基于智慧教育的課堂學習環(huán)境設(shè)計研究

栗佳文 王維

沈陽師范大學 遼寧沈陽 110034

一、研究背景

在教育信息化2.0時代背景下，學習環(huán)境向“智慧化”趨勢發(fā)展。伴隨著智慧地球、智慧教育、智慧校園、智慧課堂等概念的出現(xiàn)，知識教育正逐漸從數(shù)字化邁向智慧化，學習環(huán)境也越來越智慧化。基于智慧教育的課堂學習環(huán)境設(shè)計目標是在創(chuàng)造性認知基礎(chǔ)上提升學生的創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生發(fā)散思維和創(chuàng)造力的一種智慧化課堂學習環(huán)境。

研究設(shè)計基于智慧教育的課堂學習環(huán)境，是利用現(xiàn)代化信息技術(shù)改變課堂學習氛圍、學生學習方式、教師講授模式等，以此改變大學生課堂學習不認真、注意力不集中等現(xiàn)象，還有導致學生缺乏學習的自主性和創(chuàng)造性、發(fā)散思維弱和專業(yè)知識點理解程度低等問題。在大學校園學習環(huán)境中，課堂是大學生接受知識的主要渠道，大學生課堂學習狀態(tài)差，課堂中有很多問題影響學習效果，教學模式及軟件和硬件設(shè)施都未完全跟上信息化教學的步伐，教學資源使用效率低，教學模式比較單一。所以設(shè)計基于智慧教育的課堂學習環(huán)境是必要的，可以從教室的軟件和硬件設(shè)施上做出改變；也可以幫助學生改掉課堂中的一些壞習慣，使他們更專注于學習知識，提高對理論知識的探究和實踐技能的操作，達到在大學的學習環(huán)境中學到專業(yè)知識和專業(yè)技能，為日后的工作實踐打好基礎(chǔ)或提供幫助。同時，教師不用占用休息時間去批改作業(yè)，也使教師課前準備的教學資源更加多元化。

本文基于智慧教育的課堂學習環(huán)境，整合了多元技術(shù)與資源，支持學習者線上線下學習，使學習者獲得智慧化學習體驗。

二、智慧教育理論介紹

智慧教育是指在教育信息化背景下，依托物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，通過構(gòu)建智慧學習環(huán)境，運用智慧教學法，促進學習者智慧學習，即培養(yǎng)具有創(chuàng)造力的人才，通過使用信息技術(shù)智慧地參與各種實踐活動并不斷創(chuàng)造價值，以適應(yīng)、塑造和選擇優(yōu)良的學習環(huán)境[1]。我國學者祝智庭教授從教育信息化的視角對智慧教育的基本內(nèi)涵進行闡釋：“智慧教育是教育信息化的新興領(lǐng)域，通過智慧學習環(huán)境的構(gòu)建，運用智慧教學法，促進學習者進行智慧學習，描述了智慧教育、智慧環(huán)境、智慧教學和智慧學習之間的關(guān)系”[2]。楊現(xiàn)民教授從生物學的角度認為智慧教育是在新一代信息技術(shù)基礎(chǔ)上所打造的教育信息化生態(tài)系統(tǒng)[3]。靖國平教授在研究教育理論的基礎(chǔ)上，從教育發(fā)展目的視角出發(fā)認為傳統(tǒng)意義上的智慧教育是理性認知能力的教育，智慧教育是一種豐富多元的教育形式，強調(diào)在教學過程中學習者個人價值的提升[4]。目前有關(guān)學術(shù)研究者已經(jīng)就智慧教育的基本含義發(fā)表了自己的見解，但還未能建立明確的定義，當前智慧教育理論研究還處在初級階段。

新一代信息技術(shù)在一些發(fā)達國家的教育領(lǐng)域內(nèi)初步應(yīng)用，對于智慧教育的研究仍處于探索階段。美國和韓國的教育學者對智慧教育的研究較為典型，美國IBM公司最先提出“智慧地球”概念，由此衍生出“智慧教育”概念，IBM將以學習者為中心，從學生為學習主體的視角入手，利用多樣化教學渠道、存儲海量學習資料平臺，逐步實現(xiàn)教學過程個性化和智能化，為學習者提供豐富多彩的教學體驗；韓國的“智慧教育推進戰(zhàn)略”中將在所有學校中建設(shè)以云技術(shù)為基礎(chǔ)的教育環(huán)境，逐步實現(xiàn)自我導向的智慧教學方法[5]。目前學術(shù)界關(guān)于智能教學的研究仍面臨著若干問題，過分關(guān)注于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而忽視了信息技術(shù)軟實力的建立和發(fā)展、受到了傳統(tǒng)的教育體制和評估體系的束縛、與智能教育重點關(guān)注于學習者的能力發(fā)展和以學習者為中心的教育建設(shè)不相適應(yīng)等問題。

三、課堂學習環(huán)境的界定

學習環(huán)境是提供給學習者學習的物理空間，可以分為家庭、學校、社會學習環(huán)境。學校課堂學習環(huán)境指在課堂中影響學生學習的情景性因素，對學習者特征、學習資源的可利用性、軟件技術(shù)的可交互性都有顯著影響。

四、基于智慧教育的課堂學習環(huán)境設(shè)計

基于智慧教育的課堂學習環(huán)境是整合了多元技術(shù)與資源，支持學習者線上線下學習，使學習者獲得智慧化學習體驗。智慧化課堂環(huán)境具有令人滿意的教學效果，有效調(diào)動學習者的學習積極性，具有創(chuàng)造多樣化學習目標和產(chǎn)生多樣化學習回報等特點，學習環(huán)境更加符合個性化培養(yǎng)，從而更加契合了“因材施教”的教學原則。基于智慧教育的課堂學習環(huán)境，通過智能手段去了解學習者的物理情境、明確學習情景、銜接學習社群、記錄學習過程，使學生有效而又輕松地學習。

學習環(huán)境是一種教學設(shè)計，基于智慧教育的課堂學習環(huán)境設(shè)計也是營造一種智慧化教學設(shè)計和一種智慧化學習氛圍。對此筆者用模型圖的方式呈現(xiàn)課堂學習環(huán)境中的各部分。以下是基于智慧教育的課堂學習環(huán)境設(shè)計模型圖。

基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中的硬件設(shè)備圖

(一)交互式電子白板系統(tǒng)

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中，交互式電子白板系統(tǒng)完全展現(xiàn)了多媒體教具智慧化的優(yōu)點，取代了多媒體投影，支持多點觸控書寫。交互式電子白板中有豐富的學科資源及工具，同時也支持教師自己導入教學資源。他可以與平板電腦一起使用，在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中允許學生自帶平板電腦連入課堂學習虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，平板電腦作為學生移動終端設(shè)備輔助學生學習，也可以將智能手機聯(lián)入作為學習終端設(shè)備。

(二)互動學習桌

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中，學生桌的擺放采用梯形方桌組合拼接成圓形的方式擺放，這樣可以讓學生形成小組，進行小組討論合作學習。在研究性學習活動中，進行小組內(nèi)的研究性學習，組內(nèi)成員間分工明確、默契配合、合作建構(gòu)知識體系，合作完成探究任務(wù)。教師可根據(jù)教案中教學活動的需要選擇如何擺放互動桌。

(三)智能錄播系統(tǒng)

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中，智能錄播系統(tǒng)實時記錄下課堂學習過程中教師與學生的每一幀畫面，記錄學生學習的全過程。智能錄播系統(tǒng)中主要有攝像機和定位儀供采集視頻，話筒采集音頻，智能錄播主機進行錄制、跟蹤和導播。智能錄播系統(tǒng)錄制的課程可供教師進行教研交流、遠程互動教學、學生自學資源等。

在基于智慧課堂學習環(huán)境中有多臺攝像機，分別錄制學生和教師畫面，從全景到特寫，記錄學習過程的每一個細節(jié)，有定位儀跟蹤學生和教師的行為動作。利用錄播軟件進行課程的錄制，他可以切換不同畫面，使整個課程看起來流暢完整，也可以有不同形式的畫面切換，讓畫面轉(zhuǎn)換看起來更加穩(wěn)定。

(四)移動終端

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中，移動終端包括教師終端和學生終端，教師通過移動終端了解學生的出勤情況，布置課前預(yù)習作業(yè)、課中互動討論投票、隨堂考試等，一系列數(shù)據(jù)會實時地呈現(xiàn)到教師端，教師全面掌握學生學習動態(tài)。學生在移動終端接收教師布置的作業(yè)和測驗試題；學生端具有即時定位功能，在簽到后位置數(shù)據(jù)馬上會反饋到教師那里，能有效避免學生逃課。在學生端還可以清晰地了解教師對學生平時表現(xiàn)的評價，做到平時成績可視化、透明化和公正化，這樣也可以讓學生進行自我反思、自我評估。

(五)資源推送平臺

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中學習資源是分學科專項資源，按學科、年級、教材版本等進行分類整理，為整堂課提供豐富多彩的資源。劃分為基礎(chǔ)資源、我的資源和共享資源等模塊，可以高效和準確查找需要的資源。系統(tǒng)也會根據(jù)查找的關(guān)鍵詞利用大數(shù)據(jù)自動推送相關(guān)資源或?qū)W案，教師和學生可以選擇需要的資源進行閱讀或下載，提高資源利用率。

(六)電子書包云平臺

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中，電子書包云平臺是關(guān)鍵部分。電子書包云平臺是一個老師、學生實名認證的系統(tǒng)，具有收集數(shù)據(jù)、學科資源共享、學生實時簽到等功能。電子書包利用自動監(jiān)控和記錄的功能主要收集在電子書包自營庫中瀏覽相關(guān)知識點、觀看教學視頻、隨堂測試練習和考試情況等數(shù)據(jù)。

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中，反饋對于教師和學生來說都很重要。通過電子書包云平臺即刻呈現(xiàn)出學生隨堂測試結(jié)果，反饋學生的學習情況，教師和學生都能即時掌握前一階段教學和學習的不足。學習反饋對于教學者來說，可以針對反饋結(jié)果做出針對性講解，對于學生理解差的地方改變方法重新講授，提高課堂教學效率；學習反饋對于學習者來說，可以讓學生在期末復習中更有針對性，記錄每位同學的個人學習情況，在個人學習主頁中自動生成錯題集等。這些記錄也能讓教師及時了解每位學生的近期學習情況，對于學習成績波動比較大的學生，教師能及時找學生本人了解情況，了解班級整體的短板，可以及時修改教學策略。

(七)學習分析平臺

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中，學習分析平臺主要是分析學習過程中學生的學習數(shù)據(jù)，學習分析平臺主要依靠學習分析技術(shù)的支持。學習分析技術(shù)指對學生生成的海量學習數(shù)據(jù)進行分析，以評估學生學業(yè)質(zhì)量，預(yù)測未來表現(xiàn)力，發(fā)現(xiàn)潛在問題，做出一系列科學精確的評價，提供智慧化學習建議，他是實現(xiàn)智慧化課堂學習環(huán)境中教與學的重要基礎(chǔ)和技術(shù)支持。評價是在學習分析的基礎(chǔ)上進行的，通過學習分析技術(shù)分析學習者的學習情況，進而評估學生的學習效率，優(yōu)化教師的教學與學生的學習。

學習分析技術(shù)對學生數(shù)據(jù)分析的一般流程概括為：確定評價目標—建構(gòu)評價模型—收集評價數(shù)據(jù)—分析評價數(shù)據(jù)—做出價值性判斷—進行智能決策等環(huán)節(jié)，對學習者在課堂中產(chǎn)生的一些相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析。由學習分析技術(shù)得出分析結(jié)果數(shù)據(jù)為學習者提供學習診斷，讓學生可以進行自主評估與自我反思，以此來確定學生一堂課的學習效果，包括知識類、情感類、方法類等方面的學習效果，更有利于學生的學習發(fā)展。

(八)多元智能學習評價平臺

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中評價是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，多元智能學習評價平臺包括：效果評價、因素評價、環(huán)境評價。課前學生預(yù)習情況評價，幫助學生調(diào)整學習狀態(tài)；課中從不同角度對學生的課堂表現(xiàn)進行評價，實時監(jiān)測與即時反饋相結(jié)合，凸顯出評價的意義；課后對教學設(shè)計進行評價，包括教學資源的選取與運用的評價，幫助教師及時調(diào)整教學策略，優(yōu)化教學模式。教師可以在系統(tǒng)中自由選擇評價方法，利用媒體技術(shù)開展多元、智能的評價，診斷教學情況、調(diào)節(jié)教學形態(tài)等。

基于智慧教育的課堂學習環(huán)境為教師和學生提供豐富的學習資源和良好的學習氛圍，重塑課堂教學形態(tài)、改變課堂教學結(jié)構(gòu)、構(gòu)建全程學習評價體系、深層互動交流、學生間合作學習的一種新形態(tài)的課堂學習環(huán)境。

五、結(jié)論

在基于智慧教育的課堂學習環(huán)境中善用各種數(shù)字化教學媒體進行教學，教學模式變得更加智慧化，同時也使教師在課前備課收集資料、制作多媒體課件，以及課后批改作業(yè)和統(tǒng)計學習情況等方面花費的時間減少；學生擺脫了枯燥乏味的學習模式，對學習知識更加感興趣，積極獨立思考發(fā)表自己的想法；利用智慧化課堂學習環(huán)境中的軟件設(shè)備進行記錄、分析和反饋，可以得到科學的分析結(jié)果，實施更加科學的教學策略；云平臺存儲大量的學科資源，為教學者提供多樣化的教學內(nèi)容，為學習者提供豐富的學習資料。

基于智慧教育的課堂學習環(huán)境設(shè)計目的是提高學習者在課程限定時段內(nèi)的高效學習能力，讓他們更有效率、高質(zhì)量掌握知識點的一個課堂學習平臺。智慧化課堂學習平臺是指運用現(xiàn)代計算機技術(shù)實施課堂教學，要建立有利于大學生學習的網(wǎng)絡(luò)平臺與教學資源，通過運用有效的數(shù)字化教學方法，發(fā)展學生個人的興趣愛好，開展在線眾體互動學習，通過建立高效的知識共同體來充分體現(xiàn)以學習者為中心的課堂教學功能，將現(xiàn)代計算機技術(shù)融入課堂中，充分調(diào)動學生學習的主動性和創(chuàng)造性，營造一種自主學習、合作探索、勇于創(chuàng)新的良好課堂學習環(huán)境。