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华南师范大学数学科学学院叶颀教授团队作《AI赋能数学教育的实践分享》报告

发布时间:2025-05-23 12:40:46


2025年5月11日,由华南师范大学数学科学学院主办的“数智赋能高质量数学教学和本源性学习研究”主题研讨会在石牌校区数学科学学院顺利召开。

华南师范大学数学科学学院叶颀教授团队从教育实证研究角度,系统分享了《AI赋能数学教育的实践分享——基于多模态人工智能数学微格教学智能分析与评价系统》。该研究通过构建多维智能评测体系,为数学职前教师教学技能提升提供了科学支持,同时探索了AI与数学教育深度融合的未来发展方向。

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近年来,国家出台了一系列教育改革政策,强调信息技术与教育教学的深度融合。《教育强国建设规划纲要(2024-2035年)》明确提出要“建设学习型社会,以教育数字化开辟发展新赛道、塑造发展新优势”。在此背景下,人工智能技术为数学教育提供了更加丰富多样的教学手段和学习方式,有助于培养学生的创新思维和实践能力,满足教育改革的内在需求。

而传统数学教学多以教师讲授为主,难以满足学生个性化学习需求,部分学生因学习进度跟不上或缺乏兴趣而成绩不佳。此外,数学知识具有高度抽象性,学生理解难度较大,尤其在复杂概念和定理学习中易产生畏难情绪。传统教学还缺乏实时反馈机制,教师难以精准了解学生学习情况,无法及时调整教学策略,影响整体教学质量。

叶颀教授团队的研究聚焦于微格教学场景,通过AI技术构建了包含演示文稿分析模型、课堂话语分析模型、微格视频评价模型及语音评价模型的多维智能评测体系,为数学师范生教学技能培训提供了智能化支持。

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演示文稿分析模型

数学微格教学对内容的准确性要求极高,而传统人工检查演示文稿效率低下。团队创新性地采用知识蒸馏技术,将大型语言模型(如ChatGPT、DeepSeek)的能力迁移至小参数模型,使其能够在本地高性能电脑上运行,实现对数学命题的自动化分析。例如,系统能够识别演示文稿中的概念错误或逻辑漏洞,并给出修正建议,显著提升了评估效率。

课堂话语分析模型

团队提出了上下文增强的双通道注意力分类模型(CE-DCAM),通过多尺度卷积和交互注意力模块,对课堂话语进行自动编码与分析。该模型在准确率、Micro_F1和Macro_F1分数上均优于基线模型,能够精准识别教学内容呈现类、交互类、评价反馈类和衔接类话语行为。结合滞后序列分析方法,团队进一步挖掘了与教学表现显著相关的话语模式,为教学评价提供了客观依据。

微格视频评价模型

通过计算机视觉技术,团队实现了对教师微格教学视频中姿势、面部表情、指势等非语言行为的自动化分析。研究发现,开放姿势、积极表情和象征性指势与教学优质性显著相关。例如,当教师的积极表情比例高于0.145时,其获奖概率显著提升。这些发现为师范生改进教学行为提供了具体指导。

语音评价模型

团队构建了包含发音标准度、语速、情绪积极度等13维特征的语音评测体系,并采用决策树模型进行建模。结果显示,语音特征与教学评估结果具有合理关联,流畅表达与情绪控制是影响教学效果的核心因素。分箱数据的模型准确率达到0.79,验证了语音评测的有效性。

团队进一步将视频特征与语音特征融合,构建了多模态评价模型。实验表明,音视频融合模态中模型的平均准确率为0.77,最佳准确率为0.88,其中视频模态的平均准确率为0.68,音频模态平均准确率0.7,证明了多模态融合评价模型具有更好的可行性与泛化能力。

未来,通过整合中小学数学教材及教辅资料构建专业数据库,结合模型参数微调与强化学习等技术,针对性提升通用大模型在数学教育领域的专业能力,最终打造精准适配数学教育场景的智能问答系统。智能数学作业批改系统采用双模态识别引擎,融合手写体OCR与数学符号解析,实现高精度识别,大幅提高批改效率。基于大数据分析,系统能生成个性化学习报告,为每位学生提供定制化学习建议,提升教学针对性。让每个学生拥有一张不断进化的数学导航图

在党建育人方面,叶颀教授团队始终致力于将思想政治教育深度融入人工智能专业课程,打造符合国家教育数字化战略的标杆性智慧课程。以 “理论-模型-编程-应用”四位一体 为核心架构:

理论,即夯实基础,结合国家级教材体系,对标“十四五”人工智能发展规划;

模型,即聚焦国家战略需求,融入国产机器学习领域突破性成果,激发学生科技报国使命感;

编程,即通过虚拟仿真实验平台,实现复杂算法可视化,构建沉浸式训练场景;

应用,即以解决实际问题为导向,强化创新能力培养,推动知识向实践转化。

这一架构的目标是紧紧围绕立德树人根本任务,培养德才兼备的新人才,引导学生树立科技报国的使命担当。依托“十四五”规划教材的权威内容体系,实现国家级教材支撑,构建符合国家101计划标准的课程框架,实现知识图谱与项目实践、能力矩阵的精准映射。同时,更致力于学生创新能力的培养,对比国内外课程整合现状,联合开发AI数字人线上金课,辅以多模态AI工具,(如AI数字人、智能代码助手),支持学生自主探索与创新,强化学生解决实际问题的创新能力,最终实现知识传授、能力培养与价值塑造的深度融合,打造符合国家教育数字化战略的标杆性智慧课程。

叶颀教授团队的研究标志着AI技术在数学教育领域的深度应用迈出了关键一步。团队始终强调技术应服务于教育本质,通过智能化工具赋能教师、优化教学,最终实现“因材施教”的教育理想。未来,华南师范大学数学科学学院将继续发挥高校引领作用,推动AI与数学教育的深度融合,为教育数字化转型贡献更多创新成果。

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责任编辑:彭旭宏
2025年5月11日,由华南师范大学数学科学学院主办的“数智赋能高质量数学教学和本源性学习研究”主题研讨会在石牌校区举办
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