智慧課堂教學系統建設與應用研究

陳志強+高靜慧

摘要：在大數據、人工智能和云技術的背景下，傳統的多媒體教育技術不僅無法支撐教學改革的推進，而且制約了一些先進的教學理念的落地。本文從山東省淄博市教育信息化現狀出發，分析了教育信息化技術不能滿足教學改革和教學實踐的突出問題，并提出了教學系統的核心需求，探討了其對學校創新教學模式、改革教學方法的影響，以期改善教學效果。

關鍵詞：智慧課堂；教學系統；思維可視化；師生互動；教學過程生成

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）20-0076-04

● 研究背景

1.國家對教育信息化發展提出的要求

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》提出：優先發展教育，提高教育現代化水平，強化信息化技術應用。提高教師應用信息技術水平，更新教學觀念，改進教學方法，改善教學效果。

《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》也提出：鼓勵教師利用信息技術創新教學模式，推動形成“課堂用、經常用、普遍用”的信息化教學新常態，全面提升教師的信息化教學能力和學生的信息素養。

2017年9月，教育部最新發布的《關于進一步推進職業教育信息化發展的指導意見》對信息技術與課堂的深度融合提出了更具體的要求，鼓勵開展信息化環境下的職業教育教學模式創新研究與實踐，大力推進信息技術與教育教學深度融合；用信息技術改造傳統教學；推進網絡學習空間的建設與應用，加強教與學全過程的數據采集和效果分析；鼓勵教師充分、合理運用數字教育資源開展教學；推廣遠程協作、實時互動、翻轉課堂、移動學習等信息化教學模式，最大限度地調動學習者的主觀能動性，促進教與學、教與教、學與學的全面互動，進一步提高教學質量與人才培養質量。

2.淄博市教育信息化現狀分析

山東省淄博市在《關于開展“四位一體”框架下推進新型智慧城市建設的總體規劃》中提到，將進一步加強信息化惠民服務，讓信息化服務教育，提高多媒體教室普及率、師生網絡學習空間覆蓋率、學習無線網絡覆蓋率等。“十二五”期間，淄博市教育信息化建設進入一個高速發展的階段，全市十個區縣一千余所學校全部接入互聯網，通過數字化校園驗收的學校達到573所，多媒體教室的覆蓋率普及率達93%，各級各類學校建成“一對一”教學班達到541個，其中部分學校實現了全年級、全班級、全覆蓋的“一對一”教學，學校網絡教學環境大幅改善，信息化應用基礎進一步夯實。

然而，我市多媒體教室的裝備水平不一，有的相對落后，即使裝備時間不久的學校，由于受多媒體技術水平限制和在裝備選擇上有誤區，也會存在課堂教學系統不能滿足教育教學改革需求的弊端，因而限制了先進教學理念的實施。針對上述問題，2017年，淄博市教育信息化工作推進辦公室開展了一系列的調研活動，如召開專題會議進行研討、考察調研多家信息技術公司和產品、試點引進智慧課堂教學系統等，在建設智慧城市的框架下積極打造智慧教育，充分發揮示范引領作用，促進教師利用信息技術改進教學方法、創新教學模式。

● 教學系統的問題研究

教學系統是教育系統的子系統，是指為了實現某種教學目的，由各教學要素有機結合成的具有一定教學功能的整體。智慧課堂教學系統主要是指整合應用大數據、云技術、人工智能等技術為師生提供更加智能的信息技術支持的教學系統。教學過程中的教師和學生都是富有活力的生命個體，只有教學設備不斷地更新和完善，才能為師生更好地開展教學活動提供強有力的平臺支撐。但是，隨著教學改革和教學實踐的不斷深入，廣大師生對信息技術的需求矛盾越來越突出，教學系統的發展也還沒有徹底變革，筆者結合當前一些常見的教學系統的特點和教學需求，分析了其存在的主要問題。

1.教學情境的強預設性

以往常用的幾種多媒體教學手段都有很強的教學預設屬性。不僅教學效果對教師的設計水平有較高的依賴，而且整個教學過程也會嚴重依賴課前的教學設計，即使在教學過程中有新的生成和討論熱點，但教師在教學預設的制約下，為了整節課的教學計劃正常進行，會有意識地忽略、轉移在教學互動中產生的新情境，即便這種情境要比原有的預設好。這樣會造成“信息化填鴨教學”現象的發生，不利于學生思維的培養和能力的形成。

2.教學設備的弱關聯性

多媒體教學設備在不斷完善，而各種設備之間相互獨立的現象卻普遍存在，如電腦、白板、觸控大屏、實物展廳、錄播設備之間相互獨立；設備操作也很繁瑣，各種多媒體產生的素材不能同時呈現，教學資源獲取不夠暢通，只能簡單依賴控制終端進行硬切換、訪問端口切換，這增加了教師使用和普及的成本及難度，在一定程度上影響了教學效果。

3.教學互動的弱參與性

（1）學生在教與學的過程中，不能及時將自己的所思所想以及隨堂作業轉化為課堂的教學素材。

（2）多媒體設備操作缺乏便利性、統一性，對學生而言，操作使用多媒體設備難度較大，導致學生不能及時參與到課堂的展示活動中。

（3）多媒體教學素材相對固定，缺乏屬性操作，教師不能根據需要及時、簡潔地對教學素材進行二次處理。

4.教學內容的弱生成性

當前，在眾多的多媒體教學系統中，還沒有一種系統可以為廣泛的多元教學過程生成提供支撐，這在一定程度上阻礙了教學改革與教育信息化的同步推進。PPT、微課、在線點播等教學手段還是一種線性的教學思維，排斥各種不同的教學生成和思維發散的出現，這會阻礙學生創新思維的發展。

5.教學過程的不可再現性

教學是一項創造性的工作，正如哲學家所說的“一個人不可能兩次踏進同一條河里”一樣，即使是教學過程的參與因素不變，教學過程也很難實現完整的“再現”。雖然錄播、微課、在線直播課堂信息技術的發展能在一定程度上解決這個問題，但還是不能滿足教學一線的需要。首先，錄播、在線直播課堂對硬件要求較高，只能在部分學校建設個別教室；其次，微課、錄播視頻后期制作成本太高，難度大，周期較長，這些導致其不能作為常規教學的主要手段；最后，錄播、在線直播課堂等對使用者的信息技術專業水平要求較高，普通教師難以掌握，這也在一定程度上制約著它的推廣與應用。endprint

● 智慧課堂教學系統需求與應用探析

隨著云技術、大數據技術、人工智能技術的推廣和廣泛應用，整個社會對智能終端設備的使用深度、廣度也不斷加強，但當前大多數多媒體教學設備、軟件、理念相對滯后，而師生對新的教育信息技術需求卻越來越強烈。本文通過對多媒體教學現狀的長期調查與研究，分析了其中的主要原因，并結合當前成熟的信息技術和教學實際中對信息技術服務教學的需求，提出了十一個關鍵需求點，即直觀、兼容、智能、互聯、生成、共享、互動、便捷、開放、多元和分類。

山東省淄博市在小學、初中、高中、中職學校都開展了試點工作，建設了“未來教育”智慧課堂，經過半年多的實踐應用，不僅顛覆了廣大教師對多媒體教學系統的原有認知，也創新了教學模式，變革了教學方法，改善了教學效果，得到師生的一致好評。筆者結合十一個核心需求分別探討了“未來教育”智慧課堂在實際教學中的應用價值。

（1）兼容。“未來教育”智慧課堂基于物聯網技術，高度整合了先進教學設備和海量教育資源，完全可以兼容原來的觸控一體機、資源平臺等教學資源。一方面，現有硬件設備在得到充分利用的同時，也能適應將來設備的升級與更新，充分發揮設備的效能，減少了重新購置全套設備的浪費，也減少了在資金、時間方面的消耗；另一方面，軟件的兼容性高，熟悉而便捷的軟件操作邏輯也非常有利于普通教師的使用和推廣，試點學校三個月就完成了一個“未來教育”智慧課堂功能教室的全部建設。

（2）直觀。計算機的廣泛發展得益于Windows的“所見即所得”理念，“未來教育”教學系統的操作軟件可以實現教學“思維可視化”，教師更容易掌握，從而更好地為教學服務。智慧課堂建成后一個月，各學科的骨干教師已經可以熟練利用新的教學系統開展教學和教研活動。

（3）便捷。“未來教育”智慧課堂使用觸控一體機、手持終端進行教學，解決了講臺操控對教師行動的限制。在教學過程中生成的素材都可以利用手持終端分享到大屏幕使用，二次處理也很便捷。所有的操作功能鍵都在屏幕四周，直觀便捷。在教學過程中，系統可以將各種元素便捷地處理成數字化語音、視頻、圖片、圖像等，操作簡單不需要利用第三方工具，這能進一步提高教學效率。

（4）共享。“未來教育”智慧課堂利用云技術，可以把課堂上學生精彩的講解視頻、精妙的解題過程、典型的發言語音、漂亮的作業等一秒上傳到云平臺，既可以作為日后教與學的素材，又可以作為學生在線學習的教學資源，可謂“一舉多得”。

（5）互動。“未來教育”智慧課堂在軟件系統上，運用現代信息技術，建立了功能齊全、交互迅速、使用便捷的“思維可視化”未來課堂教學支撐平臺。互動包含兩個方面：一方面是人機互動。支持觸摸技術能讓學生零距離地參與到教學互動中，發揮他們參與的積極性、主動性，開發創造性。另一方面是人員互動。支持“分屏互動”有利于開展小組教學；支持“多屏互動”便于開展“一對一教學”，實現師生之間、生生之間的充分互動，讓思想迸射出更多的火花。

（6）生成。“未來教育”智慧課堂教學系統提供的技術支持。課前通過以學定教、盤活資源、活化資源進行備課；課中通過以教促學、互動教學、移動教學、多屏互動、生成資源進行個性化上課；課后通過課堂觀察的數據和數據支持的評價方式進行檢測，資源和技術開放、易用。整個過程都是在動態生成，課堂效果更加精彩。

（7）智能。“未來教育”智慧課堂是一個數據精細采集、學習準確分析、按需精準推送的個性化教與學平臺。它能運用大數據技術，實現學生終端數據的接收、處理，數據的實時分析，給出教師需要的分析報告，讓教與學更加高效、智能。

（8）互聯。教室設施支持物聯網技術，空氣、溫度、濕度可控，實現環境的舒適性、人性化、生態化。“未來教育”智慧課堂教學系統是“教育云”支撐的優化課堂教學“班班通”和轉變學習方式“人人通”的系統，能讓課堂走出教室，突破時空限制，實現學生與學生之間、學生與教師之間的互聯，讓溝通與協作隨行。

（9）開放。信息技術應支持促進教學的發展。以往的多媒體系統大多數采用“一對多”的廣播式教學，這種教學方式已經阻礙了教學理念、教學方法的發展。智慧課堂教學系統支持師生常常用、天天用，通過自主、合作、協作學習完成學習行為的轉變。課堂內學習內容生動有趣，學習過程靈活互動、學習行為更加主動；課堂外通過精準推送的學習資源，實現處處可學、時時能學的個性化學習。這是充分發揮教師教育思想的教學平臺，是放飛學生創意，充分體現學生自主、合作、協作學習的平臺。

（10）多元。智慧課堂教學系統支持對既定素材處理的不同屬性操作，并且屬性操作精練、多元，教師可以根據需要進行選擇組合，更好地實現自己的教學意圖。教學現場教師可以通過手機、PAD、展臺、錄播高清攝像頭、無線攝像頭等現場采集素材，并能非常簡便地把所采集的素材立刻轉化為實時的教學素材，能讓課堂更高效、更有針對性。

（11）分類。傳統教學受到教學時間緊張、學生數量多等現實條件的限制，“因材施教”是廣大教師有心無力的一件事，而大數據、云計算、人工智能發展到今天，給“因材施教”插上了翅膀。智慧課堂教學系統能根據學生的學習狀況匹配分發不同的學習任務，然后由系統進行初步的處理分析，最后教師通過分析報告就能掌握每位學生的學習情況，并及時調整教學設計，對學生進行個性化指導。

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作者簡介：陳志強（1984.5—），助理講師，學士，主要研究項目有“中等職業學校信息化教學現狀與發展策略研究”和“中職教師教育科研能力提升研究”等。

一般資助項目：2017年度山東省職業教育教學改革研究項目“中等職業學校信息化教學現狀與發展策略研究”（2017434）。endprint