大數據時代智慧課堂的構建與應用

孫曙輝 劉邦奇 李新義

摘要： 智慧課堂是當前教育信息化研究的一個新的熱點問題。本文對利用大數據等新興信息技術開展動態學習評價，建立基于學習數據分析的智慧課堂進行專題探討。提出和分析了智慧課堂的定義和特點，描述了智慧課堂的信息化環境構成，探討了智慧課堂的教學流程，并分析了智慧課堂應用實例。

關鍵詞： 智慧課堂；大數據分析；結構性變革

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2015）13/14-0112-04

從基于物聯網技術構建的智慧教室，到利用電子書包開展智慧學習，以及基于云計算和網絡技術搭建的智慧課堂，信息技術增強了課堂互動交流，提升了課堂教學效率。大數據時代，開展基于大數據技術的動態學習評價，建立基于學習數據分析的智慧課堂，為現代學校智慧課堂的構建與應用提供了新的思路。

● 智慧課堂的定義

目前對智慧課堂的定義總體上有兩類：一類是從“智慧”的語義學上定義，與“智慧課堂”對立的是“知識課堂”；另一類是從信息化視角定義的。本文的定義是基于后者。從信息化的視角來看，隨著信息技術不斷發展及其在學校教育教學中的應用，信息技術從早期的輔助手段向與學科教學的深度融合發展，傳統課堂向信息化、智能化課堂發展，對智慧課堂的認識也在不斷深化。

目前基于信息化視角對智慧課堂概念的定義有三種。一是基于物聯網技術應用的。這一定義強調基于物聯網的“智能化”感知特點。二是基于電子書包應用的。這一定義強調基于電子書包的“移動化”智能終端特點。三是基于云計算和網絡技術應用的。這一定義強調課堂中的“個性化”學習應用特點。

這里我們結合實際開發應用，提出基于動態學習數據分析的智慧課堂概念。即智慧課堂是指利用大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術打造的智能、高效的課堂，是基于動態學習數據分析和“云+端”的運用，實現評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化，全面變革課堂教學的形式和內容，構建大數據時代的信息化課堂教學模式。

● 智慧課堂的主要特點

基于動態學習數據分析和“云+端”運用的智慧課堂，與傳統課堂相比，在技術和教學應用上具有重要的特色和創新價值。主要特點有：

①基于數據的課堂：一切靠數據說話，依據學生學習行為大數據挖掘分析與決策，用直觀的數據了解學生對知識掌握的水平，精準地掌握來自學生的第一手學情資料。

②高效互動的課堂：利用智能化的移動學習工具和應用支撐平臺，教師與學生、學生與學生之間的溝通與交流更加立體化，能無障礙地進行即時交流和互動。

③動態開放的課堂：借助于新興信息技術及各種智能終端，課堂系統超越了時空限制，實現更為開放的教室、更為開放的課堂活動，讓課前、課中、課后融為一體。

④合作探究的課堂：采取小組協商討論、合作探究的學習方式，協作群組服務能夠幫助有相同學習需求和興趣的學習者自動形成學習共同體，教師可以通過平臺對小組合作進行實時的數字化評價和及時的反饋。

⑤個性化學習的課堂：通過課前預習測評分析和課中隨堂測驗即時分析，實現對學生的個性化學習能力的評估，有針對性地制定教學方案和輔導策略，真正實現“一對一”的個性化教學。

⑥教學機智的課堂：教師基于動態學習數據分析和即時反饋，采取機智性行動，及時調整課前的教學設計，優化和改進課堂教學進程，充分體現教師的教學智慧和教學藝術。

● 智慧課堂的信息化環境

智慧課堂常態化應用的前提是具有先進、方便、實用的工具手段，為此，需要構建基于學習動態數據分析和“云+端”應用的智慧課堂信息化環境。智慧課堂信息化環境的基本架構如圖1所示。

智慧課堂信息化環境的總體架構包括三大部分，其主要功能是：

①微云服務器：提供本地網絡、存儲和計算服務，可以方便、直接地將即時錄制的當堂課程進行本地化存儲；構建無線局域網，教師和學生可以通過多種移動設備，在無需互聯網的狀態下，實現任意點對點的通訊與交互，節省大量互聯網資源的占用；當連接互聯網時，可以實現教室的跨越空間的直播。

②端應用工具：包括教師端和學生端。教師端實現微課制作、授課、交流和評價工具，導入PPT并實現動畫及視頻的插入，電子白板式任意書寫，實現發布任務、批改作業、解答問答等。學生端可以接收并管理任務（作業），直接完成作業，進行師生交互、生生交互。

③云平臺：提供云基礎設施、支撐平臺、資源服務、教學服務等，如構建完整的教學資源管理平臺，可以進行結構化與非結構數據的各種教育教學資源管理，支持各種教育教學資源的二次開發與利用，實現多種教育教學資源綜合應用。

● 智慧課堂的教學流程

在教學實踐運用中，智慧課堂的教學流程為“3+10”模式，即由3個階段和10個環節組成。這些階段和環節包括了教師“教”和學生“學”的共同活動以及它們的互動關系。智慧課堂的教學流程如下頁圖2所示。

1.課前環節

學情分析：教師通過智慧課堂信息化平臺提供的學生作業成績分析，精確地掌握來自學生的第一手學情資料，預設本節課的教學目標，并向學生推送微課或富媒體預習及檢測的內容。

預習測評：學生預習教師推送的富媒體內容，完成和提交預習題目，并可在論壇或平臺上進行相關討論，提出疑問或見解，記錄在預習過程中的問題。

教學設計：教師根據學情分析結果和學生預習檢測統計反饋的情況，以學定教，確定教學目標、內容、方法等，優化教學方案設計。

2.課中環節

課題導入：教師采取多種方法導入新課內容，主要通過預習反饋、測評練習和創設情境等方式導入新課程，學生展現課前自學成果，圍繞新課導入進行演講展示、分享觀點。

探究學習：教師下達新的學習探究任務和成果要求，學生開展協作探究學習，主要包括小組合作探究、游戲教學等方式。教師設計活動，為學生分組，進行互動討論，學生開展小組協作后提交成果并展示。

實時測評：學生完成學習探究任務后，教師將隨堂測驗題目推送到每個學生終端上。學生完成隨堂測驗練習并及時提交，教師進行實時診斷和反饋。

總結提升：教師根據實時測評反饋結果對知識點、難點進行總結和點評，對薄弱環節補充講解，重點進行問題辨析。學生針對教師布置的彈性分層作業和任務，對所學習的新內容進行運用鞏固、拓展提升。

3.課后環節

課后作業：教師利用平臺發布個性化的課后作業，學生完成課后作業并及時提交，得到客觀題即時反饋。

微課輔導：教師依據學生課堂的學習情況，結合批改作業，錄制、講解微課并有針對性地推送給學生，進行個性化輔導。

反思評價：學生在線觀看教師所錄解題微課，總結所學內容，在平臺或論壇上發布感想與疑問，與教師、同學在線討論交流，進行反思評價。

● 智慧課堂教學應用實例

我們研究與開發的“基于動態學習數據分析的智慧課堂”，已經在全國各地許多學校進行實際應用并取得良好成效。2015年1月10日，由蚌埠市教育局主辦的“蚌埠首屆智慧課堂觀摩研討會”在蚌埠二中舉行，來自安徽、上海、江蘇、深圳、武漢等省市的1000多名中小學教師前來觀摩6節課，《中國教育報》專題報道了這次觀摩活動。在觀摩會上，蚌埠第二實驗學校基于“智慧課堂信息化平臺”開展了一堂教學實踐課“認識三角形”。該堂課利用信息技術的優勢，使學生課前學習微課；課堂上根據學生的認知特點，創設“金字塔闖關”的游戲情境，并進行實時測評和資源推送，結合任務驅動教學法展開深入的探究活動。

1.觀摩課名稱

認識三角形。

2.課程描述

“認識三角形”是蘇教版《數學》第八冊的教學內容。

3.教學目標

①利用生活經驗，通過觀察、操作等學習活動，認識三角形的基本特征，了解三角形兩邊之和大于第三邊。

②在認識三角形的活動中，體會認識多邊形特征的基本方法，培養觀察、比較、抽象、概括能力。

③體驗并掌握自主學習的形式和方法，培養學習興趣，培養合作交流的意識和創新精神。

4.教學模式

（1）課前環節

發放資源：在微課平臺發放學習資源，學生在家自主學習三角形的相關知識，并完成教師在作業平臺發放的作業包。

微課學習內容：①三角形的基本特征；②三角形的三邊關系。

（2）課中環節

集體分享：利用平臺觀看學生作業平臺中的“生活中的三角形”。

游戲教學：利用三角形的相關知識，與同學合作探究，鞏固深化學習內容。

①自主創造。學生可以自己獨立創造一個三角形，或與同學合作，創造一個三角形拍照并上傳。教師展示學生作品并點評。

②分組探究。小組合作，從4根小棒中任意選3根，圍成一個三角形，寫出所有選法。教師巡視指導并展示學生上傳的數據記錄，進行分析，使學生進一步理解“三角形兩條邊的和大于第三條邊”。

③自主學習。學生完成作業平臺中的測評練習。教師借助數據分析平臺提供實時反饋圖，針對問題展開討論。

④鞏固練習。依據所學內容，教師提出問題（把20厘米長的吸管截成3段，每段長是整厘米數，圍成一個三角形，思考：最長的一條邊最多是多少厘米？）和要求，學生先獨立思考，再動手操作。

（3）課后環節

總結討論，教師提出課后任務：通過今天的學習活動，你有什么感受？

5.效果評價

這是一節充分展示“智慧課堂”技術與教學深度融合的課。教師在沒有“刻意”應用“技術”的痕跡下，以極其自然的方式，通過大數據分析、小組協作以及“云+端”設備的應用，實現了“探究學習、主動學習、游戲化學習”等一系列傳統課堂難以實現的教學理念和方法。這是一節形式與內容均發生了深刻變化的高效課堂，充分展現了教師基于動態信息反饋的教學機智。

參考文獻：

[1]王盛之，毛沛勇.基于數字化教學案的智慧課堂互動教學系統實踐研究[J].教學月刊（教學管理）中學版，2014（4）.

[2]林利堯.中小學智慧課堂建設與應用研究[J].中國現代教育裝備，2013（10）.

[3]鄧光強.“智慧課堂”中的學生個性化學習[J].教育信息技術，2013（12）.

[4]孫曙輝.蚌埠智慧教育：啟迪學生心靈，課堂不再死氣沉沉[N].中國教育報，2015-1-31.