教育信息化2.0視域下高校智慧教學(xué)平臺的設(shè)計與研究

陸冷飛 唐偉方 王欣然

摘 ? 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在教育領(lǐng)域的深度融合與應(yīng)用，智慧教育成為高等教育領(lǐng)域的研究熱點。智慧教育最直觀的表現(xiàn)為課堂教學(xué)的智慧化。文章從高校課程智慧教學(xué)的特征出發(fā)，提出了“互聯(lián)網(wǎng)+教學(xué)”的具體實踐思路，即建設(shè)統(tǒng)一的基于新興技術(shù)的高校智慧教學(xué)平臺，并對該平臺實現(xiàn)的總體目標、總體要求進行了分析，提出了平臺的建設(shè)框架并對各子系統(tǒng)的功能需求做了詳細的分析與研究。

關(guān)鍵詞：智慧教學(xué);互動教學(xué);過程性評價;教學(xué)平臺

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2020）05-0085-04

一、引言

隨著新興信息技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的不斷深入，引發(fā)了傳統(tǒng)教育的重大變革，我國高等教育信息化開始進入新的發(fā)展階段，智慧教育逐漸深入人心?！督逃畔⒒?.0行動計劃》提出“以人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)為基礎(chǔ)，依托各類智能設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)，積極開展智慧教育創(chuàng)新研究和示范，推動新技術(shù)支持下的教育模式變革和生態(tài)重構(gòu)[1]?！敝腔劢逃遣粩鄬⑽锫?lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新一代信息技術(shù)手段與教育理念和實踐融合，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的學(xué)習(xí)空間、學(xué)習(xí)生態(tài)以及現(xiàn)代教育模式和系統(tǒng)，旨在促進教育利益相關(guān)者的智慧養(yǎng)成與可持續(xù)發(fā)展，推動教育的創(chuàng)新與改革[2]。

筆者認為，智慧教育最直觀的表現(xiàn)為智慧課堂教學(xué)。智慧教學(xué)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)的最大區(qū)別在于：首先體現(xiàn)在智慧教學(xué)的目標。智慧教學(xué)的目標除了傳統(tǒng)的知識與技能傳授之外，更加側(cè)重對學(xué)生的高階思維能力（如思辨能力、批判能力、合作能力、創(chuàng)造力等）以及素質(zhì)的培養(yǎng)。其次體現(xiàn)在智慧教學(xué)的過程。智慧教學(xué)的過程是在先進信息技術(shù)及其平臺支撐下實施的教學(xué)過程，是信息技術(shù)與課程進行深度融合的教學(xué)過程，包括學(xué)習(xí)空間的重構(gòu)與延伸、教學(xué)內(nèi)容和方式的變革、多種教學(xué)模式的實施等，利用技術(shù)再造教與學(xué)的全過程。再次體現(xiàn)在智慧教學(xué)的評價。智慧教學(xué)在信息技術(shù)平臺的支撐下，將整個學(xué)生的學(xué)習(xí)過程以及教師教的過程全自動記錄下來，有利于實現(xiàn)對學(xué)生和教師的全過程性評價，可實現(xiàn)評價主體多元、評價內(nèi)容多維、評價方式多樣，全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及教師的教學(xué)情況。

綜上所述，建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實等新興信息技術(shù)打造的高校智慧教學(xué)平臺，在學(xué)校的智慧教學(xué)實踐中起著關(guān)鍵的作用，也是《教育信息化2.0行動計劃》中提出的實現(xiàn)智慧教育的核心環(huán)節(jié)。筆者根據(jù)所在高校的教育信息化現(xiàn)狀及條件，提出將最新的信息技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)，規(guī)劃建設(shè)一套人性化、智能化的，覆蓋高校教學(xué)全周期、全過程的統(tǒng)一智慧教學(xué)管理與支撐平臺。通過打造智慧化的教學(xué)與學(xué)習(xí)環(huán)境，切實減輕實施教學(xué)改革過程中師生和管理人員的工作量，讓師生將更多的精力集中于教與學(xué)，促進教學(xué)向以學(xué)生為中心的模式轉(zhuǎn)變。統(tǒng)一高效的智慧教學(xué)平臺建設(shè)將有力促進高校落實教育部相關(guān)文件要求，推動課堂智慧教學(xué)革命，重塑課堂教學(xué)形態(tài)，實現(xiàn)高等教育智慧化。

二、智慧教學(xué)平臺的總體目標

建設(shè)智慧教學(xué)平臺的目的是為高校課程教學(xué)提供先進的智慧化環(huán)境與技術(shù)支撐，實現(xiàn)課程智慧教學(xué)。筆者將智慧教學(xué)平臺的總體目標總結(jié)為“3個四模型”，即為高校教師、學(xué)生、質(zhì)量監(jiān)督者、教學(xué)管理者四種角色提供人性化的教學(xué)與管理服務(wù);為課程教學(xué)中的課前、課中、課后、結(jié)課分析四個階段提供全過程的流程支持、數(shù)據(jù)記錄與統(tǒng)計分析;為高校教學(xué)實現(xiàn)教學(xué)資源共享、教師與學(xué)生的科學(xué)評價、師生的良性互動、學(xué)生的精準學(xué)業(yè)幫扶四項功能。如圖1所示，其表現(xiàn)如下。

（1）實現(xiàn)課堂教學(xué)全過程（課前、課中、課后、結(jié)課分析）網(wǎng)絡(luò)化、智能化、個性化學(xué)習(xí)，支持多種教學(xué)模式的實施，形成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學(xué)新形態(tài)。包括對學(xué)生學(xué)的全過程支持與管理;對教師教的全過程支持與管理;對質(zhì)量評估者進行過程性教學(xué)評價的支持與管理;對教學(xué)管理者管理決策的支持;課堂互動及板書內(nèi)容的記錄與管理;教學(xué)資源共享及學(xué)生多元評價的支持，匯集課堂教學(xué)現(xiàn)場的錄播視頻資源，教師、學(xué)生、質(zhì)量監(jiān)督者、教學(xué)管理者能夠隨時還原課堂上課情境。

（2）促進課堂教學(xué)從傳統(tǒng)以教為主的講授式向以學(xué)為主的互動式、案例、翻轉(zhuǎn)、小組協(xié)作等模式轉(zhuǎn)變;促進從總結(jié)性評價為主向形成性評價與總結(jié)性評價等多元評價并重的教學(xué)評價模式轉(zhuǎn)變;促進課程教學(xué)從以課堂教學(xué)為主向課內(nèi)外結(jié)合轉(zhuǎn)變。

（3）與教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接，實現(xiàn)教學(xué)全周期、全過程的教育大數(shù)據(jù)分析。其分析結(jié)果將為教學(xué)管理者提供決策支持，為高校探索實施智能化精準教育、學(xué)業(yè)幫扶、教學(xué)評價以及教學(xué)和人才培養(yǎng)方案改革提供強有力的技術(shù)支撐。

三、智慧教學(xué)平臺的總體要求

（1）技術(shù)方面要求系統(tǒng)多平臺兼容，能夠?qū)崿F(xiàn)跨平臺和分布式部署，具備高度安全的保障體系;認證方式采用學(xué)校統(tǒng)一認證;采用云端存儲，微信小程序、APP、電腦端等多終端兼容的架構(gòu)模式;以用戶易用為基本原則，根據(jù)系統(tǒng)功能及針對用戶的不同，將系統(tǒng)功能部署在手機微信端，客戶端及電腦Web端，確保終端界面交互友好;學(xué)生和教師的使用以移動端為主，Web管理端為輔。

（2）功能總體要求為基于學(xué)校教務(wù)管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以智慧教室錄播資源平臺和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為主體，集成課堂互動教學(xué)、教師板書內(nèi)容記錄、視頻資源、上課資源、題庫建設(shè)、過程性評價、過程性成績管理、教師與學(xué)生痕跡記錄、大數(shù)據(jù)分析等功能于一體，建設(shè)成統(tǒng)一的覆蓋教學(xué)全過程的智慧化教學(xué)平臺。該平臺實現(xiàn)課程教學(xué)全過程的智慧化支撐與管理，包括課前（教師備課，學(xué)生預(yù)習(xí)，學(xué)情分析等）、課中互動（師生互動、隨堂測試、實時反饋、課堂參與度分析等）、課后（作業(yè)、復(fù)習(xí)、指導(dǎo)等）、考后分析及貫穿教學(xué)全周期的過程性教學(xué)評價等，為課堂教學(xué)模式向探究型、互動型、翻轉(zhuǎn)型、協(xié)作學(xué)習(xí)型等轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支撐，使課堂教學(xué)全過程痕跡可尋，過程性教學(xué)評價有據(jù)可依，促進課堂互動，活躍課堂氣氛，促進師生發(fā)展，不斷提高教與學(xué)的質(zhì)量水平。

四、智慧教學(xué)平臺的功能框架設(shè)計

筆者根據(jù)學(xué)校已建設(shè)的教學(xué)樓信息化基礎(chǔ)設(shè)施、教學(xué)信息化的現(xiàn)狀以及教育部對高校教學(xué)的最新政策要求，規(guī)劃設(shè)計了高校智慧化教學(xué)平臺建設(shè)框架，如圖2所示。該框架主要包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與決策支持系統(tǒng)建設(shè)，以及用戶端程序幾個部分。該框架的核心是服務(wù)系統(tǒng)和決策支持系統(tǒng)，總體功能如下。

1.智慧教室錄播資源平臺

本平臺通過建設(shè)教學(xué)專網(wǎng)，為教室（含實驗室）安裝攝像頭、錄播中控、藍牙擴聲等相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備，實現(xiàn)對每個多媒體教室的可視化直播和錄播功能，為每個教室安裝至少2個高清攝像頭，分別面向教師和學(xué)生，同時另兩路信號錄制電腦演示PPT和電子板書記錄。采用云端錄制模式，所有錄制的課堂上課情境自動存儲至云端資源平臺，與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺連通。系統(tǒng)支持在線巡課，校領(lǐng)導(dǎo)、督導(dǎo)、校院管理人員能隨時巡查課堂;可點播歷史上課記錄，完全還原過往課堂上課情境。錄制的部分精品課程可以經(jīng)過平臺處理轉(zhuǎn)入網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺課程資源庫，提供給重修學(xué)生進行在線學(xué)習(xí)。對部分高端智慧教室安裝溫度、濕度、光照等傳感器，實現(xiàn)對教室環(huán)境的智能控制;利用攝像頭人臉識別進行無感知考勤，并提供學(xué)生抬頭率、前排就座率等情況分析;為支持小班化教學(xué)，提供分組教學(xué)、討論的一體機等硬件及軟件系統(tǒng);錄播平臺的建設(shè)可與教室環(huán)境裝修、桌椅改造等結(jié)合起來，打造現(xiàn)代化、智能化的教與學(xué)空間。

2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺

本平臺是實現(xiàn)課堂教學(xué)模式從傳統(tǒng)模式向線上線下相結(jié)合模式進行轉(zhuǎn)變的重要支撐平臺，主要用于SPOC教學(xué)。本系統(tǒng)首先應(yīng)具備市場上主流MOOC平臺的所有功能，包括教師備課、上傳學(xué)習(xí)資源、布置作業(yè)、評價作業(yè)、答疑，學(xué)生預(yù)習(xí)、視頻學(xué)習(xí)、考試、課后作業(yè)提交、課后交流、查看相關(guān)資源等。其次，除前述基本功能之外，還有如下功能要求：

（1）平臺與教務(wù)系統(tǒng)自動對接，包括教學(xué)計劃、教學(xué)安排、課表選課等信息自動同步。同一門課由課程負責人負責創(chuàng)立基礎(chǔ)資源（如教學(xué)大綱、預(yù)習(xí)資源、拓展資源等）供各平行班教師共享，每學(xué)期自動生成各平行教學(xué)班的課程記錄，每個任課老師能看到所帶的全部教學(xué)班級信息。教師創(chuàng)建的教學(xué)資源可實現(xiàn)全平臺共享。

（2）學(xué)生能夠在平臺進行課前、課中、課后的所有線上學(xué)習(xí)和互動。與智慧教室錄播資源平臺和課堂互動與學(xué)生評價系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動聯(lián)通與存儲。每堂課結(jié)束后，由錄播系統(tǒng)自動記錄生成教學(xué)視頻，學(xué)生可以在課后復(fù)習(xí)查看，系統(tǒng)能自動記錄復(fù)習(xí)的相關(guān)痕跡數(shù)據(jù)。教師能夠查看、管理和設(shè)置全部課堂教學(xué)相關(guān)的功能。

（3）提供視頻課程制作的環(huán)境。對于云錄播資源平臺中的精品錄播資源，能直接導(dǎo)入作為課程學(xué)習(xí)的視頻資源。提供視頻編輯工具，教師可以對視頻進行簡單的編輯，制作類似MOOC的在線視頻學(xué)習(xí)資源，供翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)和學(xué)生重修學(xué)習(xí)使用。

（4）個性化學(xué)習(xí)資源的自動推送。平臺能夠利用大數(shù)據(jù)技術(shù)挖掘與分析學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，智能化收集和搜索與學(xué)生當前學(xué)習(xí)水平相當?shù)恼n程學(xué)習(xí)資源，自動推送到學(xué)生的學(xué)習(xí)終端，實現(xiàn)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)。

3.課堂互動與學(xué)生評價系統(tǒng)

本系統(tǒng)前端基于微信小程序，管理端與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺聯(lián)通，主要面向教師與學(xué)生在教學(xué)過程中的實時互動及反饋，教師和學(xué)生在教學(xué)的各環(huán)節(jié)都能夠?qū)崟r發(fā)送通知和消息進行互動。

系統(tǒng)包括課前、課中、課后、結(jié)課分析四個模塊。課前模塊主要是任課教師布置課前預(yù)習(xí)任務(wù)和發(fā)布各類通知等。課中模塊包括隨堂作業(yè)、教學(xué)互動（包括開放式和答案式）、隨堂考試、搶答游戲、分組討論、考勤情況、頭腦風暴等功能，其中考勤可以做到無感知考勤，即系統(tǒng)根據(jù)課堂上課學(xué)生的互動情況以及攝像頭人臉識別情況綜合統(tǒng)計出學(xué)生到課情況;學(xué)生手機端可同步查看教師電腦端的PPT和板書記錄，為大教室大班課坐后排同學(xué)提供方便。課后模塊為教師提供復(fù)習(xí)要點及作業(yè)布置、提交和批改功能，對于紙質(zhì)作業(yè)可以拍照上傳，并且能夠自動生成每次課程的學(xué)習(xí)小結(jié)，讓教師和學(xué)生清晰了解課程的教與學(xué)情況。結(jié)課分析模塊主要實現(xiàn)課程教學(xué)終結(jié)性評價即結(jié)課考試后的成績統(tǒng)計與分析，系統(tǒng)根據(jù)課程的教學(xué)目標，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)以及期末考試試卷、成績分析等數(shù)據(jù)，得出該課程學(xué)生的學(xué)習(xí)目標達成度等情況，從而給教師、管理部門提供決策依據(jù)。課堂互動系統(tǒng)記錄學(xué)生課程學(xué)習(xí)全過程的所有信息，進行全過程監(jiān)測，對于異常學(xué)生可自動提示預(yù)警，教師可在后臺對學(xué)生過程性評價成績和終結(jié)性評價成績進行處理賦權(quán)，最終得到學(xué)生的課程總評成績。

4.教師過程性評價系統(tǒng)

本系統(tǒng)提供的功能模塊包括考勤情況（可從人臉識別、上課互動等情況分析，實現(xiàn)無感知考勤）、督導(dǎo)（校領(lǐng)導(dǎo)）聽課評價、同行評價、學(xué)生評價、教師自評、指標設(shè)置等模塊。其中學(xué)生評價可根據(jù)管理部門的要求設(shè)置教學(xué)過程的評價頻率和次數(shù)，對于多個老師上同一門課的課程，系統(tǒng)可根據(jù)每位老師上課周次及設(shè)定的頻率自動向?qū)W生發(fā)起過程性評價活動，收集教師的過程性評價數(shù)據(jù)。教師自評是指教師可隨時發(fā)起學(xué)生對自己課堂教學(xué)情況的評價，以了解自己的教學(xué)情況，也可通過查看自己的課程錄像以及課堂教學(xué)整體情況進行自評。系統(tǒng)可綜合對教師的各類評價，由管理部門設(shè)置相關(guān)的權(quán)重，統(tǒng)計之后得出當學(xué)期任課教師的教學(xué)評價分數(shù)，供管理部門決策使用。

5.智慧板書系統(tǒng)

智慧板書系統(tǒng)的目標為將原有的黑板粉筆板書模式升級為電子板書模式。該系統(tǒng)以交互式觸摸一體機或電子白板為載體，使用電容筆實現(xiàn)無塵化板書。該系統(tǒng)有多種板書模式可選，板書背景范圍可無限擴大，不需擦除板書內(nèi)容，節(jié)省傳統(tǒng)擦除黑板的時間，同時可對所有的板書記錄進行存儲（可存儲為PPT或?qū)Ｓ形募?，并上傳網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺供學(xué)生復(fù)習(xí)使用;課堂教學(xué)過程中板書可實時同傳至學(xué)生的手機端，方便學(xué)生查看，解決大課堂教學(xué)中坐教室后排同學(xué)看不清板書內(nèi)容的問題;該系統(tǒng)兼具圖片、文件、視頻等多媒體材料的展示功能，可在板書的同時隨時打開相關(guān)資料，任意拖拽放大進行展示;結(jié)合錄音設(shè)備，還可以進行微課錄制。智慧板書系統(tǒng)將大大方便教師的板書，節(jié)省板書時間，且將板書過程數(shù)據(jù)化，實現(xiàn)可編輯管理，與云錄播資源平臺中的課堂錄播視頻進行結(jié)合，確保課程教學(xué)情境中各環(huán)節(jié)的完整性，可實現(xiàn)課程教學(xué)全過程情境還原，方便學(xué)生復(fù)習(xí)以及教學(xué)評價。

6.教學(xué)大數(shù)據(jù)挖掘與分析系統(tǒng)

該系統(tǒng)旨在對全校課堂教學(xué)全過程記錄的所有痕跡數(shù)據(jù)（包括評學(xué)、評教、錄播資源、師生課堂互動、考核記錄、過程性教學(xué)評價等）進行數(shù)據(jù)挖掘與分析，再結(jié)合教務(wù)系統(tǒng)中相關(guān)的學(xué)生學(xué)籍信息和成績數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析模型得出課程教學(xué)的相關(guān)結(jié)論與圖表，讓學(xué)校能全面實時掌握教學(xué)的質(zhì)量，為學(xué)校教學(xué)改革、人才培養(yǎng)、教師發(fā)展、學(xué)業(yè)支持等工作提供決策依據(jù)。觀察分析的角度主要有學(xué)生、行政班、專業(yè)、年級、課程、教學(xué)班、教師等，分析的內(nèi)容根據(jù)每個觀察角度的不同具體確定。

五、結(jié)束語

智慧教育是信息技術(shù)與教育高度融合發(fā)展的必然趨勢。智慧教育中的教與學(xué)有著高效契合的特點，主要表現(xiàn)為實施教學(xué)、高效互動和科學(xué)分析[2];同時也表現(xiàn)為信息技術(shù)對教與學(xué)全過程管理以及學(xué)習(xí)環(huán)境的有效支持，使教育中的教與學(xué)突破時空限制，實現(xiàn)任何人在任何時間、任何地點以任何方式有效地學(xué)習(xí)任何知識，并在整個過程中實現(xiàn)全過程的智能化跟蹤評價。本文提出的智慧教學(xué)平臺設(shè)計框架從具體實施層面為各高校智慧教學(xué)提供了參考建設(shè)方案。智慧教學(xué)平臺的建設(shè)，將打造一個人性化的、功能全面的、高效的現(xiàn)代化智慧教學(xué)硬件和軟件環(huán)境。高?？梢造`活地根據(jù)課程教學(xué)規(guī)模實施探究式教學(xué)、互動教學(xué)、案例教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、小組合作學(xué)習(xí)等教學(xué)模式改革，有力地促進高校教學(xué)向智慧教育邁進，提高高等教育人才培養(yǎng)的質(zhì)量。

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（編輯：王曉明）