“智慧課堂”教學(xué)模式創(chuàng)新與實踐

周欣欣 徐純森 李紅彪 郭樹強 張翠芳

摘 ?要：隨著5G時代的到來，在新一代信息技術(shù)支持下構(gòu)建智能、高效的“智慧課堂”條件已較為成熟。構(gòu)建“智慧教學(xué)”總體模型框架，基于該框架提出了“智慧課堂”新型教學(xué)模式設(shè)計。以單片機原理課程為例，實施了新的教學(xué)模式。教學(xué)實踐結(jié)果表明，新型教學(xué)模式促進(jìn)了課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的變革，提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，實現(xiàn)了全體學(xué)生的智慧發(fā)展，教學(xué)效果顯著提高。

關(guān)鍵詞：智慧教學(xué);單片機原理;對分課堂;教學(xué)模式

中圖分類號：G642 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：2096-3769（2021）06-067-05

隨著5G的大規(guī)模商用，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)正不斷地深入教育領(lǐng)域，對傳統(tǒng)教學(xué)方式產(chǎn)生了深刻影響，促使傳統(tǒng)的“知識型教學(xué)”正在向數(shù)字化、智能化、泛在化的“智慧型教學(xué)”轉(zhuǎn)變[1]。所謂“智慧教學(xué)”是指通過構(gòu)建智慧的學(xué)習(xí)環(huán)境，運用智慧的教學(xué)方法，讓學(xué)生用智慧方式解決問題的教學(xué)，是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的教學(xué)[2][3]，它強調(diào)強調(diào)移動智能終端的應(yīng)用，采用智能信息技術(shù)，實現(xiàn)教學(xué)資源的智能推送、教學(xué)決策的智能評估、即時性的教學(xué)反饋以及多元化的交流互動，全面變革傳統(tǒng)課堂教學(xué)的形式與內(nèi)容，是新型的信息化、智能化課堂[4][5]。本文首先提出5G視域下的“智慧教學(xué)”模型框架，然后基于該模型構(gòu)建了“智慧課堂”新型教學(xué)模式。以單片機原理課程為例，實施了新型教學(xué)模式，實踐結(jié)果顯示，新型教學(xué)模式顯著增強了課堂教學(xué)智能化水平，課堂互動能力得到大幅提升，促進(jìn)了課堂教學(xué)模式的創(chuàng)新和學(xué)生智慧的發(fā)展。

一、“智慧教學(xué)”模型總體框架

5G通信具有超高的數(shù)據(jù)傳輸速率、極低的網(wǎng)絡(luò)延遲、良好的泛在性等特點，可以滿足大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)母黝悜?yīng)用，這就為實現(xiàn)智慧教學(xué)提供了可靠的技術(shù)支持[6]。“智慧教學(xué)”是以5G通信技術(shù)為基礎(chǔ)，以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)為支撐，以智能教學(xué)服務(wù)一體化平臺為載體，實現(xiàn)線上線下交互并行、課前中后全程跟蹤、采用多種互動交流方式、師生高度參與、充分互動的開放型教學(xué)過程。相比傳統(tǒng)教學(xué)，智慧教學(xué)依托更加多樣化的智慧教學(xué)平臺，提供更加豐富的教學(xué)服務(wù)，對教學(xué)過程進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)采集，以及為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)新知、互動交流的學(xué)習(xí)體驗，且其提供服務(wù)的強度會隨著學(xué)生學(xué)習(xí)能力的實時反饋而進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。本文對“智慧課堂”從底層到頂層進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，提出了5G視域下的“智慧教學(xué)”模型框架，如圖1所示，該模型自下而上包括三個層次，分別為智能資源層、智能服務(wù)層、智能應(yīng)用層。

（一）智能資源層

智能資源層是集軟硬件設(shè)施、資源、數(shù)據(jù)于一體的基礎(chǔ)層次，主要為智慧教學(xué)過程提供各類資源及相關(guān)服務(wù)，具體包括教學(xué)服務(wù)、學(xué)習(xí)服務(wù)、交互服務(wù)等。其中，教學(xué)服務(wù)主要面向教師，教師可上傳教學(xué)大綱、數(shù)字化教材、電子教案、多媒體課件、習(xí)題庫、案例庫等教學(xué)資源，為學(xué)生開展自主學(xué)習(xí)、泛在學(xué)習(xí)提供各類學(xué)習(xí)資料;學(xué)習(xí)服務(wù)主要面向?qū)W生，為學(xué)生提供在線學(xué)習(xí)、單元測試、在線考試等功能模塊，同時還可以為學(xué)生提供各種學(xué)習(xí)工具與應(yīng)用系統(tǒng);交互服務(wù)則面向教師和學(xué)生，提供師生交流、學(xué)伴交流、即時通信、在線直播等多種交流方式。智能資源層強調(diào)資源及服務(wù)的完備性，充足的教學(xué)資源及服務(wù)可以滿足教師、學(xué)生在智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)過程中的個性化需求。

（二）智能服務(wù)層

智慧服務(wù)層能夠?qū)虒W(xué)全過程的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，這些數(shù)據(jù)包括學(xué)生數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)、考試數(shù)據(jù)等，然后利用數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析、可視化技術(shù)、智能算法等人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)，對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)特點等數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次智能分析，最終實現(xiàn)信息智能推送、學(xué)情智能分析、數(shù)據(jù)智能統(tǒng)計以及智能評價等功能，從而為學(xué)生開展高質(zhì)量、個性化自主學(xué)習(xí)、為教師進(jìn)行因材施教提供智能支持。智能服務(wù)層為智慧教學(xué)的實施提供了重要的智能技術(shù)支持。

（三）智能應(yīng)用層

智能應(yīng)用層是在智能資源層、智能應(yīng)用層支撐基礎(chǔ)上，依托各類移動智能終端設(shè)備以及各類教學(xué)及應(yīng)用軟件，面向?qū)W生和教師以及管理者等不同層次用戶，針對教學(xué)環(huán)節(jié)、學(xué)習(xí)過程、教學(xué)管理等多種場景，提供各類教學(xué)、學(xué)習(xí)、管理等功能，通過優(yōu)化各個場景中的應(yīng)用流程和服務(wù)模式，在提高教師教學(xué)效率的同時，實現(xiàn)個性化教學(xué)和輔導(dǎo)，從而實現(xiàn)智能技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合，實現(xiàn)“智慧”的教與學(xué)。

二、基于“智慧課堂”的新型教學(xué)模式設(shè)計與實踐

（一）基于“智慧課堂”的新型教學(xué)模式設(shè)計

基于所提出的“智慧教學(xué)”模型總體框架，對課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，提出了基于“智慧課堂”的新型教學(xué)模式。新型教學(xué)模式將對分課堂與對分易教學(xué)平臺深度融合，將一個教學(xué)單元安排在兩次課上完成，教學(xué)過程分為講授、獨學(xué)、討論、總結(jié)四個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)教師與學(xué)生的“對分”[7][8]。所謂“對分”，是指將課堂時間對半分開，一半時間留給教師講授，一半時間留給學(xué)生討論，其重點是要將教師講授的時間和學(xué)生討論的時間相錯開，讓學(xué)生在課后有時間安排個性化自主學(xué)習(xí)。新型教學(xué)模式教學(xué)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。所采用的對分易教學(xué)平臺，是一款為配合對分課堂而開發(fā)的教學(xué)軟件，可以方便的在電腦、平板、手機上使用，操作簡單，功能完備。下面，對新型教學(xué)模式進(jìn)行具體闡述。

1.講授環(huán)節(jié)

第一次課第2小節(jié)，教師講授本教學(xué)單元的基本框架、基本概念等，指出重點、難點，不講授知識細(xì)節(jié)。與傳統(tǒng)課堂講授不同的是，采用的是提綱挈領(lǐng)式講解，而不是對授課內(nèi)容的全部精講細(xì)講，是一種“精講-留白”的講授方式。然后，教師通過對分易發(fā)布有關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容的資料、問題及任務(wù)。學(xué)生在第一次課堂上，需要明確本教學(xué)單元的整體框架、能夠把握住該部分的重點和難點、并且明確課后自主解決的問題。

2.獨學(xué)環(huán)節(jié)

第一次課后，即進(jìn)入“內(nèi)化吸收”的獨學(xué)階段，以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，通過閱讀教材、借助對分易平臺上教師提供的學(xué)習(xí)資源及相關(guān)文獻(xiàn)，對課程內(nèi)容進(jìn)行獨立思考，對教學(xué)單元所涉及的概念和理論進(jìn)行主動探索，形成自己的認(rèn)識和理解，獨立完成作業(yè)，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)的自主能動性。在這一階段，教師主要是答疑和引導(dǎo)，通過對分易平臺，教師還可以及時了解學(xué)生的自學(xué)情況，并對其給出個性化指導(dǎo)。

3.討論環(huán)節(jié)

第二次課第1小節(jié)，進(jìn)入討論環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)有兩個階段，分別是小組討論和全班討論。教師首先通過對分易平臺中的學(xué)生分組功能對學(xué)生隨機分組，然后進(jìn)行小組討論。學(xué)生根據(jù)第一次課教師精講的內(nèi)容以及學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)的結(jié)果，分享學(xué)習(xí)成果和體會，或者提出自己困惑的問題，小組成員間相互答疑。小組討論意見可隨時上傳到“對分易”教學(xué)平臺，教師和全班同學(xué)都可以查看。小組討論階段主要解決低層次問題，小組討論之后，進(jìn)入全班交流環(huán)節(jié)，各組可自由發(fā)言，將小組討論結(jié)果分享給全班同學(xué)。

4.總結(jié)環(huán)節(jié)

討論結(jié)束后，馬上進(jìn)入教師總結(jié)階段。首先，教師針對學(xué)生自學(xué)情況和課堂討論情況進(jìn)行答疑和總結(jié)，查漏補缺，解答共性問題，對教學(xué)內(nèi)容的重點、難點進(jìn)行深入講解，對于學(xué)生提出的其他問題，教師可通過對分易、面對面等方式進(jìn)行答疑解惑。其次，教師通過對分易布置習(xí)題，讓學(xué)生在做習(xí)題的過程中進(jìn)一步加強對知識的掌握和理解，并最終把要學(xué)的理論和知識變成自己的智慧，至此，一個授課單元全部完成。

“智慧課堂”新型教學(xué)模式強調(diào)先教后學(xué)。教師講授在先，保留了傳統(tǒng)講授方式對知識傳遞的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和有效性。學(xué)生學(xué)習(xí)在后，鼓勵學(xué)生課后開展個性化自主學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)主動性得到發(fā)揮，學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)水平得到大幅提升。討論階段，學(xué)生帶著問題有備而來，相互協(xié)作共同解答，既強化了團(tuán)隊合作意識，又建立了立體式多維度生生、師生交流互動模式。在教學(xué)過程中，與對分易教學(xué)平臺深度融合，教師可以通過該平臺發(fā)布學(xué)習(xí)資源、作業(yè)、在線批閱、互動答疑，分組討論、點名簽到、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與學(xué)情分析等，學(xué)生可以通過平臺進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、單元自測、在線考試、互動交流等?！爸腔劢虒W(xué)”新型教學(xué)模式通過多樣的教學(xué)手段，豐富的互動交流，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，促進(jìn)學(xué)生智慧的生成與發(fā)展。

（二）“智慧課堂”新型教學(xué)模式實施

為檢驗“智慧課堂”新型教學(xué)模式的教學(xué)效果，結(jié)合本校實際情況，選取了計算機專業(yè)單片機原理課程作為試點，采用對分易教學(xué)平臺，重構(gòu)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，對新型教學(xué)模式進(jìn)行了教學(xué)實踐。

1.單片機原理課程教學(xué)現(xiàn)狀

單片機原理是高等院校計算機等專業(yè)的必修課，是一門技術(shù)性、實踐性都很強的課程，其目的是讓學(xué)生掌握單片機的基本原理和軟硬件開發(fā)技術(shù)，為從事計算機、通信等相關(guān)領(lǐng)域的實際工作打下堅實基礎(chǔ)。目前，該門課程實際教學(xué)現(xiàn)狀是學(xué)生雖然學(xué)完了該門課程，但當(dāng)面對實際應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)時，仍無從下手，存在知識運用能力和解決實際問題的能力較差等問題，分析原因主要有：（1）學(xué)生處于被動接受的地位。目前大部分學(xué)校單片機課堂仍采取“滿堂灌”的教學(xué)方式，這種模式雖然具有傳授知識系統(tǒng)、高效的特點，但本質(zhì)仍然屬于被動學(xué)習(xí)，這種教學(xué)方式讓學(xué)生沒有時間、沒有機會去思考問題，扼殺了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。（2）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。由于單片機課程本身具有理論性強，內(nèi)容繁雜等特點，教學(xué)內(nèi)容相對枯燥、抽象，難以理解，許多學(xué)生甚至才剛剛開始學(xué)習(xí)本門課程就已經(jīng)失去了學(xué)習(xí)興趣，不利于學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。為解決這一教學(xué)現(xiàn)狀，在本校計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)卓越工程師班進(jìn)行了新型教學(xué)模式的試點應(yīng)用。

2.新型教學(xué)模式在單片機原理課程的實施過程

我校單片機原理課程總學(xué)時是40學(xué)時，其中理論32學(xué)時，實驗8學(xué)時。首先，在備課階段，對課程內(nèi)容進(jìn)行整合，將其整合為五大單元模塊，分別為基礎(chǔ)知識及硬件結(jié)構(gòu)、基本器件仿真與應(yīng)用、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、串行口。其次，教師在對分易教學(xué)平臺上建立授課班級和課程，教師根據(jù)不同單元模塊，將教學(xué)資源上傳到相應(yīng)模塊的文件夾中，面向授課班級開放。第三，教師根據(jù)單元模塊進(jìn)行對分教學(xué)設(shè)計。例如，以定時/計數(shù)器這一單元模塊為例，本單元主要內(nèi)容包括兩部分，分別是定時器/計數(shù)器基本原理及工作方式，以及定時器/計數(shù)器編程與應(yīng)用。根據(jù)該單元模塊的內(nèi)容，設(shè)計了兩次“智慧課堂”新型教學(xué)模式。下面，以定時器/計數(shù)器基本原理及工作方式為例，闡述一個完整教學(xué)單元的教學(xué)過程。（1）在第一次課的第2小節(jié)，教師首先對定時/計數(shù)器的兩個重要的控制寄存器以及四種工作方式進(jìn)行“概要式”精講，只強調(diào)四種工作方式的區(qū)別和應(yīng)用范圍，而各工作方式的具體細(xì)節(jié)以及例題并不在課堂內(nèi)講授。精講完畢后，教師通過對分易教學(xué)平臺發(fā)布學(xué)習(xí)通知，給出本單元的學(xué)習(xí)任務(wù)、方法和要求，課堂上一定要讓學(xué)生明確自主學(xué)習(xí)時的任務(wù)和達(dá)到的目標(biāo)。（2）第一次課后，學(xué)生利用課外時間，結(jié)合對分易平臺上給出的學(xué)習(xí)任務(wù)與學(xué)習(xí)資源，開展自主學(xué)習(xí)，并完成“亮考幫”作業(yè)。所謂“亮”即亮閃閃，即學(xué)生將自主學(xué)習(xí)、吸收內(nèi)化后的對本單元內(nèi)容收獲最大、理解最透徹的知識點寫出來（至少2條）;“考”即考考你，即學(xué)生針對自己已經(jīng)學(xué)懂但別人可能存在疑惑的地方寫出來（至少2條）;“幫”即幫幫我，即學(xué)生將自己不懂需要別人幫助的地方寫出來（至少1條）。學(xué)生做完的作業(yè)上傳到對分易平臺，教師根據(jù)作業(yè)完成情況，給出分?jǐn)?shù)。（3）第二次課的第1小節(jié)，教師用對分易對學(xué)生進(jìn)行隨機分組，4人一組，然后開始時長為10～15分鐘的小組討論。教師在小組討論的時候，不加入任何一組的討論中，只是從旁聆聽。小組討論結(jié)束后，立即進(jìn)入全班交流階段。每個小組選出代表，分享該組討論的心得與體會，也可以提出組內(nèi)無法解決的問題。教師選擇關(guān)鍵性、共性的內(nèi)容進(jìn)行解答。對于其他問題，可以課下進(jìn)行有針對性地輔導(dǎo)。（4）討論交流結(jié)束后，教師預(yù)留15～20分鐘的時間對本單元進(jìn)行總結(jié)，主要是對本單元知識點進(jìn)一步梳理，針對重點難點進(jìn)行有針對性講解與點評，對學(xué)生分析不到位或存在理解偏差的知識點進(jìn)行補充與糾正，使學(xué)生深入理解與領(lǐng)會知識點，從而完成了整個單元的教學(xué)全過程。

3.單片機原理課程的考核方式

采用新型教學(xué)模式的單片機課程改革了考核方式，采取平時成績+實驗成績+期末成績，各部分成績分別占20%、15%和65%。新的考核方式加大了平時成績的占比，平時成績主要由每個教學(xué)單元的1次到2次“亮考幫”作業(yè)組成?！傲量紟汀弊鳂I(yè)不僅促進(jìn)了學(xué)生對知識的深入理解，更有助于學(xué)生解決實際問題能力的培養(yǎng)。

（三）新型教學(xué)模式實施效果分析

新型教學(xué)模式經(jīng)過一個學(xué)期的教學(xué)實踐后，對學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查。其中，85.7%的學(xué)生支持這種教學(xué)模式;90.4%的學(xué)生認(rèn)為新的課堂組織形式比傳統(tǒng)教學(xué)方式更有吸引力;80.9%的學(xué)生認(rèn)為自主學(xué)習(xí)能力得到提升;80.9%的學(xué)生認(rèn)為對對分易教學(xué)平臺功能非常認(rèn)可;95.23%的學(xué)生對該課程非常滿意。

實施新型教學(xué)模式后，在以下幾方面得到了明顯的改觀。首先，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性得到了大幅提升。在傳統(tǒng)課堂上，教師采取“滿堂灌”的授課模式，學(xué)生難有發(fā)揮余地，屬于被動接受知識的過程。而在新模式上，教師有引導(dǎo)，學(xué)生有吸收內(nèi)化的探究學(xué)習(xí)過程，給學(xué)生很大的主動探索空間，學(xué)習(xí)主動性得到了加強。其次，交流互動得到了加強。在傳統(tǒng)課堂下，教師滿堂講，課堂缺乏師生、生生交流機會。而在新課堂模式下，為學(xué)生提供了多種交流機會，生生、師生交流得到大幅加強。在交流過程中，學(xué)生的語言表達(dá)能力得到鍛煉，學(xué)會了相互啟發(fā)、相互分享。第三，對分易教學(xué)平臺與傳統(tǒng)教學(xué)深度融合，使課堂教學(xué)方式呈現(xiàn)多樣化，課堂效率更高，增強了課堂活力，有助于進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與自主學(xué)習(xí)能力。新的教學(xué)模式，使師生間關(guān)系更加密切，平等協(xié)作體現(xiàn)的更好，同時，課堂氛圍更加輕松、自由、積極向上。

三、結(jié)論

伴隨5G時代的到來，融合新一代信息技術(shù)構(gòu)建的“智慧課堂”已成為高等教育的重要發(fā)展方向。“智慧課堂”通過深度融合智能、高效的智能化教學(xué)平臺，采取靈活的課堂組織形式，多樣的交流方式，教師可以更好的因材施教、推送教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生能更好的共享資源、交流互動，開展自主性、探究性學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)。

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On Teaching Innovation and Practice in Smart Classroom

ZHOU Xin-xin， XU Chun-sen， LI Hong-biao， GUO Shou-qiang， ZHANG Cui-fang

（School of Computer Science， Northeast Electric Power University， Jilin 132012， China）

Abstract： In 5G era， it is feasible to build an intelligent and efficient "smart classroom" with the support of a new generation of information technology. This paper proposed the overall model framework of "smart teaching"， based on which a new teaching mode in "smart classroom" was designed in the course of Single-chip Microcomputer. The teaching practice shows that the new teaching model has promoted the reform of the course' structure， improved students' autonomous learning ability and the goal of overall development of students' intelligent abilities can be achieved thus the teaching effect has greatly enhanced.

Key words： Smart Teaching; Principle of Single Chip Microcomputer; PAD Class; Teaching Model

收稿日期：2021-08-21

作者簡介：周欣欣（1977），女，吉林延邊自治州人，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向為計算機科學(xué)與技術(shù)。

本文為以下項目的研究成果：吉林省高等教育教學(xué)研究課題“5G視域下的計算機專業(yè)硬件類課程教學(xué)模式創(chuàng)新與實踐”（ST202005），吉林省教育科學(xué)規(guī)劃重點課題“基于‘智慧課堂的單片機課程教學(xué)模式研究”（ZD19044），東北電力大學(xué)教學(xué)研究課題“基于‘智慧課堂的單片機課程教學(xué)模式創(chuàng)新與應(yīng)用研究”（J201909）的研究成果。