，并且在课堂管理工具的支持下灵活把握教学节奏，使课堂变得更具吸引力和包容性，促进学生的主动学习和学习机会的最大化。
另一方面，基于智能教学环境的情境创设和动态呈现使得课堂讲授更为生动有趣，借助智能工具能更好地开展探究学习、互动学习、启发教学等新型教学方式，通过人机交互、动态共生实现从“以教师为中心”向“以学生为中心”的转变，使学生成为知识的主动建构者，发挥学习者的主体作用，并且师生在技术的支持下形成深层次多维度的互动，实现知识双向建构、情感共融。
（3）智能技术有助于教学评价减负增效
优化课堂教学评价是推动育人方式变革、深化课程改革、实现减负增效的必然要求。利用智能技术进行教学评价是国家教育政策关注的重点方面，对于提升教学评价的科学性、客观性和有效性起着重要作用。
智能技术助力教学评价减负增效主要体现在评价的效率、评价的内容、评价的方式三个方面: 测验、问卷、访谈等传统评价方式的反馈在时间上存在滞后性，智能技术可以对课堂教学过程中的师生活动信息进行自动采集、分析和反馈，加快了评价的进程，实现了课堂教学评价的高效开展。
智能技术有助于扭转过分关注知识和技能评价的现状，有助于把握学生的课堂参与、思维状态和情感交流等维度的课堂表现，拓宽了评价的内容。选取恰当的评价方式是教育精准评价开展的先决条件，智能技术赋能的教学评价可以利用自动采集师生的多模态信息，开展课堂语言分析、课堂行为分析和课堂情感分析，代替评价人员的现场观察和主观打分，实现了课堂教学评价的科学性和客观性。
教学减负增效是深化教育改革的需要，也是推动“双减”落地的抓手。
只有先厘清教学减负增效提出的背景和内涵实质，才能找到应对之策。本章从教育综合改革以及“双减”政策的要求出发，阐明了落实教学减负增效的必要性和重要性;分析了教学减负增效的内涵，提出落实教学减负增效重在提升教学有效性:指出智能技术的发展推动教学环境、资源和工具的创新与变革，为教学减负增效带来新动能。
02 智能技术助力教学减负增效总体框架
充分发挥智能技术优势助力教学减负增效，首先需要明确智能技术对减负增效的作用机理和基本路径。本章在详细分析了助力教学减负增效的智能技术及分类的基础上，聚焦课堂教学主场景，提出了智能技术助力教学减负增效的基本思路和分析框架。
2.1助力教学减负增效的智能技术及分类
（1）助力教学减负增效的智能技术总体框架
智能技术与教育场景的深度结合，成为教育变革的重要推动力量，正在不同场景中帮助师生减负和教学提质增效。为便于读者系统了解助力教学减负增效的智能技术及相互间的逻辑关系，本报告在“智能教育关键技术平台参考框架”0的基础上，结合技术进展和场景业务要求，进一步提出了聚焦于助力教学减负增效的智能技术的总体框架(以下简称“框架”)，如图 2-1 所示。
框架自下而上共包括基础层、技术层和服务层三个层级。
基础层描述了智能技术体系的软、硬件工作环境，为技术层和服务层提供统一的存储、计算、建模和通讯能力。技术层描述了从数据获取，到信息加工与知识建构，最后到智能输出的技术工作流程，对人工智能与大数据技术的实现通用过程进行了刻画。服务层描述了智能技术体系是如何从内容和技术两大要素的角度为教育场景提供支撑的。
（2）助力教学减负增效的关键技术服务
可用于教学减负增效场景应用中的智能技术丰富多样，本报告从服务层的技术服务模块入手，梳理出常用于助力教学减负增效的关键技术服务如下。
学习分析
学习分析通过测量、收集、分析和报告有关学习者及其学习情景的数据集，以理解和优化学习及其发生情景。近年来，借助可穿戴传感器、物联网、人工智能技术的发展和大数据计算能力的提升，为多模态信息的采集与融合分析提供了技术支撑,实现对复杂环境下的学习行为的客观理解与深刻洞察。具体而言，学习分析技术可以分为数据收集、数据注释、数据清洗与同步、数据重组、数据融合、数据分析与可视化等关键流程。学习分析对于减负增效的具体助力作用体现在:更全面的数据刻画能力，更具适应性的实时反馈，更细致入微的学习状态分析。
教育数据挖掘
教育数据挖掘是数据挖掘技术在教育领域的深度应用，旨在分析挖掘教育数据的信息，助力解决教育中的实际问题，发挥教育数据的价值.教育数据挖掘通常包括数据预处理、数据挖掘分析以及解释与评估三个阶段。根据应用场景和具体解决的问题不同，主要划分为以下几类挖掘方法:分类算法回归算法、聚类算法、关系挖掘、过程挖掘、文本挖掘和知识追踪。教育数据挖掘对于减负增效的助力作用主要体现在:对教育主体即师生进行全面建模分析对教育教学过程进行数据建模。
教育知识图谱
教育知识图谱作为领域知识图谱的一种，通过在学科知识点与知识点以及知识点与教学资源之间建立连接语义网络，从而使学科知识和教学资源处于有序化状态，为人工智能技术支持下的教育应用提供整序的知识服务。根据教育领域实践和研究工作的特点，教育知识图谱构建技术中最为重要的流程和子任务包括:知识抽取、知识融合、知识加工与知识更新。教育知识图谱对于减负增效的具体助力作用如下:辅助资源管理，赋能学习诊断，精准路径规划。
虚拟环境构建。
通过打造逼近真实环境的感知体验，虚拟环境构建技术为学生在数字空间中体验真实任务情境，开展自主学习与合作探究创造了条件。按照技术发展和应用普及情况，可将虚拟环境构建技术的演化过程分为桌面式虚拟现实、沉浸式虚拟现实、扩展现实和元宇宙四个阶段。虚拟环境构建技术对于减负增效的助力作用主要体现在: 调动学生学习积极性，打造感知沉浸的教学空间.提升教学交互体验。
教学资源推荐
教学资源推荐技术为教学资源服务提供了灵活、智能、适切的实现路径，通过资源服务体系平台进行适性生成、应用共享并向用户进行精准推送，能够实现规模化教育过程中的个性化资源供给与服务。根据推荐算法的不同，将教学资源推荐技术分为:基于内容的资源推荐、基于协同过滤的资源推荐、基于知识的资源推荐、基于会话的资源推荐和混合资源推荐。教学资源推荐技术对于减负增效的助力作用主要体现在: 提高优质资源获取效率，提升资源获取精准性，促进学习拓展和迁移。
教育内容自动生成
教育内容自动生成技术结合自然语言理解、语音识别、情感计算、知识图谱等技术能够将语音、文字转换为数字，输入训练模型，机器经过大量的学习，建立强大的知识库和规则库，通过匹配和自动分类将最佳组合输出给用户，为减少教师重复性工作、解答学生疑难问题提供了有效的解决方案。教育内容自动生成技术在实践上较为成熟的应用具体包括: 试卷生成、学生问题自动解答、视频资源生成、课程笔记生成与资源标签生成等。教育内容自动生成技术对于减负增效的助力作用主要体现在:规模化教学资源扩充，针对性教学资源服务，教育内容动态生成和配置。
智能评测
智能评测旨在利用智能技术重塑教师在教学各评测场景下的角色让教育评价更加准确和高效。根据所处理的试题类型的不同，可将智能评测技术分为笔试题评测、口试题评测和操作题评测三类。智能评测技术对于减负增效的助力作用主要体现在:提升教务管理效率，提升教学反馈效率，扩展考试评价的内容范围。
2.2智能技术助力教学减负增效的基本思路与分析框架
为深入探讨智能技术助力教学减负增效的实现路径，更好地发挥智能技术的作用，有必要在分析减负增效相关技术的基础上，聚焦教学主场景，提炼形成智能技术助力减负增效的基本思路和分析框架。要发挥智能技术对教学减负增效的作用，
一是要以解决问题为导向。
要聚焦解决教学实践中的低效重负问题，如部分学生在校内学足学好的需求得不到充分满足、作业过多等问题:以及部分教师教学效果不够理想、教学活动效率不够高等问题。
二是要以课堂变革为核心。
一方面,课堂变革需从教学目标、教学方式、教学策略等方面着手，要兼顾质量和效率;另一方面，课堂变革要通过教学过程来落实，关注教学设计、教学实施、教学评价全流程中思维方式、教学行为、整体结构的优化，利用新的方式和手段，促进全流程教学活动质量和效率的提升。
三是要以技术赋能为动力。
智能技术促进教学环境、教学资源、教学工具的全面优化升级，为教学数字化转型提供支撑，为破解低效重负难题、实现教学提质增效带来新动能。一方面,智能技术能够替代师生完成教学过程中部分简单、重复、机械的工作，减轻师生负担:另一方面，智能技术能辅助师生开展复杂的教学活动，推动教学流程再造、教学方式优化，助力学生在保障学业质量的前提下过重学业负担有所减轻。根据上述思路，参考教学减负增效相关政策，结合智能技术赋能教学实践的作用机理，可以构建智能技术助力教学减负增效的分析框架 (如图 2-2 所示)。
智能技术助力减负增效的分析框架可以表述为“4+1”总体结构，包含总体目标、应用场景、技术服务、基础支撑 4 个层级和 1个保障体系。总体而言，在人工智能、大数据、5G 等智能技术的支撑下，通过教学环境、教学资源、教学工具的数字转型和智能升级，为教学减负增效提供技术支撑，帮助师生开展复杂的教学活动，推动教学流程再造、教学方式优化，促进教学设计、教学实施、教学评价等更精准高效，提高课堂教学质量，同时减轻学生过重学业负担。
总体目标。总体目标包含两方面内容:教学提质增效，其涉及范围较广包括提升教学质量、教学效率、教学效益等;学生学业减负，主要指的是减轻所有违背教育教学规律、有损中小学生身心健康的过重学业负担，如强化应试、机械刷题、超前超标培训等造成的不必要、不合理的过重负担，最终实现促进学生全面发展、健康成长。
应用场景。课堂变革是破解低效课堂、实现减负增效的核心，要通过教学过程各阶段、各场景来落实。教学过程主要包括三个阶段: D教学设计阶段，主要包括教学目标设计、教学资源设计、教学活动设计等活动场景:教学实施阶段，主要包括课堂讲授、课堂互动、探究学习、课堂管理等活动场景:教学评价阶段，主要包括课堂评价、作业评价、教学质量评价等活动场景。智能技术通过在教学设计、教学实施、教学评价等活动场景中的应用，推动教学变革创新，促进教学减负增效。
技术服务。技术服务为满足教学过程中多元场景的复杂需求提供技术支持服务，助力教学减负增效。技术服务包括三方面内容:智能教学环境服务，包括智慧教室、虚拟学科实验室、区域云平台等;数字教学资源服务，包括智慧电子教材、三维数字模型、习题作业库等:智能教学工具服务，包括语音听说评测系统、智能答疑机器人、课堂质量检测系统等。
基础支撑。智能技术为教学减负增效提供数据集储、算力算法、网络通讯等层面的基础支撑，助力打造虚实结合、全面感知、智能分析、个性服务、人机协同的教育生态环境，推动教育教学数字化转型、智能化升级。基础支撑所涉及的智能技术主要包括人工智能、大数据、云计算、物联网、扩展现实、5G 等新兴智能信息技术。
保障体系。保障体系是智能技术助力减负增效得以实现的重要保证，包括政策制度、理论基础、运维管理、安全防护四个方面的保障。
报告来源：科大讯飞
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