构建科学高效的化学教学质量监测体系

华中师范大学化学教育研究团队最早于1992年开始将化学教学的诊断理论与化学教学质量监测相融合，开展化学教学诊断学的研究。2003年，“中学化学教学诊断研究”获湖北省教育科学规划课题立项，团队负责人将自己近20年的一线教学经验和在实践中形成的“目标控制教学法”教育实验成果融合教育诊断理论，带领团队创建了“化学教学诊断学”学科，并开展了相关的课程、教学、评价等一系列研究。后来，团队将人工智能技术深度赋能化学教学诊断学，打造高校联合政府、区域、中小学、企业、家庭的协同机制，将成果进一步推广和应用，由此构建了区域、学校、班级、学生等各个层面的立体化教学质量监测体系，实现了对影响化学教与学多重因素的全面诊断，为化学教学高质量发展提供了科学的决策依据和证据支撑，全面提升了化学教学质量监测水平。

团队化学教学诊断学的研究经历了“实践探索—理论创立—关键技术”三个阶段，沿着主动识变、应变、求变的思路，高度重视教学诊断对基础教育高质量发展的深刻影响，将其作为推进化学教育教学创新的战略重点，积极推动人工智能与教学诊断深度融合，取得了一系列显著进展。

2013年以来，团队规模进一步扩大，有近百名硕士、博士研究生和上千所中小学实验校深度参与，以“中国教育现代化背景下县域高中教师教学能力诊断评价体系构建及实施研究”“中国式现代化背景下高考分省命题质量诊断标准体系及监控机制研究”等省部级课题为推动，逐渐将化学教学诊断学从针对学生学习的研究拓展到针对教师教学诊断能力评价和发展的研究，并将研究视角从学生的知识、解题等直观学习障碍延伸到元认知、学习迁移、教与学的难度、学习心理、试题命制诊断等问题，形成了系统的“教—学—评”多维度、一体化诊断研究成果。

同时，团队响应国家教育数字化战略行动要求，在教育数字化转型进程中高度重视数字技术尤其是人工智能技术对基础教育的深刻影响，开展人工智能赋能化学教学诊断理论与关键技术研究，加强诊断、监测结果运用，把人工智能技术深入到化学教育教学和诊断的全过程、全环节。团队致力于将化学教学诊断学与人工智能深度融合，形成科学高效的教学质量监测体系，并与政府、中小学协同合作，建立深度联合研究和实践反馈机制，促进了成果的应用与推广，取得了一系列显著成果。

一是创建化学教学诊断学的学科和研究体系。化学教学诊断学是研究教育诊断理论及其在化学教学中如何应用的一门学科，是运用教育诊断的方法判断化学教育质量效率偏常（病理现象）状态、成因及其矫正方式的一门教育学科。化学教学诊断学的研究对象概括来说就是化学教与学的“病理现象”，以及对其进行的测查、成因分析、治疗矫正的理论和实践；研究内容主要包括化学课程及教材的诊断、化学教学设计的诊断、化学教学设计实施的诊断、化学课程学习的诊断、化学教育测量与评价的诊断等。《化学教学诊断学》和《新理念化学教学诊断学》是团队在化学教学诊断学研究上的标志性成果，两本著作建立起化学教学诊断学的理论基础、研究基本范畴（对象、方法、内容等），并结合大量案例展示了化学教学诊断学在基础化学教育中的应用，进而吸收新课改的成果、响应新课改的倡议。

二是建成中学本科硕士贯通的教学资源系统。最初，团队在对学生各方面知识学习、问题解决障碍等方面的诊断研究过程中，积累了大量的“易错题”“典型题”，形成了基于诊断的题库。随着研究的深入，团队在对学生评价研究过程中开发了多种测评工具，包括各种知识主题的测评工具，比如化学实验问题、电离平衡问题、电化学问题、化工流程问题、符号学习问题等；包括各种能力的测评工具，比如结构不良问题解决能力、自主学习能力、自我诊断能力等；包括各种学习相关问题的测评工具，比如学习动机、自我效能感、元认知等。此外，化学教学诊断学被列入化学教育专业本科生（师范）选修课程和化学教育硕士研究生必修课程方案以后，也逐渐形成了化学教学诊断学课程教学的资源。目前，随着将人工智能融合化学教学诊断学的研究和应用，团队汇集了个性化知识图谱、“诊断—补救”性变式训练、微课等资源，教学资源的规模和类型进一步扩大。

三是开发化学教学诊断模型与系列教学案例。中共中央、国务院印发的《关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》指出：“实施教师教育振兴行动计划，建立以师范院校为主体、高水平非师范院校参与的中国特色师范教育体系，推进地方政府、高等学校、中小学‘三位一体’协同育人。”团队深知教育研究的大忌就是顶层设计与底层实施分离，高校教师教育科研与一线教师实践脱离。为避免此类问题，团队与多所中小学建立合作关系，从化学师范生、化学教育硕士实习基地的合作，到定期集体研讨、循环诊断改进教学的深度合作，进而在已有理论的基础上结合多轮实践研究、行动研究，开发出基于人工智能的“两链一键”双螺旋化学教学诊断模型。推进AI赋能、人机协同的教学模式是以数字化夯实教育强国基点的重要途径，“两链一键”双螺旋化学教学诊断模型基于人工智能支持、协同育人机制保障和不断基于实践的理论创新，将智能化的教学诊断应用于教学内部质量监测，以求达到“高质量的课堂教学”。对于教师教学，可以利用人工智能分析师生行为，得出课堂表现总结，综合形成诊断报告，最终完成教学改进；对于学生学习，可以利用人工智能的诊断工具对学情作出诊断，生成个性化知识图谱和补救措施，最终达成精准的个性化教学，实现因材施教。

四是构建化学教学诊断学的高质量教学体系。《中国教育现代化2035》提出：“更加注重全面发展，更加注重面向人人，更加注重终身学习，更加注重因材施教。”如今，教学诊断在人工智能技术的加持下，使“因材施教”成为常态，进而形成“精准教学”。精准教学是新技术赋能下追求高效的一种知识传授方式，与诊断的理念不谋而合，可以说“诊断就是要追求精准教学、高质量教育”，在基于证据的前提下提升教学质量。

团队经过多年努力，充分利用人工智能技术，结合化学教学诊断学理论和实践成果，构建了“一核两翼三维四步五推”的高质量教学体系。“一核”就是核心目标，教学体系以聚焦教学诊断、提升教学质量为核心目标；“两翼”就是理论基础和技术应用，具体指教学诊断的模型与方法与人工智能技术的深度融合；“三维”就是基于理论与技术融合后形成的模式和工具，具体指学业标准、诊断题库和诊断模型；“四步”就是实施路径，具体指以单元诊测为主要形式的评测结果进行数据分析，形成诊断报告并生成对应的补救措施；“五推”就是助推学习的补救措施和具体的效果达成，补救措施包括错题集成、知识图谱、变式题型、微课资源和个别辅导，效果达成包括基于学情的精准教学、“精准扶贫”的个性发展、创新的教学改进、技术赋能提升教学质量、智能研修促进教师发展。团队试图解决传统教学诊断和评价中存在的“数据精准采集、课堂精准评价、教师精准督导”等难题，利用数字化手段、人工智能技术实现教学全过程的数据采集，精准分析教学行为，从而实现精准的教学实施和精准的教学督导改进。

历经30年的探索与实践，基于化学教学诊断学的质量监测体系成果的应用与推广，从学生层面而言，解决了学生个性化学习问题，发展了学生化学核心素养；从教师层面而言，提升了教师教学诊断能力，发展了教师育人综合素养；从学校层面而言，开展教学体系应用，提升了学校办学水平；从区域层面而言，通过六方协同机制，改善了地方教育部门决策的落地实施方案。

（作者王后雄系华中师范大学人工智能教育学部、化学学院教授，王禹超系华中师范大学人工智能教育学部博士研究生）

《中国教师报》2024年11月06日第14版