智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用研究

陳志強(qiáng)+高靜慧

摘要：在大數(shù)據(jù)、人工智能和云技術(shù)的背景下，傳統(tǒng)的多媒體教育技術(shù)不僅無(wú)法支撐教學(xué)改革的推進(jìn)，而且制約了一些先進(jìn)的教學(xué)理念的落地。本文從山東省淄博市教育信息化現(xiàn)狀出發(fā)，分析了教育信息化技術(shù)不能滿足教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐的突出問(wèn)題，并提出了教學(xué)系統(tǒng)的核心需求，探討了其對(duì)學(xué)校創(chuàng)新教學(xué)模式、改革教學(xué)方法的影響，以期改善教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：智慧課堂；教學(xué)系統(tǒng)；思維可視化；師生互動(dòng)；教學(xué)過(guò)程生成

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2017）20-0076-04

● 研究背景

1.國(guó)家對(duì)教育信息化發(fā)展提出的要求

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》提出：優(yōu)先發(fā)展教育，提高教育現(xiàn)代化水平，強(qiáng)化信息化技術(shù)應(yīng)用。提高教師應(yīng)用信息技術(shù)水平，更新教學(xué)觀念，改進(jìn)教學(xué)方法，改善教學(xué)效果。

《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》也提出：鼓勵(lì)教師利用信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式，推動(dòng)形成“課堂用、經(jīng)常用、普遍用”的信息化教學(xué)新常態(tài)，全面提升教師的信息化教學(xué)能力和學(xué)生的信息素養(yǎng)。

2017年9月，教育部最新發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)職業(yè)教育信息化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》對(duì)信息技術(shù)與課堂的深度融合提出了更具體的要求，鼓勵(lì)開(kāi)展信息化環(huán)境下的職業(yè)教育教學(xué)模式創(chuàng)新研究與實(shí)踐，大力推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合；用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)教學(xué)；推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間的建設(shè)與應(yīng)用，加強(qiáng)教與學(xué)全過(guò)程的數(shù)據(jù)采集和效果分析；鼓勵(lì)教師充分、合理運(yùn)用數(shù)字教育資源開(kāi)展教學(xué)；推廣遠(yuǎn)程協(xié)作、實(shí)時(shí)互動(dòng)、翻轉(zhuǎn)課堂、移動(dòng)學(xué)習(xí)等信息化教學(xué)模式，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的主觀能動(dòng)性，促進(jìn)教與學(xué)、教與教、學(xué)與學(xué)的全面互動(dòng)，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量與人才培養(yǎng)質(zhì)量。

2.淄博市教育信息化現(xiàn)狀分析

山東省淄博市在《關(guān)于開(kāi)展“四位一體”框架下推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)的總體規(guī)劃》中提到，將進(jìn)一步加強(qiáng)信息化惠民服務(wù)，讓信息化服務(wù)教育，提高多媒體教室普及率、師生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間覆蓋率、學(xué)習(xí)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋率等?！笆濉逼陂g，淄博市教育信息化建設(shè)進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的階段，全市十個(gè)區(qū)縣一千余所學(xué)校全部接入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)數(shù)字化校園驗(yàn)收的學(xué)校達(dá)到573所，多媒體教室的覆蓋率普及率達(dá)93%，各級(jí)各類學(xué)校建成“一對(duì)一”教學(xué)班達(dá)到541個(gè)，其中部分學(xué)校實(shí)現(xiàn)了全年級(jí)、全班級(jí)、全覆蓋的“一對(duì)一”教學(xué)，學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境大幅改善，信息化應(yīng)用基礎(chǔ)進(jìn)一步夯實(shí)。

然而，我市多媒體教室的裝備水平不一，有的相對(duì)落后，即使裝備時(shí)間不久的學(xué)校，由于受多媒體技術(shù)水平限制和在裝備選擇上有誤區(qū)，也會(huì)存在課堂教學(xué)系統(tǒng)不能滿足教育教學(xué)改革需求的弊端，因而限制了先進(jìn)教學(xué)理念的實(shí)施。針對(duì)上述問(wèn)題，2017年，淄博市教育信息化工作推進(jìn)辦公室開(kāi)展了一系列的調(diào)研活動(dòng)，如召開(kāi)專題會(huì)議進(jìn)行研討、考察調(diào)研多家信息技術(shù)公司和產(chǎn)品、試點(diǎn)引進(jìn)智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)等，在建設(shè)智慧城市的框架下積極打造智慧教育，充分發(fā)揮示范引領(lǐng)作用，促進(jìn)教師利用信息技術(shù)改進(jìn)教學(xué)方法、創(chuàng)新教學(xué)模式。

● 教學(xué)系統(tǒng)的問(wèn)題研究

教學(xué)系統(tǒng)是教育系統(tǒng)的子系統(tǒng)，是指為了實(shí)現(xiàn)某種教學(xué)目的，由各教學(xué)要素有機(jī)結(jié)合成的具有一定教學(xué)功能的整體。智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)主要是指整合應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、人工智能等技術(shù)為師生提供更加智能的信息技術(shù)支持的教學(xué)系統(tǒng)。教學(xué)過(guò)程中的教師和學(xué)生都是富有活力的生命個(gè)體，只有教學(xué)設(shè)備不斷地更新和完善，才能為師生更好地開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)提供強(qiáng)有力的平臺(tái)支撐。但是，隨著教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐的不斷深入，廣大師生對(duì)信息技術(shù)的需求矛盾越來(lái)越突出，教學(xué)系統(tǒng)的發(fā)展也還沒(méi)有徹底變革，筆者結(jié)合當(dāng)前一些常見(jiàn)的教學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)和教學(xué)需求，分析了其存在的主要問(wèn)題。

1.教學(xué)情境的強(qiáng)預(yù)設(shè)性

以往常用的幾種多媒體教學(xué)手段都有很強(qiáng)的教學(xué)預(yù)設(shè)屬性。不僅教學(xué)效果對(duì)教師的設(shè)計(jì)水平有較高的依賴，而且整個(gè)教學(xué)過(guò)程也會(huì)嚴(yán)重依賴課前的教學(xué)設(shè)計(jì)，即使在教學(xué)過(guò)程中有新的生成和討論熱點(diǎn)，但教師在教學(xué)預(yù)設(shè)的制約下，為了整節(jié)課的教學(xué)計(jì)劃正常進(jìn)行，會(huì)有意識(shí)地忽略、轉(zhuǎn)移在教學(xué)互動(dòng)中產(chǎn)生的新情境，即便這種情境要比原有的預(yù)設(shè)好。這樣會(huì)造成“信息化填鴨教學(xué)”現(xiàn)象的發(fā)生，不利于學(xué)生思維的培養(yǎng)和能力的形成。

2.教學(xué)設(shè)備的弱關(guān)聯(lián)性

多媒體教學(xué)設(shè)備在不斷完善，而各種設(shè)備之間相互獨(dú)立的現(xiàn)象卻普遍存在，如電腦、白板、觸控大屏、實(shí)物展廳、錄播設(shè)備之間相互獨(dú)立；設(shè)備操作也很繁瑣，各種多媒體產(chǎn)生的素材不能同時(shí)呈現(xiàn)，教學(xué)資源獲取不夠暢通，只能簡(jiǎn)單依賴控制終端進(jìn)行硬切換、訪問(wèn)端口切換，這增加了教師使用和普及的成本及難度，在一定程度上影響了教學(xué)效果。

3.教學(xué)互動(dòng)的弱參與性

（1）學(xué)生在教與學(xué)的過(guò)程中，不能及時(shí)將自己的所思所想以及隨堂作業(yè)轉(zhuǎn)化為課堂的教學(xué)素材。

（2）多媒體設(shè)備操作缺乏便利性、統(tǒng)一性，對(duì)學(xué)生而言，操作使用多媒體設(shè)備難度較大，導(dǎo)致學(xué)生不能及時(shí)參與到課堂的展示活動(dòng)中。

（3）多媒體教學(xué)素材相對(duì)固定，缺乏屬性操作，教師不能根據(jù)需要及時(shí)、簡(jiǎn)潔地對(duì)教學(xué)素材進(jìn)行二次處理。

4.教學(xué)內(nèi)容的弱生成性

當(dāng)前，在眾多的多媒體教學(xué)系統(tǒng)中，還沒(méi)有一種系統(tǒng)可以為廣泛的多元教學(xué)過(guò)程生成提供支撐，這在一定程度上阻礙了教學(xué)改革與教育信息化的同步推進(jìn)。PPT、微課、在線點(diǎn)播等教學(xué)手段還是一種線性的教學(xué)思維，排斥各種不同的教學(xué)生成和思維發(fā)散的出現(xiàn)，這會(huì)阻礙學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

5.教學(xué)過(guò)程的不可再現(xiàn)性

教學(xué)是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作，正如哲學(xué)家所說(shuō)的“一個(gè)人不可能兩次踏進(jìn)同一條河里”一樣，即使是教學(xué)過(guò)程的參與因素不變，教學(xué)過(guò)程也很難實(shí)現(xiàn)完整的“再現(xiàn)”。雖然錄播、微課、在線直播課堂信息技術(shù)的發(fā)展能在一定程度上解決這個(gè)問(wèn)題，但還是不能滿足教學(xué)一線的需要。首先，錄播、在線直播課堂對(duì)硬件要求較高，只能在部分學(xué)校建設(shè)個(gè)別教室；其次，微課、錄播視頻后期制作成本太高，難度大，周期較長(zhǎng)，這些導(dǎo)致其不能作為常規(guī)教學(xué)的主要手段；最后，錄播、在線直播課堂等對(duì)使用者的信息技術(shù)專業(yè)水平要求較高，普通教師難以掌握，這也在一定程度上制約著它的推廣與應(yīng)用。endprint

● 智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)需求與應(yīng)用探析

隨著云技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)的推廣和廣泛應(yīng)用，整個(gè)社會(huì)對(duì)智能終端設(shè)備的使用深度、廣度也不斷加強(qiáng)，但當(dāng)前大多數(shù)多媒體教學(xué)設(shè)備、軟件、理念相對(duì)滯后，而師生對(duì)新的教育信息技術(shù)需求卻越來(lái)越強(qiáng)烈。本文通過(guò)對(duì)多媒體教學(xué)現(xiàn)狀的長(zhǎng)期調(diào)查與研究，分析了其中的主要原因，并結(jié)合當(dāng)前成熟的信息技術(shù)和教學(xué)實(shí)際中對(duì)信息技術(shù)服務(wù)教學(xué)的需求，提出了十一個(gè)關(guān)鍵需求點(diǎn)，即直觀、兼容、智能、互聯(lián)、生成、共享、互動(dòng)、便捷、開(kāi)放、多元和分類。

山東省淄博市在小學(xué)、初中、高中、中職學(xué)校都開(kāi)展了試點(diǎn)工作，建設(shè)了“未來(lái)教育”智慧課堂，經(jīng)過(guò)半年多的實(shí)踐應(yīng)用，不僅顛覆了廣大教師對(duì)多媒體教學(xué)系統(tǒng)的原有認(rèn)知，也創(chuàng)新了教學(xué)模式，變革了教學(xué)方法，改善了教學(xué)效果，得到師生的一致好評(píng)。筆者結(jié)合十一個(gè)核心需求分別探討了“未來(lái)教育”智慧課堂在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值。

（1）兼容?！拔磥?lái)教育”智慧課堂基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，高度整合了先進(jìn)教學(xué)設(shè)備和海量教育資源，完全可以兼容原來(lái)的觸控一體機(jī)、資源平臺(tái)等教學(xué)資源。一方面，現(xiàn)有硬件設(shè)備在得到充分利用的同時(shí)，也能適應(yīng)將來(lái)設(shè)備的升級(jí)與更新，充分發(fā)揮設(shè)備的效能，減少了重新購(gòu)置全套設(shè)備的浪費(fèi)，也減少了在資金、時(shí)間方面的消耗；另一方面，軟件的兼容性高，熟悉而便捷的軟件操作邏輯也非常有利于普通教師的使用和推廣，試點(diǎn)學(xué)校三個(gè)月就完成了一個(gè)“未來(lái)教育”智慧課堂功能教室的全部建設(shè)。

（2）直觀。計(jì)算機(jī)的廣泛發(fā)展得益于Windows的“所見(jiàn)即所得”理念，“未來(lái)教育”教學(xué)系統(tǒng)的操作軟件可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)“思維可視化”，教師更容易掌握，從而更好地為教學(xué)服務(wù)。智慧課堂建成后一個(gè)月，各學(xué)科的骨干教師已經(jīng)可以熟練利用新的教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)展教學(xué)和教研活動(dòng)。

（3）便捷?！拔磥?lái)教育”智慧課堂使用觸控一體機(jī)、手持終端進(jìn)行教學(xué)，解決了講臺(tái)操控對(duì)教師行動(dòng)的限制。在教學(xué)過(guò)程中生成的素材都可以利用手持終端分享到大屏幕使用，二次處理也很便捷。所有的操作功能鍵都在屏幕四周，直觀便捷。在教學(xué)過(guò)程中，系統(tǒng)可以將各種元素便捷地處理成數(shù)字化語(yǔ)音、視頻、圖片、圖像等，操作簡(jiǎn)單不需要利用第三方工具，這能進(jìn)一步提高教學(xué)效率。

（4）共享。“未來(lái)教育”智慧課堂利用云技術(shù)，可以把課堂上學(xué)生精彩的講解視頻、精妙的解題過(guò)程、典型的發(fā)言語(yǔ)音、漂亮的作業(yè)等一秒上傳到云平臺(tái)，既可以作為日后教與學(xué)的素材，又可以作為學(xué)生在線學(xué)習(xí)的教學(xué)資源，可謂“一舉多得”。

（5）互動(dòng)?！拔磥?lái)教育”智慧課堂在軟件系統(tǒng)上，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)，建立了功能齊全、交互迅速、使用便捷的“思維可視化”未來(lái)課堂教學(xué)支撐平臺(tái)?；?dòng)包含兩個(gè)方面：一方面是人機(jī)互動(dòng)。支持觸摸技術(shù)能讓學(xué)生零距離地參與到教學(xué)互動(dòng)中，發(fā)揮他們參與的積極性、主動(dòng)性，開(kāi)發(fā)創(chuàng)造性。另一方面是人員互動(dòng)。支持“分屏互動(dòng)”有利于開(kāi)展小組教學(xué)；支持“多屏互動(dòng)”便于開(kāi)展“一對(duì)一教學(xué)”，實(shí)現(xiàn)師生之間、生生之間的充分互動(dòng)，讓思想迸射出更多的火花。

（6）生成?！拔磥?lái)教育”智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)提供的技術(shù)支持。課前通過(guò)以學(xué)定教、盤(pán)活資源、活化資源進(jìn)行備課；課中通過(guò)以教促學(xué)、互動(dòng)教學(xué)、移動(dòng)教學(xué)、多屏互動(dòng)、生成資源進(jìn)行個(gè)性化上課；課后通過(guò)課堂觀察的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)支持的評(píng)價(jià)方式進(jìn)行檢測(cè)，資源和技術(shù)開(kāi)放、易用。整個(gè)過(guò)程都是在動(dòng)態(tài)生成，課堂效果更加精彩。

（7）智能?！拔磥?lái)教育”智慧課堂是一個(gè)數(shù)據(jù)精細(xì)采集、學(xué)習(xí)準(zhǔn)確分析、按需精準(zhǔn)推送的個(gè)性化教與學(xué)平臺(tái)。它能運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生終端數(shù)據(jù)的接收、處理，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析，給出教師需要的分析報(bào)告，讓教與學(xué)更加高效、智能。

（8）互聯(lián)。教室設(shè)施支持物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，空氣、溫度、濕度可控，實(shí)現(xiàn)環(huán)境的舒適性、人性化、生態(tài)化。“未來(lái)教育”智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)是“教育云”支撐的優(yōu)化課堂教學(xué)“班班通”和轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式“人人通”的系統(tǒng)，能讓課堂走出教室，突破時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間的互聯(lián)，讓溝通與協(xié)作隨行。

（9）開(kāi)放。信息技術(shù)應(yīng)支持促進(jìn)教學(xué)的發(fā)展。以往的多媒體系統(tǒng)大多數(shù)采用“一對(duì)多”的廣播式教學(xué)，這種教學(xué)方式已經(jīng)阻礙了教學(xué)理念、教學(xué)方法的發(fā)展。智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)支持師生常常用、天天用，通過(guò)自主、合作、協(xié)作學(xué)習(xí)完成學(xué)習(xí)行為的轉(zhuǎn)變。課堂內(nèi)學(xué)習(xí)內(nèi)容生動(dòng)有趣，學(xué)習(xí)過(guò)程靈活互動(dòng)、學(xué)習(xí)行為更加主動(dòng)；課堂外通過(guò)精準(zhǔn)推送的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)處處可學(xué)、時(shí)時(shí)能學(xué)的個(gè)性化學(xué)習(xí)。這是充分發(fā)揮教師教育思想的教學(xué)平臺(tái)，是放飛學(xué)生創(chuàng)意，充分體現(xiàn)學(xué)生自主、合作、協(xié)作學(xué)習(xí)的平臺(tái)。

（10）多元。智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)支持對(duì)既定素材處理的不同屬性操作，并且屬性操作精練、多元，教師可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇組合，更好地實(shí)現(xiàn)自己的教學(xué)意圖。教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)教師可以通過(guò)手機(jī)、PAD、展臺(tái)、錄播高清攝像頭、無(wú)線攝像頭等現(xiàn)場(chǎng)采集素材，并能非常簡(jiǎn)便地把所采集的素材立刻轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)的教學(xué)素材，能讓課堂更高效、更有針對(duì)性。

（11）分類。傳統(tǒng)教學(xué)受到教學(xué)時(shí)間緊張、學(xué)生數(shù)量多等現(xiàn)實(shí)條件的限制，“因材施教”是廣大教師有心無(wú)力的一件事，而大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能發(fā)展到今天，給“因材施教”插上了翅膀。智慧課堂教學(xué)系統(tǒng)能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況匹配分發(fā)不同的學(xué)習(xí)任務(wù)，然后由系統(tǒng)進(jìn)行初步的處理分析，最后教師通過(guò)分析報(bào)告就能掌握每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并及時(shí)調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)。

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作者簡(jiǎn)介：陳志強(qiáng)（1984.5—），助理講師，學(xué)士，主要研究項(xiàng)目有“中等職業(yè)學(xué)校信息化教學(xué)現(xiàn)狀與發(fā)展策略研究”和“中職教師教育科研能力提升研究”等。

一般資助項(xiàng)目：2017年度山東省職業(yè)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“中等職業(yè)學(xué)校信息化教學(xué)現(xiàn)狀與發(fā)展策略研究”（2017434）。endprint