智慧教室在作物栽培學教學改革中的應用探索*

劉國棟 郭璐楠

（1.揚州大學農(nóng)學院；2.揚州大學旅游烹飪學院·食品科學與工程學院）

一、引言

近年來，《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》《教育信息化2.0 行動計劃》等文件提出，教育現(xiàn)代化發(fā)展要以教育信息化作為內(nèi)生變量，持續(xù)推動教育理念更新、模式變革、體系重構，高校要著重數(shù)字化、信息化的智慧教學環(huán)境建設，融合創(chuàng)新、系統(tǒng)推進、科技引領，努力構建“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的人才培養(yǎng)新模式，探索信息時代教育治理新機制，加快信息化時代智慧教育變革[1]。課堂教學是教育教學工作的主陣地，是人才培養(yǎng)的中心環(huán)節(jié)。在傳統(tǒng)的課堂教學中，教師是課堂的主體，教師依照教科書上的內(nèi)容進行講授，學生則被動地接受知識，這種教學模式往往忽視了學生的主體性，限制了學生自主學習能力和思維拓展能力的提高，不利于人才培養(yǎng)長期戰(zhàn)略的實施。因此，課堂教學改革已成為當今教育改革的重點。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能等技術快速發(fā)展，教育改革促使智能技術與現(xiàn)代化教育相結合，智慧教室應運而生[2]。智慧教室配備了多種物聯(lián)網(wǎng)信息技術和互交設備，融合先進的教育形式和教學手段，能夠拓展教學活動空間，為師生提供豐富的教學資源。借助智慧教室，教師能夠運用多種教學技術開展教學活動，增強師生的互動交流和趣味性[3]，促使課堂教學結構由以教師的教學為主轉(zhuǎn)向以學生為主導，進而深入推動教育改革[4]。

作物栽培學作為一門綜合性和實踐性很強的應用學科，是揚州大學品牌專業(yè)農(nóng)學的核心專業(yè)課程。該課程內(nèi)容貼近農(nóng)業(yè)實際生產(chǎn)，操作體驗性強[5]。當前，傳統(tǒng)的作物栽培學課堂教學模式已難以滿足教育信息化改革的迫切需求，因此，探索如何利用智慧教室條件，結合本專業(yè)課程特點對課堂教學模式進行革新是當前高校教學改革的必然要求，對提升教學質(zhì)量具有重要意義[6]。

二、智慧教室概述

（一）智慧教室概念

智慧教室是指利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等先進教育技術，提供豐富的學習資源，優(yōu)化教學內(nèi)容呈現(xiàn)，促進師生互動、學生間相互協(xié)作，充分發(fā)揮學生主觀能動性和創(chuàng)造性的新型物理教室[7]。智慧教室配備了信息化教學設備、多屏顯示器、集成3D 投影、互交式電子白板、AR/VR 等教學設備，并設置可調(diào)節(jié)的移動桌椅，方便師生通過多種方式開展教學、討論、研究等課堂教學活動[8]。智慧教室為學生高效精準學習提供了強有力的技術支持，并促使教師不斷創(chuàng)新教學理念，革新教學方式、方法，使高校始終保持高效性和前瞻性的人才培養(yǎng)模式。

（二）智慧教室特點

智慧教室具有智能化、個性化、交互性、開放性和共享性等特點。首先，智慧教室打造了一個高科技、智能化、相對舒適的教學環(huán)境，從而營造良好的學習氛圍；其次，智慧教室提供了豐富的教學資源，教師能夠隨時獲取本學科相關資源，豐富課堂內(nèi)容，拓展思維，使課堂教學融會貫通，同時也滿足了學生個性化自主學習的需求；再次，在智慧教室的支持下，教師能夠通過翻轉(zhuǎn)課堂、微課等教學形式與學生開展多元化互動，保證學生的教學主體地位；最后，智慧教室提供的信息統(tǒng)計功能方便教師隨時掌握學生對各個教學環(huán)節(jié)的學習情況，獲得精準、科學的課堂教學評價，從而及時調(diào)整教學內(nèi)容和進度，提高教學質(zhì)量。

（三）智慧教室在當前課堂教學中的應用現(xiàn)狀

隨著信息化課堂教學改革的推進，各大高校陸續(xù)開始了智慧教室環(huán)境的建設工作，在教育部的支持下，已建成了遠程互動教室、VR 智慧教室、多屏互動教室等多種智慧教室。目前，高校智慧教室的建設工作已取得初步成效，在應用中也能夠顯著提高教學效率。然而，我國智慧教室的研究仍處于初始階段，對于智慧教室在應用與普及過程中存在的問題及相應的解決方案仍需要進一步探索與研究。研究表明，智慧教室提供的課堂互動設備、教學資源、課堂評價等智慧環(huán)境能夠有效地解決原本課堂中存在的互動交流環(huán)節(jié)欠缺、教學資源匱乏等問題，但是對由教師教學方法引起的教學質(zhì)量不佳等問題影響甚微[9]。智慧教室的應用不僅要求教師熟練掌握智慧教室的各項功能和使用方法，還需要教師能夠在智慧課堂的輔助下改進和優(yōu)化教學思路及方法，實現(xiàn)教學模式的轉(zhuǎn)型，從而提升教學質(zhì)量和效果。目前，高校雖然已經(jīng)配備了各種類型的智慧教室，但大多數(shù)的課堂教學仍以教師的講授為中心，尚未實現(xiàn)“以學生為中心”的教學理念，對于培養(yǎng)學生的自主性和創(chuàng)新思維能力影響欠佳。此外，系統(tǒng)、精準、科學的教學評價體系是評估教師教學及學生學習情況的重要指標。教師運用智慧教室的自動判題、實時分析等功能能夠及時獲得教學反饋，對于提升教學質(zhì)量具有積極的作用。然而目前的評價體系多以結果作為評價指標，忽略了對學生學習過程的評價。因此，智慧教室的教學評價機制需要根據(jù)學生學習過程，動態(tài)監(jiān)測學生學習行為表現(xiàn)和學習結構數(shù)據(jù)，綜合分析教學效果，從而精準合理的對課堂教學進行評價[10]。智慧教室建設對于推動高校課堂教學改革、培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才具有重要意義，對于目前課堂教學中存在的疑難復雜問題深入理解、精準個性化指導、科學合理的教學評價等深層次的問題尚未提供較為系統(tǒng)和有效的幫助，仍需要進一步的研究與實踐。

三、作物栽培學課程特點及教學現(xiàn)狀

（一）作物栽培學課程特點

作物栽培學是農(nóng)學專業(yè)的核心專業(yè)必修課，是一門實踐性和應用性強的學科。該課程的主要內(nèi)容包括作物生長發(fā)育過程、產(chǎn)量與品質(zhì)形成規(guī)律及其與環(huán)境條件的關系以及相應的栽培技術措施。該課程既要求學生掌握相關理論知識，又要求培養(yǎng)學生的實踐能力、創(chuàng)新能力和成果開發(fā)轉(zhuǎn)化能力。

（二）作物栽培學課堂教學中存在的問題

近年來，隨著機械、智能、生物工程等高新技術的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)已由傳統(tǒng)農(nóng)耕轉(zhuǎn)向現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)，即利用現(xiàn)代科學技術、現(xiàn)代工業(yè)及現(xiàn)代經(jīng)濟科學的指導和管理農(nóng)業(yè)，打造高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系和合理利用資源、綠色生態(tài)、高轉(zhuǎn)化效率的農(nóng)業(yè)生態(tài)體系。這就要求在作物栽培學的課堂教學中要與時俱進，把握學科前沿知識，適當補充先進的機械化生產(chǎn)技術及栽培管理技術，對于一些過時或者已淘汰的內(nèi)容作適當縮略，突出重點。然而，目前課本對科技前沿內(nèi)容涉及較少，部分教師未深入農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線，導致在教學過程中照本宣科，內(nèi)容枯燥難懂，難以激發(fā)學生興趣[11]。雖然作物栽培學設置了第二課堂，但該課程中講述的作物生長過程及相應的栽培配套技術具有較強的季節(jié)性和區(qū)域性，現(xiàn)有的實驗環(huán)境和學時很難給學生展示完整的耕作體系，使得學生缺少直觀的認識和實踐體驗，尤其是當今農(nóng)學學生大多缺少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實踐經(jīng)歷，更是對該課程缺乏感性認識[12]。此外，由于教室教學條件的局限，教師多以板書或者PPT 的形式進行灌輸式講授，教學方式單一；互動方式多以問答為主；教學質(zhì)量評估方式主要以結果性考核為主要評估手段；這類課堂模式難以調(diào)動學生的積極性，教師很難科學、長期、動態(tài)地掌握學生過程性的學習進度和效果，同時也很難調(diào)動學生的主觀能動性，導致課堂教學質(zhì)量不佳。

四、智慧教室在作物栽培學教學改革中的應用實踐

對于智慧教室在作物栽培學教學改革中的應用實踐，主要從教學模式設計、教學反饋與評價兩個方面進行闡述。以下為智慧教室在作物栽培學教學改革應用實踐的具體內(nèi)容。

（一）教學實施

教師在明確課程學習目標、教學重點和難點后，通過構建教學資源、情景模擬、互動討論、課堂測驗等模塊單元，對教學模式進行設計[13-14]。以水稻種植過程及相應的栽培配套技術體系為例，采用啟發(fā)式教學方法，給定“揚州市沙頭鎮(zhèn)生態(tài)農(nóng)場水稻綠色高產(chǎn)”這一主題，引導學生思考水稻種植包括哪些步驟，水稻生長過程需要哪些關鍵栽培配套技術，每個生長階段應如何進行管理，能夠最終實現(xiàn)水稻高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綠色[15]。

教師首先綜合分析學生的學習水平、學習需求和學習習慣，對學生進行智慧分組。學生通過協(xié)同合作，利用智慧教室獲取教師提前上傳的云端學習資料，進行自主學習、分析和討論。整理好答案后，各小組選出代表通過移動設備遠程連接投影儀，展示小組的觀點，闡述水稻種植過程以及相應的栽培配套技術和田間管理措施，小組間互評、教師點評。隨后，教師按照作物生長規(guī)律，通過課程講授水稻的生長發(fā)育過程、每個階段的生長特點以及相應的栽培配套技術和田間管理措施；進而利用虛擬仿真技術對水稻生長過程及關鍵的栽培技術環(huán)節(jié)進行情景模擬。學生根據(jù)自學和課程講授內(nèi)容進行虛擬操作演練，以達到熟練掌握水稻生長規(guī)律及關鍵栽培配套技術的目的。在虛擬仿真環(huán)節(jié)中，以水稻生長規(guī)律及相應的土壤環(huán)境、氣候變化為依據(jù)，構建水稻生長發(fā)育系統(tǒng)，設定秧苗期、分蘗期、幼穗分化期、開花期、灌漿期、成熟期等6 個水稻生長階段，育秧技術、移栽插秧技術、水肥管理技術、雜草防治技術、病蟲防治技術等5 個關鍵栽培技術，在操作實踐過程中，學生以第一視角進行水稻生長系統(tǒng)的主線任務，每個生長環(huán)節(jié)設定相應的栽培技術和田間管理任務，學生通過回答問題、知識模塊選擇，進入下一環(huán)節(jié)，直至最終完成主任務。學生通過身歷其境的虛擬體驗，進一步獲得對水稻作物栽培的感性認識，同時增加學習興趣，熟練地掌握水稻生長規(guī)律及相應的關鍵栽培配套技術。最后再通過參觀農(nóng)場和參與田間生產(chǎn)實踐，增強學生的直觀體驗，鞏固教學效果，提升教學質(zhì)量。

（二）教學反饋與評價

在智慧課堂的教學模式下，學生是真正的主體，教師扮演著引導者和組織者的角色。在本課堂教學過程中，教師著重對小組討論與匯報過程、虛擬仿真操作效果及實驗報告進行考核，全面了解學生對水稻生長規(guī)律理論知識及作物栽培關鍵技術的掌握情況，弱化期末知識考試的考核比重，并加強對學生主動學習表現(xiàn)、綜合分析能力、創(chuàng)新能力、實踐能力等方面的考核。在課堂教學過程中，教師隨時觀察學生的學習狀況，聽取學生的反饋，并通過云平臺收集學生的實時學習數(shù)據(jù)，對學生的學習狀態(tài)、學習效果和知識結構進行詳細分析，隨時調(diào)整知識結構、教學方案和教學進度，針對學生薄弱的知識環(huán)節(jié)制定個性化學習方案，提升教學效果。

五、智慧教室在作物栽培學教學改革中的應用效果

基于智慧教室在作物栽培學教學課堂改革中的應用，學生需要在課前通過智慧教室獲取課程相關資料及課外拓展知識，預習課堂內(nèi)容，并對課程疑難點進行自主思考，對于難以理解的知識點做好記錄，課上與教師、同學交流進行答疑。這種教學方式充分調(diào)動了學生的主觀能動性和興趣，拓展學生的視野，極大地提升了教學效率和質(zhì)量。智慧教室提供了優(yōu)越的教學設施設備，結合虛擬仿真環(huán)境對該課程的實踐環(huán)節(jié)進行情景模擬，使學生貼近生產(chǎn)實際，提升了學生的創(chuàng)新能力和專業(yè)實踐能力，為高校培養(yǎng)素質(zhì)創(chuàng)新型和應用型人才奠定堅實的物質(zhì)基礎。

六、結語

作物栽培學是農(nóng)學專業(yè)的核心專業(yè)必修課，是一門實踐性和應用性強的學科。傳統(tǒng)的課堂教學模式多采用灌輸式講授，存在教學方式單一，教學內(nèi)容晦澀難懂、理論脫離實際，教學質(zhì)量評估不精準等問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)、信息技術的發(fā)展與普及，智慧教育成為當今信息化時代教育改革的焦點。智慧教室是一種能夠提供智慧環(huán)境的新型物理教室，是教育信息化發(fā)展的必然趨勢。

本文利用智慧教室提供的教學資源、教學設備及虛擬仿真技術對作物栽培學的教學課堂進行改革，將理論與實踐相結合，使學生在學習理論知識的同時，利用所學知識對作物栽培的實踐環(huán)節(jié)進行虛擬操作演練，這種教學方式充分地調(diào)動了學生的主觀能動性和興趣，拓寬學生的思維和視野，增強學生的直觀體驗感和創(chuàng)新實踐能力，有助于提升教學質(zhì)量。