基于“學(xué)習(xí)通”的智慧課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

吳曉璇，李正茂，郭昌建

（合肥學(xué)院人工智能與大數(shù)據(jù)學(xué)院，安徽合肥 230601）

1 智慧課堂內(nèi)涵

智慧課堂是指在課堂上結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的集智能與高效為一體的信息化課堂［1］，其基于一種動(dòng)態(tài)的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析及“云+端”的智能化運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)了評(píng)價(jià)結(jié)果反饋及時(shí)性、交流互動(dòng)立體化、資源信息推送智能化，全面變革了課堂教學(xué)形式和教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建了一種大數(shù)據(jù)應(yīng)用時(shí)代的信息化課堂教學(xué)新模式。

為更好地落實(shí)智慧教育這一育人理念，很多學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，研究大多集中在智慧課堂本體概念構(gòu)建及信息化技術(shù)應(yīng)用方面［2-4］。如文獻(xiàn)［5］研究構(gòu)建以情智交互為核心的智慧教學(xué)環(huán)境下教師教學(xué)行為交互架構(gòu)，分析了智慧課堂教學(xué)過程的行為交互要點(diǎn)，提出提升教師教學(xué)交互深度的措施與建議；文獻(xiàn)［6］以中職學(xué)校為例，提出基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的“智慧課堂”教學(xué)模式；文獻(xiàn)［7］從理論層面闡述“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代教育特征，構(gòu)建了以移動(dòng)互聯(lián)的課堂環(huán)境、立體化的教學(xué)過程、多元化的評(píng)價(jià)方式為特征的智慧課堂教學(xué)模式，以期為高校教學(xué)改革提供參考；文獻(xiàn)［8］以《Android 嵌入式軟件開發(fā)》為例，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和評(píng)價(jià)體系等方面，探討智慧課堂背景下軟件開發(fā)類課程的教學(xué)模式設(shè)計(jì)。雖然目前針對(duì)智慧課堂相關(guān)領(lǐng)域的研究較多，但針對(duì)某一門專業(yè)課程，從課程本身的特點(diǎn)出發(fā)，提出針對(duì)該課程的智慧課堂教學(xué)方法的研究仍然較少，本文以網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的核心課程《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編程》為例，基于課程特點(diǎn)及課程教學(xué)要求，提出智慧課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)。

智慧課堂利用信息化的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)課堂教學(xué)全過程的數(shù)據(jù)采集與分析，使得課堂教學(xué)從單純依賴于教師的課堂教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及主觀判斷，轉(zhuǎn)向依賴于數(shù)據(jù)，對(duì)教學(xué)全過程的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合分析，通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)課程教學(xué)情況及效果的客觀判斷，從而對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行綜合調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智慧課堂的高效性、客觀性和及時(shí)性［9］。在教學(xué)實(shí)踐過程中，智慧課堂整體教學(xué)流程由傳統(tǒng)的“5+4”模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦偷摹?+8”模式，即由8 個(gè)教學(xué)階段和8 個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)共同組成，如圖1 所示。

圖1 教學(xué)模式變革

2 《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編程》教學(xué)現(xiàn)狀分析

《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編程》作為一門實(shí)踐特色鮮明的網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)課程，培養(yǎng)學(xué)生在理解與掌握TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基本原理及其編程知識(shí)的基礎(chǔ)上，提高實(shí)踐動(dòng)手能力。該課程是網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)的基礎(chǔ)課程，更注重提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、自學(xué)能力及實(shí)踐能力。

為了在有限的課堂學(xué)時(shí)內(nèi)，讓學(xué)生可以最大限度地了解與掌握網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，擴(kuò)充課程內(nèi)容的信息量，提升學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)問題的分析求解能力和理論向?qū)嵺`轉(zhuǎn)化的實(shí)踐創(chuàng)新能力，因此對(duì)本課程在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等各方面的設(shè)計(jì)提出了全新要求。

本課程組將智慧課堂教學(xué)模式貫穿于課程的教、學(xué)、練、考、評(píng)等全流程中，配合過程考核等教學(xué)任務(wù)，從而達(dá)到應(yīng)用型復(fù)合人才培養(yǎng)的基本要求。在對(duì)智慧課堂特點(diǎn)進(jìn)行深入分析研究的基礎(chǔ)上，將信息技術(shù)手段與教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行有機(jī)融合，設(shè)計(jì)基于課堂動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析的智慧課堂教學(xué)模式，如圖2 所示。

圖2 基于動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析的智慧課堂教學(xué)模式

目前，本課程所有教學(xué)內(nèi)容已與校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)、“學(xué)習(xí)通”APP 教學(xué)平臺(tái)同步，如圖3 所示。通過這種線上、線下協(xié)作的教學(xué)方式，課前，通過教學(xué)平臺(tái)推送本課程的預(yù)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容重難點(diǎn)，并布置任務(wù)，學(xué)生可通過教學(xué)平臺(tái)獲取需要預(yù)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，完成任務(wù)上傳至平臺(tái)，教學(xué)平臺(tái)對(duì)預(yù)習(xí)情況進(jìn)行檢測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而深化學(xué)情分析，優(yōu)化課程的教學(xué)方案和教學(xué)模式設(shè)計(jì)；課中，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容發(fā)布隨堂測(cè)試，學(xué)生可針對(duì)教學(xué)內(nèi)容提出疑問，教學(xué)平臺(tái)通過學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋和隨堂測(cè)試進(jìn)行實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集與分析，從而輔助教師調(diào)整課程教學(xué)策略和教學(xué)內(nèi)容；課后，教師布置學(xué)習(xí)作業(yè)，學(xué)生完成并上傳至平臺(tái)，教學(xué)平臺(tái)通過對(duì)作業(yè)完成度和正確率的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化指導(dǎo)，并推送本課程的拓展學(xué)習(xí)資料，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。

圖3 學(xué)習(xí)通平臺(tái)課程基本信息

3 《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編程》智慧課堂教學(xué)實(shí)施

本文以《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編程》中的一節(jié)內(nèi)容“Socket 編程基礎(chǔ)”為例，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行探索性的智慧課堂教學(xué)，通過學(xué)習(xí)效果和學(xué)生整體反饋體現(xiàn)智慧課堂這種新型教學(xué)方式的有效性?！癝ocket 編程基礎(chǔ)”教學(xué)安排如圖4 所示。

3.1 課前

（1）課前學(xué)情分析與設(shè)計(jì)?；跉v屆學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握情況，結(jié)合前期學(xué)生課堂表現(xiàn)及作業(yè)成績分析，預(yù)設(shè)本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)如表1 所示。

表1 本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)

（2）預(yù)習(xí)資料發(fā)布。教師首先將學(xué)生預(yù)習(xí)資料在課前及時(shí)發(fā)布到校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，然后將與預(yù)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源（視頻教程、課程網(wǎng)絡(luò)介紹等）一并上傳到平臺(tái)的課程資料目錄下，如圖5 所示，最后布置預(yù)習(xí)作業(yè)。另一方面，學(xué)生通過校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)或“學(xué)習(xí)通”APP 平臺(tái)預(yù)習(xí)教師推送的學(xué)習(xí)任務(wù)，并完成、提交預(yù)習(xí)作業(yè)，同時(shí)學(xué)生也可針對(duì)某些問題提出疑問或在平臺(tái)上進(jìn)行討論。教師將問題分類，共性問題在課堂教學(xué)過程中集中解答，單個(gè)問題直接在平臺(tái)上實(shí)時(shí)解答，體現(xiàn)了師生交流的及時(shí)性。

圖4 “Socket 編程基礎(chǔ)”教學(xué)安排

圖5 校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上傳的課程資料

（3）優(yōu)化教學(xué)方案設(shè)計(jì)。教師根據(jù)教學(xué)平臺(tái)給出的學(xué)情分析結(jié)果和學(xué)生預(yù)習(xí)反饋情況［10］，進(jìn)一步明確教學(xué)重難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)以學(xué)定教，適當(dāng)調(diào)整教學(xué)目標(biāo)、方法、內(nèi)容等，以優(yōu)化教學(xué)方案設(shè)計(jì)［11］。

3.2 課中

開始授課前，教師開啟“學(xué)習(xí)通”的投屏功能，設(shè)置簽到形式（普通、手勢(shì)、二維碼等）。這里以二維碼為例，學(xué)生輸入邀請(qǐng)碼進(jìn)入課堂，教師獲得詳細(xì)簽到數(shù)據(jù)，了解學(xué)生的到課率情況，如圖6 所示。

（1）課程導(dǎo)入。教師可采取多種課程導(dǎo)入方法（預(yù)習(xí)反饋、測(cè)評(píng)練習(xí)和創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境等）導(dǎo)入新課內(nèi)容，學(xué)生基于課前自學(xué)成果，圍繞新課導(dǎo)入議題自由分享觀點(diǎn)。

例如，本次課程利用創(chuàng)設(shè)情境的方法，根據(jù)學(xué)生課前預(yù)習(xí)結(jié)果，回顧常用的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)（基于網(wǎng)卡的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、基于libpacketdriver 的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器編程技術(shù)、基于libpcap/winpcap 的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器編程技術(shù)、基于lindisocer 的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、基于socketver 的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)）。問題：站在應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)的角度，應(yīng)用程序如何方便地使用協(xié)議棧軟件進(jìn)行通信？通過問題導(dǎo)入本次智慧課堂教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)入過程自然，承上啟下。

套接字應(yīng)用程序編程接口是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧進(jìn)行通信時(shí)使用的接口，即應(yīng)用程序與協(xié)議棧軟件之間的接口，簡稱套接字編程接口（Socket API）。Socket API 定義了應(yīng)用程序與協(xié)議棧軟件進(jìn)行交互時(shí)可以使用的一組操作，決定了應(yīng)用程序使用協(xié)議棧的方式、應(yīng)用程序所能實(shí)現(xiàn)的功能，以及開發(fā)具有這些功能程序的難度。

（2）課程精講與知識(shí)點(diǎn)拓展教學(xué)。精講是指教師根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)以及前期教學(xué)分析數(shù)據(jù)進(jìn)行針對(duì)性的教學(xué)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中如果有不明白的內(nèi)容可以隨時(shí)給任課教師留言或在課堂上提問，教師在收到學(xué)生留言信息后，可以第一時(shí)間了解學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解與掌握情況，從而及時(shí)調(diào)整課程教學(xué)策略。

（3）隨堂測(cè)驗(yàn)、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)與測(cè)評(píng)。教師在授課過程中可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)合適的測(cè)驗(yàn)題目，將題目上傳至教學(xué)平臺(tái)，并推送給每位學(xué)生。為了充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，可設(shè)置“隨堂練習(xí)”、“搶答”、“答對(duì)有獎(jiǎng)”等激勵(lì)環(huán)節(jié)，教學(xué)平臺(tái)對(duì)學(xué)生答題結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)與反饋，如圖7 所示。

圖6 設(shè)置課程簽到邀請(qǐng)碼

圖7 實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)環(huán)節(jié)

（4）課程總結(jié)提升。教師根據(jù)學(xué)生提問、實(shí)時(shí)測(cè)評(píng)及系統(tǒng)分析反饋結(jié)果對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)與點(diǎn)評(píng)，對(duì)共性問題進(jìn)行集中解答。教師根據(jù)授課內(nèi)容布置作業(yè)和任務(wù)，結(jié)合學(xué)生對(duì)于知識(shí)掌握的不同程度，作業(yè)和任務(wù)具有較大彈性空間；學(xué)生根據(jù)自身對(duì)知識(shí)的掌握情況，選擇適合自己的作業(yè)和任務(wù)，可以獨(dú)自完成，也可以分組完成。學(xué)生通過該環(huán)節(jié)可鞏固與拓展所學(xué)知識(shí)。

3.3 課后

（1）課后作業(yè)。教師利用“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)發(fā)布課后作業(yè)，可根據(jù)題目性質(zhì)設(shè)置作業(yè)完成形式以及每組人數(shù)。教師還可根據(jù)學(xué)生課前及課中表現(xiàn)，向?qū)W生推送不同難度的作業(yè)，以了解學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的掌握情況。

（2）課后答疑。教師根據(jù)學(xué)生完成作業(yè)情況及提出的問題，進(jìn)行針對(duì)性的答疑，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。

（3）反思評(píng)價(jià)。教師根據(jù)學(xué)生在課前、課中及課后的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，通過對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理，根據(jù)教學(xué)平臺(tái)的分析反饋結(jié)果找出共性問題，以便于在后期教學(xué)中調(diào)整教學(xué)策略。

4 智慧課堂在課程中的有效性評(píng)價(jià)

本課程以基礎(chǔ)知識(shí)綜合應(yīng)用實(shí)踐為主要教學(xué)目標(biāo)，目前已在兩屆學(xué)生的教學(xué)過程中進(jìn)行了實(shí)踐，借助“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)實(shí)現(xiàn)線上線下同步教學(xué)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。為了滿足本課程實(shí)踐教學(xué)的需要，除正常的實(shí)驗(yàn)課外，學(xué)校還在晚自習(xí)期間免費(fèi)對(duì)學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)配有一套網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編程實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，學(xué)生可利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)環(huán)境完成網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編程實(shí)訓(xùn)練習(xí)及自主學(xué)習(xí)任務(wù)。同時(shí)，學(xué)生可通過登錄“校網(wǎng)絡(luò)課程綜合平臺(tái)”或“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)，或與教師及時(shí)進(jìn)行互動(dòng)，解決課程中遇到的問題。

教師可以統(tǒng)計(jì)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)情況（花費(fèi)時(shí)間、作業(yè)完成情況、資料下載瀏覽率、疑難問題、意見反饋等），通過多個(gè)指標(biāo)綜合分析學(xué)生對(duì)課程的評(píng)價(jià)。在了解學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)的同時(shí)，還可促進(jìn)自身教學(xué)能力的提升。學(xué)生對(duì)本課程的教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)情況如圖8 所示。

圖8 教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)情況

5 結(jié)語

智慧課堂作為信息化技術(shù)與教學(xué)融合的新興產(chǎn)物，是傳統(tǒng)教學(xué)的升華，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才提供了新手段與新方法。本文在《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議編程》教學(xué)中，借助“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)引入智慧課堂的教學(xué)理念，實(shí)現(xiàn)全過程可控、全數(shù)據(jù)記錄分析，根據(jù)學(xué)生線上線下反饋突出重難點(diǎn)教學(xué)，從而真正實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地進(jìn)行智慧化學(xué)習(xí)。通過多個(gè)指標(biāo)綜合分析學(xué)生對(duì)該課程的評(píng)價(jià)，證明了該教學(xué)模式的有效性，并找到其中存在的問題，作為后期進(jìn)一步優(yōu)化完善的基礎(chǔ)和依據(jù)。