1∶1數字化環境下課堂教學互動的研究與實踐

王春艷

摘要：移動通信技術的發展和以智能手機為代表的自帶設備的普及為1∶1數字化學習的有效開展提供了有力的技術支撐，本文從四川大學手機互動系統的建設和應用出發，介紹手機互動APP“愛課堂”的系統組成和功能特征，并闡述了1∶1數學化環境下課堂教學互動的普遍應用模式和典型應用案例。

關鍵詞：1∶1數字化學習；自帶設備；手機互動系統

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2019）07-0098-04

兩個概念

第一個概念：1∶1數字化學習

21世紀，隨著數字化學習內涵和實踐的極大豐富和發展，一個具有跨時代意義的新概念被提了出來，即1∶1數字化學習。[1]概念的首次提出是在2002年IEEE關于無線和移動技術在教育領域的應用國際研討會上。“1∶1”是指讓每位學生擁有一套數字化設備，并享受這個設備提供的各種平臺和資源，從而在教師指導下進行有效學習的理念、技術和方法。簡單地說，即每一位教師和學生都擁有一部自己的、可移動的手機，通過無線聯網的信息與交流技術設備來進行教與學的活動。

第二個概念：BYOD（Bring You Own Device）自帶設備

學校情境中的BYOD就是讓學生自帶設備進入學校，并用這些自帶設備參與課堂學習。自帶設備包括智能手機、平板電腦和筆記本電腦等，而使用頻率最高最方便的是智能手機。

上海師范大學黎加厚教授與中山大學王竹立教授在2015年曾有過一場關于學生自帶設備進課堂的討論，在這次討論中，黎加厚教授指出：“事實上，國際教育界早就提出鼓勵學生自帶設備（BYOD）進課堂。最近剛從新加坡參加國際會議回國的焦建利教授在博客中寫到：‘基于移動終端的一對一數字化學習研究與實踐是全球熱點，在未來一段時間之內，這個趨勢將日趨鮮明。”[2]

從2002年1∶1數字化學習概念被提出，直到近幾年智能手機等自帶設備走進課堂，才真正為1∶1數字化學習的有效開展提供了有力的技術支撐。智能手機所構建的1∶1數字化學習環境充分發揮了1∶1數字化學習的最基本、最核心的特征：個性化學習和移動學習。

“愛課堂”手機互動系統

2011年，為推動“探究式-小班化”課堂教學改革，增強課堂互動，四川大學引入課堂表決器Clicker，有效支持教師在班級規模較大的課堂調動全體學生參與，適時掌握所有學生學習效果。2016年，隨著移動通信技術的發展和以智能手機為代表的自帶設備的普及，學校將利用手機APP構建1∶1數字化教學環境作為探索課堂互動教學的新舉措，與相關機構合作開發“愛課堂”手機互動系統。

1.設計靈感

在多年應用Clicker的過程中，筆者感受到Clicker最核心的問題在于其是非智能的，既不能接收到教師下發的資料，又無法保存上課的所有痕跡，Clicker所實現的互動并非真正意義上的“雙向”互動。使用過程中存在以下問題：①完全依賴PPT，課前教師需要做大量的準備工作，增加工作負擔；②實名簽到功能不夠人性化，學生簽到時每次都需要輸入簽到碼，而且錯過不能補簽，會占用一定的課堂教學時間；③支持的題型有限，尤其是不能支持主觀題；④教師需要的互動數據不能自動保存，需要手動導出。

根據以上使用經驗，筆者認為，要開發出符合川大課堂教學特色的手機互動APP，必須做到：①軟件不限載體，課前無需編輯；②實名簽到時，學生的姓名、學號在大屏幕上清晰可見，簽到成功有明顯提示，并且是后臺簽到，不占用上課時間；③客觀題支持單選、多選，并可限定答題時間；④支持主觀題作答；⑤教師需要的互動數據自動保存；⑥學生端互動記錄清晰留痕；⑦教室內網絡環境采用無線局域網消除師生間互動消耗流量的顧慮，同時確保數據通信流暢。

2.系統組成

“愛課堂”手機互動系統，從軟件系統的組成上包括三個部分：移動端（APP）、教室電腦端和云平臺。移動端（APP）和教室電腦端是服務于師生教學的主要載體，云平臺用于支撐系統的運行和教學大數據的集中存儲、共享、分析和決策。

（1）教室電腦端

教室電腦預置“愛課堂”軟件，為了消除技術門檻，軟件不依賴任何載體，采用屏幕截圖的方式，支持任意形式的課件。不改變教師原有的授課習慣和模式，節省教師備課時間。

（2）學生端APP

學生端是一款原生開發的APP，學生的自帶設備既是主要的學習終端，也是“愛課堂”課堂互動功能的核心載體，所以通過“愛課堂”，改變了手機在課堂中的地位，使其成為了學生學習的利器，也真正實現了BYOD的常態化應用。學生通過“愛課堂”APP實現一鍵簽到、接收教學資料、課堂答題、彈幕提問等互動功能，通過高頻率的互動時刻維持大腦的興奮度，提高課堂積極性和參與度，提升課堂教學質量。依托云平臺，實現課前預習檢測、課中實時互動、課后鞏固提高等功能。

（3）云平臺

學校自建云平臺，具有完全的數據擁有權和使用權，一方面保障數據的安全性和保護師生的知識產權，另一方面為學校建立大數據中心，后期的數據深度挖掘、分析、決策打下堅實基礎。

3.系統架構

系統采用2層+3層混合網絡結構（如圖1），在課堂教學環境中，采用三級架構，學生端APP與教室電腦端形成局域網絡，數據在教室內傳播，因此可以做到高性能低延遲，并不會增大核心網絡的負載。教室電腦端與云服務器通信，可以集中下載教學數據并上傳互動結果數據，避免了學生分別下載、上傳數據對核心網絡和服務器的壓力。在課堂外，采用二級架構，教師終端和學生終端通過校園網或互聯網直接與云平臺通信，實現了隨時隨地學習互動。

如上頁圖2所示的雙網絡結構的優勢在于在確保全校師生大規模使用手機互動系統進行教學的前提下，對網絡和服務等設備性能提出了最低的要求，降低了系統建設的門檻。

4.功能特征

“愛課堂”實現了課堂教學的全過程支持，并完成課程的全維度數據記錄。采用教室電腦端與云平臺相結合的方式連通綜合教務系統，除了提供教學數據的中心存儲以外，通過一鍵簽到，學生的出勤缺課一目了然；利用隨堂測試，教師對自己的課堂教學了然于胸；隨時發起的彈幕提問，學生的疑問靈感隨時吐槽；挑人搶答，不但活躍課堂氣氛，更能體現互動公平；資料下發，方便教師將與知識點相關的拓展資料一鍵下發到學生手機端，課后隨時隨地查看；分組模式助力小組研討，深入開展協作探究。

云平臺具有完整的教務管理（數據）模塊、知識結構管理、教學資源庫、學習社區，最重要的是具有強大的數據分析功能，能針對各種數據進行分析并提供分析結果，如整個學期完整的數據報表、分課時統計學生答題情況、按題目統計學生答題情況、課程教學質量統計、學生學情分析、管理員身份查看教室簽到情況、管理員身份查看課程互動情況排行等。

課堂教學應用情況

1.普遍應用模式

手機互動系統實現了“課前—課中—課后”為一體的移動互動教學（如圖3），并初步實現了“數據收集—分析預測—教學決策”的精準化教學模型。一鍵簽到、挑人搶答、彈幕提問等功能實現師生即時互動；隨堂測試、打分等功能服務全過程學業評價；團隊合作答題，分組排行展示功能助力小組研討；二次簽到、課前預習和課后作業發布等功能，確保學生學習成效。

具體應用模式為：課前，教師可以在云平臺布置預習資料或前測試題，通過學生的提交率和答題正確率來檢測預測情況，并決定教學的起點和課堂授課的重點；課中，學生利用“愛課堂”通過簽到、隨堂測試、提問搶答、分組學習等方式與教師實時互動，教師通過學生到課率、參與度和答題正確率來檢驗授課成效，并能實時調整授課進度，修訂教學方案；課后，教師通過云平臺布置課后復習資料和后測試題，及時鞏固，通過學生的提交率和答題正確率檢測教學效果，同時發現教學中的盲區。最重要的是，每個階段產生的分數都會按比例計入學生的平時成績，為學生的全過程學業評價提供數據依據。

2.典型應用案例

目前，四川大學已經建成手機互動教室291間，占學校教室總數的60%，越來越多的教師愿意嘗試，善于使用，也進一步深度開發出了各具學科特色的教學方法。

①循循善誘，自主探索。《創業管理》課堂上教師首先通過“彈幕”引導學生思考“何為商機”，了解學生對概念的初步印象，再通過案例選擇題的方式，讓學生判斷不同情境下“商機”的可能性，學生答題情況展示在屏幕上，教師有針對性地選擇不同答題選項的學生進行深入討論，從而引導學生一步一步接近“商機”的學術定義。

②合作探究，搶權發言。《貨幣經融學》的課堂多半是“講授+研討”，教師首先講授新課20分鐘，緊接著給出討論主題下發到學生手機端，學生分組討論，10分鐘后，利用搶答功能邀請優先搶到發言權的3個組上臺表述觀點，最后教師進行總結性點評。

③多元化考核，平時成績量化。《無機材料物理化學》的授課教師堅持一個學期80%以上的課時使用手機互動APP，突出過程性評價，平時成績有據可依。例如，講授硅酸鹽晶體結構時，首先知識回顧，引入新課。通過單選題回顧Si的結構，緊跟著讓學生繪出Si的晶體結構，答案拍照上傳，隨機選擇4名學生的作品同屏展示。接著新課講授，知識強化。學習完硅酸鹽晶體結構，分別通過單選題、挑人和搶答的方式一步一步引導學生深入思考。最后下發一篇相關論文作為課后拓展學習資料。

④階段性小測，診斷教學效果。《系統解剖學》利用手機互動APP進行階段性小測，課前在云平臺按知識點創建題庫，抽取10道難易均衡的客觀題用于章節測試，生成試卷并發布。課中實名制簽到后，下發整套試卷到學生手機端，學生在自己手機上作答，10分鐘倒計時結束，得分同步回傳到學生手機端，答題結果以柱狀圖形式呈現，教師有針對性講解出錯率高的題目，并對相關知識點重新梳理。

3.應用效果分析

為了更好地了解“愛課堂”在教學中的使用效果，我們隨機抽取了148名學生進行問卷調查。客觀數據顯示，90%的學生表示愿意接受“手機進課堂”輔助課堂教學，85%的學生表示愿意接受這種互動教學方式，75%的學生認為“愛課堂”的應用增強其對課堂的參與感和積極性，89%的學生覺得“愛課堂”促進課堂師生互動的公平性。主觀反饋集中在三個方面：①督促自主學習。很好地避免了偷懶翹課情況的發生，對自控能力較差的學生起到了很好的督促作用，對于課程需要花更多的時間預習和復習，這種相對新穎的教學和學習方式幫助了自己順利通過考試。②檢驗學習成效。課堂做題可以很有效地檢驗當堂課的學習效果，當場在大屏上就能知道有沒有做錯。③提高課堂注意力。提高大家上課的注意力，隨機點人回答問題的時候，學生的精神都高度集中，在短時間內必須靠自己想出答案，所以不論回答得怎么樣，都是對自己思維的鍛煉，重要的不是答案而是思維的方式。

“愛課堂”的使用，在促進課堂師生互動的公平性、督促學生自主學習、提高課堂注意力和檢驗學習成效方面得到了學生的認可。

總結

“手機互動教室”作為四川大學“雙創”智慧教學環境建設工程的一分子，營造了一種數字化、個性化和智能化的教學輔助環境，為教師提供完整的、系統化的教學服務，為學生提供更多參與課堂互動的機會，使學習方式由“單向傳播”轉向“雙向互動”，更好地支持了 1∶1數字化課堂教學應用，助力四川大學課堂革命。預計2019年四川大學手機互動教室將實現全覆蓋，為下一步大數據分析和精準化教學做好前期儲備。

參考文獻：

[1]徐樂，宋靈青，邸妙詞，等.一對一數字化學習研究[J].中國電化教育，2014（5）.

[2]黎加厚，王竹立.最終改變課堂的或許是手機——關于學生自帶設備進課堂的討論[J].中國信息技術教育，2015（20）.