智慧課堂的數據流動機制與生態系統構建

晉欣泉　邢蓓蓓　楊現民　狄璇

【關鍵詞】? 教育大數據;智慧課堂;課堂數據;數據流動;課堂生態;生態系統;構成要素;模型構建

【中圖分類號】? G434????? 【文獻標識碼】? A????? 【文章編號】? 1009-458x（2019）4-0074-09

一、引言

云計算、物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈等多種新興信息技術的飛速發展及其在教育教學中的廣泛應用，推動著教育教學邁入一個新時代。2018年4月，教育部發布了《教育信息化2.0行動計劃》（教育部， 2018），首次提出“智慧教育”這一名詞，并將“智慧教育創新發展行動”列為推動教育信息化2.0發展的“八大行動”之一。一場智慧教育變革運動在全國范圍內推廣施行。

構建智慧課堂是實現智慧教育的必由之路，也是實現課堂變革的重要抓手（邱藝， 等， 2018）。作為一種新興課堂形式，智慧課堂將課堂教學與信息技術深入融合，促使傳統課堂向數據化、可視化、智能化方向發展（楊現民， 等， 2017），成為教學研究的新熱點。關于智慧課堂的內涵解讀主要有兩種觀點：一是以教育教學為主導的智慧課堂研究，認為智慧課堂是“充滿智慧”（吳永軍， 2008）的，是“輕松、愉快、個性化、數字化”的（龐敬文， 等， 2015），旨在促進學習者智慧的全面、協調和可持續發展（祝智庭， 等， 2012）。為了提升學生創造性思維能力和解決問題能力，李祎等（2017）從技術——學習雙維度對智慧課堂進行特征分析，圍繞認知策略、元認知策略與交互策略三大類，列舉了促進智慧生成的11子類策略，并分別給出了技術支持方式，以便有效促進學生的智慧生成。二是以信息化為主導的智慧課堂研究。有學者認為智慧課堂是指“配備無線通信、個人數字設備、傳感器以及虛擬學習平臺”（Hwang， Chu， Shih， Huang， & Tsai， 2010），具有“個性協同化、智能跟蹤化、工具豐富化及活動智慧化”（唐燁偉， 等， 2015）等智能化特性的高技術含量教室。越來越多的學者從不同的角度對智慧課堂智能設備的有效性開展實證研究，加州大學圣迭戈分校的Matt Ratto等（2003）為提高在課堂教學中學生的參與度，開展了基于無線移動設備ActiveClass的課堂教學實踐，并設計了相應的教學方法與策略;Michelle Lui和James D. Slotta（2014）提出基于技術增強的沉浸式教學環境有助于提升學生的學習效果，等等。

隨著“互聯網+”大數據時代的到來，人與技術、人與人之間因交互而生成的數據可被真實采集與永久存儲，研究者逐漸意識到數據在智慧課堂中的核心作用。在教學模式構建方面，晉欣泉等（2018）構建了基于大數據的智慧課堂教學模型并驗證了該模型的教學有效性;在課堂數據采集方面，王冬青、韓后等（2018）基于情境感知技術從用戶、任務、位置、時間、設備、基礎設備六類教學情境構建了智慧課堂數據采集模型，并定義了智慧課堂動態生成性數據描述框架與云端數據交換機制;在數據分析與應用方面，劉邦奇等（2018）基于智慧課堂大數據構建了學習行為影響分析、學習行為路徑分析、學生行為關聯性分析和學業成績預測分析四類應用模型，并通過分析真實數據挖掘了學習行為路徑與學業成績變動的聯系。

大數據技術的創新應用推動了課堂教學變革發展的研究，基于數據的智慧課堂逐步受到學術界與實踐領域的共同關注。然而，數據類別繁雜冗余、課堂教學復雜多變、師生數據素養不足等現實，使得課堂數據的教學價值無法充分發揮，對于如何將數據合理有效地應用到課堂中，打造高質量、高效能的智慧課堂還有待進一步探究。基于此，為了全面認識智慧課堂教學環境，本研究從課前、課中和課后三大教學場景詳細闡述智慧課堂的數據流動機制，并圍繞該機制從生態學的視角，重新定位整個智慧課堂的組成要素與各要素間的關聯性，最后提出了構建智慧課堂生態系統的四條路徑，旨在營造一個協同、共生、持續發展的智慧課堂。

二、智慧課堂的數據流動

從廣義上講，課堂泛指進行各種教學活動的場所，而狹義的課堂是指存在于學校情境中被用來進行教學活動的場所。本研究所說的課堂是指廣義的課堂，即凡是發生教學活動的地方都存在課堂，包含課前、課中和課后三種場景。由此，智慧課堂是指依據建構主義學習理論，在大數據、物聯網、云計算、人工智能等新一代信息技術的支持下，實現“云+網+端”在課前、課中和課后教學全過程數據運用的智能、高效的課堂形態（孫曙輝， 等， 2018），旨在通過智慧的教與學促進學生智慧發展。

智慧課堂是隨著大數據技術在教學中的不斷應用與融合而逐步發展的。智慧課堂中多元化的教學活動、多維度的師生交互、多節點的智能檢測以及跨平臺、跨產品的人機交互，會產生海量的教育數據。掌握這些數據的流轉機制是生成課堂智慧、構建高效能智慧課堂的前提。師生依托各種信息系統開展基于智慧課堂教學模式的教學活動，同時各系統能夠持續采集師生生成的多模態教學數據。經過數據處理與分析的中間過程，這些數據被轉化為具有價值的教學知識，并被及時反饋到課堂教學中，幫助教師優化教學活動，促進教學數據的流動，實現智慧課堂的智能化及效益產出最大化，以此循環。接下來將從課前、課中、課后三個方面對智慧課堂的數據流動機制進行詳細分析（如圖1所示）。

（一）課前數據的生成與流動

課前，根據學生的歷史學習檔案和課后任務完成情況，教師使用備課系統靈活選取或開發預習資源（課件、微課、習題等），將其發布到網絡教學系統平臺，會生成備課內容、備課時間、備課方式、資源好評率等數據。學生按照學習任務要求利用網絡教學系統學習資源，并完成預習測評，針對預習過程中遇到的問題，與同伴或教師討論交流，會生成資源學習數據（如瀏覽時長、預習進度、學習路徑、重播節點等）、課前測試數據（如題目類型、測試總分、答題正確率、錯誤重復率等）與討論交流數據（如師生交互指數、生生交互指數、話題參與度等）。

教學目標的制定與教學方案的設計是開展智慧課堂教學的重要基礎。在課前教學活動中，網絡教學系統，如學習儀表盤、海星預警系統等（張振虹， 等， 2014），能夠持續監控、記錄整合與云端存儲學生在線學習行為，并按照使用者需求對數據進行深入分析，將分析結果以可視化形式呈現出來，幫助教師精準掌握班級整體與學生個體的當前學情與學習需求，精心設計出科學合理的教學方案與策略。教師備課系統通過分析教師備課數據以及時診斷教師當前的備課狀態與投入程度，為教師教學反思與績效考核提供依據。

（二）課中數據的生成與流動

以學生為中心的智慧課堂教學活動需要教師不僅能夠根據學生課前預習情況做好課堂預設與應急處理方案，還應結合學生的學習狀態和測評結果反饋數據動態調整教學計劃，增強師生間的互動與交流，實現智慧課堂的高效教學。

課中，教師基于課前學情分析報告，應用課堂互動教學系統創設不同的教學情境導入新課，并提供多樣化的學習設備與資源來支撐學生進行自主或協作探究。在此過程中，師生會生成互動行為數據（如教師講授時長、師生問答類型、學生發言次數、活動參與度等）、師生情緒數據（如情緒狀態、持續時長等）和班級管理數據（如設備運行狀態、使用次數、使用時長等）。教師利用電子白板的同屏展示功能同步批注與點評個人或團隊成果，進而采用隨堂檢測的方式檢查學生學習效果。最后，通過分析學生答題正確率、錯誤重復率、答題時長、成績分布區間、主觀題答題詞云等隨堂測試數據，教師按照共性問題重點精講、個別問題個別輔導的原則，有的放矢地實施教學策略。

課堂互動是智慧課堂的核心特征，學生與同伴、教師、資源的多向互動數據能夠在一定程度上反映出學生認知結構、情感傾向狀態、課堂教學效果等。智能錄播系統能夠自動識別一名或多名教師和學生的行為、語音與面部特征，持續追蹤師生互動行為數據及情緒數據（Lukas， Mitra， Desanti， & Krisnadi， 2016），幫助教師了解學生共有的學習模式，進而科學安排教學內容與進度，以優化學生學習體驗。與此同時，教師借助課堂互動系統能夠實時分析學生資源學習數據與隨堂測試數據，即時反饋與評判學生“學”的成效，以此動態調控“教”的行為，增強智慧課堂教學的針對性，實現師生高效智能教學。

（三）課后數據的生成與流動

課后，教師通過匯聚學生課前與課中的互動表現、測評成績、學習情緒等學情分析報告，結合學生能力模型、興趣愛好、學習風格等，全面評估每位學生的學業能力，了解學生的學習需求，進而利用網絡教學系統向學生分層布置個性化課后作業與開展一對一學業輔導，系統將自動采集教師的輔導答疑數據，如輔導學生的人數、內容、時長及學生滿意度等。學生借助網絡教學系統提交作業后，能夠即時得到客觀題反饋結果，在了解自身知識掌握情況、反思學習過程與結果的基礎上，應用移動學習APP隨時隨地進行自主學習，查漏補缺，促進自我全面發展。在這個過程中會生成作業練習數據（如作業完成進度、正確率、時長、方式等）與個人反思數據（如反思主題、內容、時間、深度等）。

課后輔導是智慧課堂必不可少的環節之一，是在精準評價的基礎上針對學生課堂存在的問題“對癥下藥”。網絡教學系統能夠將移動學習APP上的學習數據同步上傳并對其進行分析，利用智能批改技術自動批閱學生作業練習數據，快速診斷知識薄弱點，并通過建立個人檔案與個性題庫提供多維度學習報告，為學生推薦最優化的學習同伴、資源與路徑。如適應性學習平臺將教育資源語義庫與學習行為模型庫做整合分析，向學生提供個性化的學習解決方案。與此同時，在學習報告的支持下，學生也可以借助信息雙向反饋機制將對教、學、考、評、管等教學業務的評價反饋給教師，幫助教師反思教學行為，有針對性地改進與優化下節課的教學活動，提高課堂教學效率與教學質量。

三、智慧課堂生態系統架構

（一）信息生態系統

信息生態系統是信息生態學中的核心組成部分，是由信息人、信息資源和信息環境三大要素之間相互影響、相互作用而構成的有機整體，其核心并非技術，而是技術所服務的人（Friedlander， 2003）。隨著數字媒體技術的飛速發展，信息技術已成為生態系統有機的要素，信息生態學逐漸發展成為生態學的一個分支學科。一般認為，“信息生態學”一詞最早出現于德國學者Rafael Capurro（1989）發表的論文《信息生態學進展（Towards an Information Ecology）》中。國內學者李美娣（1998）從基本要素、系統功能和結構成分三方面剖析了信息生態系統，指出信息生態系統是由信息自身、生命體及其周圍環境三者相互聯系與作用的有機整體。近年來，學者逐漸意識到信息生態在課堂教學中的應用（劉智明， 等， 2018），期望構建完整的課堂體系，促進教學的變革與創新。

大數據時代，信息生態系統與大數據環境間的關聯越來越密切。從海量的數據中處理、分析和挖掘有價值的信息，并將其應用于系統中，有助于促進信息生態系統的可持續發展，由此大數據已然成為信息生態系統中的重要組成要素（陳茫， 2015）。由于教育數據挖掘與分析是智慧課堂的核心應用，并且在智慧課堂教學主體之間、主體與教學環境之間同樣存在知識傳遞、技術融合和數據流轉的關系，故我們可以從大數據與信息生態學的視角出發，將智慧課堂視為一個微觀的生態系統，圍繞智慧課堂數據流動機制，分析智慧課堂生態系統中的組成要素及各要素間的關聯性。

（二）智慧課堂生態要素分析

智慧課堂是一種基于數據架構的教學信息生態系統。結合祝智庭等（2017）提出的智慧學習生態與張立敏等提出的基于未來教育空間站的課堂生態系統，本研究認為智慧課堂生態系統的構成要素主要為教學主體、課堂環境、教學資源和教學數據（如圖2所示）。系統中的主體是指從事課堂教和學活動的生命有機體，即智慧型教師和智慧型學生。各主體間、主體與環境間正是通過教學資源相互作用的。對作用過程中生成的教學數據進行挖掘分析，有助于維持與調控智慧課堂生態系統向著動態平衡的方向發展。

1. 教學主體

“信息人”處于信息生態系統的主體地位，是指具有一定的信息需求并參與信息活動中的相關人員。其信息素養直接決定著信息資源、信息生態環境的狀況，影響著整個信息生態系統的發展和穩定。智慧課堂生態系統中的“信息人”是智慧課堂教學的主體，包括智慧型學生、智慧型教師、學生群落和教師群落。其中，智慧型學生作為新一代的智慧型學習者能夠充分利用網絡資源滿足自我需求，是智慧課堂教學知識的獲取者、建構者和創造者;智慧型教師是智慧課堂教學的組織者、引導者和協調者，既要將自己所掌握的知識傳遞給學生，也要在教學過程中實現自我成長，具有較高的教學智慧與良好的信息素養。與此同時，相對于某一智慧型教師或學生而言，其他智慧型教師和學生則通過協作探究學習匯聚成群落，分為教師群落和學生群落。

2. 教學資源

信息是聯結“信息人”和信息環境的紐帶，同信息生態系統中的信息傳遞過程一樣，教學過程實質上是教學資源雙向傳遞的過程，智慧課堂生態系統中的教學資源主要是指課堂教學中在不同生態要素之間及要素內部進行轉移與擴散的具有教學價值的信息。隨著各種新型信息技術在教學中的應用，教學資源在呈現方式、優化更新等方面發生了改變，不僅包括原有的素材類資源（如課本教材、教具教案等）與教學類資源（如網絡公開課、微課等），還增加了管理服務類資源（如教學資源公共服務平臺等）與應用軟件類資源（如網絡教學平臺、APP學習軟件等）（方兵， 等， 2013）。教師和學生的資源使用數據會轉化為有效的資源評價信息，不斷提高教學資源的質量和可信度，以滿足教學主體不斷增長的信息需求。

3. 課堂環境

智慧課堂生態系統中的課堂環境是指影響教學主體進行教學活動的環境因素，由物理環境和文化環境構成，是整個系統發展的基礎。物理環境是指由教學場所和各種現代信息技術教學設備集合而成的外部基礎環境，主要包括建筑形態、溫度亮度、學習空間等，具有動態重組和可擴展性，能夠根據教學需求與反饋進行教育化改造，為智慧課堂高效教學提供了重要的實踐場所。文化環境是指具有和諧、平等、民主、開放課堂氛圍的內部教學環境，主要包括學習風氣、管理制度、考核方式等。課堂環境為師生、生生和師師進行全方位的交流溝通提供了一個便捷有效的平臺，促進了師生與教學設備間的交互，推動了教學數據和教學資源的傳遞與共享。

4. 教學數據

智慧課堂生態系統中的教學數據不是孤立的數據，而是跨場景、跨平臺、多維的動態關聯數據。從紛繁無序的教學大數據中采集、處理和分析出來的信息，影響著生態系統的運行、創新和發展。教學數據作為智慧課堂生態系統中的一個新事物，由各生態要素之間的相互作用生成，具體而言是根據教育需求對課堂中生成的數據進行采集與分析，并將分析結果應用到教學活動中的數據集合，按教學場景可劃分為課前、課中和課后教學數據。課前教學數據由資源學習數據、教師備課數據、課前測試數據和討論交流數據構成;課中教學數據由互動行為數據、隨堂測試數據、班級管理數據和師生情緒數據構成;課后教學數據由作業練習數據、輔導答疑數據和個人反思數據構成。需要強調的是，依據信息生態學的信息行為原則在應用教學數據的同時也要加強對數據的安全與隱私保護。

（三）智慧課堂生態系統模型構建

教學主體的多樣性和系統不同要素間相互關系的復雜性，決定了智慧課堂生態系統是一個較為復雜的層級系統。本研究著眼于智慧課堂中各要素間的關聯性，基于多層次分析法構建了智慧課堂生態系統模型，包含核心層、基礎層、交互層和匯聚層（如圖3所示）。該模型以教學主體互動為核心，注重構成智慧課堂生態系統的不同要素及其在智慧課堂教學過程中的協同作用，并對生成的課堂數據進行采集匯聚、價值分析與教學應用，旨在保證各要素和諧良好地互動、交流與循環，促進智慧課堂形成一個相互聯系和作用的有機生命整體。

1. 核心層

核心層由智慧課堂生態系統中具有生命活力的教學主體開展基于教學資源的教與學活動而構成，如師生互動、同伴互助以及師師協作等。教學主體不僅是智慧課堂生態系統的“生產者”和“消費者”，更是“傳遞者”和“管理者”，推動著智慧課堂的數據流轉與能量流動。一方面，智慧型學生通過參與課堂教學中的新課授導、協作探究、成果分享等環節，不僅能夠從教學環境和其他教學主體等生態因子中吸收能量，聚集智慧，還可以向外界釋放自己的想法與建議;另一方面，智慧型教師依據學情分析數據報告能夠精準把控教學目標與活動安排。

2. 交互層

交互層由各種相互關聯的教學資源組成，是教學主體之間、教學主體與教學環境之間建立聯系的紐帶。在智慧課堂生態系統中，教學資源的傳遞過程為：首先，教師通過設備呈現、口頭表達等方式將教學資源知識點按照一定的邏輯順序言簡意賅地傳遞給學生;其次，學生將捕捉到的有效信息知識進行自我建構，并把加工過的知識反饋傳遞給教師;最后，教師結合教學實際分析反饋信息，針對學生學情優化課堂知識與調整傳遞過程，保障教學資源內容的傳輸質量。與此同時，教師會利用一些課堂環境中的輔助工具，如3D虛擬實訓軟件、VR交互視頻資源等，來提高學生的學習積極性，激發學生的學習內在動機與活力，促使教學資源被持久、有效地在課堂教學中傳遞。

3. 基礎層

基礎層由文化環境和物理環境與課堂教學間的互動相融而構成。只有在一個充滿正確價值導向、良好課堂風氣的課堂環境中，學生與教師才能更好地擁有平等民主的師生關系以及攜手共進的合作關系（李森， 等， 2011），各教學主體間才能圍繞優質的教學資源和精準的教學數據進行知識分享與情感傳遞。營造一種以人為本、充滿活力的課堂環境有助于促使師生、生生雙方友好地對話和互動，進而不斷創造出新能量。課堂環境中各種技術存在的本質不是工具的使用，而是與教學業務的交互融合，根據師生操作與需求即時提供正確反饋，實現課堂教學形式的創新與教學資源的豐富，助力智慧課堂生態系統有序運行。

4. 匯聚層

智慧課堂生態系統中的教學數據隨著各要素間的互動交流不斷遞增，進而形成了匯聚層。教學數據在教學情境的協助下被賦予教學價值，經過工具分析加工轉變為教學信息，再經教師進一步認知加工演變為教學知識，進而在教學應用中升華為教與學的智慧，營造了一個“教學數據—教學信息—教學知識—教學智慧”的動態循環流程。從大數據中挖掘出有價值的信息，不僅為互動雙方提供了雙向反饋，有助于系統的自我修復和自我調節，以維持系統的穩定，更是各生態因子提高自身優勢的重要途徑，有效促進了以數據為導向的智慧課堂生態系統的良性、穩步發展。

（四）智慧課堂生態系統特征

傳統的課堂生態系統一般具有整體性、共生性、多樣性、交互性與開放性等特征。在此基礎上，本研究從智慧課堂數據流動的角度分析，認為智慧課堂生態系統具有以下三大核心特征。

1. 數據流轉，實現貫通性課堂設計

教學數據貫穿智慧課堂的整個教學流程，是連接各教學環節的“橋梁”。教師從數據貫通的角度整體設計課堂教學方案，增進各要素間的協同作用，為智慧課堂生態系統的可持續發展提供了支持。課前，依據學生課后作業完成情況與課前預習數據分析報告，教師精心設計本節課的教學計劃;課中，教師在深入分析學情數據的基礎上，結合各教學設備運行數據，按照學習需求動態調整教學方法與策略，做到教學張弛有度;課后，根據學生課堂學習效果，教師分層布置個性化作業，并進行教學反思，及時優化與改進下節課的教學設計與目標，如此循環，從而實現教學設計的貫通性。基于數據的課堂教學設計打破了學習需求與教學活動間的壁壘，提高了不同課堂活動間的連續性與相關性，促使系統各要素在相互作用中有效互動、協同進化。

2. 數據增值，激發師生創造活力

智慧課堂生態系統利用大數據技術量化師生教學行為，將師生生成的教學數據“翻譯”成有價值的信息，為教師反思與優化課程教學、學生自我評價與規劃學習路徑提供科學依據，以激發課堂活力。師生作為智慧課堂生態系統中具有生命力的教學主體，影響著課堂活力的生成與價值的創造。一方面，學生應用可視化技術將學習過程與學習結果可視化，能夠直觀地看到自己的學習時間、答題正確率、歷史錯題記錄等過程性學習數據，有助于學生更客觀、全面地認識與評估自我，從而主動規劃自身的發展方向與路徑，增強學習自主性，激發學習熱情與活力;另一方面，教師通過分析、捕捉教學過程中有價值的課堂數據，如了解學生創造性的解題方式與內容、掌握學生對不同教學環節設計的滿意度等，開展符合學生學習需求的多樣化教學活動，引導學生在探究實踐中不斷迸發知識的火花，實現多元學習和智慧碰撞。

3. 數據決策，追求教學效益最大化

教學決策決定著智慧課堂生態系統發展與優化的方向。可視化的數據分析結果為教師動態調整教學節奏、合理配置教學資源提供了科學決策的基礎，使教師具備更高水平的教學決策能力。在教學設計方面，通過對學生生成的學習數據進行持續分析與智能挖掘，有助于教師掌握學生全景式的學習診斷結果，并及時發現與科學預測學生在學習過程中可能存在的問題，進而實施有針對性的干預措施，以提高教學目標的達成率。在課堂管理方面，通過分析教室內各教學設備的使用頻率、維修頻率、教學效果、師生滿意度等數據，將師生隱性的教學需求顯性化，有助于教學資源和教學環境圍繞教學主體的切實需求制定升級與優化策略。利用數據挖掘和學習分析技術，從原本看似散亂無關的課堂數據中挖掘出隱性而有用的信息，洞察智慧課堂中關鍵問題所在，引導生態系統向著有序、平衡、積極的方向發展，有利于充分發揮數據的教學價值，實現教學效益最大化。

四、智慧課堂生態系統構建路徑

（一）強化課堂即時反饋，實現教學數據的閉環運行

即時反饋是協助開展教學活動的重要技術手段，是指生態系統內各因子能夠“知情”自身以及其他部分的狀態（祝智庭， 等， 2017），并能根據指令或變化快速做出相應的決策、活動或行為，以維持系統特定的發展軌跡。由于智慧課堂生態系統各個要素和活動之間都是緊密聯系、互相影響的共生關系，各要素應能針對教學需求立即做出相應的有效反饋，保證教學數據被快速、正確地生成、獲取與流動。

教師可選取合適的教學互動工具，在促進學生積極參與課堂活動的同時實時采集與分析生成的教學數據。教師既可以借助互動工具，采用隨堂測試、彈幕討論、趣味知識競賽等互動方式，調動學生的學習熱情，也可以利用智能錄播系統及時捕捉學生的動作性反饋，通過分析學生面部表情與動作姿態獲取學生當前的學習情緒與教學活動的參與度，進而直觀掌握每位學生的學習效果。如清華大學開發的“雨課堂”，是一款課堂教學交互工具，應用習題發布、問卷調查、投票統計、彈幕等功能，教師能即時獲取答題正確率、錯誤率、知識圖譜分布等學生反饋信息，為學情診斷和教學反饋提供科學依據。此后，教師要將學情分析常態化應用于課堂教學活動，如設計多個少而精的隨堂測試題、增加對學生的問答頻率、積極參與學生的討論交流等，并根據反饋信息不斷改進與調整教學活動，從而推動新一輪的數據生成與流動，實現教學數據的閉環運行。

（二）培養師生數據素養，促進課堂數據效能的發揮

系統的波動性是信息生態系統的固有屬性（Taylor， 2016），智慧課堂生態系統中任何要素的動態特性都會在相應的數據變化中有所體現。智慧型學生與教師是生產與運用教學數據的主體，具備較高數據素養水平的師生能夠捕捉數據所帶來的教學價值，加強對教與學過程的統籌規劃，最大限度地發揮教學數據效能。

為掌握中小學教師數據素養的整體發展水平，本研究團隊通過對我國東中西部10個省份、不同學科、不同背景（城鄉）的中小學教師進行分層抽樣調查，得出教師在意識態度層面、基礎知識層面、核心技能層面以及思維方法層面的平均得分分別是3.24、3.12、3.13和3.06，低于平均分數，表明當前我國中小學教師的數據素養整體水平較為一般。由此，教師不僅需要掌握培養廣博的數據處理技能和敏銳的數據洞察力，學會正確收集、處理與分析學生的學習和行為數據，找到其中的問題，并采取相應的措施及時干預，還應培養正確的數據解讀能力與常態化數據應用能力，能夠通過分析學生學情報告深入了解學生的學習行為表現，以此改進教學方法和策略，提升課堂教學的可行性、科學性與精準性，真正發揮數據的價值。同樣，學生也要培養自身的數據素養。正所謂“知人者智，自知者明”，學生要學會借助學情大數據認清自我，對自己的知、情、意、行等特征進行科學、客觀的評價，從而制定符合個人能力基礎的發展路徑，并在規劃執行中根據學情數據的變化進行適當調整，有助于增強整個生態系統的活力指數，創造出更大的數據智慧。

（三）強化智能感知與分析，實現教學環境的智能運行

在智慧課堂生態系統中動態生成的教學數據與教學情境密切相關，在不同的情境下相同教學行為下的師生潛在需求存在一定的差異性。強化智能感知與分析課堂教學情境信息有助于更深入地理解與洞察師生真實的教與學需求，進而為教師和學生提供更舒適的物理環境條件與更適用的教學支持服務，實現智慧課堂智能運行。

在智慧課堂教學環境中，應利用各種傳感器裝備，將課堂教學設備與互聯網連接起來，實現教學物理環境監測變量與教學環境設備間的智能聯動，即通過檢測室內的聲音、空氣、溫度、光線等參數，進而根據預設的理想參數自動調節相關設備，如教室的溫濕度與空調、光照度與燈光、二氧化碳含量與通風系統等。基于攝像頭、可穿戴設備等，運用情境感知、面部識別等技術可以實現對教學情境的智能化識別、定位與分析，能夠感知與獲取師生的位置、操作、情緒等情境數據，并結合個人行為特征模型進一步分析與預判教學主體的行為動機與集成化、個性化教學需求，為師生主動推送信息負載合適、滿足教與學需求的教學支持服務。如通過人臉檢測、輪廓檢測和主體動作幅度檢測三方面獲取數據，利用貝葉斯因果網推斷視頻主體行為特征，實現課堂教學視頻的計算機自動化S-T分析（周鵬霄， 等， 2018），增強了人與技術之間的智能交互。

（四）豐富智慧環境給養，滿足師生多樣化教學需求

智慧課堂生態系統的發展離不開教學環境對教學主體的支持，環境中正向、多樣的教育給養不僅有助于教師將信息技術與課堂教學有效融合，還能幫助學生認識到如何借助信息技術提高學習（賀斌， 等， 2012）。生態心理學家Gibson（1979）從生態學的層面揭示了有機體與環境之間整體、互惠、動態的相互作用關系，提出了“給養”（Affordance）的概念，被用以描述教學環境對教學主體的支持關系，強調給養是屬于環境的，并由環境提供給有機體。Liu（2009）基于普化教育資源環境（Environment of Ubiquitous Learning with Educational Resources， EULER）開展了為期16周的課程教學活動，通過對學生進行訪談和問卷調查提出EULER可以提供知識建構、應用、綜合、評價、互動、協作學習、基于游戲的學習和情境感知學習八種教育給養。該研究結果不僅便于教師理解如何更好地將信息技術與課堂教學相融合，還可以幫助學生了解如何利用信息技術改善學習。

位于相同教學環境中的不同教學群體所感知到的環境給養是不同的，因此教學環境對于他們而言也具有一定的差異性。教師在創設教學環境時，一方面要遵循學生在教學環境中的感知覺和行動規律開展教學活動。教師在設計學生預期行為的同時應重視學生的學習需求，在實際的課堂教學中根據學情不斷地調整教學活動，以激活和引導學生正確的自我學習意圖。另一方面，要提供與教學活動和學生學習需求相匹配的學習工具與資源。教師應充分了解不同學習工具所具有的給養并針對具體的教學活動與多樣化的學習需求，為學生提供一系列不同的學習工具，創建與完善個性化的積極給養，抵制與彌補負面給養，以維護有機體與教學環境間良好的網絡聯系。

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