基于智慧課堂的個性化教學(xué)研究＊

葉廣仔，彭 勇，李淑飛

（東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 東莞 523808）

2010年，國務(wù)院常務(wù)會議審議并通過《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》。提出“樹立多樣化人才觀念，尊重個人選擇，鼓勵個性發(fā)展，不拘一格培養(yǎng)人才”，體現(xiàn)個性化教學(xué)的重要性。但由于傳統(tǒng)教學(xué)的教學(xué)方法單一、教學(xué)內(nèi)容固定、教學(xué)評價缺失，導(dǎo)致個性化教學(xué)難以實現(xiàn)。2019年，中共中央、中國國務(wù)院印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》，提出“利用現(xiàn)代技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式改革，實現(xiàn)規(guī)?；逃c個性化培養(yǎng)的有機結(jié)合?！睘榇耍绾卫萌斯ぶ悄?、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建智慧課堂，實現(xiàn)個性化教學(xué)是現(xiàn)代化教育所面臨的新問題。

1 個性化教學(xué)與智慧課堂概述

1.1 個性化教學(xué)

個性化教學(xué)并不是一種新興產(chǎn)物，它具有一定的歷史性，可追溯到中國孔子所提出的“因材施教”教育思想以及古希臘蘇格拉底的“談話法”教育思想。

個性化教學(xué)關(guān)注學(xué)生的知識基礎(chǔ)、認知能力以及學(xué)習(xí)需求等個體差異，制定多樣化的教學(xué)模塊及考核標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)生提供合適的學(xué)習(xí)路徑，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在教學(xué)過程中得到充分的發(fā)展，實現(xiàn)因材施教。

1.2 傳統(tǒng)課堂與智慧課堂

傳統(tǒng)課堂是一種側(cè)重老師傳授知識、學(xué)生被動接受知識的課堂，傳統(tǒng)課堂上教師難以了解學(xué)生的知識基礎(chǔ)、認知能力以及學(xué)習(xí)需求等個性化特點，只能按照課程標(biāo)準(zhǔn)把相關(guān)知識傳授給學(xué)生，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

智慧課堂是一種利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)分析等新一代信息技術(shù)實現(xiàn)課前、課中、課后等不同階段學(xué)情的實時分析，根據(jù)學(xué)情分析實時調(diào)整教學(xué)重難點及教學(xué)方法，為學(xué)生提供網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化以及智能化的最優(yōu)學(xué)習(xí)路徑[1]。

2 個性化教學(xué)的困境

個性化教學(xué)的本質(zhì)是根據(jù)學(xué)生的個體特性，提供適合的教學(xué)資源，實施針對性的教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的個人潛能。但傳統(tǒng)課堂的實施難以為教學(xué)實時采集、分析數(shù)據(jù)，推送及時合適的信息，導(dǎo)致個性化教學(xué)處于難以實施的困境[2]。

2.1 學(xué)情數(shù)據(jù)采集困難，缺乏學(xué)情分析

學(xué)情分析是教學(xué)實施的首要環(huán)節(jié)，只有深刻了解學(xué)生的知識基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)興趣等信息，才能更好地設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和實施進度。但傳統(tǒng)課堂中，教師通過課堂交流及課后作業(yè)來了解及分析每個同學(xué)的學(xué)習(xí)情況及個體特點是十分困難且難以實現(xiàn)的。因此，在教學(xué)過程中，因缺乏學(xué)情分析而導(dǎo)致教學(xué)進度過快或過慢以及教學(xué)內(nèi)容過難或過簡單等教學(xué)不匹配的情況。

2.2 學(xué)習(xí)規(guī)劃不明確，缺乏學(xué)習(xí)路徑指導(dǎo)

對于低年級的學(xué)生，由于對本專業(yè)知識領(lǐng)域的欠缺，在學(xué)習(xí)過程中容易迷失在專業(yè)知識的海洋中，不知先學(xué)什么后學(xué)什么，往往因缺乏前導(dǎo)知識的積累導(dǎo)致學(xué)習(xí)的困難重重。雖然教師在教學(xué)前期對本專業(yè)的知識開展導(dǎo)學(xué)，但由于生源的多樣性、學(xué)生的個性化差異，如知識基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力及興趣方向的不同，在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境下，教師難以為每位同學(xué)制定合適的學(xué)習(xí)路徑。

2.3 教學(xué)資源獨立，缺乏院校資源共享

由于社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)技術(shù)的更新?lián)Q代，高等教育的專業(yè)設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容也隨之不斷調(diào)整。對專業(yè)設(shè)置及教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整往往需要大量的社會調(diào)研及反復(fù)論證，然后針對現(xiàn)有知識體系的不足進行不斷完善，并開發(fā)合適的教學(xué)資源以滿足教學(xué)的需要。如果每個院校獨立地開發(fā)各自的教學(xué)資源，由于人力物力的限制將難以滿足產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代的需求。傳統(tǒng)的線下教學(xué)環(huán)境，教學(xué)資源獨立，將難以實現(xiàn)院校間教學(xué)資源的共享。

2.4 教學(xué)質(zhì)量評價滯后，缺乏實時監(jiān)控

教學(xué)質(zhì)量評價是教學(xué)過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，是評價教學(xué)質(zhì)量的重要依據(jù)，是保證及提高教學(xué)質(zhì)量的理論基礎(chǔ)。它具有實時性的特點，如果教學(xué)質(zhì)量評價滯后，將會導(dǎo)致教學(xué)過程中存在的問題不能及時反映給相關(guān)管理部門和教師，從而對教學(xué)質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響。傳統(tǒng)的教學(xué)模式，教師只能通過課堂提問、課后作業(yè)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。教學(xué)管理部門一般通過期末的督導(dǎo)評價、同行評價以及學(xué)生評價來了解教師的教學(xué)質(zhì)量，存在一定的滯后，缺乏實時的監(jiān)控。

綜上所述，在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境下，由于學(xué)情數(shù)據(jù)采集困難、教學(xué)資源獨立以及教學(xué)質(zhì)量評價滯后等因素，導(dǎo)致教學(xué)過程中缺乏實時及合適的學(xué)情分析、教學(xué)資源共享以及教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控。為此，利用大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建智慧課堂，實現(xiàn)個性化教學(xué)是現(xiàn)代化教育所面臨的新課題。

3 智慧課堂的總體設(shè)計架構(gòu)

本課題設(shè)計的智慧課堂架構(gòu)分為3層，分別為教學(xué)應(yīng)用層、智能技術(shù)層以及數(shù)據(jù)存儲層，如圖1所示。其具體功能設(shè)計如下。

圖1 智慧課堂總體設(shè)計架構(gòu)

教學(xué)應(yīng)用層：在教學(xué)實施過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、信息反饋及資源推送等功能?？赏ㄟ^終端設(shè)備獲取教學(xué)過程中的實時數(shù)據(jù)，如學(xué)生課前預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)、課堂教學(xué)交互數(shù)據(jù)、學(xué)生練習(xí)及考試數(shù)據(jù)等。在該層中根據(jù)學(xué)情分析的結(jié)果向?qū)W生推送個性化的學(xué)習(xí)路徑及學(xué)習(xí)資源等信息。

智能技術(shù)層：該層主要包含物聯(lián)網(wǎng)模塊、人工智能模塊以及區(qū)塊鏈模塊等新一代信息技術(shù)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)手機、電腦、平板等終端的互聯(lián)；通過區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)了各個終端節(jié)點的聯(lián)合驗證及數(shù)據(jù)信息傳遞；使用人工智能及大數(shù)據(jù)技術(shù)對大規(guī)模數(shù)據(jù)進行智能化分析、評估及策略生成。

數(shù)據(jù)存儲層：該層主要用于存在整個智慧課堂系統(tǒng)環(huán)境中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，包含在教學(xué)應(yīng)用層通過終端采集的原始數(shù)據(jù)、在智能技術(shù)層生成的分析數(shù)據(jù)以及教學(xué)過程中開發(fā)的教學(xué)資源等數(shù)據(jù)信息。

4 智慧課堂的個性化教學(xué)實施

智慧課堂環(huán)境下的個性化教學(xué)注重教學(xué)過程中數(shù)據(jù)信息的實時采集、分析以及反饋。根據(jù)每位學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀動態(tài)地推送學(xué)習(xí)路徑及學(xué)習(xí)資源，而且根據(jù)教學(xué)效果進行實時評價并反饋給教師以動態(tài)調(diào)整教學(xué)進度。智慧課堂實施框架如圖2所示，在智慧課堂環(huán)境下，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集學(xué)生的學(xué)習(xí)行為及教師的教學(xué)行為，通過區(qū)塊鏈技術(shù)存儲教學(xué)行為的記錄信息，并使用人工智能技術(shù)及大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析形成指導(dǎo)性知識反饋該學(xué)生及教師。

圖2 智慧課堂實施框架

4.1 基于人工智能的學(xué)情分析，規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑

學(xué)情分析是課程教學(xué)前期必不可少的一個環(huán)節(jié)，利用人工智能的機器學(xué)習(xí)技術(shù)，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)特點、行為習(xí)慣、興趣愛好以及知識基礎(chǔ)等屬性，為學(xué)生推送學(xué)法指導(dǎo)，為教師推薦教學(xué)設(shè)計。例如，分析結(jié)果提示學(xué)生的課程前導(dǎo)知識薄弱，將為學(xué)生推送前導(dǎo)知識強化學(xué)習(xí)資源，以便學(xué)生滿足課程教學(xué)的前導(dǎo)知識要求；同時將推薦教師在教學(xué)設(shè)計中注重課程前導(dǎo)知識的回顧[3]。

此外，通過學(xué)情分析，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及興趣習(xí)慣等特點，可以為學(xué)生推薦專業(yè)方向課程的選修，構(gòu)建專業(yè)課程學(xué)習(xí)地圖，并根據(jù)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)狀態(tài)進行動態(tài)調(diào)整，為學(xué)生構(gòu)建個性化學(xué)習(xí)路徑，實現(xiàn)因材施教，個性化發(fā)展。

4.2 基于區(qū)塊鏈的跨院校課程學(xué)習(xí)認證，共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源

隨著數(shù)字技術(shù)的不斷發(fā)展，各院校對專業(yè)課程開發(fā)了優(yōu)質(zhì)的線上教學(xué)資源，為了解決進一步加強院校間優(yōu)質(zhì)教育資源的共享，可引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)。通過構(gòu)建聯(lián)盟鏈，學(xué)校間可協(xié)商共享數(shù)據(jù)，制定學(xué)分互認機制，建立個體學(xué)信大數(shù)據(jù)。基于區(qū)塊鏈的智能合約內(nèi)容的可追溯性及不可篡改性等特點，通過區(qū)塊記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)結(jié)果，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)積分為學(xué)生提供跨院校課程學(xué)習(xí)認證[4-5]。

利用區(qū)塊鏈技術(shù)，可強化教學(xué)資源的共享及減少不同地區(qū)教育資源的不平衡，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，推送跨院校的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，構(gòu)建學(xué)生的學(xué)習(xí)檔案，以進一步優(yōu)化學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的教學(xué)資源分配。

4.3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的教學(xué)質(zhì)量評價，提升教學(xué)質(zhì)量

教學(xué)質(zhì)量評價是通過分析教師的業(yè)務(wù)水平、教學(xué)方法以及學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)效果等指標(biāo)來衡量教學(xué)質(zhì)量的高低。在智慧課堂環(huán)境下，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集課堂活躍度、課堂專注度、課堂考勤、教學(xué)進度等教學(xué)過程數(shù)據(jù)以及學(xué)生考核成績、競賽獲獎、就業(yè)情況等教學(xué)成果數(shù)據(jù)，形成教學(xué)質(zhì)量評價的原始數(shù)據(jù)。然后引入大數(shù)據(jù)技術(shù)對數(shù)據(jù)進行分析，獲取教學(xué)水平的高低、教學(xué)結(jié)果的優(yōu)劣、社會需要契合度等相關(guān)知識，從而形成標(biāo)準(zhǔn)的教育質(zhì)量評價體系[6]。

通過對教學(xué)質(zhì)量的評價，獲取教學(xué)過程中存在的薄弱點，引入人工智能技術(shù)對教學(xué)中存在的問題進行分析，生成相應(yīng)的教學(xué)改進策略，反饋給學(xué)生及教師，對教學(xué)進度及教學(xué)內(nèi)容進行調(diào)整以便實時解決教學(xué)中存在的問題，提高教學(xué)質(zhì)量。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)教學(xué)中難以實時地進行學(xué)情分析和教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控，缺乏教學(xué)資源的共享以及學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃，導(dǎo)致教學(xué)的個性化實施受到很大制約。為此，本課題提出在智慧課堂環(huán)境下，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)以及區(qū)塊鏈技術(shù)等新一代信息技術(shù)，進行實時的學(xué)情分析以及教學(xué)路徑規(guī)劃，構(gòu)建跨區(qū)域的教學(xué)資源共享及課程認證，實施動態(tài)的教學(xué)質(zhì)量評價及教學(xué)調(diào)整，從而為個性化的高職教育奠定技術(shù)基礎(chǔ)。下一步將深入探索智慧課堂在個性化教學(xué)中的實際運用，并對實施效果進行定量化評估，以構(gòu)建具體有效可行的智慧課堂環(huán)境。