新工科背景下智慧課堂教學模式研究

張燕 孫光靈

摘 要：高等教育教學研究重點是提高本科教學質量，在新工科背景下智慧課堂教學模式是一種創新教學模式。分析了新工科建設和智慧課堂建設的內在聯系，將新工科背景下智慧課堂教學模式應用到實踐教學。智慧課堂教學模式與傳統課堂教學模式相比有6大優勢：學習主動化、學習模式高效化、教學方式移動化、數據分析智能化、學習軌跡動態化和測評反饋及時化，這些優勢證明智慧課堂教學模式是建設高水平本科教育，全面提高人才培養能力的行之有效的教學模式。

關鍵詞：新工科;智慧課堂教學模式;大數據;動態軌跡

DOI：10. 11907/rjdk. 182197

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）003-0206-04

0 引言

教育部積極推進新工科[1]建設，先后形成了“復旦共識”、“天大行動”和“北京指南”，并發布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》、《關于推進新工科研究與實踐項目的通知》，新工科成為教育改革的熱門議題。傳統的工科人才培養知識單一，側重理論知識的塑造，對人文素質和情商培養基本為零。未來新興產業和新經濟對新工科人才的定義為工程實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才[2-3]。

隨著現代信息化技術的發展，年輕一代大學生成了互聯網的“原著居民”，移動通信技術進入生活的方方面面。傳統課堂教學模式側重課堂輕視課外，課上常見的尷尬是學生成了“低頭族”，教師在演“獨角戲”。隨著新工科建設的迅速推進，建設與之適應的教學模式成為教育教學改革的重點，MOOC、SPOC、混合教學、翻轉課堂、智慧課堂[4]等多種教學模式如雨后春筍般發展起來，其中智慧課堂成為高等教育教學的新寵兒。國外相關研究有： Rachida A Jhoun等[5]認為學習者在智慧課堂中可以根據自己的節奏進行個性化和自主化學習，可對知識進行選擇性學習。Timms和Michael J[6]認為可將人工智能應用在教育中，參與學生學習，幫助教師提高教學效率。Kristopher、Scott等[7]認為在智慧課堂，采用教學終端明確學生的學習進度，記錄教學活動，支持小組協作，促進師生之間學習資源共享;Matt Rattp R[8]、Alelaiwi A[9]、Jo J[10]等認為，通過在課堂上使用無線智能設備可提高學生的參與度，大數據[11-12]和人工智能[13]是智慧課堂實現的必要手段。國內相關研究有：孫曙暉、鄧光強、蔣翀、陳婷等[14-17]認為智慧課堂是以建構主義[18]學習理論為依據，利用大數據、云計算等新一代信息技術打造的智能、高效的課堂[19-21]。國內對智慧課堂的研究有的從硬件角度搭建智慧課堂教學環境，有的從智慧課堂教學APP設計入手[22]，鮮有學者對智慧課堂環境下的教學模式有效性進行系統研究，而對新工科背景下智慧課堂教學模式的研究更是少之又少。本文從實際教學出發，設計了切實可行的智慧課堂教學模式，為提高教學質量提供支持。

1 新工科與智慧課堂

新工科建設是以新的專業、新的教育方式，培養具有可持續競爭力的高素質復合型人才。智慧課堂本身就是一種創新的教學模式，運用多種教學手段，打破學習時間限制，拓寬學習空間，擴大教育的影響面，采用最新的信息技術完善創新創業人才培養模式，加強技術與成果的轉化，這些為新工科建設目標——培養多元化、創新型卓越工程人才，為未來提供智力和人才支撐提供了實施途徑。智慧課堂的教學模式就是以師生為主體，共同打造一種愉悅的學習情境，以培養學生學習的主動性為目標，創新思維為導向，為新工科建設提供具體的實施步驟。新工科建設為智慧課堂教學模式樹立旗幟，智慧課堂為新工科建設添磚加瓦，兩者相輔相成，相互促進，共同發展。

2 智慧課堂教學模式設計

傳統教室中教師和學生角色分明，教師以三尺講臺為舞臺 “滿堂灌”，使得教學活動更像教師一個人的獨白;學生就是劇場的看客，師生之間缺乏互動。隨著科技的發展，智慧課堂應運而生，本文提出的智慧課堂教學模式設計如表1所示，由智慧教室、教師、學生、信息化、教學過程5個部分組成。智慧教室為師生提供了一個愉悅的學習環境，如照明系統、溫度控制系統、桌椅布局、WiFi全覆蓋、多位置攝像跟拍設備、電子顯示設備等基本硬件要素;教師和學生是學習主體，兩者之間完成知識的傳遞與互動;信息化技術是智慧課堂知識傳遞的橋梁，以 “互聯網+”的思維方式和大數據、云計算、物聯網、人工智能等新一代信息技術建構智慧課堂。

2.1 教學過程三位一體

傳統教學過程中，教師只考慮課堂50分鐘的組織與管理，課前和課后與學生無任何交集，教師只是關注哪些知識點給學生講過了，除了期末測試外就沒有其它方式監督學生學習。智慧課堂教學將傳統課堂課中的教學活動拓展到課前、課中和課后，每個階段都有特定任務。課前的自學視頻是否看了？看了多少、看了幾遍皆有記錄。是否積極參與課中教學活動，團隊合作是否順利都可監控。課后的知識點總結和知識遷移可在APP中體現。課前、課中和課后三位一體都為教學服務，教學過程的可視化程度很高，如圖1所示。

2.2 教學活動主體

傳統課堂以教師為中心，是教學活動的主體，而學生處于被動從屬地位。在智慧課堂中教學過程中，教師承擔更多的角色，課前視頻的制作、課中活動的策劃、課后的互動交流等。學生在智慧課堂活動中，課前自學視頻、課中參與活動、課后團隊活動，教師和學生都是教學活動的主體，共同推動教學活動進行。具體描述如下：首先，教師在錄制視頻和課堂教學中，要先了解學生的興趣，將課程內容和學生的實際生活緊密聯系，從學生熟悉的事物說起，上升到理論總結，同時對課程內容的描述和表達盡量風趣幽默，從而吸引學生興趣。其次，教師要組織團隊學習模式，團隊規模3-6人，給每個學生分配角色，承擔相應的工作任務，在完成任務過程中進行監督和激勵。

2.3 多種信息技術融合

傳統課堂教學模式照本宣科，往往與時代脫節，與新技術無緣。而智慧課堂充分利用現代信息技術，硬件用物聯網連接和控制，課前教學資源錄制和推送依靠互聯網技術，分析學生學習過程，掌握學生的學習習慣，依賴大數據和云計算對大量數據進行分析，對學生的學習成效提供智能預警。所以，在智慧課堂教學模式中，物聯網、互聯網、大數據、云計算和人工智能技術相互交融，缺一不可。

3 智慧課堂教學模式優勢

智慧課堂教學模式設計中，教學活動和現代信息技術交融是一個復雜的過程，與傳統課堂教學模式比較存在如下優勢：學習的主動化、學習模式的高效化、教學方式的移動化、數據分析的智能化、學習軌跡的動態化和測評反饋的及時化。

3.1 學習的主動化

在智慧課堂中，學生是學習的主體，課前要及時學習教師推送的視頻，完成課前學習任務和自學測試;課中，采用翻轉教學模式，學生是教學活動的主體，提出學習中遇到的問題，和同學組成團隊，協作完成教師布置的任務;課后分享和展示團隊的學習成果，總結學習過程中的問題，提出有建設性的意見。所有的教學任務需要學生自己去制定學習計劃，什么時候學、怎么學、用什么方法學，都是學生要考慮的問題。教師不是填鴨式的灌輸知識點，也不是一個學習模式套住所有學生，而是引導學生采取個性化方式自主學習，向視頻學習、向老師學習、向同學學習、向生活學習，利用移動端展示學習內容或用學習到的知識解決實際問題。

3.2 學習高效化

智慧課堂的教學模式是一種高效的學習模式，它體現在兩點：①傳統課堂上重點、難點在課前視頻中制作出來，教師從重復、繁瑣的工作中解放出來，有更多的時間用于教學活動的設計與創新上;②團隊組織學習模式可以提高學習效率。美國緬因州的國家訓練實驗室學習金字塔研究成果表明：被動學習效率和學習效果最多達到30%，而主動學習方式能達到90%以上，團隊組織學習方式讓學生學得更快、記得更牢。

3.3 教學方式移動化

由于網絡技術和通信技術的發展，手機已經成為大眾必需品，基于移動互聯網的教學方式被越來越多的教師認可，一批移動教學APP——雨課堂、學習通、藍墨云班課應運而生。這些教學利器具有資源推送、學生簽到、作業/小組任務、投票/問卷、頭腦風暴、答疑/討論、測試等功能，受到廣大師生的青睞。借助APP平臺，教師有了推送資源的平臺，學生拓寬了學習時間和空間，做到隨時隨地學習。

3.4 數據分析智能化

大多數移動教學平臺都有數據分析功能。如圖2所示，在藍墨云班課中，可對出勤率進行統計，也可對測試結果進行分析。由于智慧課堂采用錄播系統，可收集到更多數據，比如教師提出一個問題后可以看到學生的反應數據，對這些數據進行分析，可了解學生學習狀態，及時修正學習態度，及時幫助學習有困難的學生。還能智能匹配學生所需要的資源，做到信息資源的個性化服務和個性化推送。

3.5 學習軌跡動態化

記錄下學習過程的時間和空間，如什么時間段學習了哪一章節內容，對應這一章節的自測結果，每個時間點對應一個學習序列，將這些序列串聯起來，形成學習者的學習習慣;同時學習效率也體現在學習序列中，對這些序列進行分析，找出不足的地方加以改進，動態調整學習軌跡，向著高效的學習序列靠近。

3.6 測評反饋及時化

傳統教學活動中，教師和學生是一對多的關系，教師對學生個體關注度不夠，甚至一學期下來教師叫不上10個學生的姓名，學生情感上產生表現好壞一個樣的現象。智慧課堂利用多種屏幕，監測各個學生的學習狀態，線上提問能得到及時回復，線下的學習表現也會被大數據系統記錄，做到一對一的VIP服務，學生能感受到 “我的每個進步老師和同學都看得到”，從而產生學習動力。

4 教學模式實施

智慧課堂教學模式在筆者學校實施了一個學期，2017-2018年第一學期采用傳統課堂教學模式，選課班級人數有97人，2017-2018年第二學期采用智慧課堂教學模式，選課班級人數有117人，從學生考試成績來看，傳統課堂班級學生80分以上占比51.55%，智慧課堂教學模式的班級學生80分以上百分比達66.67%，整整高出了15.12%;對比兩個班級的平均分，智慧課堂教學模式平均分為83.24，傳統班級平均分為70.11。比較還發現采用智慧課堂教學模式的班級，學生學習的主動性強了，后期復習中團隊合作效果非常好，基本的知識點不需要老師講解，知識點定位快速而準確，解題思路清晰，如表2所示。

5 結語

智慧課堂教學模式實施過程中還存在以下兩個問題：①智慧課堂教學模式的設計很大程度依賴于學生學習的自覺性，交互式教學方法需要學生配合和參與，但由于學生的自主性學習較差，對教師的教學活動反應平淡，因此學生的參與度直接影響智慧課堂教學模式學習效率;②智慧課堂對硬件要求高，需要一個功能良好的智能手機及信號很好的WiFi網絡，需要功能強大的服務器和對應的數據處理分析系統，硬件投入是智慧課堂正常開展的基礎。

智慧課堂把學習當成一種樂趣，以一種愉悅的心情進行學習，學習效率得到提高。智慧課堂的研究和推廣為教育改革提供了一種新途徑，對新工科建設順利推進具有現實意義。

參考文獻：

[1] 鐘登華. 新工科建設的內涵與行動 [J]. 高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2] 葉繼華，王明文，王仕民，等. 新工科背景下物聯網專業學生創新實踐能力培養 [J]. 計算機教育，2018（3）：52-54.

[3] 葉民，孔寒冰，張煒.? 新工科：從理念到行動[J]. 高等工程教育研究，2018（1）：24-30.

[4] IBM. Smart education[EB/OL]. http：//www-03.ibm.com/ press/au/en/attachment/27567.wss？field=ATTACH_FILE5&filename=Smarter%20Planet%20POV%20-%20Education.pdf，2014-05-01.

[5] JHOUN R A，BENKIRAN A. Smart-learning： adaptative tele learning system on the web[EB/OL]. http：//www1.utt.fr/tice/cd/pdf/conf/1formweb/o51ajhoun.pdf，2015-02-04.

[6] TIMMS M J. Letting artificial intelligence in education out of the box： educational cobots and smart classrooms[J]. International Journal Of Artificial Intelligence In Education，2016，26（2）：701-712.

[7] SCOTT K，BENLAMRI R. Context aware services for smart learning environments[D]. Ontario： Lakehead University，2009.

[8] MATT RATTP，R? BENJAMIN SHAPIRO， TAN MINH TRUONG， et al. The active class project： Experiments in encouraging classroom? participation[EB/OL]. http：//www.doc88.com/p-7048386936406.html，2015-02-04.

[9] ALELAIWI A，ALGHAMDI A，SHORFUZZAMAN M，et al. Enhanced engineering education using smart cla ss environm ent[J]. Computers in Human Behavior， 2015（51）：852-856.

[10] JO J，PARK J，JI H，et al. A study on factor analysis to support knowledge based decisions for a smart class[J]. Information Technology & Management， 2015，17（1）：1-14.

[11] KAPLAN A M， HAENLEIN M. Higher education and the digital revolution： about moocs， spocs， social media， and the cookie monster[J]. Business Horizons， 2016，59（4）：441-450.

[12] CASS T. A handler for big data[J]. Science，1998（282）：581-832.

[13] ALBALAWI R. Evaluating tangible user interface-based mobile learning[D]. Ontario：University of Ottawa， 2013.

[14] 孫曙輝，劉邦奇. 基于動態學習數據分析的智慧課堂模式[J]. 中國教育信息化，2015（22）：21-24.

[15] 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）：11-13.

[16] 蔣翀，費洪曉，凌睿軒. 基于移動互聯的大學智慧課堂研究[J]. 中國教育信息化，2016（1）：74-76.

[17] 陳婷. “互聯網+教育”背景下智慧課堂教學模式設計與應用研究[D]. 徐州：江蘇師范大學，2017：1-117.

[18] 李新義，劉邦奇. 基于建構主義的智慧課堂教學模式研究[J]. 中國教育信息化，2018（6）：44-49.

[19] 唐燁偉，龐敬文. 信息技術環境下智慧課堂構建方法及案例研究 [J]. 中國電化教育，2014（11）：23-30.

[20] 布魯斯·喬伊斯，瑪莎·韋爾，艾米莉·卡爾霍恩. 教學模式[M]. 北京：中國人民大學出版社，2014.

[21] 李高杰.? 大數據環境下智慧課堂平臺建設的研究[J].? 現代信息科技，2018，2（1）：197-198.

[22] 應炯炯. 基于APP的智慧課堂設計和實現 [J]. 福建電腦，2018（3）：16-17.

（責任編輯：杜能鋼）