中小学理化实验实现人工智能评价！

你还记得小时候在学校做实验的场景吗？

你还能回想起老师当时怎样评价你的实验操作吗？

现在，在人工智能的助力下，中小学实验教学有了全新的评价方式！

2020年10月31日，北京圣陶教育发展与创新研究院“人工智能赋能理化实验操作评价系统研究成果发布会”在上海市南洋中学举行。国家教育咨询委员会委员、北京圣陶教育发展与创新研究院院长王本中、教育部初高中化学国家课程标准研制组组长、教育部中考化学学科命题评估组组长、华东师范大学教授、博士生导师王祖浩等专家出席。发布会上，北京圣陶教育发展与创新研究院执行副院长汪婧介绍了“人工智能赋能理化实验操作评价系统”的开发过程及主要功能特点，现场对利用人工智能开展实验教学评价进行了演示。

2017年底，北京圣陶教育发展与创新研究院联合上海奇月教育科技有限公司组建了由理化学科专家和人工智能技术研发团队共同组成的项目团队，启动了人工智能赋能理化实验操作评价系统的全面研究与探索，通过开展持续研究、技术转化和全国范围专家的论证，在物理和化学实验人工智能评价的若干技术难点上形成了重大突破。

目前，项目团队已率先完成初中物理、化学实验的智能评价算法开发，打造了“人工智能赋能理化实验操作评价系统”，基于“视频流”采集和智能识别、智能分析技术应用，实现对学生理化实验操作的全程记录、智能分析和自动评价结果生成，为学校改进日常实验教学提供诊断与反馈。

“人工智能赋能理化实验操作评价系统”主要应用深度学习算法，结合计算机视觉、数字图像处理技术，完成智能实验操作复杂场景下的目标定位、目标识别、目标精确分割及每个评价点的智能分析与赋值。

具体而言：我们通过在试验台配置俯视相机、正视相机两个信息捕捉终端，在完全使用无须特殊订制的常规实验器材情况下，从两个视角完整记录学生实验操作过程的视频数据。针对采集到的“视频流”，系统将调用智能识别算法进行处理，实现特定实验评价标准的调用匹配、学生实验操作步骤的精确分割和实验操作动作的分类识别。在此基础上，系统的核心逻辑算法将进一步参照物理化学学科《课程标准》规定的实验操作要求，结合正视、俯视两个视角的视频内容，进行智能判别与分析，最终对学生实验操作过程及其完成情况进行全自动评价，同步输出过程性评价和结果性评价的评价反馈。

在教育信息化和基础教育课程、教学、评价一体化改革不断深化的背景下，“人工智能赋能理化实验操作评价系统”的诞生，既是教育信息化的一次突破，更是一次从人工智能技术与教育教学评价深度融合的有益探索和尝试，具有一定的里程碑意义，主要包括两个方面：

一是借助人工智能技术，实现了过程评价与结果评价相结合的初中理化实验教学评价方式创新。中共中央国务院近日印发的《深化新时代教育评价改革总体方案》明确提出：要坚持教育评价的科学有效，改进结果评价、强化过程评价、探索增值评价、健全综合评价，充分利用信息技术提高教育评价的科学性、专业性、客观性。“人工智能赋能理化实验操作评价系统”通过智能识别技术应用，在学生开展理化实验操作过程中，实时捕捉实验过程、生成过程评价数据；综合实验数据采集，自动形成结果评价，实现了过程评价与结果评价相结合的初中理化实验教学评价方式创新，是落实中共中央、国务院《深化新时代教育评价改革总体方案》文件精神在初中理化实验教学评价上的具体体现。

二是基于理化实验操作智能评价系统应用，为改进初中实验教学提供有效的评价诊断和反馈。《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》明确指出：要开齐开足开好国家课程标准规定实验，切实扭转忽视实验教学的倾向，不断将科技前沿知识和最新技术成果融入实验教学。“人工智能赋能理化实验操作评价系统”通过智能评价形成的学生实验操作过程诊断、数据分析和结果反馈，能够有效帮助教师了解学生理化实验操作的学习及掌握情况，更有效地改进实验教学和实验操作学习实践，着力提升学生的观察能力、动手实践能力、创造性思维能力和团队合作能力，培育学生的兴趣爱好、创新精神、科学素养和意志品质。

专家们对“人工智能赋能理化实验操作评价系统”给予了高度肯定和评价。国家教育咨询委员会委员、北京师范大学资深教授、中国教育学会名誉会长顾明远教授专门为研究成果题词：“人工智能助力实验教学，教学改革焕发蓬勃生机”。王祖浩教授认为：系统开发紧扣《课程标准》、植根学校现有实验器材，将人工智能技术与实验操作全过程充分融合，重点聚焦以过程性评价和结果性评价相结合驱动实验教学改进，对加强中小学实验教学、优化学生科学学习方式和培养学生动手实验能力都具有深远意义。中国人工智能学会原理事长、发展中世界工程技术科学院院士、北京邮电大学教授、博士生导师、原副校长钟义信为系统研究成果发布发来贺信，指出：“人工智能技术赋能理化实验，不仅能实现理化实验的智能化设计和操作演示，更能通过反馈学习来优化实验效果，是实现教育技术智能化的重要组成部分，更能为激发师生的创新兴趣和创新理念、培养创新思维和创新能力做出积极的贡献。

未来，“人工智能赋能理化实验操作评价系统”将进一步在开发完善和试点应用的基础上，拓展系统等等应用范围和应用场景，从学段上从初中拓展到小学、高中；从应用范围上从教学评价拓展到考试评价，为全方位改进基础教育的实验教学、深化实验教学评价改革创新经验，为培养担当民族复兴重任的时代新人和德智体美劳全面发展的社会主义建设和接班人筑牢扎实根基，为每个学生的终身发展奠定坚实基础。