教育智能体赋能高中物理教学：创新实践与应用探索

在教育改革的浪潮中，传统教学模式面临着诸多挑战，而新兴技术的涌现为教学改革带来了新的机遇[1]。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“课标”）强调培养学生的核心素养，注重学生的自主学习与创新能力。然而，当前教学中存在学生学习动力不足、反馈不及时等问题，制约了教学效果的提升。为解决这些问题，笔者引入教育智能体，并聚焦于“教育智能体四小行动”[2]，以高一物理教学为例，探讨其在教学中的创新实践。笔者按照课标要求，开展文献研究，阐述课题价值，针对教学中的痛点问题提出解决方案，旨在提升学生主动学习能力和个性化学习效果，为教育智能化转型提供实证支持，以期为教学改革提供新的思路与方法。一、教育智能体赋能教学的理论基础与研究价值（一）教育智能体的定义与作用教育智能体作为生成式人工智能大模型的实践应用，为教学改革带来了新的机遇。其能够与人协同工作，执行教学任务，实现教育活动的个性化和高效化。黎加厚教授提出的“教育智能体四小行动”，即小场景、小研究、小智能体、小创新，为教育数字化转型提供了具体路径。教师在教学微场景中应用教育智能体，可以更好地掌握教学节奏，优化教学策略，满足学生多样化的学习需求，推动因材施教和高质量教育的实现。（二）研究价值教育智能体不仅是信息技术的新成员，还代表了一种全新的教学辅助工具，能够与人协同工作，执行教学任务。这种新型工具的出现，预示着教育方式、思维方式和教育管理方式的根本变革。已有研究将人工智能应用于物理教学[3-5]

，但关于教育智能体的研究相对较少。黎加厚教授强调，教育智能体的应用，将使得每位教师和学生都能拥有适合自己的智能体辅助教学，从而实现教育活动的个性化和高效化[6]。在全球教育改革的大背景下，我国教育改革正面临着从量变到质变的转型。教育智能体的应用，正是这一转型过程中的关键一环。二、教育智能体的设计与构建为了实现讲授型教学的创新目标，提升学生的主动学习能力和个性化学习水平，笔者致力于构建一个教育智能体。该智能体通过集成知识库、数据表和工作流等高级功能，能够为学生提供即时反馈，并为教师提供深入的学生学习情况分析，从而在讲授型学习模式中发挥关键作用。（一）知识库创建“扣子”平台的知识库功能允许上传和存储外部知识内容，并具备高级检索能力。这一功能的应用有效解决了传统大模型在专业领域知识不足和产生幻觉的问题，显著提升了回复的准确率。以高一物理教学为例，笔者将测试题目和答案上传至知识库后，系统自动完成标注和数据处理，使其能够在工作流和智能体中被高效调用。（二）数据表创建笔者创建数据表用于存储和查看学生信息及反馈结果。该表涵盖学号、年级、班级、姓名、试卷名称、题号、智能体打分和智能体评价等关键字段，为教师提供了一个全面的视图，以便监控和分析学生的学习效果。（三）工作流的设计工作流是智能体的核心，各节点设计如下（如图1）。1.语音转文字节点笔者利用“扣子”平台的官方插件SpeechToText，将学生的语音输入转换为文本，为后续处理打下基础。2.大模型节点笔者选择字节跳动的“豆包”模型，结合预设的知识库，对转换后的文本进行深入分析。设计系统提示词和用户提示词是为了确保模型准确理解学生的回答，并给出合理的评分。系统提示词：你是专业的高中物理作业评分师，精通高中物理的所有知识点和题目。学生有计算错误则评分不高于6分，如整体思路正确可以得7分，错误较少可以得9分，最高10分。用户提示词：结合技能，理解{{input}}，找到其中的优点并打分。回答格式如下。优点：……。错误：……。分数：

10

分。3.代码节点笔者将大模型的输出作为输入，通过JavaScript代码提取关键信息，并在输出中添加“comment”和“score”两个参数。asyncfunctionmain（{params}：Args）：Promiselt;Outputgt;{constparts=params。input。match（/优点：（[^.]+）。分数：（＼d+）分/）;constret={\"comment\"：parts[1]，\"score\"：parseInt（parts[2]，10），};returnret;}"""//构建输出对象4.数据库节点笔者将输入节点的信息和代码节点的输出存储到数据表中，便于教师在后台进行查阅和管理。该节点的输入即所有需要存储的数据，并添加刚创建的数据表，SQL语句需要填写代码如下：INSERTINTOphysicalhomework（student_id，grade，class，name，papername，questionnumber，score，comment）VALUES（'{{ID}}'，'{{grade}}'，'{{class}}'，'{{name}}'，'{{papername}}'，'{{number}}'，{{score}}，'{{comment}}'）三、教育智能体在高中物理教学中的应用学生上传录音文件与智能体互动。智能体根据预设工作流，引导学生输入必要的个人信息和题目信息，随后输出个性化的评价和分数。这一过程不仅提高了学生参与度，也为教师提供了宝贵的反馈，以优化教学方法和内容。为了全面评估智能体在教学中的应用效果，笔者选取高一上学期第三章的小测题目作为案例。学生被要求选择一道错题，并复述解题过程，录制成音频文件。用这种方法，我们能够从多个维度分析智能体的性能，包括一致性检验、个性化分析和数据统计，而不是直接让学生与智能体互动，这允许我们对收集到的录音文件进行系统的分析。（一）一致性检验针对测试题（如图2），我们选取了一位学生的录音文件，并将其转换为文本。题目：倾角为θ的光滑斜面长和宽均为l，一个质量为m的质点由斜面左上方顶点P静止释放，若要求质点沿PQ连线滑到Q点，已知重力加速度为g，则在斜面上，可以对质点施加的作用力大小可能为（）。A.mgsin

θ

""B.mgC."""""

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θ

"""D."""""

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θ三次重复上传至智能体，我们得到三次评分结果（见表1）。结果表明，智能体给出的分数具有较高的一致性，且能够准确识别学生的错误，尽管对错误原因的描述存在细微差异。（二）个性化分析继续以上题为例，笔者收集了三位学生对该题的回答录音，并上传至智能体。智能体对每条回答的评分和反馈汇总如下（见表2）。结果显示，智能体能够根据不同学生的回答内容给出差异化的评分，且评分依据合理，反映出智能体在个性化评估方面的良好性能。（三）数据统计笔者将收集到的关于该题的14个录音文件，逐一上传给智能体，生成结果后从数据表中提取具体数据并统计。智能体的打分分布统计如下（见表3）。统计结果表明，智能体的评分标准较为严格，对于低分学生，可能意味着其理解存在较大偏差。在这种情况下，教师需要与学生进行面对面的交流，以深入了解其学习障碍并提供针对性指导。四、教育智能体应用的反思与展望（一）教育智能体应用的优势教育智能体在高中物理教学中的应用展现了其巨大潜力。它能够即时反馈，增强学生自我讲授的动力，同时作为权威性评价工具，弥补学生间互评的不足，并分担教师的工作量，为每位学生提供及时、全面的个性化指导和评价。此外，智能体将学生的反馈结果存储在数据库中，还有助于教师依据数据优化教学策略，实现教学的持续改进。（二）存在的问题与改进方向尽管教育智能体在教学中表现出色，但仍存在一些问题。工作流存在局限性，教师需要不断探索新的教学模式，建立多样化的工作流库。用户体验方面，需要优化流程，提升语音识别准确率，进一步优化智能体的评分机制，以更好地适应多变的教学需求。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，教育智能体有望在教育实践中发挥更加重要的作用，为实现教育智能化转型提供