課堂教學新模式構建方向與途徑研究

摘要：人工智能、大數據、“互聯網+”和AR/VR等技術的快速發展，給課堂教學帶來了前所未有的沖擊和改變，取得了十分顯著的成效，但人工智能等技術還沒有真正給課堂教學帶來深層次、大規模、革命性f結構性）的改變。該文從信息化視角對課堂教學問題做了層級劃分，系統分析了信息技術條件下課堂教學第一層級和第二層級問題的實際解決情況，闡述了在人工智能等技術條件下，課堂教學第二層級問題尚未形成完整有效的解決方法體系是導致課堂教學沒有出現深層次、大規模、革命性改變的根本原因;討論了在人工智能等技術支持下，破解課堂教學第二層級問題的信息化教學新模式構建方向和基本思路;提出了從基于工具和資源的知識學習與問題探究、基于微課和云課的人網融合課堂翻轉教學、基于大數據的精準教學與精準學習等方面，分類、分層次構建課堂教學新模式的方法，并深入討論了學科圖譜、教學與學習路徑、技術賦能方式等影響課堂教學新模式構建的關鍵因素。

關鍵詞：課堂教學新模式;人工智能;智慧教育;人網融合

中圖分類號：G434

文獻標識碼：A

一、信息技術難以引發課堂教學革命的根源剖析

人工智能、大數據、 “互聯網+”和AR/VR等技術的快速發展，給課堂教學帶來了前所未有的沖擊，帶來了課堂教學變革與創新的機遇，課堂教學在很多方面也的確發生了令人矚目的改變。正因如此，智慧教室、智慧校園和云平臺等各種與課堂教學相關的環境建設已經大規模、快速鋪開;各種智能技術在教育中應用相關的詞匯，諸如智慧教育、網絡學習空間、翻轉課堂、微課與慕課、智慧課堂、精準教學與精準學習、個性化與自適應學習等，更是如雨后春筍一般涌現了出來。這些足以顯現出在教育領域中，無論是環境建設，還是教學研究與實踐等對信息化的重視程度。

然而，盡管各種信息技術在教育領域的應用已經全面鋪開，也取得了十分顯著的成效，但是，在教育的主戰場，課堂教學方面，還沒有真正出現通過信息化帶來的深層次、大規模、革命性（結構性）改變[1]。那么，為什么在其他領域和教育的其他方面，信息技術很容易帶來革命性改變，而在課堂教學方面卻很難帶來革命性改變呢？

要想找到真正的原因，還得從源頭談起。事實上，任何技術引入到課堂教學中應用，其目的只有一個，就是為解決課堂教學所存在問題提供有效支持。因此，判斷一種技術是否能夠在課堂教學中發揮作用，以及發揮作用程度大小，應從課堂教學自身所存在問題是否得到解決人手研究。

課堂教學所存在的問題，從信息化視角看，可以分為兩個層級：第一層級問題是課堂教學的思路和方法自身沒有不足或缺欠，主要是由于支撐手段、條件方面存在不足所導致的效率和便捷性方面的問題;第二層級問題是由于課堂教學自身思路和方法方面存在缺欠所導致的問題。這兩個層級問題的性質完全不同，相應通過信息化解決問題的做法自然也是有天壤之別的。

通過信息化解決課堂教學第一層級問題的模式比較簡單，只要按照問題實際需要建設必要的信息化環境，再開展相應的技術操作培訓就可以了。所需要的設備和系統，一般情況下，技術人員能夠獨立研發出來。因此，從一定程度上講，建設了環境等同于實現信息化了。

目前，從信息技術為課堂教學已經提供的較為成熟的實際支撐情況看，成效比較顯著的應用是為課堂教學提供便利有效的教學和學習支撐環境。而這些應用，大多數只是解決了課堂教學第一層級問題。諸如考試閱卷和成績統計分析，多媒體教學設備及所配套的教學課件，交互電子教學設備（白板或電視）及配套的交互教學工具，移動終端及所使用的客觀題答題與統計分析、練習上傳與評價，資源云平臺所提供的教師快速獲得和共享資源等，這些教學應用的確給課堂教學帶來了非常大的便利和實效。

但是，課堂教學的情況是非常復雜的，很多需要通過信息化解決的問題屬于第二層級問題，如果不研究清楚教學自身問題如何解決，單純靠技術，無論技術多么先進，多么智能，應用多么全面，只能解決課堂教學第一層級問題，是無論如何也解決不了課堂教學第二層級問題的。

課堂教學第二層級問題大多數又是較為復雜和動態多變的，在很多情況下，不可能用一種教學方法解決所有教學問題。比如，一門課程有很多知識點，一個知識點又有多個知識片段，針對同一知識片段，不同學生可能出現的問題也是動態多變的[2]。教師面對動態多變的教學過程，一方面，無法事先預見出所有可能情況，就難以將所有情況下的問題解決辦法全部梳理清楚，另一方面，即使能夠預見出所有可能的情況，也不可能按照無法窮盡多變情況的需要，事先準備出滿足所有實際情況的信息化支撐環境。如果僅是就事論事的應用信息技術，又很難找到統一規律，也就無法將信息技術快速大規模推廣出去。這些問題不僅是是影響課堂教學質量和效率的關鍵之所在，也正是導致信息技術難以給課堂教學帶來深層次、大規模、革命性改變的根本原因。

二、課堂教學新模式構建方向與思路

教育信息化2.0行動計劃明確指出，要充分運用人工智能、大數據、 “互聯網+”和AR/VR等智能等技術，建設“互聯網+教育”大平臺，構建解決教育教學瓶頸性問題的人才培養新模式、教育服務供給新模式和教育治理新模式，實現學生學習、教師教學和數字校園建設全覆蓋，師生信息素養和信息化應用水平提高[3]。其中，人才培養新模式和教育服務供給新模式，其主要目的就是要解決課堂教學中所存在的核心問題，這也明確了人工智能等技術在課堂教學中應用的總體方向。

要想在課堂教學中充分發揮人工智能、大數據、 “互聯網+”和AR/VR等技術的作用，就必須找到人工智能等技術能夠帶來課堂教學深層次、大規模、革命性改變的正確方向與思路，以及切實可行的途徑和方法。

（一）課堂教學新模式構建方向

如果課堂教學中不存在任何不足和缺欠的話，就根本不需要任何信息技術。但是，常規條件下的課堂教學，由于受到教學條件、教師數量和水平等限制，課堂教學中能夠選擇的教學結構、可采取的教學方法和所能夠使用的教具等是相對固定和受限的，課堂教學模式也是很難改進的。正是這一原因，致使課堂教學中一直存在著很多難以解決的瓶頸性問題，諸如學生厭學、疑難知識不易理解、創造性思維能力培養普遍欠缺，優秀教師不可能服務所有學生，無法實時監測教學狀況并做出及時調控等。這些問題，在常規教學條件下很難找到讓絕大多數教師和學生都能夠采用且行之有效的解決辦法。

如果沒有新的教學手段和條件出現，這些問題仍然難以很好破解。實踐證明，人工智能、大數據、 “互聯網+”和AR/VR等技術，能夠為這些問題的破解提供切實可行的條件支持。但是，即便是有了很好的信息化環境，如果僅停留在課堂教學第一層級問題的解決層次上，課堂教學的深層次問題仍然無法通過信息技術來解決。因此，人工智能、大數據、 “互聯網+”和AR/VR等技術支持下的課堂教學新模式的構建，應當朝著為解決課堂教學中普遍存在的瓶頸性問題提供有效支持的方向努力，應在課堂教學第一層級問題已經有了很好解決的基礎上，重點是解決課堂教學第二層級問題。應充分運用人工智能、大數據、 “互聯網+”和AR/VR等技術，構建出使學生發自內心認同教師所安排的學習內容，引導學生找到最適合的學習路徑，為學生提供最有效的支撐環境，讓學生找到最佳學伴、得到最優秀教師支持開展學習活動、能夠動態掌控學習狀況并及時做出相應調整等的課堂教學新模式。在此基礎上，構建起人網融合智慧學習新樣態，培養德智體美勞全面發展的高素質人才[4]。

（二）課堂教學新模式構建思路

不同類別的課堂教學問題，對人工智能、大數據、 “互聯網+”和AR/VR等技術的支持需求也不盡相同，相應需要構建的課堂教學新模式差異也會很大。因此，在構建課堂教學新模式時，應根據課堂教學問題的實際情況和特點，有針對性地應用人工智能等技術解決問題，構建出相應的課堂教學新模式，并形成與之對應的應用方式及支撐系統。

能否構建出有效的課堂教學新模式，一方面取決于對課堂教學問題把握的準確程度及相應問題解決辦法的有效程度，另一方面則取決于可能獲得的支撐技術類別與水平、成熟度及可能應用程度等[5]，教學本身問題的梳理及解決方法決定著課堂教學新模式構建的方向和效度，而所能夠采用的各種信息技術，則決定著信息化環境建設的層次和水平，進而影響著課堂教學新模式構建的品質。

課堂教學中可能出現的問題是多種多樣的，因此，在構建課堂教學新模式時應充分考慮到各種可能的情況，應有與之相應的處理對策和辦法。由于課堂教學中所存在的問題分為兩個層級，而這兩個層級問題的性質截然不同，因此，在構建課堂教學新模式時，對于兩個層級問題的處理對策和辦法必然有很多差異。

對于課堂教學第一層級問題，由于自身教學思路和方法方面不存在缺欠，因此不需要做教學思路和方法方面的研究，只要按照教學便利和效率方面的實際需要配備設備、軟件系統和資源等，并開展技術使用方面的操作類培訓，就可以解決問題了。在這種情況下，課堂教學新模式構建的基本思路是，系統梳理出課堂教學第一層級問題，確定解決每類問題所需要的支持技術和應用方式，提出相應的支撐系統功能要求，在此基礎上選擇合適的信息化環境，并開展有針對性的應用。如何準確判斷并梳理出課堂教學第一層級問題，構建與之相應且行之有效的信息化教學模式，并選擇適合的信息化手段，相對而言比較容易。具體需要研究和實證的是如何按照問題的實際需要，盡可能提供針對性強、便利有效的信息化支撐平臺。比如利用考試系統完成閱卷與成績統計分析，利用交互教學設備和多媒體課件講課，利用資源云平臺快速獲得和共享教學資源等，就屬于這種情況。針對課堂教學第一層級問題，所構建的課堂教學新模式，能帶來的革命改變主要體現在便捷和效率方面。在這種情況下，再好的技術，也不可能直接帶來課堂教學思路和方法方面的改變。因此，不可能出現課堂教學思路和方法方面的革命。

對于疑難知識不易理解、創造性思維能力培養困難、優秀教師不可能服務所有學生、學生無法根據自己個性情況選擇最佳學習路徑完成學習活動等課堂教學第二層級關鍵問題，要想構建出人工智能等技術支持下能夠有效解決所存在問題的課堂教學新模式，則應從課堂教學中可能存在的問題，相應問題的教學新思路和新方法，以及有效支撐技術等方面做深入系統研究。應首先梳理清楚課堂教學問題，并做出科學的分類。然后，在課堂教學問題分類基礎上，針對每類問題分別研究出人工智能等技術支持下的課堂教學新思路和新方法，再按照課堂教學新思路和新方法的實際需要研究相應的技術支撐方式，并在應用實證中通過迭代建設和改進智能支撐環境。這項研究和實證涉及到很多方面因素[6]，諸如學科圖譜，群體學生共性學習規律和個體學生畫像，可能的教學和學習路徑集，學生學科素養圖譜，可以使用的教學設備、場地和支持系統，教師教學能力與素養，教師可以獲得的教研和培訓支持，地域及學生家長情況，學校及地方政策導向等，都可能對課堂教學新模式的構建產生重要的影響。

當前，課堂上可用的教學環境主要分為多媒體教室、PAD智慧教室、數字紙筆教室和學科教室等類型，課下主要是網絡和學習終端。但無論哪種環境，都應從教學和學習的具體問題人手，研究適合的支撐技術及相應的支撐方式。因此，在課堂教學新模式構建時，應在教學問題梳理及解決研究基礎上，從技術可能提供的支持方式角度，針對每類問題分層次構建出技術支持下的課堂教學新模式。

三、課堂教學新模式構建途徑與方法

由于課堂教學可能出現的問題是多方面和多種多樣的，因此，構建通過信息化解決課堂教學問題的新模式，應從不同教學環境、不同教學組織形式、不同教學階段、不同教學活動類別等方面分類、分層次研究。在課堂教學新模式構建時，應著重解決課堂教學第二層級問題。

目前，從宏觀層面看，人工智能等技術支持下的課堂教學的方式角度可以分為三種類別：一是在多媒體設備、移動終端設備和網絡等信息化教學環境中，利用教學資源和軟件所開展的課堂教學;二是利用網絡和遠程互動教學支撐系統所開展的網絡互動教學，包括專遞課堂、網絡直播課堂、雙師互動課堂;三是利用網絡課程（慕課）、微課等所開展的人網融合課堂教學等。

本文在充分考慮人工智能等技術支持課堂教學的多種可能方式基礎上，從基于教學工具和資源的知識學習與問題探究、基于微課和云課的人網融合課堂翻轉教學、基于大數據的精準教學與精準學習等方面，分類、分層次討論課堂教學新模式的構建途徑與方法。

（一）基于教學工具和資源的知識學習與問題探究新模式

常規條件下的課堂教學，是由任課教師組織與講解、指導和幫助學生完成學習活動，這也是當前課堂教學主要結構類型。因此，人工智能等技術，首先應為這種教學結構類型的課堂教學提供有效支持和幫助。

在這種教學結構類型的課堂教學中，教學的難點主要是學生厭學、疑難知識不易理解和創造性思維能力培養普遍欠缺等。而學生厭學，很大程度上是由于疑難知識不易理解和創造性思維能力培養普遍欠缺所導致的。因此，在這種情況下，構建課堂教學新模式的重點應聚焦在如何借助信息技術有效支持知識深度理解和問題深入探究上。通過基于教學工具和資源的知識學習與問題探究新模式構建，破解“疑難知識不易理解”和“創造性思維能力培養困難”等課堂教學第二層級問題。

不同學科、不同知識點、不同知識片段的知識理解和問題探究方式差異很大，因此，對信息技術的需求也不盡相同。目前，信息技術在這兩個方面的應用，能夠起到比較有效支持作用的是教學資源和教學工具。

因此，應重點研究如何基于教學工具和教學資源，有效支持知識深度理解和問題深入探究的途徑和方法，再建立相應的智能支撐系統，并按照教學路徑對課堂教學所需要素材與工具、套件和路網資源等進行系統分類。應充分發揮信息技術的優勢和作用，建立起備課、課堂互動教學、教研和培訓一體化系統，豐富和完善素材與工具、虛擬仿真實驗室、教學套件和路網等資源，為新模式構建提供有力支撐和保障。

不同專業、不同學科的課程差異非常大，對教學工具和教學資源的需求類別和程度也不一樣?？傮w上看，可以分為理工和文史兩大類，其中，理工類更多需要工具類資源做支撐，而文史類則更需要體系化資料類資源做支撐。

1.基于體系化集成資料的知識學習與問題探究

在很多課程的課堂教學中，普遍存在常規條件下不易理解的學習內容或難以探究的問題，而這其中又有相當比例的內容需要精準和豐富的相關資料做支撐，才能更好地完成知識理解和問題探究活動。但是，在常規條件下學生很難快速、系統、準確獲得這些資料。即便是能夠做到，也要耗費學生大量時間，且在能夠找到相當豐富文獻資料的前提下才能夠完成。而信息技術在這方面恰恰能夠提供很好的支持，因此，應借助多媒體、“互聯網+”和人工智能等技術，按照科學的分類體系建立體系化的資料庫，將所有相關資料匯聚在一起，并建立智能檢索引擎系統，使得教師和學生能夠快速、便捷、精準獲得所需要的資料，有效支持知識的深度理解和問題的深入探究。

比如文史、藝術類課程的知識理解和問題探究，較為重要的學習支撐資料是能夠反映出人類社會發展過程的相關信息資料，以及學科發展沿革相關的信息資料等。以《紅樓夢》小說閱讀為例，如果學生不知道那個年代社會的組織形態，人們的生產和生活樣態，人與人之間的關系等，就很難理解小說中所描寫的諸如劉姥姥、王熙鳳等人物，以及劉姥姥進大觀園等相關的事件，也就很難真正體會到作者寫作的高明之處。針對這一問題，借助信息技術，將社會發展過程中的關鍵人物和事件，按照年代、地域和朝代等，建立歷史沿革關鍵信息體系化資料庫，就能夠為這類語文閱讀教學提供很好的支持，幫助學生深度理解知識，完成問題探究。

2.基于教學工具和仿真實驗室的知識學習與問題探究

對于理工、農醫、交通和礦山等專業類課程，除了通過體系化集成資料能夠很好完成的知識理解和問題探究之外，還有很多通過資料不好理解的知識和難以探究的問題。這些知識的系統學習和問題的深入探究，不僅需要知識應用過程方面的學習支撐環境，還需要知識內涵可視化理解的學習支撐手段。以血液在人類身體中的流動為例，對于心臟供血和回血等知識的學習和相關問題的探究，如果僅借助文字、圖片和音視頻等資料，就很難將人體血液在所有血管中的流動情況動態清晰展現出來。這種情況下，借助人工智能技術，按照人體血液運行規律，通過計算仿真建立血液動態流動模型，再利用AR/VR技術模擬仿真出真實樣態，并可交互控制流動狀態等，就能夠幫助學生更好地理解知識和探究相關問題。

應當注意的問題是，這些知識的理解和問題的探究，不是將過程簡單模擬出來，將知識可視化呈現出來，就一定能夠很好地提供學習所需要的支撐環境、教學工具和虛擬仿真實驗室了。

對于知識理解而言，一是要能夠將知識的內在機理可視化呈現出來。如果存在多種變化狀態的話，則需要能夠交互控制各種影響因素，并可視化呈現出相應的變化樣態。二是對于存在多種變化狀態的情況，要能夠按照教學和學習需要，便捷選擇多個狀態進行比較和分析，能夠記錄各個特殊狀態特征并做比對分析。三是要能夠按照知識內在機理模擬操作過程，并能夠對關鍵學習點進行有針對性的測試和評價。

對于問題探究而言，一是需要計算仿真出問題探究所需要的支撐環境和各種探究支撐工具，能夠根據探究方案開展探究活動，并呈現出相應的探究結果。二是能夠記錄探究活動過程，并能夠對探究活動過程中的不同階段狀態進行比較分析。三是能夠對探究活動過程進行指導和評價。

總而言之，這種課堂教學模式的實施，需要利用人工智能等技術建模，計算仿真出符合知識內在機理的動態演化過程，利用AR/VR技術模擬仿真出真實樣態并可交互，在此基礎上研究開發課程虛擬仿真系統和學科教學工具等。

（二）基于微課和云課的人網融合課堂翻轉教學新模式

當前，主流課堂教學結構還是一個教師以班級為單位組織一批學生開展教學活動。按照這種教學結構，即使配備了現代化多媒體教學設備，課堂教學仍然只能是教師統一講授、指導或評價，所有學生只能在教師統一組織和安排下，按照單一方式開展學習活動，教師不可能單獨為某個學生提供個性化教學服務。下了課后，學生也不可能有機會得到教師的個性化指導和幫助，更不可能得到其他更優秀教師的講解、指導和幫助。課堂教學的這一實際情況，直接制約了學生的個性發展。在這種情況下，無論使用什么樣先進的教學設備和手段，都改變不了學生只能通過課堂獲得教師講解、指導和幫助等的教學局面。

而在常規條件下，無論如何也不可能打破這種教學結構，因此，也沒有機會破解優秀教師不可能服務所有學生的教學瓶頸性問題了。 “互聯網+”和視頻技術的迅猛發展，為解決優質師資個性化供給問題提供了全新的途徑和機會[7]。借助視頻技術，可以按照需要錄制優秀教師的教學片段或完整教學活動，再通過“互聯網+”技術將這些視頻資源以合適的方式，供給所有需要的學生和教師。正是因為有了能夠將優秀教師教學智慧無限放大的技術支持，翻轉課堂等多種形式的課堂教學改革便應運而生，微課、云課、網絡課程和慕課等也的確給課堂教學帶來了強有力的沖擊，正在逐步改變著原有課堂的教學結構，給課堂教學帶來了巨大的生機和活力。

但是，“互聯網+”和視頻技術等，只能提供將教師教學智慧錄制和傳播的技術支撐手段，還是無法保障課堂翻轉教學的品質。課堂翻轉教學效果的好與壞，主要取決于錄制目的明確、錄制內容精準有效、錄制教師優秀、錄制效果好等。而錄制目的是否明確、錄制內容是否精準有效、錄制教師是否優秀，則主要取決于課堂教學問題梳理是否系統，每類問題相應解決方法是否正確，可能的教學和學習路徑是否科學，每條路徑所選擇的教師是否恰當，是否能夠持續挖掘出教師最優教學智慧，智能技術支撐教學和學習活動的融合應用是否有效等。

優秀教師教學智慧的錄制與匯聚，不能盲目進行。應根據可能的教學和學習路徑，有針對性地錄制。目前，教學和學習路徑可以分為講練結合、學導練和探導拓三種基本類別，因此，應按照這三種不同類別的教學和學習路徑，利用“互聯網+”和視頻等技術錄制優質教師教學視頻，建立學習路網資源，在此基礎上分類構建與之相應的課堂翻轉教學新模式。通過課堂翻轉教學新模式的構建，破解課堂教學第二層級問題“優秀教師不可能服務所有學生”，同時，為解決另一個課堂教學第二層級問題“學生無法根據自己個性情況選擇最佳學習路徑完成學習活動”奠定堅實基礎。

1.講練課堂翻轉教學新模式

目前，大多數教師的課堂教學思路和方法，主體上還是采取講練方式的。這種類型的課堂教學，學生只能在課堂上才能夠聽教師講解，而且也只能按照教師的統一教學安排聽講。在課前或課后學生不可能聽到教師的講解，即便是在課堂上，也不可能隨時隨地按照自己的需要、適合的方式聽到教師的講解，更不可能聽到其他教師的講解。

因此，講練課堂教學的翻轉，應著重從課前、課中和課后個性化聽講的角度展開。課堂翻轉教學的基礎保障是有能夠支撐翻轉的微課、云課或慕課，這些微課、云課或慕課，可以由主講教師自己完成，也可以匯聚更多的優秀教師共同完成;可以按照單一教學路徑錄制，也可以按照多個教學路徑錄制。針對這一情況，我們將講練課堂翻轉教學模式分為基本型、完全型和人網融合型三種。

（1）基本型。教師按照自己課堂上的教學路徑，選擇有必要的環節分片段錄制成講解或指導微視頻，并提供相應的學習指導材料，制作成微課程。通過網絡學習空間將這些微課程提供給學生，使得學生有機會在課前聽到教師講解，課上和課后根據學習情況進一步選擇性聽講。

（2）完全型。教師根據所教學生的實際情況，篩選符合所教班級學生共性學習情況的教學路徑集，并針對一節課中的關鍵教學片段，按照每一條路徑分別錄制講解和指導微視頻，并提供相應的學習指導材料，形成微課程。在此基礎上，建成學習路網資源，使得學生有機會能夠按照自己適合的方式聽到教師的講解或指導。

（3）人網融合型。不僅教師自己按照完整型做微課程，建成學習路網資源，還能夠將其他優秀教師的學習路網資源匯聚到一起，形成優質的學習路網資源，共同為學生提供優質學習路網資源。所建設的學習路網資源，除了能夠用于支持學生個性化聽講以外，還可以支持教師實現人網融合的課堂教學。

通過學習路網資源，學生可以隨時隨地獲得優秀教師的講解或指導。對于教師而言，一方面，自己可以借鑒優秀教師的教學思路和方法，另一方面，當自己某一環節講解或指導不到位的話，可以將最好教師的講解或指導視頻直接播放給學生，局部替代教師講解，實現優質教師供給課堂。真正做到教師自己和學習路網有機融合，為學生供給最好的教育服務，實現人網融合的課堂翻轉教學。

從匯聚教師講解或指導的微課程方式上看，無論是由主講教師自己完成，還是同其他教師共同完成，微課或網絡課程（名師云課）又可有兩種做法：一是按照一種教學路徑制作云課或微課程;二是根據群體學生共性特征，優化篩選出能夠基本上覆蓋群體學生總體情況的教學路徑集，再按照每條教學路徑分別制作云課或微課程，形成學習路網資源。一般情況下，學校常態化同步課堂的翻轉教學，比較適合的支撐資源是微課程，而寒暑假、中高考或階段性復習等，比較適合的資源則是名師云課。

2.學導練課堂翻轉教學新模式

在學導練課堂教學中，教師主要是通過問題/任務牽引學生的學習活動，在學習活動中起到組織、引導、指導、講解和幫助等作用，盡可能讓學生自主或合作學習。在這種類型的課堂教學中所存在的主要教學難點是，學生無法按照自己的實際需要和適合的學習路徑得到最好教師的個性化講解、指導和幫助，無法快速、準確、系統獲得所需要的學習資料等。

基于微課/云課的學導練課堂翻轉教學新模式，就是為解決學導練課堂教學所存在教學難點問題而提出的。該模式的構建，需要重點解決如何讓學生獲得教師個性化幫助和便捷獲得所需學習資料等方面問題。應盡可能實現學生只能在課堂得到任課教師統一的指導、講解和幫助，翻轉為基于學習系統、微課和云課的課前、課中和課后，可隨時隨地獲得教師個性化的指導、講解和幫助;學生可利用的信息資料由書本為主提供翻轉為由網絡體系化學習資料、虛擬仿真學習工具和智能交互學習環境，與書本和學具等聯合提供。

實現學導練課堂教學的翻轉，需要兩個層面的基礎保障：一個方面的基礎保障是能夠有效支持知識學習的資源與系統，具體包括學科工具、仿真實驗室、專題學習網、學習資料集成引擎等;另一個的基礎保障是教師指導和講解微課程，以及學伴學習經驗和思考結果微視頻等。其中，微課程和云課程是核心基礎保障，其建設類別與思路與講練課堂翻轉教學的類別和思路相同，也是分為基本型、完整型和人網融合型，具體制作的方法也是相同的，主要差異是教師的講解與指導內容上有所不同。

3.探導拓課堂翻轉教學新模式

要想大規模開展創新型人才培養活動，僅靠專門的創客或科技創新活動等來完成，是存在很大局限性的，應盡可能通過專業或學科課程來完成。這就需要在各個專業或學科課程中，盡可能將創新思維能力培養做系統的安排和部署。因此，開展探究學習活動，應是各個專業或學科課程教學的一個重要任務。

探導拓課堂教學方式，其主要目的就是為了更好地培養學生的創造性思維能力。而探究性學習活動的開展，普遍遇到一些共性的難題，具體包括缺乏必要的探究支撐環境、探究過程中缺乏教師有針對性的及時指導、缺乏更加適合學伴的互助等，這些探究活動所需要的支持，在常規條件下很難提供。

基于微課/云課的探導拓課堂翻轉教學新模式，就是為解決上述問題所提出的。通過該模式的構建，讓學生由只能在課堂上獲得教師統一的探究活動引導、指導和講解，翻轉為基于探究學習系統、微課和云課的課前、課中和課后可隨時隨地獲得教師個性化引導、指導和講解;由缺乏必要的探究環境或只能在課堂上獲得探究工具，翻轉為通過網絡隨時隨地獲得智能仿真探究環境。

在構建該模式時，需要重點解決讓學生能夠在探究活動過程中根據需要得到教師個性化指導和學伴互助、能夠得到切實可行的探究支撐環境等問題。所構建的課堂教學新模式，應能夠在探究活動過程中，為學生個性化提供教師的引導、指導和講解微視頻，以及學伴的合作探究支持微視頻。在探究活動支撐環境中，應能夠呈現出所探究問題與現象的初始狀態，且能夠隨著探究活動的開展而逐步遞進展開;應提供探究活動過程所需要的遞進變化場景，探究活動智能計算仿真支撐工具，探究活動過程和結果等的展現與比對工具;應提供探究活動中問題與現象等內在機理的學習支撐工具，以及學習結果評價工具等。

探導拓課堂翻轉教學所需要的核心支撐，除了各種探究工具和環境外，則是微課程和云課程。其建設的類別與思路，與學導練課堂教學翻轉的類別和思路相同。

（三）基于大數據的精準教學與精準學習新模式

我們所追求的課堂教學樣態，應當是教師能夠根據群體學生的學習情況，動態調控教學安排;學生能夠根據自己的學習情況，及時開展有針對性的學習活動。但這樣的課堂教學樣態，在常規條件下幾乎是不可能做到的。這種課堂教學樣態的實現，涉及到課前、課堂和課后等不同階段。要實現課堂、課前和課后精準學習，首先要完成的任務是建立起知識學習與能力形成的量化評測標準，且能夠依據量化標準動態采集每個學生的學習結果和方式等學習情況大數據。在此基礎上，基于所采集的學生學習情況大數據，教師才能夠真正做到動態掌控課堂教學實時情況和精準調控課堂教學活動安排，學生根據所存在問題及時開展有針對陛的精準學習活動。

在常規教學條件下，教師只能通過個別提問來了解學生課堂學習情況，但通過這種方式，不可能及時采集到每個學生較為完整的學習結果和方式大數據，因此，無法實現課堂的精準教學和學生的精準學習。

隨著多媒體教室、PAD智慧教室、數字紙筆教室、學科智慧教室、創客教室等智能教室，以及云智能學習系統、網絡學習空間的逐步普及和應用，為及時采集到每個學生較為完整的學習結果和方式大數據提供了切實可行的環境和手段，使得課堂精準教學有了可能。但是，僅僅有了環境和手段，沒有科學、系統、量化、可操作的評價體系，還是很難實現真正意義上的精準教學。

因此，基于大數據的精準教學與精準學習新模式的構建，應首先依據學科圖譜建立課堂教學評價的量化指標體系;第二是按照量化標準動態采集每個學生的學習結果和學習路徑大數據;第三是能夠基于大數據分析每個學生所存在的學習問題，引導學生進一步的學習方向和路徑，有針對性推薦相應的學習路網資源，并實時給出學習情況分析報告;第四是能夠基于群體學生學習情況大數據，分析出群體學生共性問題，引導教師進一步調整教學方向和路徑，并為教師推薦相應教學路徑的優質教學套件和學習路網資源，并為教師的教學活動提供有效支撐。在此基礎上，以學習路徑為線索，持續迭代挖掘優秀教師教學智慧，建設智慧學習路網資源，并基于課堂教學和學生學習情況大數據，不斷優化智慧學習路網資源，將優秀教師教學智慧源源不斷地供給所有師生，真正實現優質教育全覆蓋。通過基于大數據的精準教學與精準學習新模式的構建，破解課堂教學第二層級問題“學生無法根據自己個性情況選擇最佳學習路徑完成學習活動”。

四、課堂教學新模式構建關鍵影響因素分析

影響課堂教學新模式構建的因素很多，相應的影響程度也不盡相同。其中，對課堂教學新模式構建影響程度比較大的關鍵因素主要有學科圖譜、教學與學習路徑、技術賦能方式與程度等。下面，著重圍繞這些關鍵影響因素展開討論。

（一）學科圖譜

衡量課堂教學效果的好與壞，應主要依據班級群體學生的學科素養水平。課堂教學的目的就是通過學科課程的學習，提高學生的學科素養，即讓學生學會學科知識，并形成相應的問題解決能力;同時，在學科知識學習和能力形成的過程中，盡可能培養學生的思維能力，建立正確的情感態度和價值觀等。因此，影響課堂教學新模式構建的首要因素是學科素養。課堂教學新模式的構建，應必須明確通過課堂教學讓每一個學生的學科素養提高到什么水平，且應有明確的量化標準。

學科素養應至少涵蓋學科知識與技能、學科思維能力、學科精神、共性思維能力及品德修養等方面。如果所建立的量化標準不能全面、準確刻畫這些方面學科素養水平的話，那么，以此為基礎所構建的課堂教學新模式就可能迷失了方向。因此，必須建立起能夠準確衡量這些方面素養的量化指標體系。

但是，建立衡量學科素養的量化指標是一件非常困難的事情。諸如知識體系掌握到一個什么水平，提升了哪些方面的學科思維能力，以學科為載體在情感態度與價值觀方面得到了什么樣的提升等。

無論何種能力或素養是否真正形成了，以及形成到了什么樣的程度等，唯一能夠精準評定的辦法，是給出能夠檢測出能力水平的問題或任務。通過問題或任務的完成情況，評定出學生的實際能力水平。

因此，評定學科知識及相應技能的學習水平，應通過學科問題求解和任務完成來衡量。顯而易見，一個知識點或知識片段的相應能力水平評定，不是一兩個題或任務就能實現的。這就需要建立完整的問題和任務體系，且數量恰到好處，多了重復了，少了不完整。這樣的問題和任務集，稱之為內核問題和任務集。以內核問題和任務為線索，將基本問題解決方法，復雜問題的解決策略和方法，以及基礎性知識串聯起來，形成完整的體系，稱之為知識與能力圖譜。

在知識與能力圖譜的建立過程中，非常關鍵的任務是如何給出內核問題與任務集。內核問題與任務集的確定思路是，應針對知識點或知識片段，從記憶、理解、應用、分析、綜合、評價、創造等層面，分別準備相應層次的內核問題和任務。在確定內核問題與任務集時，應充分考慮到訓練、測試等的實際需要，準備出足夠數量的問題和任務;還要充分考慮到內容體系的重點程度，準備出相應層面的內核問題和任務。

比如，以一元二次方程的解法知識點學習為例。第一層次，記憶層面的測試。檢測學生是否記住了一元二次方程的解法，可以通過簡答、填空、糾錯等不同類別的題來測試。第二層次，理解層面的測試。不僅需要記住知識，還要理解，知道一元二次方程什么情況下有解，什么情況下沒有。有解的時候，什么情況下是一個解，什么情況下有兩個。第三層次，應用層面的測試。能夠求解已經列出的一元二次方程。第四層次，分析層面的測試。當遇到實際問題時，能夠將實際問題轉化為一元二次方程，再求解。第五層次，綜合層面的測試。當遇到更復雜的問題時，能夠將問題轉化為一元二次方程和已有知識組合能夠解決的層面上，再綜合應用知識解決問題。等等。

而學科思維能力、學科精神、共性思維能力及品德修養等素養的評定，除了在學科知識與能力評定過程中完成以外，還應有專門的探究性問題或任務集來評價。我們將能夠充分衡量出學科知識與技能、學科思維能力、學科精神、共性思維能力及品德修養等方面形成情況的量化標準，稱之為學科圖譜。學科圖譜是學科教學的基石，是學生通過學科應學習的所有內容，是學科教學優劣評價的量化標準。知識圖譜和能力圖譜是學科圖譜的核心構成內容。

（二）教學與學習路徑

課堂教學是讓學生按照知識圖譜學會學科知識體系，并能夠形成解決/完成學科能力圖譜中分類、分層問題/任務的能力。盡管同一班級的不同學生，在同一知識點或知識片段上的學習目的一致，學習目標相同，但是，由于不同學生之間的認知能力、興趣愛好、已有知識水平、思維能力等存在一定的差異，因此，不同學生在同一知識點或知識片段最適合的教學和學習路徑就可能存在差別。顯而易見，這是影響課堂教學新模式構建的最關鍵因素。

教學與學習路徑的選擇，應在充分考慮學科圖譜的特點，群體學生的實際情況，可使用的教學條件和手段，可獲得教師的水平，以及立德樹人對學科教學的要求等基礎上完成。

課堂教學和學生學習路徑選擇的邏輯起點是教學目標，因此，一節課教學與學習路徑的選擇，首先需要明確的是教學目標，在教學目標基礎上選擇適合的路徑。教學目標分為多個方面，具體包括學科知識與問題解決能力、思維能力、情感態度與價值觀等內容，這些內容應當源自于學科圖譜。其中，最核心的是學科知識與能力圖譜，其完整度和精準程度直接決定著教學與學習路徑選擇的正確性。從知識與能力圖譜角度看，并不是講練、學導練、探導拓和混合式等教學思路都適用于每一個知識點或知識片段，即使適用，相應的適用程度也不一定相同。因此，應將可能的教學思路做合理篩選和排序，以便于為課堂教學新模式構建提供必要的依據。

群體學生的學習情況，是進一步篩選和優化教學與學習路徑的依據。在教學與學習路徑篩選過程中，應充分考慮到群體學生共性學習特點，盡可能選擇數量少、覆蓋度高的路徑集，同時還要兼顧到立德樹人的需要，特別是要盡可能安排和部署創新思維能力培養方面的活動。

在依據知識與能力圖譜、群體學生學習情況的基礎上，所選擇的教學與學習路徑.并不等于任意一個教師都能夠采用，因為教師的駕馭能力各自不同。因此，教師對于一個知識點或知識片段的駕馭能力也是課堂教學新模式構建的重要決定性因素。

（三）技術賦能課堂教學可能的方式

如果課堂教學不存在任何問題和欠缺的話，那就沒有應用技術的理由和依據了。顯而易見，這種情況下，再好的技術也沒有價值和作用了。因此，要想讓技術在課堂教學中發揮作用，真正賦能教學和學習的話，就必須根據課堂教學問題的實際需要，結合各類技術的優勢和不足，對技術在課堂教學中的應用方式做系統分類，在此基礎上，梳理出技術賦能課堂教學有效方式。

從教育教學自身的實際需求角度看，常規教學條件下很難構建出有利于知識理解、問題探究、教學評價與調控、個性化講解與指導等所需要的教學支撐環境，具體包括交互學習環境構建，知識匯聚與便捷使用，知識可視化學習與問題探究支持，學習情況大數據采集與分析，教師教學智慧匯聚與供給，以及教學與學習精準導引等方面的支撐系統與工具。這就需要將更多的新技術引入課堂教學中來，為解決這些問題提供有效的支持。

目前，對于課堂教學能夠發揮作用的技術非常多，有代表性的技術包括人工智能、大數據、物聯網、AR/VR、 “互聯網+”、5G等。但是，任何一種新技術都不是萬能的，都有其各自的優勢和不足，對于課堂教學中所存在問題的解決，有的可能一種技術就能夠很好地提供支持，有的可能需要兩種或更多的技術結合起來提供支持。

對于課堂教學所存在的問題，從技術賦能的作用上看，可以分為三大類別。一是以AR、VR和MR技術為主，結合人工智能和“互聯網+”等技術，在智能建模基礎上，建立智能仿真交互學習環境，將不論是肉眼看得見，還是看不見的世界及其運行過程，按照內在的規律智能仿真出來，并可以根據需要交互控制，為知識深度理解和問題深入探究提供有效支撐。AR、VR和MR等技術的這種優勢，對于課堂教學和學生學習的價值和作用是非常顯著的。這為將知識轉化為有趣的問題或任務，能夠讓學生在可參與、可控制、身臨其境的環境中，按照自己適合的學習路徑開展學習活動。二是以大數據和人工智能技術為主，結合“互聯網+”、物聯網、5G等技術，建立智能感知環境，以學科圖譜為依據，動態采集課堂教學情況大數據，實時分析教學狀況，幫助教師調控教學活動，幫助學生完成個性化學習活動。三是以“互聯網+”和視頻技術為主，結合大數據和人工智能等技術，依據教學和學習路徑，在教學套件資源建設基礎上，錄制優秀教師講解與指導微視頻，錄制有代表性學生學習經驗，建立學習路網資源，并基于應用效果大數據迭代優化學習路網資源，為優秀教師教學智慧供給提供有效支持。

總而言之，物聯網、5G和智能信息處理等智能感知技術，為學生學習、生活、社會活動參與等行為信息的實時、精準采集提供了強有力的技術保障。為基于大數據的精準教學和精準學習、精準教研、精準管理等打下堅實基礎。而人工智能、大數據則為精準教學和精準學習、精準教研、精準管理等提供了切實可行的技術支撐。針對優質教師無法覆蓋所有學生問題，學習路網則是將優質教師教學智慧供給所有需要學生和教師的切實可行、有效的途徑，而“互聯網+”和視頻處理技術是有效支撐這一目的達成的最適合技術。

五、結語

課堂教學新模式構建，是在人工智能、大數據、“互聯網+”、物聯網和虛擬仿真等技術支持下，解決教學和學習瓶頸性問題的基礎和關鍵。但是，課堂教學新模式的構建，絕不是技術的簡單應用，而是課堂教學的變革與創新，是課堂教學的一場革命。因此，應牢牢把握以課堂教學問題解決為目的，以創新教學思路和方法為根本，以提供有效便捷手段為保障，以全面育人為目標的基本原則開展構建工作，特別是應著重關注培養高素質和有創造力的人。應以解決課堂教學問題為教育信息化的初心，以辦人民滿意的教育為教育信息化的使命。

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作者簡介：

鐘紹春：教授，博士生導師，研究方向為智慧教育、人工智能（sczhong@sina.c om）。

收稿日期：2020年1月10日

責任編輯：邢西深