基于智慧課堂的學習模式設計與效果研究 *

卞金金，徐福蔭

(1.華南師范大學 教育信息技術學院，廣東 廣州 510631；2.武警廣州指揮學院 教研部，廣東 廣州 510440)

基于智慧課堂的學習模式設計與效果研究 *

卞金金1,2，徐福蔭1

(1.華南師范大學 教育信息技術學院，廣東 廣州 510631；2.武警廣州指揮學院 教研部，廣東 廣州 510440)

基于智慧課堂的學習模式研究，是近年來教育技術研究熱點。該文在梳理國內外相關研究的基礎上，分析智慧課堂的技術特征，設計基于智慧課堂的學習模式，體現了在智慧課堂環境支持下，師生在課前、課中和課后三個環節可采取的科學行為，并進行了學習模式的應用研究，結果表明：運用基于智慧課堂的學習模式，有助于學生優化學習過程，增強資源適應性，提高知識掌握率，提升學習興趣。

智慧課堂；學習模式；效果研究

智慧課堂創建的學習環境以其靈活性、實用性和交互性等特點使教學資源充分融入學習環境、記錄學習過程。在智慧課堂中，教師能更好地因材施教、推送教學內容、評價教學雙方；學習者能更好地共享資源，互動交流和個性化學習。

一、國內外研究述評

(一)國外研究述評

國外關于基于智慧課堂的學習模式研究趨向三個方面：一是學者關注在智慧課堂中依托技術促進學習。UCSD的Matt Rattp，R等認為可以使用無線智能設備來提高學生在課堂上的參與度[1]。Kristopher Scott等認為基于智慧課堂終端可以明確學生的位置和進度，確定當前的學習活動，推薦學習資源，支持有效的實時協作和師生之間的資源共享，并設計了正式和非正式學習結合協同的學習模式[2]。二是，研究人員立足于構造更加關注學習活動本身的智慧課堂學習模式。Rania Albalawi的研究認為基于移動終端有形交互界面，能幫助孩子發展學習和社交能力[3]。第三，個性化、自主化、多元化結合泛在的學習模式在國外智慧課堂學習中最為常見。Rachida A Jhoun等研究促進學習者在智慧課堂中以自己的節奏來學習，或只訪問與自己需要相關的知識[4]。Jim Slotta在Smart Classroom項目中致力于實現學習者在智慧課堂中自主對知識進行建構性加工和處理[5]。

(二)國內研究述評

國內關于智慧課堂的學習模式研究主要依托融合于課堂的自主的、泛在的和個性化的智慧學習方式進行。郭曉珊等認為“以學習者為中心”的學習模式將成為智慧學習的主導模式[6]；唐燁偉等在提供的智慧課堂案例中主要展現了以學生為中心，學生自主、協作學習，教師組織、引導和指導，并結合任務驅動和動手實踐等學習方法[7]。國內諸多學者同樣也對智慧課堂中的泛在學習活動進行了關注。如徐福蔭認為在智慧教育中任何人可以在任何時候、任何地方借助電腦、數字電視、手機等各種云端設備進行主動、高質量和個性化的學習。喬軍等認為基于智能移動學習終端可以進行跨越時空的課堂互動教學[8]。

綜上，基于智慧課堂的學習模式主要是指利用系統環境中面向學習者的智能化、個性化和多元化學習服務，使用可移動的終端設備，為實現特定教學目標而進行的深度、高效、自主和開放的課堂學習模式。基于智慧課堂的學習模式應該著重對傳統課堂學習的反思，以學習者學會學習為核心，以智慧學習的全過程為重點，整合多種學習方式，突破課堂空間限制，靈活學習時間，拓寬知識獲取渠道，豐富評價方式，加速學習者能力形成。本研究旨在結合國內外基于智慧課堂的學習方式設計、學習活動設計等方面的研究成果，以智慧教育理論、教學設計理論、學習共同體理論和學習活動理論為指導，構建基于智慧課堂的學習模式。

二、智慧課堂的技術特征分析

智慧課堂應用資源分層共享、實時內容推送、學習情境采集、智能學習分析、即時反饋評價、協作互動交流和移動通信互聯等技術，促進了學習模式變革(如圖1所示)。

圖1 智慧課堂的技術特征

(一)資源分層共享

教師可根據教學目的和對象對資源分層分類，便于師生上載及獲取各類資源，不受時空限制；多種媒體資源有效融合，給學習者帶來豐富視聽體驗；系統對課堂生成性資源自動捕獲、關聯存儲，實現了資源的自適應性和個性化分配。

(二)實時內容推送

針對學習需求通過分組或單獨的形式，主動、實時、個性化向學生推送學習內容，將知識內容與學習需求緊密結合，將學習環境與學習時間關聯，實現分布式資源的靈活共享、多維擴展和有效重用。學生無需關心推送功能的細節，從而使注意力能集中放在討論和信息理解的過程中，增強了學生對環境的適應性和情境體驗，沉浸感強烈。

(三)學習情景采集

采集學生的學習偏好、認知特征和學習風格等個體特征數據；采集學生的認知水平、情感狀態和注意力狀態等學習狀態數據。從而，診斷每個學生可能存在的問題和需求，支持學生的自適應學習和全過程學習。

(四)智能學習分析

依托聚類、數據挖掘、機器學習等技術，綜合管理學生學習過程中全數據，記錄教師和學生課堂活動、練習成績以及網絡聯結等全過程，并進行綜合計算、比對、診斷，實現面向課堂學習全過程的大數據跟蹤、分析，輔助教學決策。

(五)即時反饋評價

通過高效實時的雙向交流，實現系統可視化反饋和師生間的即時評價，讓學生實時了解當前自己的學習情況，及時調整學習狀態，激發學習熱情，也讓教師了解學生狀況，及時給予引導并調整教學內容。

(六)協作互動交流

通過使用智慧終端設備(如：平板、筆記本和電子白板，以及軟件交流平臺等)，動態實現交流時間、地點、對象和形式的多樣化，如：實現一對多或一對一的多維度、多因素分組協作學習，以增強學習互動性。

(七)移動通信互聯

基于移動網絡通信技術，智慧課堂終端輕便小巧、便于攜帶，其適配的學習系統為學習者提供了多種實時的溝通服務，信息發送后可迅速傳遞，使師生間、生生間課前、課后分布式學習實時聯通。

智慧課堂的技術特征為形成開放、高效的新型學習模式提供了可能。同時，新型智慧學習在適應技術特征的演變、發展過程中也會根據現實需求對現有技術形成需求反饋，支持智慧課堂中的技術特征進一步變革。智慧課堂的技術特征與智慧學習相互影響、相互作用，循環發展，滿足了各層次教育的需要。

三、基于智慧課堂的學習模式設計

依據國內外相關學習模式的研究及理論分析，整合技術特征及學習形式上發生的變化，通過對基于智慧課堂的基礎教育教學過程觀摩以及與授課老師的十余次探討，本文嘗試對基于智慧課堂的學習過程中各要素進行分解，針對學習活動的特征，結合學習評價的需要，設計基于智慧課堂的新型學習模式(如下頁圖2所示)，以推進智慧課堂中的技術與學習雙向融合。

課前，教師可應用智慧課堂中的學習情景采集技術，采集學生的學習特征和學習狀態數據，診斷不同學生存在的問題并預測需求后，向學生推送個性化學習資源。學生可以通過移動通信互聯工具完成教師推送的測驗，分析存在的問題，接收教師推送的學習資源和建議，并向教師和學習伙伴分享已有學習成果。

圖2 基于智慧課堂的學習模式

課中，教師明確課程要求，應用實時內容推送技術創設學習情境支撐學生進行一定程度的探究，同時，利用系統資源分層共享功能，把教學資源分層分類，通過系統終端向不同學生推送，讓學生獲得學習資源，學習背景知識，解決部分疑問，進入學習情境。教師還可以結合學生課前分享的學習成果，應用協作互動交流和即時反饋評價技術組織互動學習活動；利用多種終端組織課堂答題競賽、分組討論和游戲式練習等互動。在練習過程中，教師可以設置進階規則，系統根據學生練習結果，采用智能學習分析技術，自適應向教師反饋練習完成時間和練習成績分析，自動判斷學生是否可以進入下一階段學習，并向處于不同階段的學生推送個性化學習資料。學生應用移動通信互聯技術結成學習伙伴，相互討論，共享資源，通過互動協作學習來解決問題；無法在單一課堂范圍內得到解釋或解決的問題，學生可以使用協作互動交流技術支持的實時錄播交互系統，打破課堂時空界線，尋求跨學科的教師或學生提供幫助。

課后，師生可使用即時反饋評價技術對教學全過程進行回顧總結，雙向評價。教師可以應用移動通信互聯技術向學生布置課后作業，利用實時內容推送工具向學生推送相關主題的拓展資源，讓學生得到學習方向和程度的調整，讓學有余力的學生擴展思維空間，提高分析與解決問題的能力。學生可隨時獲取、回答教師給出的作業和測驗，以便教師檢驗教學效果，還可以根據自己的實際需要自由地選擇學習資源和方式來鞏固內化知識。

四、基于智慧課堂的學習模式效果研究

(一)試驗設計

本試驗對象來自深圳市荔園外國語小學三年級(5)班共19名小學生；試驗內容選取《English Reading(英語閱讀)》課程主題學習內容“Rain Forest Food(熱帶雨林食物)”；試驗學習環境應用“AiSchool智慧課堂”平臺，通過教師與學生的平板電腦以及教學用的電子白板，與其聯結為智能教學信息系統；通過單組的前測與后測來驗證運用基于智慧課堂的學習模式，有助于學生優化學習過程，增強資源適應性，提高知識掌握率，提升學習興趣。

(二)試驗過程

課前，教師為了了解每個學生對“Rain Forest Food (熱帶雨林食物)”的認知水平，讓學生登陸“AiSchool智慧課堂”平臺，完成教師發布的“What animal live in the rain forest?(什么動物生活在熱帶雨林里？)”和“What would animals eat in the rain forest?(在熱帶雨林里的動物都吃些什么？)”多選項練習題。學生在自己的平板電腦完成這兩道多選項練習題后，平臺就會自動生成每個學生的練習得分及得分率。然后，教師向“不同得分率”學生推送不同的課件、圖片和視頻等學習資源，讓學生進行個性化學習。

課中，教師首先通過課件，呈現分別有英文單詞“Hot”“Wet”“It rains a lot”和“A forest:many trees”的熱帶雨林情景的圖片，讓學生進入新課的學習情境。然后，教師應用“實時內容推送”技術向學生推送“Rain Forest Food (熱帶雨林食物)”電子讀本，讓學生閱讀。接著，教師通過電子白板展示電子讀本中在描述“Different Animals(不同動物)”時，使用的“It has a...(它有……)”和“It uses...(它常常……)”句式，并進行重點講解。隨后，教師使用電子白板呈現不同的“Rain Forest Food (熱帶雨林食物)”圖片，讓學生分組討論，比賽競答，而后重點帶讀，糾正學生讀音，實現“互動協作學習”。最后，教師應用平臺游戲式情景創設功能，結合精品試題庫題型，動態生成富有趣味性的“掘金者”游戲練習，并推送至學生平板電腦，檢測學生課中學習情況(如圖3所示)，平臺應用“即時反饋評價”技術對答題情況進行全過程動態監控(如圖4所示)。

圖3 基于游戲情景的練習創設

圖4 練習情況全過程動態監控

游戲練習發布前，教師預設游戲練習的進階規則為正答率“75%”。游戲練習過程中，平臺應用“智能學習分析”技術自動統計記分數，自動過濾出達到正答率的學生通過游戲練習(如圖5所示)；同時，平臺根據資源庫提供的學習資源，為未通過游戲練習的學生推送講解分析(如圖6所示)。學生掌握知識要點后，再次答題，直至達到正答率后方可通過。

圖5 進階過濾設置

圖6 資源個性化推送

課后，教師應用“AiSchool 智慧課堂”平臺“即時反饋評價”技術向每位學生反饋課前和課中練習的答案和分析，并對課堂學習過程進行“總結評價”，應用“實時內容推送”技術為學生布置課后練習并推送拓展資源，讓學生熟悉“Taro(芋頭)”“Aloevera(蘆薈)”“Sweet Bush Lemon(甜灌木檸檬)”和“Cedar Bay Cherry(香椿和櫻桃)”等詞匯；學生應用“移動通信互聯”技術在學習活動結束后“評價反思”學習過程，“鞏固”學到的單詞和句式，并根據教師推送的練習和資源進行知識“內化”和“思維空間擴展”。

(三) 試驗結果與分析

1.學習過程評價

根據“AiSchool智慧課堂”系統“教學分析中心”模塊跟蹤數據，學生在課堂學習前后作業練習正確率全班整體由28%提升到了73.68%(如右圖7所示)，知識掌握率有了很大提高。系統綜合統計分析學習過程中師生互評、生生互評和學生自評結果，顯示大部分學生處于“良好”水平以上。

利用IBM SPSS Statistics19.0對學生前后兩次成績進行t檢驗，檢驗學生的學習成績差異。結果如下表所示。

圖7 作業練習數據跟蹤

前測與后測的t檢驗結果

從前測與后測的配對樣本t檢驗結果可以看出，差異顯著概率(Sig.(雙側))=0＜0.05，前測與后測的成績差異顯著。前測與后測的平均分值差為-4.92，后測的平均分比前測的平均分高。因此可以看出，運用基于智慧課堂的學習模式開展教學，學生學習質量得到了提高。

可見，經過理論分析、課堂觀摩以及實踐檢驗后設計的基于智慧課堂的學習模式，能夠優化學習過程，提高知識掌握率，學習效果明顯。

2.學習態度反饋

學習活動后，教師運用智慧課堂的即時反饋評價功能，從優化學習過程，增強資源適應性，提高知識掌握率，提升學習興趣四個緯度對全體19名同學進行調查，系統回收問卷17份，回收率89%，有效率100%。系統調查結果呈現(如圖8所示)。其中，76%以上的學生認為在本次學習中能明確學習目標并且積極與同學合作；88%以上的學生認為本次學習知識掌握速度較快。

圖8 評價數據可視化呈現

絕大多數的學生認為本次學習有助于他們形成積極主動的學習態度，有助于激發他們的求知欲。學生知識技能、學習方法和信息素養水平均得到了提高，對本次學習過程滿意，對學習模式適應。

五、結束語

基于智慧課堂的教學模式對學生的行為數據進行真實記錄，利用大數據技術和智能算法對每一個學生的學習情況進行分析，根據學生在作業中反映出來的薄弱知識點，定向推送學習內容和測試題目，有助于學生知識與技能的獲得，優化學生的課堂學習過程，提升學生的學習效率和信息素養。在信息技術高速發展的今天，智慧課堂的發展潛力是無可估量的，它被認為是一種未來的學習支持技術。作為新興事物，基于智慧課堂的教學模式在教育教學的應用過程中，仍將存在著許多新情況、新問題，有待研究者們不斷根據教學的實際去更新、去思考、去發展。

[1] Matt Rattp, R. Benjamin Shapiro, Tan Minh Truong, William G.Griswold. The active class project: Experiments in encouraging classroom participation[DB/OL]. http://www.doc88.com/p-7048386936406.html,2015-02-04.

[2] Scott, Kristopher, M. Sc. Eng. Context aware services for smart learning environments[D]. Ontario: Lakehead University, 2009.

[3] Rania albalawi. Evaluating Tangible User Interface-based Mobile learning[D]. Ontario: University of Ottawa, 2013.

[4] Rachida ajhoun, Pr.M.Amine benkiran. Smart-learning: Adaptative tele learning system on the web[DB/OL]. http://www1.utt.fr/tice/cd/pdf/conf/1formweb/o51ajhoun.pdf,2015-02-04.

[5] 趙建華,朱廣艷.技術支持的教與學——多倫多大學安大略教育研究所Jim Slotta教授訪談[J].中國電化教育.2009,(6):1-6.

[6] 郭曉珊,鄭旭東,楊現民.智慧學習的概念框架與模式設計[J].現代教育技術,2014,(8):5-12.

[7] 唐燁偉,龐敬文,鐘紹春,王偉.信息技術環境下智慧課堂構建方法及案例研究[J].中國電化教育,2014,(11):23-29.

[8] 喬軍,吳瑞華,熊才平.智能移動終端的教學應用及前景分析[DB/OL].http://www.doc88.com/p-4935458886685.html,2015-02-04.

Study on the Design and Effect of the Learning Model Based on Smart Classroom

Bian Jinjin1,2, Xu Fuyin1
(1.School of Educational Information Technology, South China Normal University, Guangzhou Guangdong 510631;2. Department of teaching and research, Armed Police Command College of Guangzhou, Guangzhou Guangdong 510440)

Study on the learning model based on smart classroom, is a hot research in recent years. Based on the research of domestic and foreign related research, this paper analyzes the technical characteristics of smart classroom, designs the learning model based on smart classroom, embodied in the support technology of smart classroom, before class, in class and after class teachers and students science behavior can be taken, and demonstrates the effect of the learning model, which helps students to optimize the learning process, enhance the adaptability of resources, improve the knowledge mastery rate, and improve the learning interest.

Smart Classroom; Learning Model; Experimental Research

G434

：A

卞金金：講師，在讀博士，研究方向為智慧教育和信息技術教育(77984070@qq.com)。

徐福蔭：教授，博士生導師，博士后科研流動站合作導師，研究方向為教育電視、信息技術教育(xufy@scnu.edu.cn)。

2015年12月15日

責任編輯：宋靈青

1006—9860(2016)02—0064—05

* 本文系2013年度國家社會科學基金教育學青年課題“智慧學習環境下創造性人才培養模式的研究”(項目編號：CCA130131)、2014年度教育部高校科技戰略研究項目“信息化教學有效模式和方法研究”(項目編號：2014XX06)階段性成果。