智慧課堂的核心技術與應用模式分析*

胡衛星，崔曉雪，沈 晶，王馨悅

（渤海大學 教育科學學院，遼寧 錦州 121013）

隨著“互聯網+”時代的到來，傳統課堂過多強調以知識為本和以教師為中心的弊端日益顯露，信息技術給教育帶來的沖擊呼喚人們打造新型的智慧課堂來實現對傳統課堂教學的變革。智慧課堂成為當前乃至未來一段時期內學校教育信息化聚焦于教學、聚焦于課堂和聚焦于師生活動的必然選擇。智慧課堂將教學場景與應用實踐場景深度融合，積極建設個性化的智慧學習環境，是學校教育信息化實踐到深層次發展的重要標志。依托新興信息技術營造的智能化教學環境，通過新型課堂教學結構的重構，智慧課堂促進教學內容、教學模式與教學方式等的全方位改革，實現信息技術與學科課程教學的深度有機融合，最終實現高素質創新型人才的培養。

一、智慧課堂的認識與理解

傳統課堂是一種以知識為本位的教學活動形式，強調教授知識的系統性，缺少對學生個體的個性化人文關懷。[1]在傳統教學過程中，教師往往是教學的“絕對”支配者，學生是教師教學的服從者，在家長、學生和學校的潛意識中，只有遵從教師安排的學生才是好學生，只有能管住學生的教師才是好教師。因此，在傳統課堂中，教師與學生之間的相處是“不平等”的，學生總以“弱者”的姿態被動接受教師傳遞的系統知識，因而在整個教學活動中極易形成重結果輕過程或重教師輕學生的現象。具體來講，傳統課堂的不足主要體現在三個方面：一是傳統課堂教學中教學活動流程安排過于單一。由于教師在講課過程中具有絕對領導權，因而極易造成課堂氛圍沉悶、學生學習積極性越來越低的局面。此外，單一還表現為學生學習過程的程式化和學生對知識掌握應用的弱化。二是傳統課堂無法及時有效應對學生的各種學習行為。在傳統課堂教學中教師對學生的聽課狀態更多采用的是經驗判斷的形式，不能做客觀的科學分析。尤其是傳統課堂對學生學習過程與經歷缺乏細節上的分析，也就很難為每個學生的學習情況做個性化分析。三是傳統課堂缺乏即時動態的教學監督手段。由于缺乏各種即時動態的直觀手段，所以對學生的學習進程和教師的教學活動流程就無法進行全面的監督管理，對學生學習狀態的了解需要從教師的口中得知。傳統教學方式既不能全面了解學生的學習狀態和教師的教學行為情況，又不能及時有效地對整個教學活動流程進行調控。總之，上述問題，決定了傳統課堂教學有必要進行改革，只有改革才有創新，只有改革才能發展。

智慧課堂是指利用先進的信息技術手段，為實現課堂教學的信息化、智能化和個性化而構建的富有智慧的新型教學環境。[2]當今智慧課堂具有如下特征：一是情感性，在教學過程中，教師需要用其激情感染學生，點燃學生智慧的火焰，注重師生之間的交互，注重過程中情感的交流與融合；二是智能化，智慧課堂中所應用的智能化技術，使個性化學習、沉浸式學習和情境式學習得以真正實現；[3]三是參與性，教師要引導學生調動多種感官積極參與到課堂活動中來，使他們有所思有所想、有所創新；四是智慧化，即教學要求以促進學生為主體的智慧發展為目標，由單一地探求知識上升到思維發展；五是實踐性，智慧課堂倡導從做中學，讓學生在同伴協作的過程中共同體驗、共同實踐創新、共同發展。同時，也要求教師能夠參與到學生的成長過程中，見證他們的不斷提升與發展。綜上，雖然智慧課堂是一個新事物，但由于其鮮明的特點和獨特的教育實踐性，給廣大一線教育實踐工作者帶來了強大的沖擊和無限的發展空間。

二、智慧課堂的核心技術

與傳統課堂相比較，基于大數據、云計算、人工智能、虛擬現實等新一代信息技術建立起來的智慧課堂，在優質教學資源的共享共建與信息化教學手段的應用整合創新上具有顯著的優勢，其核心技術主要包括以下五個方面。

1.智能化學情分析技術

基于各種先進的信息化設備，智慧課堂可對學生的學習情況進行詳細分析，如學生的課程信息、落實度以及課堂學習狀態等方面。在課程信息方面，智慧課堂支持移動設備一鍵查詢功能，學生可以通過在線網絡及時掌握課程的動態更新。在課程簽到方面，學生可以直接利用移動設備一鍵簽到。智慧課堂中，學生的簽到信息和到課率可通過數據方式直觀呈現，一線教師可通過數據信息精準掌握學生的課程實施情況。在課堂學習狀態方面，智慧課堂可利用人臉檢驗識別技術來達到。安裝在教室內的攝像機不僅可以自動識別教室內的學生人數，為教室使用率和學生出勤率的統計提供依據，而且還可以通過分析表情來了解學生的實時學習興趣和對學習內容的掌握程度。總之，教師可以依據各種學生數據精準地掌握學情，并依據數據進行決策，方便教師有針對性地及時調整教學活動。

2.實時化課堂互動技術

智慧課堂的互動方式樣式多且更加靈活，教師和學生、學生和學生之間的互動方式具有濃厚的信息化和多元化特點。教師用移動設備下發測驗試題，在學生的答題過程中，教師可以馬上看到學生提交的結果以及正確率等情況信息。智慧課堂即時反饋的功能讓教師能夠更輕松更完整地了解學生的學習情況，針對存在的學習問題對癥下藥及時校正。除了可以課內互動之外，還可以利用網絡實現遠程在線互動，智慧課堂支持借助云平臺進行遠程授課、遠程教學觀摩以及研討等視頻互動活動。此外，智慧課堂也支持專題課堂，跨區跨級的互動教學研討與互動培訓。尤其是跨校名師教學經驗共享，可實現對優質教育資源的最大化整合與運用，進而能夠有效地推動區域內教育公平的實現，達到“共上一優課、共享一優師”的目標，實現師生、師師和生生在任何時間、任何地點都能進行無障礙的信息互動交流。

3.常態化智能錄制技術

智慧課堂可以提供多樣式教學情境數據的全自動智能化信息采集與加工處理工作，這樣可有效保證教學視頻資源充足的制作供應，使教師的優質課堂教學過程能夠得以完整保留。智慧課堂提供的智能錄制技術有直播和錄播兩種形式：直播可應用于課堂直播、活動直播、公開課或會議等多種場景，教師可以根據自身需求自由選擇任意一種方式；移動課堂的錄播技術改變了傳統錄課方式的煩瑣弊病，教師成為自己課程教學的“錄制師”和“導控者”，這樣可有效激發教師使用視頻教學的主動性與參與感。尤其需要說明的是，利用移動設備可實現一鍵式錄制、截圖和在線分享，避免了傳統教育視頻內容制作的冗雜繁重缺點，使教育視頻資源錄制、加工處理和分享流程大幅縮短，大大節約了教育教學投入的人力和物力成本，使課程錄制變得更加智能化和常態化。

4.可視化教學管理技術

現有智慧課堂普遍都提供多種可實現智能控制管理的可視化系統，可全面監控實時課堂情況，并將結果以可視化的數據形式呈現。通過可視化管理平臺的應用，教學管理者可遠程觀看，對授課教師和學生上課情況進行教學評估，實現遠程在線巡課聽課。同時基于大數據、人工智能和云計算等技術，智慧課堂能夠以圖片視頻或數據的呈現方式對學生聽課狀態、簽到情況及教師的授課狀態等進行可視化實時分析。一方面可方便教育管理者對學校的管理，優化教育資源，提高教學管理工作效率；另一方面，也提高了教師的授課熱情和學生的學習積極性，營造出良好的學習氛圍，有助于學生學習效率的提高。

5.便捷化設備操控技術

智慧課堂作為一個擁有眾多媒體設備的綜合交互式教學環境，其必然會涉及復雜的設備操作工作。如何使教師簡單方便快捷地完成各種操作，是其能否得到廣泛應用的關鍵，因此，各種智慧課堂或教室都重視設備操作的快捷化設計。一般地，教師通過觸摸屏即可掌控教室內各個教學設備功能開關，可方便迅速地實現不同模式的功能切換。智慧課堂所有的數據資源都需要進行云端分析與統計，便捷的操作有助于打造強大高效的智慧環境，實現智慧教學和智慧管理。此外，智慧課堂還擁有教學設備物聯化技術，依托功能強大的多媒體教學終端、高度融合的錄播系統、友善協同的互動系統、簡約集成的中控系統和完美契合的多媒體教學系統，一線教師的辛勤工作必將能滿足教學過程、教學監督管理與教學評價的全部需求。

三、智慧課堂的應用模式

區別于各種傳統的課堂教學模式，智慧課堂的教學應用模式主要將智慧課堂中的人（教師、學生）與技術有機關聯，達到學生智慧發展的主旨目標，關注智能化技術對學生智慧發展的促進與增強作用，致力于構建理想形態的課堂。[3]目前智慧課堂建設得到越來越多人的關注，且其在各高校的應用數量也呈現較為顯著的上升趨勢。具體來講，智慧課堂的教學應用模式主要包括以下六種：

1.講授教學模式

智慧課堂基于無線互動終端技術，適用于普通的課程講授，教師和學生可按照傳統的“傳遞—接受”方式來安排教學活動流程。不僅可大大方便教師正常授課活動的順利有序開展，而且還可大大有利于學生對知識和技能的理解與掌握。此外，智慧課堂中普遍都配置有教學視頻錄制系統，學生與教師的教學活動均可清晰呈現在可視化的管理平臺上，這不僅有利于學校管理者對教學過程的管理和安全的遠程監管，而且還可以使優質的課堂教學資源得以保存和共享。

2.直播教學模式

智慧課堂的直播模式讓教師可錄制自己的課程視頻并共享，由于智慧課堂采用各種先進的媒體技術，一線師生的教學視頻直播或錄播操作往往都極為便捷，尤其是使用手機或平板電腦等各種移動設備可實現一鍵式教學直播式錄制，可以輕松實現教學活動畫面的截屏和分享，同時，各種教育短視頻的觀看方式也十分便捷，通過微信掃一掃即可在移動端觀看。此外，教育視頻錄制完后，也可將其傳送到網絡上的各種教學資源平臺，供其他地區或學校的一線廣大教師和學生學習或觀摩。智慧課堂的教學直播應用模式可充分調動教師與學生的教學參與積極性，增添學習與教學的樂趣，提高教學的效果與效率。

3.分組研討模式

智慧課堂中還可以采用小組研討教學模式。在課堂教學過程中充分體現學生的學習主體地位。桌椅以小組制形式擺放，在小組討論過程中，每組桌子中間都放有可進行360 度旋轉的攝像設備以方便記錄每組成員的討論交流過程。教師既可在操作主機上觀察每組學生的討論過程，又可融入到學生的分組討論之中，幫助進行疑難解答，也可在小組成員討論完畢后取典型的小組研討視頻畫面顯示到大屏幕上，讓小組成員代表在全班同學面前進行匯報總結。另外，課堂上也可將學生的學習過程和成果錄制成微課形式，生成即時性教學資源以供學生課后觀看，或讓學生家長充分了解學生課堂情況。

4.互動教學模式

智慧課堂的互動教學模式并不是要完全改變教師和學生傳統的教學習慣，而是要在傳統媒體技術上融入新技術，將傳統課堂升級為智慧教學活動。在智慧課堂中，學生之間進行交流互動，并將交流中的知識記錄在學習平板上，移動學習平板可根據學生記錄的碎片知識點自動生成思維導圖模型，有利于學生掌握系統化知識，加深學生對知識的理解。教師可以調取任意一個學生的學習過程視頻，展示每位學生完成任務的相關細節，并對其進行點評和個性化輔導，這樣既可在全班展示榜樣示范學習，又可具體指導學生學習過程中的具體細節。

5.考試應用模式

智慧課堂的教學考試應用模式提供了新型的各種考試應用的實踐場所，可服務于筆試與面試兩種形式。在筆試中，教室內安裝的人臉識別系統能夠對每位考生進行面部識別簽到，并可在納米黑板上生成考生圖片，試卷的發放與回收均可由考生獨立完成。筆試過程的一切行為均可被投放到由教學管理者掌控的可視化平臺上。如果考生出現不恰當行為，可視化平臺上會立即顯示，并自動對相關考生進行提醒或協助考官完成相應的處理工作。在面試時，教室內的人工智能系統可語音提醒學生進入到相應的環節，學生的面試過程也會生成視頻信息并被直接錄入到考試系統中，這樣既方便相關教師對考試信息的整理，又可實現對成績的科學準確評定。

6.沉浸式智能教學模式

智慧課堂的沉浸式智能教學模式主要是基于智能手機、控制平板、交互講臺與沉浸式大屏等VR 設備套餐的有機結合，形成可為學習者提供接近于真實情況的虛擬現實環境，讓學習者有一種類似于在真實情境操作的沉浸式體驗過程或感受的應用模式。其中，師生可利用智能手機、控制平板等，通過手勢操控來對教學內容和場景進行控制設計。智慧課堂的沉浸式智能教學模式可以實現社會人文知識的AR 仿真教學，如紅軍長征模擬、法律案件在線等等，也可實現地理或物理應用場景的教學，如模擬銀河系和地球運動等，其在醫學和心理學若干方面也有著廣泛的應用場景。智慧課堂的沉浸式智能教學模式可實現教育教學過程由知識灌輸向感受體驗轉變，實現知識技能的原始性產生成為最終實踐應用過程的有機進化。

總之，在當前教育信息化快速發展的進程之中，傳統課堂教學的更新速度已遠遠趕不上知識裂變創新的速度，死記硬背的傳統學習方式也不適應如今社會對課堂教學的新要求。所以，當下需要在各學科課程的課堂教學中，積極融入各種新興的信息技術手段，打造并發展成教學支持服務功能強大的智慧課堂，在其中實現培養學生信息素養、問題解決能力和創新實踐結合等素質教育目標。