人工智能應(yīng)用下智慧課堂的研究熱點(diǎn)與趨勢(shì)

牟向偉 趙遠(yuǎn)航 唐瑗彬

摘? ?要：人工智能時(shí)代到來(lái)，智慧課堂轉(zhuǎn)型升級(jí)。文章以中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的388篇及Web of Science收錄的390篇與人工智能應(yīng)用下智慧課堂相關(guān)的期刊論文為數(shù)據(jù)來(lái)源，基于CiteSpace軟件繪制國(guó)內(nèi)外人工智能應(yīng)用下智慧課堂研究知識(shí)圖譜。文章分析發(fā)現(xiàn)，就發(fā)文趨勢(shì)而言，國(guó)內(nèi)外呈上升趨勢(shì);就高產(chǎn)作者與團(tuán)隊(duì)分布而言，國(guó)內(nèi)合作不夠緊密，缺少領(lǐng)軍人物，尚未形成穩(wěn)定的學(xué)術(shù)共同體;就研究熱點(diǎn)而言，圍繞智慧課堂理論探索、技術(shù)應(yīng)用、教與學(xué)實(shí)踐三方面展開，國(guó)內(nèi)外各有側(cè)重，國(guó)內(nèi)專注于智慧課堂的教學(xué)模式構(gòu)建，國(guó)外偏向于智慧課堂的教學(xué)實(shí)踐。文章基于關(guān)鍵詞時(shí)序圖與突變?cè)~分析，結(jié)合中國(guó)國(guó)情，預(yù)測(cè)未來(lái)國(guó)內(nèi)外智慧課堂研究的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：人工智能;智慧課堂;熱點(diǎn)與趨勢(shì);CiteSpace

中圖分類號(hào)：G434;G353.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2021）13-0035-07

為搶抓新一輪技術(shù)機(jī)遇，我國(guó)出臺(tái)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》等文件，以期通過(guò)人工智能打造經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的新引擎、新動(dòng)能，引發(fā)課堂教學(xué)新變革。人工智能應(yīng)用下的智慧課堂是指以先進(jìn)的學(xué)習(xí)理論為指導(dǎo)，以促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展為宗旨，利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等智能信息技術(shù)打造智能、高效的課堂。[1]目前學(xué)界主要采用文獻(xiàn)分析法整理分析智慧課堂的研究現(xiàn)狀，缺少基于可視化分析軟件的智慧課堂研究熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)的文獻(xiàn)，難以較為直觀地把握該領(lǐng)域的研究歷程。[2]為此，本研究采用文獻(xiàn)計(jì)量法和科學(xué)知識(shí)圖譜法，梳理了近20年國(guó)內(nèi)外人工智能應(yīng)用下智慧課堂的研究并加以可視化操作，即運(yùn)用CiteSpace5.7.R1繪制文獻(xiàn)發(fā)文趨勢(shì)、作者合作網(wǎng)絡(luò)、關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)、聚類視圖、時(shí)序圖，突變?cè)~呈現(xiàn)人工智能應(yīng)用快速發(fā)展以來(lái)智慧課堂的研究成果和發(fā)展脈絡(luò)，把握研究熱點(diǎn)及該研究領(lǐng)域整體發(fā)展趨勢(shì)，以期為我國(guó)人工智能時(shí)代智慧課堂新理念、新模式和新實(shí)踐的深入探索提供參考和借鑒。

一、研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

本文運(yùn)用由美國(guó)Drexel大學(xué)陳超美教授開發(fā)的CiteSpace軟件對(duì)檢索文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化分析。CiteSpace是基于尋徑網(wǎng)絡(luò)算法和共引分析理論等對(duì)特定領(lǐng)域文獻(xiàn)（集合）進(jìn)行定量分析的重要工具，具有“圖”和“譜”的雙重特性。[3]通過(guò)挖掘文獻(xiàn)的潛在知識(shí)，能夠探索該領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)、研究熱點(diǎn)、研究趨勢(shì)等各方面的重要信息。

國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)來(lái)源為中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫(kù)，以“‘智慧OR‘智能OR‘人工智能OR‘AI”AND“‘課堂OR‘教室”進(jìn)行主題檢索，時(shí)間范圍定為2001年1月1日—2020年9月31日，并通過(guò)閱讀文獻(xiàn)摘要進(jìn)行人工識(shí)別，排除不相關(guān)文獻(xiàn)以及會(huì)議新聞、征稿通知、期刊聲明等無(wú)效記錄，最終確定388篇中文文獻(xiàn)。國(guó)外數(shù)據(jù)來(lái)源為Web of Science核心合集（WOS）數(shù)據(jù)庫(kù)，以“‘SmartOR‘IntelligentOR‘Artificial IntelligenceOR‘AI”AND“‘ClassroomOR‘Class”進(jìn)行主題檢索，為便于數(shù)據(jù)對(duì)比分析，國(guó)外文獻(xiàn)時(shí)間范圍也定為2001年1月1日—2020年9月31日，采用同樣文獻(xiàn)篩選方法，最終確定390篇英文文獻(xiàn)。

二、國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)發(fā)文趨勢(shì)分析

發(fā)文數(shù)量是判斷某一研究領(lǐng)域在特定時(shí)間段內(nèi)發(fā)展態(tài)勢(shì)的重要指標(biāo)，根據(jù)其變化能夠直觀地顯示該領(lǐng)域在不同時(shí)間段內(nèi)研究熱度的變化，對(duì)分析發(fā)展動(dòng)態(tài)和預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)具有重要的意義。國(guó)內(nèi)外人工智能應(yīng)用下智慧課堂文獻(xiàn)發(fā)文趨勢(shì)如圖1所示。

由圖1可知，2001—2010年10年間，國(guó)外發(fā)表有關(guān)智慧課堂的文章數(shù)量呈波動(dòng)趨勢(shì)，年均發(fā)文量在8篇左右，而國(guó)內(nèi)相關(guān)文章總量?jī)H有10篇。國(guó)外對(duì)該領(lǐng)域的研究開展較早，最早追溯到1988年Rescigno R C提出的“Smart—Classroom”，說(shuō)明經(jīng)過(guò)多年探索已有一定的研究基礎(chǔ)，而國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域的研究最早始于2001年，關(guān)注相對(duì)滯后，仍處于借鑒與上升發(fā)展階段。2010年以后，國(guó)內(nèi)外有關(guān)該領(lǐng)域的文章數(shù)量呈穩(wěn)定上升趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)研究也在此時(shí)集中涌現(xiàn)，受到學(xué)界的廣泛關(guān)注。直到2017年，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)文數(shù)量超過(guò)國(guó)外，得益于國(guó)家對(duì)人工智能應(yīng)用課堂教學(xué)的重視，我國(guó)學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域的研究熱度大漲，如2017年，國(guó)務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》將人工智能上升到國(guó)家戰(zhàn)略地位。2019年，國(guó)外發(fā)文數(shù)量上升到69篇，國(guó)內(nèi)更是達(dá)到了88篇。剖析其原因，雖然國(guó)內(nèi)外政府大力推行人工智能與課堂教學(xué)結(jié)合，但2018年以前人工智能處于試驗(yàn)狀態(tài)，還未廣泛傳播，直到2019年多家公司的人工智能產(chǎn)品落地，形成蝴蝶效應(yīng)。越來(lái)越多的智能產(chǎn)品進(jìn)入教育市場(chǎng)，學(xué)者紛紛開始了實(shí)證研究，以推動(dòng)“人工智能+教育”向更全面、深化的方向發(fā)展。根據(jù)趨勢(shì)分析，不難發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域的研究熱度在持續(xù)，《2020地平線報(bào)告：教與學(xué)版》提出，人工智能技術(shù)應(yīng)用和下一代數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境是未來(lái)高等教育教學(xué)技術(shù)方面的發(fā)展趨勢(shì)。[4]

三、國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中人工智能應(yīng)用下智慧課堂研究熱點(diǎn)分析

1.高產(chǎn)作者與團(tuán)隊(duì)分布

運(yùn)用CiteSpace中Author功能對(duì)發(fā)文作者進(jìn)行共現(xiàn)分析，以發(fā)文量對(duì)作者排名，結(jié)果如表1、圖2所示。由表1統(tǒng)計(jì)可知，國(guó)外文獻(xiàn)中作者KOEDINGER、ALEVEN、VANLEHN、WIJEKUMAR等發(fā)文量相對(duì)較多，最高達(dá)10篇。作者KOEDINGER是卡內(nèi)基梅隆大學(xué)人類計(jì)算機(jī)交互和心理學(xué)教授，主要從事基于計(jì)算機(jī)智能導(dǎo)師輔助課堂教學(xué)方面的研究。VANLEHN是智慧課堂領(lǐng)域的重要研究者，他在智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)、教育數(shù)據(jù)挖掘、認(rèn)知科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域都有一定的研究，為推動(dòng)智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)研究做出了突出貢獻(xiàn)，其著作“The Architecture of Cognition”總共被引用7200余次。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中作者祝智庭、張屹、劉邦奇、陳蓓蕾、龐敬文等發(fā)文量排名前列，其發(fā)文量均高于6篇，作者祝智庭來(lái)自華東師范大學(xué)，致力于教育信息化的研究，在智慧教育以及智慧課堂研究上做出了巨大的貢獻(xiàn)。作者張屹?gòu)闹腔壅n堂中學(xué)生的視角進(jìn)行多方面研究，如課堂教學(xué)互動(dòng)、學(xué)習(xí)成效影響等方面。作者劉邦奇來(lái)自訊飛教育技術(shù)研究院，在智慧課堂的教學(xué)模式以及教學(xué)實(shí)踐方面研究成果頗豐。這些專家指導(dǎo)推動(dòng)了該領(lǐng)域研究的發(fā)展。

基于2001—2020年發(fā)表的文獻(xiàn)，構(gòu)建作者合作網(wǎng)絡(luò)（見圖2）。其中，節(jié)點(diǎn)的大小反映作者的出現(xiàn)頻次，各節(jié)點(diǎn)之間以不同顏色、不同粗細(xì)的線段連接，表示節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生關(guān)聯(lián)，顏色越深、線條越粗，說(shuō)明作者間合作強(qiáng)度越大。[5]國(guó)外文獻(xiàn)發(fā)文作者共計(jì)1154個(gè)，作者間的合作線達(dá)2220條，作者之間的合作較為密切，且團(tuán)隊(duì)之間互連網(wǎng)絡(luò)，形成以KOEDINGER、ALEVEN、VANLEHN各自為代表的一系列核心團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)間BAKER、XU、SHI、GRAESSER等作者之間均有合作（其中XU、SHI為清華大學(xué)學(xué)者，發(fā)表于英文期刊）。

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)發(fā)文作者共計(jì)739個(gè)，作者間的合作線為900條。與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)作者之間的合作存在多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)，形成以祝智庭、張屹、劉邦奇為代表的一系列核心團(tuán)隊(duì)，呈現(xiàn)出“百家爭(zhēng)鳴、百花齊放”的態(tài)勢(shì)。說(shuō)明研究團(tuán)體較多，但團(tuán)隊(duì)與團(tuán)隊(duì)之間合作不夠緊密，在智慧課堂研究方面尚未形成穩(wěn)定的學(xué)術(shù)共同體。反觀國(guó)外，研究整體合作較好，團(tuán)隊(duì)之間聯(lián)系密切，研究主題相對(duì)聚集。因此我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)間的合作交流，合力推動(dòng)該領(lǐng)域研究的開展。另外，國(guó)內(nèi)仍缺少具有足夠影響力的科研機(jī)構(gòu)和領(lǐng)軍人物，與國(guó)外作者相比，雖然在國(guó)內(nèi)具有較高被引量，但還未進(jìn)入世界話語(yǔ)體系。未來(lái)需要宏觀引領(lǐng)，加強(qiáng)建立國(guó)內(nèi)外學(xué)者合作研究激勵(lì)機(jī)制，形成資源、成果共享，共同努力推進(jìn)該領(lǐng)域研究的良性循環(huán)。

2.研究熱點(diǎn)分析

對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，將Node Type設(shè)置為Keyword，根據(jù)檢索文獻(xiàn)數(shù)據(jù)繪制國(guó)內(nèi)外人工智能應(yīng)用下智慧課堂領(lǐng)域研究熱點(diǎn)知識(shí)圖譜，如圖3所示。知識(shí)圖譜中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻次;節(jié)點(diǎn)間的連線表示兩個(gè)關(guān)鍵詞之間有共現(xiàn)關(guān)系，連線的粗細(xì)代表共現(xiàn)關(guān)系的強(qiáng)度。[6]

從圖3可以得知，國(guó)外文獻(xiàn)中智慧課堂研究出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞為Intelligent Tutoring System（智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)）、Smart Classroom（智慧課堂）、Online Learning（在線學(xué)習(xí)）、Interactive learning Environment（交互式學(xué)習(xí)環(huán)境）、Educational Technology（教育技術(shù)）、AI（人工智能）、Higher Education（高等教育）、Teaching/Learning Strategy（教學(xué)策略）、Student Modeling（學(xué)生建模）、Improving Classroom Teaching（改進(jìn)課堂教學(xué)）、Intelligent Tutor（智能導(dǎo)師）等。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)的主要高頻關(guān)鍵詞為“智慧課堂”、“人工智能”、“智慧教育”、“教育信息化”、“大數(shù)據(jù)”、“翻轉(zhuǎn)課堂”、“智慧學(xué)習(xí)環(huán)境”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“智慧教學(xué)模式”、“教學(xué)改革”等。

選用LLR算法對(duì)所納入關(guān)鍵詞進(jìn)行標(biāo)簽聚類，繪制國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中人工智能應(yīng)用下智慧課堂研究關(guān)鍵詞聚類視圖（見圖4），以更清晰地了解該領(lǐng)域的研究進(jìn)程。國(guó)外文獻(xiàn)關(guān)鍵詞的聚類模塊值Q=0.8309，提示該聚類結(jié)構(gòu)顯著，可清楚界定該領(lǐng)域各個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的研究方向，共形成7個(gè)聚類，其中，Personalization（個(gè)性化）、Personalized Learning（個(gè)性化學(xué)習(xí)）是智慧課堂的教育理念和目標(biāo);Interactive Learning Environments（互動(dòng)式學(xué)習(xí)環(huán)境）是智慧課堂的教學(xué)環(huán)境;Flipped Classroom（翻轉(zhuǎn)課堂）是智慧課堂教學(xué)模式;Machine Learning（機(jī)器學(xué)習(xí)）是智慧課堂的技術(shù)應(yīng)用;Secondary Education（中等教育）、Higher Education（高等教育）是智慧課堂的教育對(duì)象。這7個(gè)類別均與智慧課堂教學(xué)緊密關(guān)聯(lián)，代表了國(guó)外智慧課堂的具體研究熱點(diǎn)，說(shuō)明國(guó)外對(duì)智慧課堂的研究較為全面。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)關(guān)鍵詞的聚類模塊值Q=0.8039，提示聚類結(jié)構(gòu)顯著，得到9個(gè)聚類。從圖中發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)的“智慧課堂”開展了多方面研究，其中，“智慧教育”指導(dǎo)智慧課堂建設(shè)，是其頂層設(shè)計(jì);“信息技術(shù)”是智慧課堂的主要技術(shù)支持，包括“人工智能”、“互聯(lián)網(wǎng)+”、“物聯(lián)網(wǎng)”、“教育大數(shù)據(jù)”等智能信息技術(shù)的研究，“電子書包”則是智慧課堂智能技術(shù)學(xué)習(xí)設(shè)備;“教學(xué)模式”是智慧課堂開展教學(xué)活動(dòng)的結(jié)構(gòu)框架和活動(dòng)程序。

通過(guò)關(guān)鍵詞聚類分析，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)近20年來(lái)對(duì)智慧課堂展開了一系列研究，國(guó)內(nèi)和國(guó)外各有側(cè)重，均對(duì)推動(dòng)智慧課堂發(fā)展起到關(guān)鍵作用。總結(jié)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)主要分為三個(gè)維度八個(gè)類別：一是智慧課堂理論探索，包括智慧課堂概念、理論模型和典型特征;二是智慧課堂技術(shù)應(yīng)用，包括物理空間技術(shù)應(yīng)用和虛擬空間技術(shù)應(yīng)用;三是智慧課堂教與學(xué)實(shí)踐，包括教學(xué)模式、案例分析及實(shí)驗(yàn)研究。

（1）智慧課堂理論探索

近年來(lái)，智慧課堂的理論研究較為豐富，智慧課堂概念、系統(tǒng)模型、典型特征等研究熱點(diǎn)受到國(guó)內(nèi)外業(yè)界學(xué)者的廣泛關(guān)注。對(duì)于智慧課堂概念研究，Skipton[7]認(rèn)為智慧課堂是充分整合教學(xué)技術(shù)以及延伸到一般學(xué)習(xí)環(huán)境以外的教室;劉邦奇[8]對(duì)智慧課堂1.0、智慧課堂2.0以及智慧課堂3.0的三個(gè)發(fā)展階段概念進(jìn)行了梳理。在智慧課堂系統(tǒng)模型方面，Huang等[9]提出情境感知智慧課堂的架構(gòu)，包括情境感知智慧課堂原型、技術(shù)整合模型以及在該架構(gòu)中智慧課堂運(yùn)作的支持措施三個(gè)部分;聶風(fēng)華等[10]通過(guò)闡釋智慧教室理論概念，構(gòu)建了智慧教室的iSMART系統(tǒng)模型。在智慧課堂典型特征研究上，陳衛(wèi)東等[11]將未來(lái)課堂的特性概括為人性化、混合性、開放性、智能性、生態(tài)性和交互性等六個(gè)方面;黃榮懷等[12]對(duì)智慧教室的“高清晰”、“深體驗(yàn)”和“強(qiáng)交互”三種典型特征進(jìn)行了分析。

通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均較為關(guān)注智慧課堂基礎(chǔ)理論的構(gòu)建。國(guó)外關(guān)于智慧課堂的研究開展較早，在2006年以前基本建立了智慧課堂的理論體系，近20年來(lái)，已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向了技術(shù)與實(shí)踐的研究，而此階段正是我國(guó)學(xué)者在智慧課堂的概念、系統(tǒng)模型以及典型特征方面深入探討的關(guān)鍵期，對(duì)后續(xù)開展智慧課堂下的教學(xué)改革具有重要的理論指導(dǎo)意義。

（2）智慧課堂技術(shù)應(yīng)用

智慧課堂是具有不同意義技術(shù)的教育空間，為教師和學(xué)生提供更方便的教學(xué)條件。因此，技術(shù)必須適應(yīng)教育教學(xué)的實(shí)際需求，而不是僅僅作為一種創(chuàng)新但不相關(guān)的解決方案。[13]智慧課堂在國(guó)外較早興起，智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)最先運(yùn)用于課堂教學(xué)，隨后互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、教育數(shù)據(jù)挖掘、學(xué)習(xí)分析、深度學(xué)習(xí)、智能導(dǎo)師等信息技術(shù)逐漸運(yùn)用于國(guó)內(nèi)外智慧課堂。智慧課堂技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)所主要分為物理空間和虛擬空間兩大類。智慧課堂物理空間技術(shù)應(yīng)用包括攝像頭、傳感器、智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等。Muzammul[14]利用人工智能的多人臉識(shí)別系統(tǒng)和人臉表情識(shí)別系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)學(xué)生的表情，將學(xué)生的注意力得分顯示在屏幕上，有助于提高學(xué)生的注意力。張一春等[15]設(shè)計(jì)了智能自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)管理與報(bào)修系統(tǒng)，有效提高了人員工作效率與管理水平。智慧課堂虛擬空間的技術(shù)應(yīng)用主要是在線學(xué)習(xí)或電子學(xué)習(xí)，包括智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)、虛擬導(dǎo)師等在線學(xué)習(xí)輔助技術(shù)。如Graesser等[16]開發(fā)了可以通過(guò)對(duì)話幫助學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)有關(guān)計(jì)算機(jī)、物理等知識(shí)的智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)。Lin等[17]研發(fā)了一個(gè)可幫助教師進(jìn)行寫作指導(dǎo)、完善同行評(píng)議反饋的聊天機(jī)器人。韓筠[18]提出疫情期間的在線教學(xué)實(shí)踐推動(dòng)了數(shù)字化教學(xué)工具、新型教學(xué)支持體系、新型教學(xué)服務(wù)供給方式的加速發(fā)展。

國(guó)外文獻(xiàn)在物理空間和虛擬空間的智慧課堂技術(shù)應(yīng)用研究上已經(jīng)較為深入，并且取得了一系列持續(xù)性的實(shí)踐研究成果，如人工智能、在線教學(xué)等技術(shù)在國(guó)外智慧課堂教學(xué)中已較為普遍，國(guó)內(nèi)在這方面的研究則有待加強(qiáng)。此外，國(guó)外研究技術(shù)支持的主體已經(jīng)從關(guān)注技術(shù)本身轉(zhuǎn)移到了關(guān)注教師信息化教學(xué)能力的提升和學(xué)生深度學(xué)習(xí)與高階思維的培養(yǎng)。在教學(xué)技術(shù)嵌入時(shí)遵循“以學(xué)生為中心”的理念，技術(shù)開發(fā)時(shí)將學(xué)生使用意見引入設(shè)計(jì)，使數(shù)字教學(xué)技術(shù)更易推廣，效果更明顯，這點(diǎn)同樣值得國(guó)內(nèi)學(xué)習(xí)與借鑒。

（3）智慧課堂教與學(xué)實(shí)踐

國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)智慧課堂教與學(xué)的研究包括教學(xué)模式構(gòu)建、案例分析及實(shí)驗(yàn)研究。教學(xué)模式研究方面，劉邦奇等[19][20]構(gòu)建了智慧課堂“三段十步”教學(xué)流程結(jié)構(gòu)模型和學(xué)科智慧課堂“4+N”特征模型，但仍未完全根據(jù)學(xué)科獨(dú)有特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不能很好地體現(xiàn)教學(xué)模式應(yīng)用于具體學(xué)科教學(xué)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題。Dai S[21]提出了一種整合智能課堂的財(cái)務(wù)會(huì)計(jì)課程ARS互動(dòng)教學(xué)模式，主要包括基于課前、課內(nèi)、課后的一體化教學(xué)、反饋式教學(xué)、同級(jí)課堂等方面。該項(xiàng)研究的實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，ARS互動(dòng)教學(xué)模式能顯著促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、協(xié)作交流、課堂活動(dòng)和創(chuàng)新思維，并且受到學(xué)生的歡迎和支持。在案例分析方面，龐敬文等[22][23]構(gòu)建了電子書包環(huán)境下小學(xué)英語(yǔ)智慧課堂和基于微課的初中數(shù)學(xué)智慧課堂，提出其課堂相應(yīng)的教學(xué)模式，并進(jìn)行了課堂教學(xué)案例研究。Meng等[24]設(shè)計(jì)了由（SMART）關(guān)鍵要素模型、教學(xué)策略以及課程設(shè)計(jì)方法三個(gè)部分構(gòu)成的智慧教學(xué)框架，驗(yàn)證智能教學(xué)法對(duì)提高學(xué)生高階思維能力的作用。在實(shí)驗(yàn)研究方面，陳蓓蕾等[25]設(shè)計(jì)了深度學(xué)習(xí)評(píng)測(cè)方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究法探究教學(xué)交互對(duì)深度學(xué)習(xí)的影響。研究發(fā)現(xiàn)：教學(xué)交互能提升學(xué)生研究能力水平、深度學(xué)習(xí)水平和認(rèn)知水平;學(xué)生知識(shí)掌握水平和思維水平均顯著提升，教學(xué)交互會(huì)對(duì)深度學(xué)習(xí)產(chǎn)生積極和消極影響等。Kong等[26]在拍賣課中應(yīng)用泛在學(xué)習(xí)（u-learning）系統(tǒng)檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。研究結(jié)果顯示，將u-learning系統(tǒng)應(yīng)用于程序性知識(shí)的教學(xué)，具有更高的資源利用率和更少的時(shí)間消耗。此外，當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有高效的教學(xué)輔助、交互靈活性和用戶友好性時(shí)，學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的感知程度較高。

通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，由于起步時(shí)間和研究進(jìn)展不同，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)對(duì)該領(lǐng)域的教與學(xué)研究各有側(cè)重。國(guó)外主要以微觀層面的教學(xué)實(shí)踐為主，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證智慧課堂的教學(xué)效果，其中，研究設(shè)計(jì)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)成效，定性與定量研究結(jié)合。國(guó)內(nèi)研究則相對(duì)來(lái)說(shuō)較為宏觀，主要以教學(xué)模式構(gòu)建為主，但近幾年也有少數(shù)學(xué)者開始關(guān)注案例分析和實(shí)驗(yàn)研究，并以定性研究為主。

四、國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中人工智能應(yīng)用下智慧課堂研究趨勢(shì)分析

對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中人工智能應(yīng)用下智慧課堂研究的關(guān)鍵詞選用Timezone視圖，得到國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中該領(lǐng)域關(guān)鍵詞時(shí)序圖，如圖5所示。Timezone時(shí)區(qū)視圖側(cè)重于從時(shí)間維度上來(lái)表示知識(shí)的演進(jìn)，可以清晰地展示出文獻(xiàn)內(nèi)容的更新和相互影響。[27]通過(guò)時(shí)序圖分析，國(guó)外經(jīng)歷了“Intelligent Tutoring System（智能導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)）（2001年以前）——Online Learning（在線學(xué)習(xí)）（2007年）——Smart Classroom（智慧課堂）：Student Modeling（學(xué)生模型）、Teaching/Learning Strategy教學(xué)策略（2011年）——Educational Technology（教育技術(shù)）：AI（人工智能）、Internet（互聯(lián)網(wǎng)）（2013年）……Internet of Thing（物聯(lián)網(wǎng)）、Flipped Classroom（翻轉(zhuǎn)課堂）、Personalized Learning（個(gè)性化學(xué)習(xí)）（2019年）”的發(fā)展階段，逐步從教育技術(shù)轉(zhuǎn)向技術(shù)支持下的物理與虛擬空間融合的教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)，并在2011年后出現(xiàn)了大量的智慧課堂實(shí)證研究。而國(guó)內(nèi)系統(tǒng)研究相較于國(guó)外起步較晚，2008年以后遵循“人工智能、教育信息化、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、智慧教學(xué)模式（2008年）——智慧課堂（2013年）——課堂教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、教學(xué)改革（2015年）——深度學(xué)習(xí)、精準(zhǔn)教學(xué)、智慧學(xué)伴、在線教學(xué)、課堂生態(tài)（2019年）”，其發(fā)展階段逐步從宏觀理論探索轉(zhuǎn)向智慧課堂下的智能技術(shù)研究與智慧課堂下教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)研究。

為了能夠更加直觀地呈現(xiàn)該領(lǐng)域的前沿研究，筆者繪制了近20年人工智能應(yīng)用下智慧課堂研究突變?cè)~圖譜（見圖6）。突變?cè)~是指在較短時(shí)間內(nèi)具有較高使用頻率的詞，能夠通過(guò)突變?cè)~的詞頻變化來(lái)分析某一研究領(lǐng)域的前沿與趨勢(shì)。[28]突變?cè)~AI（人工智能）、Virtual Reality（虛擬現(xiàn)實(shí)）、Learning Analytics（學(xué)習(xí)分析）、深度學(xué)習(xí)、人工智能時(shí)代、課堂教學(xué)在2019年后為國(guó)內(nèi)外該領(lǐng)域研究的前沿，證實(shí)國(guó)內(nèi)外智慧課堂研究類似的發(fā)展趨勢(shì)，但國(guó)外的研究更加具體、微觀，關(guān)注智慧課堂下教與學(xué)實(shí)踐也較早，并呈現(xiàn)出聚焦智能技術(shù)與實(shí)證研究并重的趨勢(shì)，而國(guó)內(nèi)對(duì)該領(lǐng)域的研究則以思辨研究居多，缺乏智慧課堂下的案例分析、實(shí)驗(yàn)研究?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)智慧課堂研究發(fā)展的路子可在借鑒國(guó)外研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)情得以創(chuàng)新發(fā)展。

1.基于智能技術(shù)應(yīng)用的“智慧課堂+X學(xué)科”實(shí)踐研究

目前國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中的研究主要集中在智能技術(shù)支持下的課堂教學(xué)管理研究，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等智能技術(shù)與教育的深度融合，技術(shù)將全面助力教育教學(xué)、管理和服務(wù)的改革發(fā)展。雖然國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展，但關(guān)于技術(shù)支持下的課堂教學(xué)實(shí)踐研究畢竟從2015年才開始集中爆發(fā)，研究周期較短，此類研究數(shù)量相對(duì)較少，結(jié)合具體學(xué)科特點(diǎn)充分發(fā)揮智慧課堂效能的實(shí)踐研究明顯不足。近年來(lái)，例如微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)、醫(yī)學(xué)教育（Medical Education）等關(guān)鍵詞突現(xiàn)，說(shuō)明特定學(xué)科的智慧課堂教學(xué)實(shí)踐受到了部分學(xué)者關(guān)注。國(guó)內(nèi)也有學(xué)者構(gòu)建了語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、英語(yǔ)等學(xué)科智慧課堂的特征模型，但仍以通用型為主，缺少對(duì)年級(jí)、性別或區(qū)域等因素的關(guān)注。[20]根據(jù)特定學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)“智慧課堂+X學(xué)科”的深度融合將是未來(lái)該領(lǐng)域的研究趨勢(shì)之一。借助智能技術(shù)能夠有效消除傳統(tǒng)學(xué)科學(xué)習(xí)往往停留在認(rèn)知、知識(shí)及文化等“意識(shí)”層面的弊端，如謝幼如等[29]利用大數(shù)據(jù)技術(shù)、學(xué)習(xí)分析與情感技術(shù)、人工智能技術(shù)等開展基于深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生問(wèn)題解決能力及知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)。

2.關(guān)注技術(shù)支持下教師和學(xué)生的發(fā)展研究

根據(jù)研究趨勢(shì)分析，智慧課堂下教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)仍將是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。2019年教育部印發(fā)的《教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》強(qiáng)調(diào)，提升教師和學(xué)生的信息素養(yǎng);以人工智能助推教師隊(duì)伍建設(shè)。強(qiáng)調(diào)智慧課堂研究對(duì)象和研究領(lǐng)域應(yīng)不僅僅局限于技術(shù)本身，還應(yīng)該關(guān)注學(xué)生與教師能力的提升，如趙忠君等[30]對(duì)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下高校教師教學(xué)勝任力關(guān)鍵要素進(jìn)行探討。此次新冠疫情，在“停課不停學(xué)”的號(hào)召下，教師紛紛采取了在線教學(xué)的方式，但卻暴露出教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià)單一陳舊，學(xué)生注意力難以集中，學(xué)習(xí)效率低等諸多問(wèn)題。教師和學(xué)生所具備的信息素養(yǎng)與信息化教學(xué)需求不匹配成為了制約我國(guó)教育現(xiàn)代化的一大短板。未來(lái)智慧課堂的發(fā)展將是后疫情時(shí)代教育的重要解決方案，因此，技術(shù)支持下教師的信息化應(yīng)用能力、學(xué)生信息素養(yǎng)、學(xué)習(xí)力等能力的轉(zhuǎn)型升級(jí)將會(huì)成為智慧課堂未來(lái)研究的關(guān)注點(diǎn)和研究生長(zhǎng)點(diǎn)。

3.開展不同層次不同類別的教育實(shí)踐研究

國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞按照Higher Education（高等教育）、Elementary Education（基礎(chǔ)教育）的順序發(fā)展演進(jìn)，分別于2013年、2018年爆發(fā)了中等教育、高校的研究，說(shuō)明智慧課堂研究在高等教育中經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐探索，取得了一定成效，并逐漸惠及基礎(chǔ)教育。2003年，我國(guó)清華大學(xué)推出“Smart Classroom”項(xiàng)目，并于2005年提出智能教室無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的綜合解決方案。[31]2019年，教育部在北京召開《中小學(xué)人工智能教育》項(xiàng)目發(fā)布會(huì)，確定北京、廣州、深圳、武漢和西安這五個(gè)城市作為第一批人工智能教育試點(diǎn)落地城市。為重構(gòu)面向現(xiàn)代化、突現(xiàn)素質(zhì)教育以及多方位交叉綜合的基礎(chǔ)教育提供了政策保障。隨著中小學(xué)智慧課堂試點(diǎn)活動(dòng)開展的深入，智慧課堂的技術(shù)福利會(huì)覆蓋越來(lái)越多的不同層次不同類別的教育領(lǐng)域，如特殊教育、非正式教育等，為滿足學(xué)員個(gè)性化、多樣化、碎片化的學(xué)習(xí)需求提供了技術(shù)支撐。

4.智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建研究

自智慧課堂被提出以來(lái)，無(wú)論是在智慧課堂的智能技術(shù)還是課堂教學(xué)方面，國(guó)外的研究上越來(lái)越聚焦微觀與實(shí)證類型的研究，對(duì)整個(gè)教育生態(tài)以及課堂生態(tài)的構(gòu)建關(guān)注較少。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)智慧校園、課堂革命、課堂生態(tài)等關(guān)鍵詞的突現(xiàn)，一定程度上反映了課堂生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建是國(guó)內(nèi)未來(lái)研究發(fā)展的趨勢(shì)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)智慧校園、智慧教育等熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了豐富的理論研究與卓越的實(shí)踐探索，而建立全方位的保障機(jī)制推動(dòng)新技術(shù)環(huán)境下教學(xué)的改革創(chuàng)新，是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的前提。教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》提出，推動(dòng)新技術(shù)支持下教育的模式變革和生態(tài)重構(gòu)，推進(jìn)信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學(xué)全過(guò)程。在課堂生態(tài)系統(tǒng)中，影響教育變革的內(nèi)部生態(tài)有個(gè)體參與者，包括學(xué)生、教師和學(xué)校工作人員;外部生態(tài)即課堂環(huán)境，包括課堂的物理空間、虛擬環(huán)境和文化環(huán)境。[32]這為智慧課堂生態(tài)的結(jié)構(gòu)完善和功能提升提供了重要的理論意義與實(shí)踐價(jià)值。為推動(dòng)智慧課堂的探索與實(shí)踐，需構(gòu)建人、技術(shù)與環(huán)境協(xié)調(diào)共生的新時(shí)代智慧課堂生態(tài)環(huán)境，以便教育信息化引領(lǐng)促進(jìn)教育現(xiàn)代化的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，從而為世界智慧課堂的研究提供“中國(guó)方案”。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳曉如，劉邦奇，袁婷婷.新一代智慧課堂：概念、平臺(tái)及體系架構(gòu)[J].中國(guó)電化教育，2019（3）：81-88.

[2]姜叢雯，傅樹京.我國(guó)智慧課堂研究現(xiàn)狀述評(píng)[J].教學(xué)與管理（理論版），2020（6）：1-4.

[3]陳悅，陳超美，等.引文空間分析原理與應(yīng)用——CiteSpace實(shí)用指南[M].北京：科學(xué)出版社，2014：12.

[4]陳新亞，李艷.《2020地平線報(bào)告：教與學(xué)版》的解讀及思考——疫情之下高等教育面臨的挑戰(zhàn)與變革[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2020，38（2）：3-16.

[5]CHEN C.CiteSpaceⅡ：Detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature[J].J Am Soc Inf Sci Technol，2006，57（3）：359-377.

[6]王若佳，李穎.基于知識(shí)圖譜的國(guó)際和國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)情報(bào)對(duì)比研究[J].情報(bào)雜志，2016，35（1）：74-80，63.

[7]Skipton C.Moving from “dumb”to“smart”classroom：technology options and implementationissues[J].Journal of college teaching & learning，2006（6）：19-27.

[8]劉邦奇.智慧課堂的發(fā)展、平臺(tái)架構(gòu)與應(yīng)用設(shè)計(jì)——從智慧課堂1.0到智慧課堂3.0[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（3）：18-24.

[9]Huang L，Su J，Pao T.A Context Aware Smart Classroom Architecture for Smart Campuses[J].APPLIED SCIENCES-BASEL，2019，9（9）.

[10]聶風(fēng)華，鐘曉流，宋述強(qiáng).智慧教室：概念特征、系統(tǒng)模型與建設(shè)案例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（7）：5-8.

[11]陳衛(wèi)東，張際平.未來(lái)課堂的定位與特性研究[J].電化教育研究，2010（7）：23-28.

[12]黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等.智慧教室的概念及特征[J].開放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[13]Cebrian G，Palau R，Mogas J.The Smart Classroom as a Means to the Development of ESD Methodologies[J].SUSTAINABILITY，2020，12（30107）.

[14]Muzammul M.Education System re-engineering with AI（artificial intelligence） for Quality Improvements with proposed model[J].ADCAIJ-ADVANCES IN DISTRIBUTED COMPUTING AND ARTIFICIAL INTELLIGENCE JOURNAL，2019，8（2）：51-60.

[15]張一春，馬青玉，徐偉，等.打造智能化、信息化、人本化的多媒體教學(xué)環(huán)境——南京師范大學(xué)多媒體教室信息化管理的創(chuàng)新與實(shí)踐[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2011，21（9）：70-74.

[16]Graesser A C，VanLehn K， Rose C P，et al.Intelligent tutoring systems with conversational dialogue[J].AI MAGAZINE，2001，22（4）：39-51.

[17]Lin M P，Chang D.Enhancing Post-secondary Writers' Writing Skills with a Chatbot： A Mixed-Method Classroom Study[J].EDUCATIONAL TECHNOLOGY & SOCIETY，2020，23（1）：78-92.

[18]韓筠.以信息技術(shù)構(gòu)建高等教育新型教學(xué)支持體系——基于抗疫期間在線教學(xué)實(shí)踐的分析[J].高等教育研究，2020，41（5）：80-86.

[19]劉邦奇.“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代智慧課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施策略研究[J].中國(guó)電化教育，2016（10）：51-56，73.

[20]劉邦奇，李新義，袁婷婷，等.基于智慧課堂的學(xué)科教學(xué)模式創(chuàng)新與應(yīng)用研究[J].電化教育研究，2019（4）：85-91.

[21]Dai S.ARS Interactive Teaching Mode for Financial Accounting Course based on Smart Classroom[J].INTERNATIONAL JOURNAL OF EMERGING TECHNOLOGIES IN LEARNING， 2019，14（3）：38-50.

[22]龐敬文，王夢(mèng)雪，唐燁偉，等.電子書包環(huán)境下小學(xué)英語(yǔ)智慧課堂構(gòu)建及案例研究[J].中國(guó)電化教育，2015（9）：63-70，84.

[23]龐敬文，張宇航，王夢(mèng)雪，等.基于微課的初中數(shù)學(xué)智慧課堂構(gòu)建及案例研究[J].中國(guó)電化教育，2016（5）：65-71.

[24]Meng Q，Jia J，Zhang Z.A framework of smart pedagogy based on the facilitating of high order thinking skills[J].Interactive Technology and Smart Education，2020， ahead-of-print（ahead-of-print）.

[25]陳蓓蕾，張屹，楊兵，等.智慧教室中的教學(xué)交互促進(jìn)大學(xué)生深度學(xué)習(xí)研究[J].電化教育研究，2019，40（3）：90-97.

[26]Kong X T R，Chen G W，Huang G Q，et al.Ubiquitous auction learning system with TELD（Teaching by Examples and Learning by Doing） approach：A quasi-experimental study[J]. COMPUTERS & EDUCATION，2017（111）：144-157.

[27]陳悅，陳超美，劉則淵，等.CiteSpace知識(shí)圖譜的方法論功能[J].科學(xué)學(xué)研究，2015，33（2）：242-253.

[28]王娟，陳世超，王林麗，等.基于CiteSpace的教育大數(shù)據(jù)研究熱點(diǎn)與趨勢(shì)分析[ J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（2）：5-13.

[29]謝幼如，黎佳.智能時(shí)代基于深度學(xué)習(xí)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)[J].電化教育研究，2020（5）：73-80.

[30]趙忠君，鄭晴.智慧學(xué)習(xí)環(huán)境下高校教師勝任力關(guān)鍵要素識(shí)別研究[J].湘潭大學(xué)學(xué)報(bào)（哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版），2020，44（4）：118-122.

[31]谷洪亮，史元春，徐光祐.智能教室支持普適計(jì)算的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方案的問(wèn)題、挑戰(zhàn)和解決探討[J].小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2005（3）：367-370.

[32]Galego D，Giovannella C，Mealha ？魷.An investigation of actors differences in the perception of learning ecosystems smartness： the Aveiro University case Interact.Des. Archit.-Proc.1st Smart Learn.Ecosyst.Reg.Dev.Conf.，2016（31）：1-13.

（編輯：王天鵬）