基于高校智慧教室課堂教學(xué)評價(jià)模型*

陜西科技大學(xué) 張剛

高校智慧教室建設(shè)數(shù)量在國內(nèi)不斷增加，信息化技術(shù)的應(yīng)用使得其日漸成為高校的建設(shè)選擇。智慧教室建設(shè)后的教學(xué)評價(jià)，目前處于定性階段，定量研究還沒有。本文收集了已建設(shè)了智慧教室建設(shè)的高校，梳理了近幾年國家級教學(xué)成果獎的獲獎情況，考慮了智慧教室課堂教學(xué)中教師和學(xué)生兩個維度，從課堂的互動性、思考性、活躍性三個方面對教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)考慮了學(xué)生在表達(dá)和理解問題方面的異質(zhì)性，建立了智慧教室可談個教學(xué)評價(jià)數(shù)學(xué)模型，具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和科學(xué)性。

智慧教室是將信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、智能設(shè)備等用于教室實(shí)體，實(shí)現(xiàn)物理空間和數(shù)字空間的融合，進(jìn)行輔助教學(xué)的一種現(xiàn)代化教室，目的是利用信息化手段促進(jìn)個性化學(xué)習(xí)、開放式學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)。目前智慧教室的建設(shè)，用硬件裝修提升物理環(huán)境的人文屬性和自由屬性，以交互式屏幕、智能監(jiān)控設(shè)備，搭配軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)信息化軟環(huán)境教學(xué)功能。從其發(fā)展和建設(shè)初衷來看，主要是構(gòu)建師生教學(xué)相長的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)互動式教學(xué)，提升教育教學(xué)質(zhì)量。目前關(guān)于智慧教室的研究，主要集中在管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[1-2]、教學(xué)實(shí)踐研究[3-4]、互動行為分析等方面[5-7]。

智慧教室終端設(shè)計(jì)中，有節(jié)電相關(guān)設(shè)計(jì)，用終端作為主控，結(jié)合攝像頭和傳感器監(jiān)測學(xué)生人數(shù)、調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光、與監(jiān)控平臺連接監(jiān)測等功能；還有對學(xué)習(xí)環(huán)境核心要素的研究，以技術(shù)和空間、整體與教學(xué)法等要素為主體，結(jié)合教學(xué)活動理念設(shè)計(jì)智慧教室，能夠在理論上達(dá)到對課程情況做記錄和比較，便于各環(huán)節(jié)流程歸納。智慧教室教學(xué)實(shí)踐研究方面，有多個學(xué)科方面的研究，對數(shù)學(xué)課堂教學(xué)，用視頻編碼和分析軟件對課堂實(shí)例進(jìn)行分析，構(gòu)建使用狀況、使用指向以及課堂互動等方面的研究體系，依據(jù)體系進(jìn)行評價(jià)，得出科學(xué)效果結(jié)論；也有對多學(xué)科課堂教學(xué)活動的研究，仍然使用視頻編碼和分析方式，探索教學(xué)環(huán)節(jié)、技術(shù)、組織形式等對學(xué)生學(xué)習(xí)投入程度的影響，結(jié)果表明智慧教室的使用使學(xué)生的投入度變得更為良好，技術(shù)能夠有效提升學(xué)生學(xué)習(xí)的投入度。智慧教室互動行為分析方面?zhèn)戎赜趯φn堂互動行為的研究，有依據(jù)智慧教室建設(shè)設(shè)計(jì)出深度學(xué)習(xí)教學(xué)評價(jià)模型，并以實(shí)際課程為案例深入結(jié)合，得出智慧教室能夠提高學(xué)生認(rèn)知、鍛煉復(fù)雜思維、提升創(chuàng)新與協(xié)作能力的結(jié)論；還有以構(gòu)建主義理論構(gòu)建智慧教室內(nèi)的教學(xué)交互框架和評測方法，達(dá)到提升學(xué)生認(rèn)知水平和能力的目的；有使用全實(shí)驗(yàn)方法，與傳統(tǒng)多媒體教室教學(xué)效果進(jìn)行對比，得出智慧教室的教學(xué)能夠提升師生互動頻率，學(xué)生也更愿意主動參與課堂活動。

以上研究，主要聚焦于智慧教室建設(shè)和互動，但在智慧教室建設(shè)后，對于學(xué)校核心指標(biāo)增長的促進(jìn)作用如科研、教學(xué)成果產(chǎn)出的貢獻(xiàn)還沒有相關(guān)研究。本文收集了已建設(shè)了智慧教室建設(shè)的高校，梳理了近幾年國家級教學(xué)成果獎的獲獎情況，從教師和學(xué)生兩個維度，依托智慧教室建立評價(jià)模型，以期促進(jìn)智慧教室建設(shè)與教學(xué)的相互成長。

1 高校智慧教室建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 建設(shè)數(shù)量不斷增加

智慧教室通過物聯(lián)網(wǎng)的三個層面即感知層、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行信息獲取、交換和分析，以基于數(shù)字的教育為主。智慧教室由于投入規(guī)模大、教學(xué)模式靈活多樣、個性化教學(xué)等特點(diǎn)，使得其天然具備在高校建設(shè)和使用的基礎(chǔ)。國內(nèi)高校也認(rèn)識到了智慧教室在人才培養(yǎng)中的重要作用，相繼投入資金進(jìn)行建設(shè)。高校智慧教室建設(shè)，從網(wǎng)絡(luò)報(bào)道里可找到的最早雛形是2007年北京大學(xué)的研討型教室，大規(guī)模集成應(yīng)用攝像頭、觸摸屏、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)代化建設(shè)則起始于2016年前后，2019至2021年建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，且依據(jù)資金投入多少而分為多種不同的類型，如PBL教室、TBL教室、研討型教室等。其中PBL教室因PBL教學(xué)法得名，以問題驅(qū)動，協(xié)作完成，輸出分享核心；TBL與PBL差別在于TBL更強(qiáng)調(diào)在課堂上進(jìn)行小組討論和頭腦風(fēng)暴，提高教學(xué)效果；研討型教室與PBL和TBL相似，只是名稱通俗、強(qiáng)調(diào)明確的研討式教學(xué)而更為人熟知。無論如何劃分，智慧教室因其能夠?qū)Ξ?dāng)前的填鴨式教學(xué)方式進(jìn)行改革支撐，使得越來越多的高校開始建設(shè)，前述各種類型也都有所涉及。目前，全國已有多所高校逐年實(shí)際建設(shè)了多種類型的智慧教室，部分高校如表1所示。

表1 國內(nèi)建設(shè)智慧教室的高校（部分）Tab.1 Domestic colleges and universities that build smart classrooms (partial)

1.2 應(yīng)用效果不明顯

智慧教室項(xiàng)目招標(biāo)及建設(shè)前期，高校期望度較高，希望通過智慧教室的建設(shè)，使用信息化手段和采集設(shè)備，配合學(xué)情分析達(dá)到因人施教、分類施教、個性化施教甚至革命教師課堂教學(xué)積極性的目的。但是，建設(shè)之后，教室的數(shù)據(jù)對接、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲和使用、教師使用意愿等因素的影響下，能夠完全達(dá)成期望目標(biāo)的高校較少。

1.3 依托智慧教室達(dá)成的相關(guān)成果不多

任何一項(xiàng)創(chuàng)新性的活動，必然會產(chǎn)生一系列相應(yīng)的成果，比如世界史上的三次工業(yè)革命，都有相應(yīng)的創(chuàng)新性成果產(chǎn)生，且極大的促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。智慧教室作為一種應(yīng)用信息技術(shù)顛覆普通教室的新型教育基礎(chǔ)設(shè)施，必然也會產(chǎn)生相應(yīng)的成果。從目前檢索情況來看，依托智慧教室的教學(xué)相關(guān)成果獎項(xiàng)并不多，但有一項(xiàng)國家級教學(xué)成果一等獎，一定程度上表明了智慧教室對課程改革的支撐作用，即華中師范大學(xué)的“深度融合信息技術(shù)的高校人才培養(yǎng)體系重構(gòu)與探索實(shí)踐”獲得2018年國家級高等教育教學(xué)成果特等獎，該成果里智慧教室是重要支撐點(diǎn)，對教學(xué)環(huán)境、教學(xué)過程、教師能力、育人生態(tài)的提升作用顯著。各省關(guān)于智慧教室的教學(xué)成果獎較少，如廣東省2017年教育教學(xué)成果獎二等獎的“智慧教室規(guī)模化應(yīng)用促課堂教學(xué)創(chuàng)新的探索與實(shí)踐”，是基于智慧教室應(yīng)用獲獎。

綜上，智慧教室的建設(shè)在高校已經(jīng)較為普遍，但建設(shè)之后的使用效果定量評價(jià)目前還較為缺乏。尹合棟等人構(gòu)建了智慧教室評價(jià)指標(biāo)體系，包括基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境與布局、智能錄播、教學(xué)與資源平臺、智能管控與感知、軟硬件工具與移動終端、培訓(xùn)方案共7個一級指標(biāo)[8]。劉艷[9]等人評價(jià)了智慧教室設(shè)計(jì)方案，用以確定基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。這些研究，是建立了評價(jià)指標(biāo)，但是主要是從硬件建設(shè)角度入手，考察硬件建設(shè)情況，缺乏軟指標(biāo)評價(jià)。這是因?yàn)榻ㄔO(shè)時(shí)硬件指標(biāo)可量化衡量，使用中的軟環(huán)境和指標(biāo)難以持續(xù)跟進(jìn)，導(dǎo)致評價(jià)內(nèi)容不足。由于智慧教室建設(shè)硬件環(huán)境大致相同，效果的體現(xiàn)主要在于軟環(huán)境，基于此，本文拋開建設(shè)期的硬件環(huán)境，構(gòu)建基于使用期的軟環(huán)境評價(jià)模型，對智慧教室的使用進(jìn)行評價(jià)。

2 智慧教室課堂教學(xué)效果評價(jià)模型建立

智慧教室的使用效果，應(yīng)該從兩個維度進(jìn)行考量，一個維度是教師維度，主要考察教的效果；另一個維度是學(xué)生維度，主要考察學(xué)的效果。這兩個維度，在以往的傳統(tǒng)教學(xué)中均偏向于主觀感受，難以做出客觀評價(jià)。智慧教室中信息技術(shù)的建設(shè)和應(yīng)用，使得客觀評價(jià)變?yōu)榭赡堋Ｐ畔⒓夹g(shù)、深度學(xué)習(xí)、傳感技術(shù)在智慧教室中以實(shí)體形式存在，核心應(yīng)該是教學(xué)信息流的作用，只有硬件產(chǎn)生的各類信息流以高效率流動并聚合，才能夠發(fā)揮信息化的作用。本文按照兩個維度即教師和學(xué)生來建立智慧教室促進(jìn)教育教學(xué)的評價(jià)模型。評價(jià)模型主要從課堂的互動性、思考性、活躍性三方面對智慧教室的教學(xué)活動進(jìn)行評價(jià)，數(shù)據(jù)基于各類智能課堂終端如攝像頭、移動終端等設(shè)備。

眾所周知，智慧教室建設(shè)有多種智能設(shè)備，如智能大屏、智能攝像頭、移動終端、學(xué)情分析系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)等，這些智能設(shè)備，能夠及時(shí)記錄課堂教學(xué)相關(guān)情況。雖然建設(shè)之后，有些智慧教室并未達(dá)到最終期望的效果，如數(shù)據(jù)流動性差、系統(tǒng)對接難度大等。但對于上課時(shí)間的記錄功能相對簡單，基本都能實(shí)現(xiàn)，本模型基于以上兩個維度和三個方面，以智慧教室相關(guān)時(shí)間記錄為數(shù)據(jù)支撐，建立教學(xué)活動評價(jià)模型。

模型總公式見式1，t和c分別考察課堂思考性和活躍性，f考察課堂互動性，t、c、f均包括教師維度和學(xué)生維度兩個方面，t1表示與教師相關(guān)，t2表示與學(xué)生相關(guān)。考慮到個體的異質(zhì)性如個體對問題解答的程度、個人表達(dá)能力等會影響回答時(shí)間，對思考性和活躍性增加了權(quán)重ω，ω的取值在0.5-1之間隨機(jī)取值。思考性t由兩部分組成，i表示第幾個問題，T表示問題總數(shù)量。互動性f由兩部分組成，即教師提問次數(shù)和學(xué)生回答次數(shù)，F(xiàn)表示提問總次數(shù)。活躍性c由兩部分組成，即同一問題某位學(xué)生回答時(shí)其他學(xué)生主動配合或回答的人數(shù)和教師點(diǎn)評時(shí)長。最后，用前述公式1對三個方面進(jìn)行綜合計(jì)算，得出評價(jià)結(jié)果數(shù)據(jù)。

3 結(jié)論

(1)智慧教室建設(shè)，應(yīng)做好規(guī)劃。凡事預(yù)則立不預(yù)則廢，建設(shè)規(guī)劃是智慧教室建立的前期基礎(chǔ)工作，應(yīng)充分考慮高校實(shí)際需求，結(jié)合現(xiàn)有信息技術(shù)和智能設(shè)備，規(guī)劃好各項(xiàng)功能。不能貪大求全，僅求所謂最先進(jìn)技術(shù)，而不考慮實(shí)際需求。(2)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有系統(tǒng)的融合對接。智慧教室建設(shè)不是獨(dú)立建設(shè)，建設(shè)時(shí)應(yīng)考慮與現(xiàn)有軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的順暢流動與使用，且要雙向交互。如教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)要能夠順利對接到智慧教室系統(tǒng)，智慧教室系統(tǒng)更要將課堂數(shù)據(jù)反饋給教務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，才能實(shí)現(xiàn)學(xué)情分析等功能提升，切不能規(guī)劃是規(guī)劃，建設(shè)是建設(shè)，最后形成數(shù)據(jù)孤島。高校的主要業(yè)務(wù)是教學(xué)科研，因此科研系統(tǒng)、人事系統(tǒng)等數(shù)據(jù)，也應(yīng)綜合考慮，為擴(kuò)展功能提供備用方案。(3)應(yīng)用模型量化考察智慧教室教學(xué)效果。本文建立的智慧教室課堂教學(xué)評價(jià)模型，考慮了教師維度和學(xué)生維度，從課堂的互動性、思考性、活躍性三個方面對教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)，同時(shí)考慮了學(xué)生在表達(dá)和理解問題方面的異質(zhì)性，用參數(shù)對結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以很好的應(yīng)用于智慧教室教學(xué)評價(jià)過程中，具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和科學(xué)性。

總之，智慧教室建設(shè)不是硬件的簡單堆砌和軟件的數(shù)量比拼，更不是豪華裝修的比拼，而是結(jié)合高校實(shí)際，綜合考慮多方面因素進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)，建成后還要考慮使用和評價(jià)，才能真正發(fā)揮智慧教室在信息化時(shí)代的積極作用，為人才培養(yǎng)提質(zhì)增效。