新工科背景下智慧課堂教學(xué)模式研究

張燕 孫光靈

摘 要：高等教育教學(xué)研究重點(diǎn)是提高本科教學(xué)質(zhì)量，在新工科背景下智慧課堂教學(xué)模式是一種創(chuàng)新教學(xué)模式。分析了新工科建設(shè)和智慧課堂建設(shè)的內(nèi)在聯(lián)系，將新工科背景下智慧課堂教學(xué)模式應(yīng)用到實(shí)踐教學(xué)。智慧課堂教學(xué)模式與傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式相比有6大優(yōu)勢：學(xué)習(xí)主動(dòng)化、學(xué)習(xí)模式高效化、教學(xué)方式移動(dòng)化、數(shù)據(jù)分析智能化、學(xué)習(xí)軌跡動(dòng)態(tài)化和測評反饋及時(shí)化，這些優(yōu)勢證明智慧課堂教學(xué)模式是建設(shè)高水平本科教育，全面提高人才培養(yǎng)能力的行之有效的教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：新工科;智慧課堂教學(xué)模式;大數(shù)據(jù);動(dòng)態(tài)軌跡

DOI：10. 11907/rjdk. 182197

中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2019）003-0206-04

0 引言

教育部積極推進(jìn)新工科[1]建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識”、“天大行動(dòng)”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》、《關(guān)于推進(jìn)新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，新工科成為教育改革的熱門議題。傳統(tǒng)的工科人才培養(yǎng)知識單一，側(cè)重理論知識的塑造，對人文素質(zhì)和情商培養(yǎng)基本為零。未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)對新工科人才的定義為工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才[2-3]。

隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的發(fā)展，年輕一代大學(xué)生成了互聯(lián)網(wǎng)的“原著居民”，移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)入生活的方方面面。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式側(cè)重課堂輕視課外，課上常見的尷尬是學(xué)生成了“低頭族”，教師在演“獨(dú)角戲”。隨著新工科建設(shè)的迅速推進(jìn)，建設(shè)與之適應(yīng)的教學(xué)模式成為教育教學(xué)改革的重點(diǎn)，MOOC、SPOC、混合教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、智慧課堂[4]等多種教學(xué)模式如雨后春筍般發(fā)展起來，其中智慧課堂成為高等教育教學(xué)的新寵兒。國外相關(guān)研究有： Rachida A Jhoun等[5]認(rèn)為學(xué)習(xí)者在智慧課堂中可以根據(jù)自己的節(jié)奏進(jìn)行個(gè)性化和自主化學(xué)習(xí)，可對知識進(jìn)行選擇性學(xué)習(xí)。Timms和Michael J[6]認(rèn)為可將人工智能應(yīng)用在教育中，參與學(xué)生學(xué)習(xí)，幫助教師提高教學(xué)效率。Kristopher、Scott等[7]認(rèn)為在智慧課堂，采用教學(xué)終端明確學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，記錄教學(xué)活動(dòng)，支持小組協(xié)作，促進(jìn)師生之間學(xué)習(xí)資源共享;Matt Rattp R[8]、Alelaiwi A[9]、Jo J[10]等認(rèn)為，通過在課堂上使用無線智能設(shè)備可提高學(xué)生的參與度，大數(shù)據(jù)[11-12]和人工智能[13]是智慧課堂實(shí)現(xiàn)的必要手段。國內(nèi)相關(guān)研究有：孫曙暉、鄧光強(qiáng)、蔣翀、陳婷等[14-17]認(rèn)為智慧課堂是以建構(gòu)主義[18]學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)打造的智能、高效的課堂[19-21]。國內(nèi)對智慧課堂的研究有的從硬件角度搭建智慧課堂教學(xué)環(huán)境，有的從智慧課堂教學(xué)APP設(shè)計(jì)入手[22]，鮮有學(xué)者對智慧課堂環(huán)境下的教學(xué)模式有效性進(jìn)行系統(tǒng)研究，而對新工科背景下智慧課堂教學(xué)模式的研究更是少之又少。本文從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，設(shè)計(jì)了切實(shí)可行的智慧課堂教學(xué)模式，為提高教學(xué)質(zhì)量提供支持。

1 新工科與智慧課堂

新工科建設(shè)是以新的專業(yè)、新的教育方式，培養(yǎng)具有可持續(xù)競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才。智慧課堂本身就是一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，運(yùn)用多種教學(xué)手段，打破學(xué)習(xí)時(shí)間限制，拓寬學(xué)習(xí)空間，擴(kuò)大教育的影響面，采用最新的信息技術(shù)完善創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)模式，加強(qiáng)技術(shù)與成果的轉(zhuǎn)化，這些為新工科建設(shè)目標(biāo)——培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，為未來提供智力和人才支撐提供了實(shí)施途徑。智慧課堂的教學(xué)模式就是以師生為主體，共同打造一種愉悅的學(xué)習(xí)情境，以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性為目標(biāo)，創(chuàng)新思維為導(dǎo)向，為新工科建設(shè)提供具體的實(shí)施步驟。新工科建設(shè)為智慧課堂教學(xué)模式樹立旗幟，智慧課堂為新工科建設(shè)添磚加瓦，兩者相輔相成，相互促進(jìn)，共同發(fā)展。

2 智慧課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)教室中教師和學(xué)生角色分明，教師以三尺講臺(tái)為舞臺(tái) “滿堂灌”，使得教學(xué)活動(dòng)更像教師一個(gè)人的獨(dú)白;學(xué)生就是劇場的看客，師生之間缺乏互動(dòng)。隨著科技的發(fā)展，智慧課堂應(yīng)運(yùn)而生，本文提出的智慧課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)如表1所示，由智慧教室、教師、學(xué)生、信息化、教學(xué)過程5個(gè)部分組成。智慧教室為師生提供了一個(gè)愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境，如照明系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、桌椅布局、WiFi全覆蓋、多位置攝像跟拍設(shè)備、電子顯示設(shè)備等基本硬件要素;教師和學(xué)生是學(xué)習(xí)主體，兩者之間完成知識的傳遞與互動(dòng);信息化技術(shù)是智慧課堂知識傳遞的橋梁，以 “互聯(lián)網(wǎng)+”的思維方式和大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)建構(gòu)智慧課堂。

2.1 教學(xué)過程三位一體

傳統(tǒng)教學(xué)過程中，教師只考慮課堂50分鐘的組織與管理，課前和課后與學(xué)生無任何交集，教師只是關(guān)注哪些知識點(diǎn)給學(xué)生講過了，除了期末測試外就沒有其它方式監(jiān)督學(xué)生學(xué)習(xí)。智慧課堂教學(xué)將傳統(tǒng)課堂課中的教學(xué)活動(dòng)拓展到課前、課中和課后，每個(gè)階段都有特定任務(wù)。課前的自學(xué)視頻是否看了？看了多少、看了幾遍皆有記錄。是否積極參與課中教學(xué)活動(dòng)，團(tuán)隊(duì)合作是否順利都可監(jiān)控。課后的知識點(diǎn)總結(jié)和知識遷移可在APP中體現(xiàn)。課前、課中和課后三位一體都為教學(xué)服務(wù)，教學(xué)過程的可視化程度很高，如圖1所示。

2.2 教學(xué)活動(dòng)主體

傳統(tǒng)課堂以教師為中心，是教學(xué)活動(dòng)的主體，而學(xué)生處于被動(dòng)從屬地位。在智慧課堂中教學(xué)過程中，教師承擔(dān)更多的角色，課前視頻的制作、課中活動(dòng)的策劃、課后的互動(dòng)交流等。學(xué)生在智慧課堂活動(dòng)中，課前自學(xué)視頻、課中參與活動(dòng)、課后團(tuán)隊(duì)活動(dòng)，教師和學(xué)生都是教學(xué)活動(dòng)的主體，共同推動(dòng)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行。具體描述如下：首先，教師在錄制視頻和課堂教學(xué)中，要先了解學(xué)生的興趣，將課程內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際生活緊密聯(lián)系，從學(xué)生熟悉的事物說起，上升到理論總結(jié)，同時(shí)對課程內(nèi)容的描述和表達(dá)盡量風(fēng)趣幽默，從而吸引學(xué)生興趣。其次，教師要組織團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)模式，團(tuán)隊(duì)規(guī)模3-6人，給每個(gè)學(xué)生分配角色，承擔(dān)相應(yīng)的工作任務(wù)，在完成任務(wù)過程中進(jìn)行監(jiān)督和激勵(lì)。

2.3 多種信息技術(shù)融合

傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式照本宣科，往往與時(shí)代脫節(jié)，與新技術(shù)無緣。而智慧課堂充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，硬件用物聯(lián)網(wǎng)連接和控制，課前教學(xué)資源錄制和推送依靠互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分析學(xué)生學(xué)習(xí)過程，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，依賴大數(shù)據(jù)和云計(jì)算對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對學(xué)生的學(xué)習(xí)成效提供智能預(yù)警。所以，在智慧課堂教學(xué)模式中，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能技術(shù)相互交融，缺一不可。

3 智慧課堂教學(xué)模式優(yōu)勢

智慧課堂教學(xué)模式設(shè)計(jì)中，教學(xué)活動(dòng)和現(xiàn)代信息技術(shù)交融是一個(gè)復(fù)雜的過程，與傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式比較存在如下優(yōu)勢：學(xué)習(xí)的主動(dòng)化、學(xué)習(xí)模式的高效化、教學(xué)方式的移動(dòng)化、數(shù)據(jù)分析的智能化、學(xué)習(xí)軌跡的動(dòng)態(tài)化和測評反饋的及時(shí)化。

3.1 學(xué)習(xí)的主動(dòng)化

在智慧課堂中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，課前要及時(shí)學(xué)習(xí)教師推送的視頻，完成課前學(xué)習(xí)任務(wù)和自學(xué)測試;課中，采用翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式，學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體，提出學(xué)習(xí)中遇到的問題，和同學(xué)組成團(tuán)隊(duì)，協(xié)作完成教師布置的任務(wù);課后分享和展示團(tuán)隊(duì)的學(xué)習(xí)成果，總結(jié)學(xué)習(xí)過程中的問題，提出有建設(shè)性的意見。所有的教學(xué)任務(wù)需要學(xué)生自己去制定學(xué)習(xí)計(jì)劃，什么時(shí)候?qū)W、怎么學(xué)、用什么方法學(xué)，都是學(xué)生要考慮的問題。教師不是填鴨式的灌輸知識點(diǎn)，也不是一個(gè)學(xué)習(xí)模式套住所有學(xué)生，而是引導(dǎo)學(xué)生采取個(gè)性化方式自主學(xué)習(xí)，向視頻學(xué)習(xí)、向老師學(xué)習(xí)、向同學(xué)學(xué)習(xí)、向生活學(xué)習(xí)，利用移動(dòng)端展示學(xué)習(xí)內(nèi)容或用學(xué)習(xí)到的知識解決實(shí)際問題。

3.2 學(xué)習(xí)高效化

智慧課堂的教學(xué)模式是一種高效的學(xué)習(xí)模式，它體現(xiàn)在兩點(diǎn)：①傳統(tǒng)課堂上重點(diǎn)、難點(diǎn)在課前視頻中制作出來，教師從重復(fù)、繁瑣的工作中解放出來，有更多的時(shí)間用于教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新上;②團(tuán)隊(duì)組織學(xué)習(xí)模式可以提高學(xué)習(xí)效率。美國緬因州的國家訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)金字塔研究成果表明：被動(dòng)學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果最多達(dá)到30%，而主動(dòng)學(xué)習(xí)方式能達(dá)到90%以上，團(tuán)隊(duì)組織學(xué)習(xí)方式讓學(xué)生學(xué)得更快、記得更牢。

3.3 教學(xué)方式移動(dòng)化

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)已經(jīng)成為大眾必需品，基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)方式被越來越多的教師認(rèn)可，一批移動(dòng)教學(xué)APP——雨課堂、學(xué)習(xí)通、藍(lán)墨云班課應(yīng)運(yùn)而生。這些教學(xué)利器具有資源推送、學(xué)生簽到、作業(yè)/小組任務(wù)、投票/問卷、頭腦風(fēng)暴、答疑/討論、測試等功能，受到廣大師生的青睞。借助APP平臺(tái)，教師有了推送資源的平臺(tái)，學(xué)生拓寬了學(xué)習(xí)時(shí)間和空間，做到隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。

3.4 數(shù)據(jù)分析智能化

大多數(shù)移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)都有數(shù)據(jù)分析功能。如圖2所示，在藍(lán)墨云班課中，可對出勤率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也可對測試結(jié)果進(jìn)行分析。由于智慧課堂采用錄播系統(tǒng)，可收集到更多數(shù)據(jù)，比如教師提出一個(gè)問題后可以看到學(xué)生的反應(yīng)數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可了解學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時(shí)修正學(xué)習(xí)態(tài)度，及時(shí)幫助學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生。還能智能匹配學(xué)生所需要的資源，做到信息資源的個(gè)性化服務(wù)和個(gè)性化推送。

3.5 學(xué)習(xí)軌跡動(dòng)態(tài)化

記錄下學(xué)習(xí)過程的時(shí)間和空間，如什么時(shí)間段學(xué)習(xí)了哪一章節(jié)內(nèi)容，對應(yīng)這一章節(jié)的自測結(jié)果，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)對應(yīng)一個(gè)學(xué)習(xí)序列，將這些序列串聯(lián)起來，形成學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣;同時(shí)學(xué)習(xí)效率也體現(xiàn)在學(xué)習(xí)序列中，對這些序列進(jìn)行分析，找出不足的地方加以改進(jìn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整學(xué)習(xí)軌跡，向著高效的學(xué)習(xí)序列靠近。

3.6 測評反饋及時(shí)化

傳統(tǒng)教學(xué)活動(dòng)中，教師和學(xué)生是一對多的關(guān)系，教師對學(xué)生個(gè)體關(guān)注度不夠，甚至一學(xué)期下來教師叫不上10個(gè)學(xué)生的姓名，學(xué)生情感上產(chǎn)生表現(xiàn)好壞一個(gè)樣的現(xiàn)象。智慧課堂利用多種屏幕，監(jiān)測各個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，線上提問能得到及時(shí)回復(fù)，線下的學(xué)習(xí)表現(xiàn)也會(huì)被大數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄，做到一對一的VIP服務(wù)，學(xué)生能感受到 “我的每個(gè)進(jìn)步老師和同學(xué)都看得到”，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)力。

4 教學(xué)模式實(shí)施

智慧課堂教學(xué)模式在筆者學(xué)校實(shí)施了一個(gè)學(xué)期，2017-2018年第一學(xué)期采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，選課班級人數(shù)有97人，2017-2018年第二學(xué)期采用智慧課堂教學(xué)模式，選課班級人數(shù)有117人，從學(xué)生考試成績來看，傳統(tǒng)課堂班級學(xué)生80分以上占比51.55%，智慧課堂教學(xué)模式的班級學(xué)生80分以上百分比達(dá)66.67%，整整高出了15.12%;對比兩個(gè)班級的平均分，智慧課堂教學(xué)模式平均分為83.24，傳統(tǒng)班級平均分為70.11。比較還發(fā)現(xiàn)采用智慧課堂教學(xué)模式的班級，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性強(qiáng)了，后期復(fù)習(xí)中團(tuán)隊(duì)合作效果非常好，基本的知識點(diǎn)不需要老師講解，知識點(diǎn)定位快速而準(zhǔn)確，解題思路清晰，如表2所示。

5 結(jié)語

智慧課堂教學(xué)模式實(shí)施過程中還存在以下兩個(gè)問題：①智慧課堂教學(xué)模式的設(shè)計(jì)很大程度依賴于學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性，交互式教學(xué)方法需要學(xué)生配合和參與，但由于學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)較差，對教師的教學(xué)活動(dòng)反應(yīng)平淡，因此學(xué)生的參與度直接影響智慧課堂教學(xué)模式學(xué)習(xí)效率;②智慧課堂對硬件要求高，需要一個(gè)功能良好的智能手機(jī)及信號很好的WiFi網(wǎng)絡(luò)，需要功能強(qiáng)大的服務(wù)器和對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)，硬件投入是智慧課堂正常開展的基礎(chǔ)。

智慧課堂把學(xué)習(xí)當(dāng)成一種樂趣，以一種愉悅的心情進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率得到提高。智慧課堂的研究和推廣為教育改革提供了一種新途徑，對新工科建設(shè)順利推進(jìn)具有現(xiàn)實(shí)意義。

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（責(zé)任編輯：杜能鋼）