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AI怎樣判斷“課堂專注度”，老師如何利用它？
來源：vtr11.cn 發(fā)布時(shí)間：2021年06月24日
人工智能技術(shù)進(jìn)入校園，帶來的重要變化之一是：用數(shù)據(jù)“丈量”課堂。在豐富的課堂數(shù)據(jù)中，“課堂關(guān)注度”在衡量課堂質(zhì)量、優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)方面的價(jià)值受到教育工作者的認(rèn)可。
如何利用AI技術(shù)量化課堂專注度，老師又如何使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)研究？希望通過本文為教育工作者提供參考。
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一、為什么要關(guān)注課堂專注度？
1、注意力是認(rèn)知的基礎(chǔ)
與課堂專注度相比，老師更熟悉專注力或注意力這樣的表述。注意力是認(rèn)知的基礎(chǔ)，研究表明，注意力與學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)成績(jī)有相關(guān)性。
每45分鐘的課之間有10分鐘的休息時(shí)間，同樣，教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的年齡和注意力時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)。以學(xué)生為主體的課堂上，有效性應(yīng)該充分體現(xiàn)在，學(xué)生知識(shí)的習(xí)得和大腦思維的開發(fā)。
一般情況下，年級(jí)越大，學(xué)生的注意力時(shí)間就越長(zhǎng)。7歲的孩子注意力在14-35分鐘之間，12歲的孩子注意力在24-80分鐘之間。有一個(gè)簡(jiǎn)單的公式可以幫助老師了解學(xué)生的注意力時(shí)間：年齡×2-5分鐘=平均注意力范圍。
2、課堂專注度反映學(xué)習(xí)狀態(tài)
課堂上學(xué)生的專注力如此重要，傳統(tǒng)課堂卻缺少工具幫助老師了解學(xué)生是否進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。在這種情況下，“課堂專注度”應(yīng)運(yùn)而生，以時(shí)間順序反映了課堂上學(xué)生專注力變化的整體趨勢(shì)，以及哪個(gè)時(shí)間專注度高，哪個(gè)時(shí)間低。
課堂專注度用計(jì)算機(jī)代替了人工的課堂觀察和記錄，能夠大程度上確保數(shù)據(jù)的客觀有效，數(shù)據(jù)的處理和提取也更加方便，因此能為教學(xué)研究和學(xué)校管理帶來價(jià)值。
二、AI如何判斷課堂專注度？
1、基本的技術(shù)原理
學(xué)生是否集中注意力，會(huì)透過他們的頭部行為體現(xiàn)出來。例如，老師在講課時(shí)，學(xué)生抬頭聽講被看做是注意力集中的表現(xiàn)。所以，判斷學(xué)生在課堂上的頭部姿態(tài)是計(jì)算課堂專注度的重要依據(jù)。
伴隨式采集課堂教學(xué)視頻后（不干擾課堂教學(xué)），通過頭部姿態(tài)估計(jì)技術(shù)，推斷出學(xué)生頭部在三維空間的姿態(tài)參數(shù)，建立頭部三維空間姿態(tài)模型，通過頭部姿態(tài)在不同坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換，判斷學(xué)生群體的頭部朝向。
再利用頭部姿態(tài)追蹤人眼的視線方向，對(duì)匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析，從而計(jì)算出學(xué)生的社交專注保持力，這也是目前學(xué)習(xí)認(rèn)知領(lǐng)域先進(jìn)的分析技術(shù)。
2、針對(duì)教學(xué)場(chǎng)景的優(yōu)化
教學(xué)場(chǎng)景的多變意味著技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用要比想象中更加復(fù)雜，課堂上的抬頭行為并非都是注意力集中的表現(xiàn)。比如，課堂練習(xí)時(shí)，低頭書寫才是專注的表現(xiàn)。因此，在分析課堂專注度時(shí)還要區(qū)別具體的教學(xué)場(chǎng)景。
認(rèn)為科學(xué)有效的“課堂專注度”應(yīng)該符合以下標(biāo)準(zhǔn)：
1、課堂專注度不等于學(xué)生抬頭率
2、課堂專注度必須區(qū)分課堂教學(xué)場(chǎng)景
3、課堂專注度以頭部朝向和視線方向?yàn)橐罁?jù)
三、利用課堂專注度的3點(diǎn)建議
1、對(duì)比分析課堂專注度的變化趨勢(shì)
課堂專注度反映了學(xué)生整節(jié)課的注意力和興趣點(diǎn)分布情況，依據(jù)時(shí)間點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的教學(xué)內(nèi)容，有助于提高老師對(duì)課堂節(jié)奏的控制和把握。
比如，班主任可以對(duì)照分析本班各科目之間的課堂專注度，任課老師可以對(duì)比不同班級(jí)同一科目的課堂專注度變化。班級(jí)與班級(jí)之間、學(xué)科與學(xué)科之間的比較，能幫助老師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)。
2、從課堂專注度峰值與谷值尋找規(guī)律
課堂專注度的峰值和谷值會(huì)對(duì)應(yīng)同一時(shí)刻的課堂視頻，幫助老師將講課內(nèi)容的吸引力、學(xué)生的興趣點(diǎn)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)，從而找出規(guī)律。
比如，在同一位老師講授同一節(jié)課時(shí)，A班的同學(xué)在老師講課的時(shí)候?qū)Ｗ⒍雀撸鳥班在班級(jí)討論的時(shí)候?qū)Ｗ⒍雀?，可以說明A班的同學(xué)更喜歡講授型的教法，而B班更喜歡研討型的教法。這些數(shù)據(jù)將為老師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣、適宜的教法等提供參考和依據(jù)。
3、及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)問題
因?yàn)檎n堂專注度與學(xué)習(xí)效果和成績(jī)有相關(guān)性，個(gè)人課堂專注度變化有助于老師及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題，并及時(shí)與家長(zhǎng)溝通、進(jìn)行干預(yù)。
比如，學(xué)生小Q近一周各科的課堂專注度都在下降，老師發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)與家長(zhǎng)聯(lián)系。原來這一周小Q都睡得很晚，睡眠不足導(dǎo)致課堂注意力不集中。老師與家長(zhǎng)的及時(shí)干預(yù)，阻止了小Q學(xué)習(xí)成績(jī)的下滑。
數(shù)據(jù)不是目的，而是輔助教學(xué)和管理的手段。課堂專注度在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用更加廣泛，對(duì)課堂專注度的挖掘與使用有助于幫助年輕教師成長(zhǎng)，提高學(xué)校的教研水平。希望技術(shù)能成為教育教學(xué)的“神器”，而不是老師的負(fù)擔(dān)。
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如何利用AI技術(shù)量化課堂專注度，老師又如何使用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)研究？希望通過本文為教育工作者提供參考。
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一、為什么要關(guān)注課堂專注度？
1、注意力是認(rèn)知的基礎(chǔ)
與課堂專注度相比，老師更熟悉專注力或注意力這樣的表述。注意力是認(rèn)知的基礎(chǔ)，研究表明，注意力與學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)成績(jī)有相關(guān)性。
每45分鐘的課之間有10分鐘的休息時(shí)間，同樣，教學(xué)內(nèi)容也應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的年齡和注意力時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)。以學(xué)生為主體的課堂上，有效性應(yīng)該充分體現(xiàn)在，學(xué)生知識(shí)的習(xí)得和大腦思維的開發(fā)。
一般情況下，年級(jí)越大，學(xué)生的注意力時(shí)間就越長(zhǎng)。7歲的孩子注意力在14-35分鐘之間，12歲的孩子注意力在24-80分鐘之間。有一個(gè)簡(jiǎn)單的公式可以幫助老師了解學(xué)生的注意力時(shí)間：年齡×2-5分鐘=平均注意力范圍。
2、課堂專注度反映學(xué)習(xí)狀態(tài)
課堂上學(xué)生的專注力如此重要，傳統(tǒng)課堂卻缺少工具幫助老師了解學(xué)生是否進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。在這種情況下，“課堂專注度”應(yīng)運(yùn)而生，以時(shí)間順序反映了課堂上學(xué)生專注力變化的整體趨勢(shì)，以及哪個(gè)時(shí)間專注度高，哪個(gè)時(shí)間低。
課堂專注度用計(jì)算機(jī)代替了人工的課堂觀察和記錄，能夠大程度上確保數(shù)據(jù)的客觀有效，數(shù)據(jù)的處理和提取也更加方便，因此能為教學(xué)研究和學(xué)校管理帶來價(jià)值。
二、AI如何判斷課堂專注度？
1、基本的技術(shù)原理
學(xué)生是否集中注意力，會(huì)透過他們的頭部行為體現(xiàn)出來。例如，老師在講課時(shí)，學(xué)生抬頭聽講被看做是注意力集中的表現(xiàn)。所以，判斷學(xué)生在課堂上的頭部姿態(tài)是計(jì)算課堂專注度的重要依據(jù)。
伴隨式采集課堂教學(xué)視頻后（不干擾課堂教學(xué)），通過頭部姿態(tài)估計(jì)技術(shù)，推斷出學(xué)生頭部在三維空間的姿態(tài)參數(shù)，建立頭部三維空間姿態(tài)模型，通過頭部姿態(tài)在不同坐標(biāo)系之間的相互轉(zhuǎn)換，判斷學(xué)生群體的頭部朝向。
再利用頭部姿態(tài)追蹤人眼的視線方向，對(duì)匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行二次分析，從而計(jì)算出學(xué)生的社交專注保持力，這也是目前學(xué)習(xí)認(rèn)知領(lǐng)域先進(jìn)的分析技術(shù)。
2、針對(duì)教學(xué)場(chǎng)景的優(yōu)化
教學(xué)場(chǎng)景的多變意味著技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用要比想象中更加復(fù)雜，課堂上的抬頭行為并非都是注意力集中的表現(xiàn)。比如，課堂練習(xí)時(shí)，低頭書寫才是專注的表現(xiàn)。因此，在分析課堂專注度時(shí)還要區(qū)別具體的教學(xué)場(chǎng)景。
認(rèn)為科學(xué)有效的“課堂專注度”應(yīng)該符合以下標(biāo)準(zhǔn)：
1、課堂專注度不等于學(xué)生抬頭率
2、課堂專注度必須區(qū)分課堂教學(xué)場(chǎng)景
3、課堂專注度以頭部朝向和視線方向?yàn)橐罁?jù)
三、利用課堂專注度的3點(diǎn)建議
1、對(duì)比分析課堂專注度的變化趨勢(shì)
課堂專注度反映了學(xué)生整節(jié)課的注意力和興趣點(diǎn)分布情況，依據(jù)時(shí)間點(diǎn)設(shè)計(jì)合理的教學(xué)內(nèi)容，有助于提高老師對(duì)課堂節(jié)奏的控制和把握。
比如，班主任可以對(duì)照分析本班各科目之間的課堂專注度，任課老師可以對(duì)比不同班級(jí)同一科目的課堂專注度變化。班級(jí)與班級(jí)之間、學(xué)科與學(xué)科之間的比較，能幫助老師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)。
2、從課堂專注度峰值與谷值尋找規(guī)律
課堂專注度的峰值和谷值會(huì)對(duì)應(yīng)同一時(shí)刻的課堂視頻，幫助老師將講課內(nèi)容的吸引力、學(xué)生的興趣點(diǎn)與教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)，從而找出規(guī)律。
比如，在同一位老師講授同一節(jié)課時(shí)，A班的同學(xué)在老師講課的時(shí)候?qū)Ｗ⒍雀撸鳥班在班級(jí)討論的時(shí)候?qū)Ｗ⒍雀?，可以說明A班的同學(xué)更喜歡講授型的教法，而B班更喜歡研討型的教法。這些數(shù)據(jù)將為老師發(fā)現(xiàn)學(xué)生的興趣、適宜的教法等提供參考和依據(jù)。
3、及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)問題
因?yàn)檎n堂專注度與學(xué)習(xí)效果和成績(jī)有相關(guān)性，個(gè)人課堂專注度變化有助于老師及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題，并及時(shí)與家長(zhǎng)溝通、進(jìn)行干預(yù)。
比如，學(xué)生小Q近一周各科的課堂專注度都在下降，老師發(fā)現(xiàn)問題后及時(shí)與家長(zhǎng)聯(lián)系。原來這一周小Q都睡得很晚，睡眠不足導(dǎo)致課堂注意力不集中。老師與家長(zhǎng)的及時(shí)干預(yù)，阻止了小Q學(xué)習(xí)成績(jī)的下滑。
數(shù)據(jù)不是目的，而是輔助教學(xué)和管理的手段。課堂專注度在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用更加廣泛，對(duì)課堂專注度的挖掘與使用有助于幫助年輕教師成長(zhǎng)，提高學(xué)校的教研水平。希望技術(shù)能成為教育教學(xué)的“神器”，而不是老師的負(fù)擔(dān)。
