智慧課堂：智能化與游戲化教學(xué)探索與實(shí)踐

徐 昊，黃 嵐，宋冬蕾，于 濤，肖 猛

( 1.吉林大學(xué) 公共計(jì)算機(jī)教學(xué)與研究中心，吉林 長春 130012；

2. 吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130012；

3. 吉林大學(xué) 軟件學(xué)院，吉林 長春 130012 ）

智慧課堂：智能化與游戲化教學(xué)探索與實(shí)踐

徐 昊1，2，黃 嵐2，宋冬蕾2，于 濤3，肖 猛3

( 1.吉林大學(xué) 公共計(jì)算機(jī)教學(xué)與研究中心，吉林 長春 130012；

2. 吉林大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長春 130012；

3. 吉林大學(xué) 軟件學(xué)院，吉林 長春 130012 ）

針對智能設(shè)備廣泛應(yīng)用且成為生活中不可或缺的輔助設(shè)備這一現(xiàn)象，以及學(xué)生在課堂中使用手機(jī)的情況，分析國內(nèi)外新型教育模式發(fā)展現(xiàn)狀，提出一種使用智能手機(jī)參與課堂教學(xué)的智慧學(xué)習(xí)平臺(tái)；結(jié)合吉林大學(xué)的實(shí)踐教學(xué)，說明智慧學(xué)習(xí)平臺(tái)的必要性并介紹教學(xué)實(shí)踐情況，以期提高學(xué)生的課堂參與度，增強(qiáng)學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生更好地接受課堂知識。

智慧課堂；游戲化；教育；參與度；彈幕

0 引 言

當(dāng)今智能設(shè)備在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越普遍，人們也在不斷地研究如何將智能設(shè)備與教育更好地結(jié)合，達(dá)到更高層次的教育模式。從2004年提出的在線課堂，到后來的“可汗學(xué)院”[1]，再到被人們廣泛接受的MOOC（massive open online courses）[2]，智能設(shè)備與教育的結(jié)合愈發(fā)密切，提供給學(xué)生更多學(xué)習(xí)和獲取優(yōu)秀教學(xué)資源的可能。

當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)視頻中的彈幕、微信搖一搖等功能，創(chuàng)造了一種新型的交互方式，使人們實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的互動(dòng)。游戲化是將游戲元素和游戲思維運(yùn)用到其他的領(lǐng)域中，以此吸引用戶[3]互動(dòng)和使用，促使用戶接受并且激勵(lì)他們的行為。我們認(rèn)為，將游戲化融入到教育可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性并能使他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力更好地延續(xù)下去。

通過對智能設(shè)備輔助課堂教育情況的調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)在教學(xué)環(huán)境中加入智能設(shè)備的模式變得更加多樣化，智能手機(jī)、手環(huán)、VR（virtual reality）設(shè)備等屢屢出現(xiàn)在課堂教育中。我們認(rèn)為，在課上引入智能手機(jī)進(jìn)行交互，在課后采用游戲化的思維進(jìn)行課后學(xué)習(xí)進(jìn)度的推進(jìn)，有助于學(xué)生課堂參與度、積極性、學(xué)習(xí)熱情、學(xué)習(xí)效率的提高，從而提升學(xué)習(xí)效果。

1 國內(nèi)外新型教育模式發(fā)展現(xiàn)狀

美國教育學(xué)家 B. Joyce和 M. Weil[4]最先將“模式”一詞引入到教學(xué)領(lǐng)域，并加以系統(tǒng)研究。從宏觀上把握教學(xué)活動(dòng)整體及各要素之間內(nèi)部的關(guān)系和功能，具有一定的有序性及可操作性。許多國外的高校已經(jīng)在教育中應(yīng)用新型的教育模式，如SPOC（small private online course）、STEM（science, technology, engineering, and mathematics）等。SPOC由加州大學(xué)伯克利分校的Fawkes Armand教授提出和使用[5]，并相繼在哈佛大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院等高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并推廣，取得了明顯的成效。又例如STEM教育源于美國，是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)4門學(xué)科的簡稱，其強(qiáng)調(diào)多學(xué)科知識的交叉融合，以此培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維、工程性思維以及綜合學(xué)習(xí)能力等[6]。

在我國，浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于2014年開始嘗試采用SPOC的方式來輔助課程。隨后天津大學(xué)、清華大學(xué)都相繼在教學(xué)中嘗試運(yùn)用SPOC的教學(xué)方式。近期清華大學(xué)研發(fā)了“雨課堂”這一教學(xué)工具，并將其應(yīng)用到教學(xué)中，期望以此形成一種新型的教育模式。學(xué)生使用“雨課堂”這一工具可以實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)、課上互動(dòng)、課后復(fù)習(xí)等功能。這種教育模式的主要思想是，通過在課上設(shè)置限時(shí)習(xí)題來提高學(xué)生課堂的注意力，使用彈幕、課堂簽到等方式來提高課程學(xué)習(xí)的趣味性以及學(xué)生的參與度，而課前課后推送的學(xué)習(xí)資料可以讓學(xué)生更加自主的學(xué)習(xí)；“雨課堂”也會(huì)為教師提供一定的反饋數(shù)據(jù)，并通過圖形化方式展示，使教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況有一個(gè)總體的了解[7]。

我們可以看到，世界頂尖大學(xué)不斷在教學(xué)中嘗試新的教育模式，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生完整、深入的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，重新定義了教師的作用，并取得了顯著的效果。相比之下，我國高校在教學(xué)方式轉(zhuǎn)變方面起步較晚，而且對新型的教育模式有一定的排斥心理，因此許多高校在嘗試教育模式改變上并未取得顯著的成效。

游戲化教育其實(shí)已經(jīng)不知不覺地進(jìn)入到我們的生活，例如手機(jī)中的看圖猜成語、看圖識別知識等游戲都是運(yùn)用了游戲和知識相結(jié)合。北京師范大學(xué)石中英教授認(rèn)為：“從一定意義上說，教學(xué)活動(dòng)中游戲狀態(tài)的缺乏是造成教師厭教和學(xué)生厭學(xué)的一個(gè)主要原因。游戲的精神應(yīng)該滲透到教育活動(dòng)的方方面面?！盵8]

游戲化的思想已經(jīng)成功地運(yùn)用到了課堂中。在國外，PeerWise平臺(tái)就是一個(gè)非常成功利用游戲化元素輔助學(xué)習(xí)的例子[9]。PeerWise是一個(gè)在線的交流學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)生可以在這個(gè)平臺(tái)上提出自己的問題（通常是選擇題）并設(shè)置正確答案，然后由其他學(xué)生進(jìn)行回答，回答的學(xué)生將能夠立刻獲得答題的反饋。新穎的地方是PeerWise推出了獎(jiǎng)賞模式，答題的數(shù)目將會(huì)折算成學(xué)生個(gè)人的得分點(diǎn)數(shù)，完成任務(wù)就會(huì)得到對應(yīng)的特殊徽章，并且通過排行榜的方式使學(xué)生對于自己的排名有著直觀的認(rèn)識。這種機(jī)制會(huì)提高學(xué)生課后學(xué)習(xí)的參與度。文獻(xiàn)[10]展示了利用游戲化教學(xué)的模式教授“if判斷語句教學(xué)”，游戲化學(xué)習(xí)主題為“和計(jì)算機(jī)一起玩剪刀石頭布”，幫助學(xué)生更好地掌握計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)中的主要思想，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示接受了游戲化教學(xué)的學(xué)生在本知識點(diǎn)的掌握程度要高于平常教學(xué)的學(xué)生。

2 課堂變得“智慧”的必要性

改變傳統(tǒng)的教育模式，將其變得更加靈活和更具有吸引力，最終提高教學(xué)質(zhì)量，是我們一直追求的目標(biāo)。而探索新的教育模式并不意味著“見好即入”，不是所有看起來“高大上”的新事物都要加入到教學(xué)當(dāng)中，要結(jié)合自身的實(shí)際情況，吸收國內(nèi)外先進(jìn)的教育理念（如STEM教育、創(chuàng)客教育等），再針對學(xué)生目前學(xué)習(xí)情況加以改變，使得個(gè)性化的教學(xué)不再僅是說說而已。這對未來的教學(xué)改革有著先驅(qū)探索性的意義。

通過消化吸收MOOC、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教育模式，創(chuàng)新高校教學(xué)、管理模式，在教學(xué)中不斷發(fā)展符合自身教學(xué)特點(diǎn)的教育模式是很有必要的，但找到這樣的教育模式并不是一件輕松事，任何教育模式都需要經(jīng)歷實(shí)踐的考驗(yàn)，只有適應(yīng)時(shí)代發(fā)展并充分滿足人們需求才能被人們認(rèn)可。在新型教育模式上的不斷嘗試是不可或缺的，具體可以從3個(gè)方面體現(xiàn)：

1）以需求為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教育。

在過去的幾年中，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛而深入地在各個(gè)領(lǐng)域普及，教育方面也不例外，針對學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，定制個(gè)性化學(xué)習(xí)策略，進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)輔導(dǎo)等將是未來教學(xué)的趨勢，不分情況“填鴨式”教學(xué)注定會(huì)被淘汰。通過“課上課下一體化”的學(xué)習(xí)，獲取學(xué)生的課上行為數(shù)據(jù)（即需求）并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將學(xué)生的課上行為數(shù)據(jù)應(yīng)用于課下學(xué)習(xí)，如推送與課上未理解知識點(diǎn)相關(guān)的習(xí)題，做到真正理解學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，使學(xué)生有針對性地進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而形成個(gè)性化的學(xué)習(xí)路徑，最終形成基于需求的個(gè)性化教育空間，實(shí)現(xiàn)因材施教。

2）從知識到思維。

無論是何種教育模式，其最終目的都是為學(xué)生提供學(xué)習(xí)思維而非刻板的知識。我們需要考慮通過創(chuàng)新教學(xué)方式，在為學(xué)生提供知識的同時(shí)傳授他們學(xué)習(xí)思維，針對學(xué)生的不同性格特征進(jìn)行有側(cè)重的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生在不同情境下的學(xué)習(xí)和解決問題的能力。通過課上課下一體化的模式，來實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生的課堂參與度、學(xué)習(xí)積極性及學(xué)習(xí)效率、解決教師與學(xué)生之間交互反饋問題以及提高學(xué)生的自我認(rèn)知與自我效能的目的，實(shí)現(xiàn)由知識到思維的轉(zhuǎn)化。使學(xué)生可以了解自己的學(xué)習(xí)興趣，形成自己的個(gè)性化學(xué)習(xí)體系。為學(xué)生營造出合作競爭、參與、反饋的學(xué)習(xí)環(huán)境，并通過由此形成的個(gè)人學(xué)習(xí)路徑塑造學(xué)習(xí)思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生進(jìn)行高效的學(xué)習(xí)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

3）為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)模式。

傳統(tǒng)的教學(xué)方式是教師講授知識、學(xué)生學(xué)習(xí)知識，教師與學(xué)生之間缺乏有效的交流。而隨著在線教育和新的課堂教學(xué)模式的發(fā)展，在未來10年左右，全球可能只會(huì)有15%左右的人還在以這種傳統(tǒng)的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)，而其余的85%非傳統(tǒng)意義上的學(xué)習(xí)者，他們需要的是更加優(yōu)質(zhì)、有針對性、個(gè)性化、靈活多樣的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[11]。例如目前十分熱門的翻轉(zhuǎn)課堂、微課程、SPOC及MOOC等都是由于此類非傳統(tǒng)意義上的學(xué)習(xí)者數(shù)目不斷增加而更加火熱壯大。我們需要做的，就是以此為出發(fā)點(diǎn)，通過改善當(dāng)前傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境上的不足，為學(xué)生提供有別于過去的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，并且更加具體和個(gè)性化，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)選擇。

3 智慧課堂教學(xué)實(shí)踐

為了實(shí)踐智慧課堂教學(xué)是否可以為學(xué)生帶來積極作用，我們在吉林大學(xué)的網(wǎng)頁設(shè)計(jì)課程中進(jìn)行了一個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)。課上學(xué)生任意地發(fā)送彈幕和記錄自己不懂的知識點(diǎn)，課下每個(gè)學(xué)生針對自己課上所學(xué)知識選擇自己的學(xué)習(xí)路線。同時(shí)，我們對期末考試的方式也進(jìn)行了改變，在課下的游戲化平臺(tái)上，每個(gè)學(xué)生通過選擇期望的期末成績作答相應(yīng)難度的試卷。例如，選擇80分的試卷，學(xué)生將會(huì)得到80分難度的試題，如果想提高自己的分?jǐn)?shù)，則需要通過加試題目來獲得90分。我們將課上、課下和期末考試與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，提高了學(xué)生的課堂參與積極性，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的同時(shí)也享受游戲的樂趣。

3.1 智慧教學(xué)的具體目標(biāo)

網(wǎng)頁設(shè)計(jì)課程是一門校選課，它對全校所有專業(yè)的學(xué)生開放，希望通過一系列新型的師生互動(dòng)方式，提供針對學(xué)生課上提出問題的反饋，并將課上數(shù)據(jù)結(jié)合到課下的學(xué)習(xí)中，形成連通課上課下學(xué)習(xí)的模式。該教育模式的主要目標(biāo)包括以下3個(gè)方面：

1）最大化激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

該模式課上通過發(fā)送彈幕、搖一搖等交互方式，課下通過結(jié)合游戲化的闖關(guān)答題模式，提高學(xué)生的課堂參與度，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。課上的實(shí)時(shí)反饋可以及時(shí)解決學(xué)生學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，而不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)問題影響后續(xù)的學(xué)習(xí)，并且能夠?yàn)閷W(xué)生進(jìn)行知識推薦，為拓展學(xué)習(xí)提供了指引。課下游戲化的學(xué)習(xí)利用闖關(guān)的游戲方式，使學(xué)生在自由選擇感興趣題目的同時(shí)，既解決課上未吸收的知識點(diǎn)，又對學(xué)生的選擇和答題結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)效果的反饋和下一步的指導(dǎo)，使學(xué)生更高效、更富有趣味性地學(xué)習(xí)。通過課上課下結(jié)合的模式最大化激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2）轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)理念。

該模式通過將學(xué)生課上課下學(xué)習(xí)行為反饋給教師，使教師對學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)有所了解，從而有利于充分挖掘?qū)W生的興趣愛好及學(xué)習(xí)需求。在教學(xué)實(shí)踐中根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)行為反饋不斷對課程進(jìn)行改進(jìn)，調(diào)整課程結(jié)構(gòu)以適應(yīng)當(dāng)前階段的學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并由此形成一套完整的教學(xué)思維，而不再是將教學(xué)技能簡單地混合使用。形成針對某門課程、某些學(xué)生的教學(xué)路徑，對課程體系擁有一個(gè)整體性的把握，并根據(jù)教學(xué)實(shí)踐不斷調(diào)整課程內(nèi)容，教學(xué)方法以及教學(xué)思維等。

3）自主學(xué)習(xí)，因材施教。

通過在教學(xué)中應(yīng)用這種教育模式，我們期望教師能形成自己的教學(xué)路徑，學(xué)生形成自己的學(xué)習(xí)路徑。通過營造合作競爭、參與、反饋的教育環(huán)境，使師生在實(shí)時(shí)交互中及時(shí)解決學(xué)習(xí)問題，讓學(xué)生能夠更好地自主學(xué)習(xí)。針對學(xué)生不同的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，制定相應(yīng)的學(xué)習(xí)方案，使學(xué)生形成個(gè)性化的學(xué)習(xí)空間。期末考試方式的改變，更能適應(yīng)不同學(xué)習(xí)程度學(xué)生的不同選擇，不必再為未知的考試而擔(dān)憂。

3.2 智慧教學(xué)的知識模塊設(shè)置

智慧課堂的核心思想是讓學(xué)生課上及時(shí)提出問題、解決問題，在課下時(shí)段對課上的疑惑知識點(diǎn)以游戲化的輕松形式進(jìn)行解答和強(qiáng)化，最終解決疑惑問題并提高學(xué)生的自信和積極性。具體的知識模塊設(shè)置如圖1所示。

圖1 智慧課堂教學(xué)模塊流程

（1）彈幕提問：學(xué)生在課上如果遇到產(chǎn)生疑惑的地方就將問題以彈幕的形式發(fā)送到教師的屏幕上，該屏幕將會(huì)被投影至課堂前方，每個(gè)問題教師和其他學(xué)生都可以看到。

（2）彈幕反饋：當(dāng)其他學(xué)生看到問題時(shí)，可以用彈幕的形式對于問題做簡短的解答，學(xué)生可以通過這種方式進(jìn)行討論。

（3）記錄不懂知識點(diǎn)：當(dāng)學(xué)生對某處知識點(diǎn)產(chǎn)生疑惑并且不能在短時(shí)間內(nèi)解決時(shí)，可以搖動(dòng)自己的手機(jī)，此時(shí)教師正在講解的知識點(diǎn)就會(huì)被記錄下來，課后提示學(xué)生并在平臺(tái)進(jìn)行詳細(xì)講解。

（4）知識點(diǎn)復(fù)習(xí)：課下通過平臺(tái)為學(xué)生提供本節(jié)課所有知識點(diǎn)的講解和習(xí)題，著重推薦他們在課上記錄的產(chǎn)生疑惑的知識點(diǎn)。

（5）知識點(diǎn)強(qiáng)化關(guān)卡：學(xué)生可以選擇自己的作業(yè)，每個(gè)關(guān)卡都會(huì)帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入不同的學(xué)習(xí)路線，讓學(xué)生能夠?qū)Ρ竟?jié)課的知識進(jìn)行鞏固掌握。

（6）獎(jiǎng)勵(lì)：在不斷學(xué)習(xí)、不斷通過關(guān)卡的同時(shí)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，他們將會(huì)獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)，例如得分和徽章。學(xué)生學(xué)習(xí)的過程也是他們在“教學(xué)地圖”中闖關(guān)游戲的過程。

（7）提高自信：學(xué)生通過游戲的闖關(guān)環(huán)節(jié)，解決了課上問題，同時(shí)獲得榮譽(yù)徽章，提高了自信心。

4 結(jié) 語

通過調(diào)研國內(nèi)外智能設(shè)備結(jié)合教學(xué)的教學(xué)模式，發(fā)現(xiàn)這些教學(xué)模式可以令學(xué)生的上課積極性有所提高，并且學(xué)生通過游戲化的方式學(xué)習(xí)知識的效率較高。目前，課上課下相結(jié)合的智能教學(xué)模式并不常見，利用課上收集學(xué)生的問題，課下來針對相應(yīng)知識點(diǎn)強(qiáng)化訓(xùn)練，是一種很好的教學(xué)模式，希望未來有更多的高校可以應(yīng)用在自己的課堂教學(xué)中，將課堂教育做得更好，為學(xué)生創(chuàng)建“智慧”的課堂。

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（編輯：彭遠(yuǎn)紅）

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吉林省高等教育教學(xué)改革立項(xiàng)課題“面向交叉學(xué)科的大數(shù)據(jù)教育研究與實(shí)踐”（吉教高字[2015]46號）；教育部大學(xué)計(jì)算機(jī)課程改革項(xiàng)目子課題“大數(shù)據(jù)時(shí)代以計(jì)算思維能力培養(yǎng)為核心的數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)分析課程建設(shè)研究”（2-8-DJG-1-1）。

徐昊，男，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育與知識管理， xuhao@jlu.edu.cn；

黃嵐（通信作者），女，教授，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)挖掘與商務(wù)智能， huanglan@jlu.edu.cn。