一種基于學情診斷的智慧課堂

馮康

摘要：為豐富本科高校課堂教學改革的手段，提出了一種基于學情診斷的智慧課堂。它在課前通過智慧課堂物理載體，對即將講授的新知識和新技能做一個前置介紹，然后通過學情診斷評估學生對新知識和新技能的認知水平，并針對認知水平的薄弱之處進行有目的的資源推送及確定課堂討論主題，課堂中利用大屏幕和移動設備端，開展課堂討論。實踐發現，由于智慧課堂獨有的課堂討論發言的并發性，可以最終解決學生學習的遺留問題，極大地提高課堂教學的質量。因此，基于學情診斷的智慧課堂是一種有效的本科高校課堂教學改革手段。

關鍵詞：智慧課堂;學情診斷;移動設備端;并發

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）27-0129-03

智慧課堂是本科高校智慧校園的基本單元，它是以培養創新型人才為目標，依賴現代教育技術，課前通過前置學習和學情診斷，評估學生對即將學習的新知識和新技能的認知水平，并根據評估情況開展有目的的資源推送，課堂上開展基于移動設備端的課堂討論，以學生發言和教師講解的并發性來收集和解決學生遺留問題的新型課堂。它是本科高校進一步貫徹落實全國教育大會和新時代全國高等學校本科教育工作會議精神，全面提升本科教育教學質量，開展課堂教學改革的重要手段。智慧課堂是一種嶄新的教學改革手段，剛剛在全國高校中推廣，并無統一的模式，尚無成熟的經驗和做法，大家都在摸索中。本文以在本科高校電子信息類專業廣泛開設的課程《單片機原理及應用》為例，結合作者在本科高校智慧課堂試點質量工程案例開展的體驗，拓展智慧課堂的教學內涵，并對如何科學地開展智慧課堂進行總結。

1高質量的學情診斷是保證智慧課堂質量的基礎

智慧課堂是一個有向的教學過程，學情診斷是整個教學過程的起點，它是了解學生知識點的欠缺，進行有目的的資源推送，確立課堂討論主題的依據。學情診斷開始后，教師首先通過智慧課堂物理載體，對即將講授的新知識和新技能做一個前置介紹，并設置檢驗新知識和新技能認知能力的互動答題，通過學生的前置學習和互動，診斷學生對新知識和新技能的認知水平。智慧課堂的物理載體不限，如“超星”智慧課堂、科大訊飛“多媒體教學機”等，我們采用的是“易班”高校教學綜合互動平臺。學情診斷的開始時間應該在實際授課的前5-4天內，這樣使得學生有充分的時間提前學習并互動，又不至于太早而在實際上課時對前置學習的新知識和新技能有所遺忘。學情診斷的第一步是對新知識和新技能的前置介紹，前置介紹的形式多樣，可以是“微課”視頻、課件，也可以是背景知識，還可以是幾個鏈接。比如我們在《單片機原理及應用》智慧課堂的“單片機的中斷優先級”教學單元中，對新知識和新技能的前置介紹的時間是課前第5天，前置介紹的內容有微課視頻2個，PPT課件1個，背景知識2篇，鏈接2個。2個微課視頻分別是“什么是單片機中斷的自然優先級”和“改變單片機中斷自然優先級的案例”，每個微課視頻的時長平均約90秒;其中“什么是單片機中斷的自然優先級”微課視頻錄制的是教師在單片機開發板上實現的兩個外部中斷，其中外部中斷0的中斷（單片機的蜂鳴器發出1000HZ的聲音）發生時，憑借其自然優先級高的特點，中斷了外部中斷1正在進行的中斷（偶數位發光二極管和奇數位發光二極管交替閃爍），而“改變單片機中斷自然優先級的案例”微課視頻錄制的視頻還是剛才的兩個中斷，但學生看到的卻是外部中斷1的自然優先級雖然低，但通過改變，同樣可以中斷正在進行的外部中斷0，通過這兩個微課視頻讓學生直觀地了解了“單片機中斷優先級”這一新知識;1個PPT課件詳細介紹了“單片機的中斷優先級”教學單元中涉及的所有知識點和技能實現，有中斷允許寄存器IE、中斷優先級寄存器IP、兩級中斷嵌套、中斷的自然優先級、單片機中斷優先級的編程、單片機中斷優先級的改變;兩篇背景知識一篇是“中斷優先級在計算機中的應用”，另一篇是“微型計算機的中斷優先級”，為同學們普及中斷優先級在計算機控制中的重要地位;2個鏈接分別是“電工學習網diangon.com”和“單片機基礎教程網http：//www.5lhei.com/mcuteach/”，這是兩個對單片機中斷優先級學習非常有幫助的網站。學情診斷的第二步是設置檢驗學生掌握新知識和新技能的互動答題，診斷學生對新知識和新技能的認知水平。互動答題的題目可以和前置介紹同時推出，方便學生通過前置介紹學習完新知識和新技能后立刻答題，以檢驗自己的認知水平，互動答題題目的設計要有原則性，既要全面又要提煉出本教學單元的關鍵知識點和技能，通過這些答題的答案就能區分出學生對新知識和新技能的認知程度，不能降低標準，寧可學生都答錯也要體現出認知水平，這是學情診斷的關鍵，它是后續有目的的資源推送的參考。比如我們在《單片機原理及應用》智慧課堂的“單片機的中斷優先級”教學單元中，設置檢驗學生掌握新知識和新技能的互動答題是10題選擇題，這10題既覆蓋了中斷允許寄存器IE、中斷優先級寄存器IP、兩級中斷嵌套、中斷的自然優先級這4個知識點，又提煉出了單片機中斷優先級的編程、單片機中斷優先級的改變這2個關鍵的技能。互動答題答案的提交時間是課前第3天，兩個合班共89名學生在規定截止時間前全部提交了答案。我們對答題情況進行了統計，統計情況見表1。

互動答題的統計結果暴露出即將開設課程的新知識和新技能對同學們來說是個難點，即使經過了前置學習，對新知識和新技能的整體掌握水平仍然不高，尤其是對一些關鍵技能的掌握水平低。因此，后續的有目的的資源推送變得必不可少。

2有目的的資源推送有效彌補前置介紹的薄弱之處

通過學情診斷，對前置介紹后同學們掌握不足的部分就了解得比較深了，知道了同學們的薄弱之處，下一步緊接著就要進行有目的的資源推送。這個資源推送的時間應該在學情診斷完成后立即進行，比如在課前2天進行，資源推送也不能像前置學習那樣追求全面，而是要有針對性，是根據前面的互動答題的情況來選擇的，如我們開展的資源推送，是在仔細分析了學生互動答題情況后精心設計的，比如互動答題的第1題和第2題是考查同學們單片機中斷優先級的概念和基礎知識，同學們的正確率分別為93.3%和92.1%，說明同學們經過前置介紹的學習，對這兩個知識的掌握是到位的，就不需要再推送相關的資源了;第3題、第4題和第5題的互動答題是考查同學們對于中斷允許寄存器IE中總中斷允許EA位和串口中斷允許位ES、定時器1中斷允許位ET1、外部中斷1中斷允許位EXl、定時器0中斷允許位ET0、外部中斷0中斷允許位EX0之間的作用關系，同學們答題的正確率雖然超過了50%，但仍有一部分同學掌握不到位，錯誤的原因主要是混淆了中斷允許寄存器IE中總中斷允許EA位和各個源中斷允許位的上下級關系，部分同學認為總中斷允許EA的優先級是高于各個源中斷允許，只要總中斷允許EA=1，各個源中斷就能中斷允許，而實際上總中斷允許EA=I雖然是上級，若EA=0則其他源中斷肯定被屏蔽，但即使EA=I若單個源中斷沒開放，該源中斷仍然被屏蔽。為此，我們專門撰寫了一篇分析文檔，詳細厘清了總中斷允許EA位和各個源中斷允許位的上下級關系，并將分析文檔立即推送給同學們。第6題到第10題共5題主要考查同學們應用單片機中斷優先級的專業技能水平，正確率非常低，說明同學們應用單片機中斷優先級專業技能水平非常低，是最需要推送這方面的資源;而最能讓同學們掌握應用單片機中斷優先級專業技能的資源就是實踐案例，只有通過實踐案例，同學才知道自然優先級是怎么分布的，如何通過軟件編程的方法強行改變單片機的中斷優先級，為此我們立刻設計了應用單片機中斷優先級專業技能的實踐案例3個，都是軟硬件結合的實踐案例，既有硬件的設計的要求，又有軟件的編程、編譯及最后下載后的結果，比如第一個案例按照自然優先級的順序，檢驗外部中斷0中斷優先級高于定時器0、定時器0優先級高于外部中斷1，而串口中斷優先級最低的單片機自然優先級;第二個案例展示如何通過編程使得自然優先級低的串口中斷高于外部中斷1，第三個案例展示如何通過編程使得優先級低的定時器1中斷正在進行的優先級高的外部中斷0，這些案例都是真實應用的實踐案例，全部設計方案及軟件代碼均在實際上課前2天推送給同學們，使得他們有時間進行接收并消化。

3基于移動設備端的課堂討論是收集和解決遺留問題的最佳途徑

通過前面的兩個工作，新知識和新技能的前置介紹及不足之處的彌補都已完成，但仍然不能保證所有同學們都已全面掌握了新知識和新技能，學生仍然有很多遺留問題，解決這些遺留問題，智慧課堂中的課堂討論是最佳途徑，因為通過前置介紹和資源推送，基礎的知識和概念學生都已掌握，這使得老師在智慧課堂的實際教學中可以快速地完成教學大綱規定的教學內容，從而預留出足夠的時間來進行課堂討論。課堂討論的主題是在教師的備課中已經提前擬好，是在學情診斷和有目的資源推送后，對學生可能存在的問題進行科學預判擬定的，是達到全面掌握本教學單元的知識和技能應該具備的知識儲備和技能儲備，是從另一個角度檢驗學生對本教學單元的知識和技能的掌握水平。所以當老師打開智慧教室里大屏幕，通過智慧課堂的綜合平臺展現出討論主題后，學生利用手中的移動設備端如平板電腦、智能手機就可以立刻投入到討論中，學生發言大致可以分為兩類，一類是已經掌握了本教學單元的知識和技能的同學從他們領悟的角度闡述他們對這些知識點的理解，并從學生的角度提出掌握這些知識和技能的技巧，一類是仍然沒有掌握的同學拋出他們的困惑和遺留問題。由于智慧課堂發言的并發性，所有同學的發言可以瞬間呈現在大屏幕上，老師和同學都可以看到，由于第一類的同學的發言是從學生學習的角度闡述掌握知識和技能的技巧，常常能引起沒有掌握的同學的共鳴，使他們豁然開竅，于是他們立刻發言，陳述通過同學的點撥，自己糊涂的地方已經弄明白了。比如，大屏幕上有同學提問如何以另一種方式再現外部中斷0的優先級高于外部中斷1，立刻有同學給出了這樣的方案：把外部中斷0設計為蜂鳴器發出1000HZ的持續聲，外部中斷1發出1000HZ的斷續聲音，當外部中斷1發出1000HZ的斷續聲音時，啟動外部中斷0，結果1000HZ的斷續聲音停止，取而代之的是1000HZ的持續聲，這個方案不同于老師推送的方案，提問同學隨即給出一個大大的贊。對于一些頑固性問題，老師立刻進行現場講解，隨著講解的深入，同學們再次發言，表明對老現場師講解的理解，或再拋出新的問題，老師抓住這些線索，繼續引深講解，層層解疑，討論越來越熱烈越來越深入，隨著課堂討論的進行，遺留問題越來越少，同學們的掌握水平越來越高，先進帶后進，老師帶學生，一次轟轟烈烈的課堂討論達到了高潮，所有的遺留問題都展現出來，所有展現出來的問題通過同學和老師的討論都基本上得到了解決，從而使得基于移動設備端的課堂討論將課堂教學的質量提升到了一個前所未有的高度。

4基于學情診斷的智慧課堂的優點

這種基于學情診斷的智慧課堂的成功除了物理載體上依賴現代教育技術帶來的教與學互動的便利，還在于其更符合學生學習新知識和新技能從不懂到明白的認知規律，相對傳統的課堂教學有著無法比擬的優勢。首先，課前的預習不再局限于教材，傳統課堂教學的前置介紹，教師也只能要求學生預習教材或指定參考書的內容，無法提供更多的素材，而基于學情診斷的智慧課堂的前置介紹的素材更加廣泛豐富，既有教材、參考書，還有微課、視頻、課件、案例、鏈接等等。其次，傳統課堂教學是無法診斷同學們預習的質量，對預習質量的無法掌控導致無法針對性地提供對應的資源，進而進一步提升前置介紹的質量，而基于學情診斷的智慧課堂能立刻評估出學生對新知識和新技能的認知水平，并立即進行有目的的資源推送，進而進一步提升預習的質量。最后，傳統教學中教師是帶著對學生預習質量一無所知走進教室的，或者教師心中已經默認同學們預習質量肯定是差，所以教師的備課仍然以傳輸知識和技能為主，而不是以解決學生的問題為主，更無法在備課中設計出貼合學生實際掌握程度的討論主題，這樣，很多寶貴的課堂教學時間都花費在傳授同學們基礎知識和技能，而這些同學們通過前置介紹和資源推送都可以掌握;特別是傳統課堂教學的課堂討論，學生的提問只能是串行的，即同學只能一個一個地提問，前一個同學的問題沒有答復完，后面的同學就沒法提問，同學們提問問題的質量沒法篩選，有的是簡單的問題，仍然占用了一個提問流程和時間，回答問題的只能是老師，同學們即使有好的解答，也無法反饋給課堂，課堂討論的效率低;而智慧課堂的課堂討論，依靠大屏幕和移動設備端，提問和回答可以實時互動，討論的主題是高質量的，是貼合學生實際掌握程度的討論主題，學生的提問是并發的，學生提問的許多問題可以同時展現在大屏幕上，這樣就可以挑選出高質量代表性的問題進行解答，解答問題的可以是老師，還可以是悟出道理的學生，尤其是學生的回答都是經歷了從不懂到搞明白的過程，他們的回答能展現對課堂知識和技能學習的深層次認知，這對所有同學都有啟發性，他們的答案更能引起提問同學的共鳴，而且隨著討論的深人，遺留的問題會越來越少，同學們對新知識和新技能的掌握達到了一個前所未有的水平，從而提高了整個智慧課堂教學的質量。因此，因此，基于學情診斷的智慧課堂是一種有效的本科高校課堂教學改革手段。