高校智慧課堂教學模型的構建與實施

摘? ?要：人工智能在教育領域的應用滲透與深入，逐步引發了高校課堂教學的一系列改革與創新。為順應智慧課堂教學的發展趨勢，高等院校可以采取校企、校校合作方式導入人工智能，升級打造智慧校園網，嘗試構建一個基于云平臺服務的“智慧課堂”教學模型，提質改造傳統的課堂教學資源與方式，助推高校智慧課堂教學的改革與發展。文章對高校智慧課堂教學模型的構建與實施進行了研究。

關鍵詞：人工智能;智慧課堂;教學模型

人工智能（Artificial Intelligence，AI）自問世以來就一直是世界各國關注的熱點和焦點，現在已成為引領世界未來的前沿性與戰略性技術。美國、日本、德國、中國均已推出各種舉措搶奪未來科技發展的制高點[1]。發展人工智能需要人才，人才需要培養，培養的關鍵在于高校課堂教學。在基于人工智能、大數據、云計算以及新一代的互聯網技術支撐下，構建“主導—主體”交互式學習的數字生態化教學空間[2]將是高校課堂未來發展的目標與方向。為適應未來的發展變化，高校可以與企業合作升級打造全覆蓋的智慧校園網，構建一個基于云平臺服務的“智慧課堂”教學模型，實施無紙化的混合式課堂教學，益于豐富傳統的課堂教學資源，彌補傳統課堂教學方式的缺陷，進一步助推高校智慧課堂教學改革的深入、發展與創新。

1? ? 傳統課堂教學存在的主要問題

高校雖然都建立了校園網和信息服務中心，搭建了多媒體教室，逐步實行了多媒體課堂教學，但是校園網絡及管理信息系統建設的滯后及其存在的漏洞，使得傳統的課堂教學存在以下3個問題。

1.1? 教學網絡不給力

現有的智慧校園網雖然能夠覆蓋整個校園，但是仍存在教室無網或斷網的情況。教室不能在線鏈接播放相關的教學資料，教師只能將搜索到的教學資源先下載到自己的筆記本電腦或是U盤（移動硬盤），再到教室投放，費時又費力，難以實現高效課堂教學。

1.2? 課堂教學方式單一

在智能手機游戲的誘惑下，高校教師依然單純采用傳統的“板書+多媒體”的線下課堂授課方式，越來越難讓自我約束力弱且學習興趣低下的學生集中精力抬頭聽課。課堂低頭族的出現，讓高校教師的教學熱情逐漸減退，課堂氛圍也隨之變得沉悶、壓抑。可見，傳統單一的課堂教學方式改革已迫在眉睫。

1.3? 課堂師生互動少

基于信息獲取的不對稱性，在課堂上，教師往往占主動地位，學生則處在被動位置，師生之間的這種主權不均等難以發揮學生學習的主動性、積極性、創造性，師生互動少、頻率低，師生關系不融洽，難以實現因材施教與教學相長。

2? ? 高校“智慧課堂”教學模型的構建

為了解決上述課堂教學網絡不給力、教學方式單一以及師生互動少的問題，高校可以在升級改造的校園智慧網WLAN的支撐下，與企業合作開發智慧課堂教學云平臺，利用師生的電腦和智能手機，將現有的人工智能技術應用在課堂教學中，便可以構成一個方便、經濟、實用的“智慧課堂”教學模型（見圖1）。

2.1? 高校“智慧課堂”教學模型的核心模塊

高校“智慧課堂”教學模型的核心是高校的智慧校園網WLAN和智慧課堂教學云平臺。智慧課堂教學云平臺可以將學校所有孤島式的職能部門信息管理系統鏈接，師生員工可以既通過學校的門戶網站進入信息門戶，輸入賬號和密碼進行注冊和登錄，然后查看、上傳所需的文件、文檔等相關信息資料，也可以通過移動校園APP進行。在校園智慧網WLAN支撐下，師生通過電腦端進入主頁在線學習網站，再輸入手機號碼（郵箱地址）和密碼進行注冊和登錄，選擇對應的系統再次輸入賬號和密碼進入，找到對應的信息資源，就可以在線學習、授課或是監督管理。同時，還可以進入在線學習APP隨時隨地進行在線學習和查看所需的課程和資料。此外，師生還可以鏈接超星學習通APP或是雨課堂APP，只要輸入賬號和密碼進入超星學習通或是雨課堂，就可以利用電腦或手機創建班級，上傳所需的課件或視頻或文檔等資源，就可以在課堂上進行投屏顯示，在課堂上可以在線學習線上課程的同時還可以進行線下課堂的及時互動，讓師生之間、生生之間、人機之間交互起來，在線考勤、提問、選人、分組、投票、匯報、在線討論、在線搶答、在線測試[3]等環節很快就可以完成，并能自動生成直觀的課堂教學效果圖，益于師生對每一堂課的反思與改進。

2.2? 高校“智慧課堂”教學模型的子模塊

后臺管理系統只有具有管理員身份的教師才能有此權限注冊登錄進入。后臺管理系統設置有課程管理、課程選購、直播管理、視頻管理、平臺費用、基本設置、權限管理、操作日志等功能。授課教師想要查看學生學習的進度，只需點擊課程管理就會出現課程列表，課程列表中就可以出現課程圖片、課程名稱、授課教師、助教、開課時間、操作，接下來再點擊操作按鈕，便可以查看學員和課程報表，具體了解到學生學習課程的進度。

授課教師注冊登錄進入課程管理系統后，在課程管理中心便可以編輯“教學大綱”，有序組織課程，運用簡單的拖放工具快速地重新組織所創建的課程內容。接著可以按星期或學期發布課程內容。教師只需通過點擊便可添加視頻、課程討論以及習題。題庫除了涵蓋單項和多項選擇題之外，還支持數十種題型。通過多媒體、HTML和練習題等方式，幫助學生理解概念。授課教師還可與共同作者以及其他團隊成員一起創建課程，即時修改問題后只需點擊“保存”按鈕就可以將原有的課程內容更改上線，優化課程。

學生通過設置好的賬號和密碼在電腦或手機端口進入在線學習系統，在該系統界面，可以發現已為學生設置好的課程，只要點擊課程名稱即可學習，內有課件、討論、資料、公告等功能，點開課件，可查看視頻和作業。加入討論，可以搜索到所有的帖子，也可以創建自己的帖子，還可以回復別人的帖子，便于師生、生生互相溝通、幫助和成長。打開資料，學生可直接下載課程學習資料，以PDF的格式保存在電腦或手機里，方便學生回看與復習沒有理解的內容。

3? ? 高校“智慧課堂”教學模型的實施建議

高校“智慧課堂”教學模型實質上是一個集系統性、集成性、鏈接性、兼容性的全員、全過程、全方位自動化感知學習者行為表現并進行行為特征提取與預警干擾功能的嵌入智能化仿真虛擬技術的課堂教學動態管理系統。該系統可以運用人臉識別技術與大數據分析，對學生進行課堂考勤，實時了解跟蹤、記錄、分析學生的課堂學習狀態，及時改進課堂教學方式，實現教師的差異化教學與學生的個性化學習。借助虛擬現實技術，對所設置的項目情景內容進行仿真模擬，讓學生沉浸在身臨其境的所設置的項目情景中，激發學生的學習興趣。能夠幫助學生在線選課、在線學習、在線考試、在線咨詢、自動答疑、自動生成實訓數據表、實訓報告、實訓成績單以及實訓成績分析表等。還能基于學生平時學習的行為進行特征提取，實現學習資源的自動推送，引導學生自己適應學習。從長遠來看，實施高校“智慧課堂”教學模型，還需要做好以下工作。

3.1? 不斷升級改造校園智慧網

目前，高校的校園智慧網雖然可以覆蓋各個教學樓，但是仍有教室存在無網或是斷網情況的發生，不能進行線上課程的收看和講授。另外，每當師生都在用網時，網速總是特別慢，上傳課件等資料時總是不停地“打圈圈”，有時甚至連網頁也打不開。因此，高校要不斷地升級改造校園智慧網，擴大容量，提高網速，以保證教師順利地完成智慧課堂教學任務，進一步推進高校智慧校園和智慧課堂的建設與發展。

3.2? 增強高校智慧課堂教學云平臺的鏈接功能

高校教師在實施線上線下混合式的課堂教學過程中發現智慧課堂教學云平臺的鏈接性較弱。（1）在使用在線學習平臺進行線上收看視頻后，無法利用智能手機上的在線學習APP或是超星學習通直接投屏進行章節的搶答、抽答、測試、討論、投票、分組、匯報互動。（2）智能手機上的在線學習APP只能在校園智慧網WLAN支撐下進行觀看、測試和咨詢，無法與電腦端鏈接，進行班級創建、投屏互動、上傳資料或是查找與課程相關的課堂教學資料。（3）超星學習通雖然功能齊全，可以做到智能手機與電腦的鏈接，但是不能直接與在線學習網站鏈接，運用其功能直接投屏展示在線學習網站上的課程內容，實現師生的交互式學習，基于實際實施中出現的問題，高校應不斷增強智慧課堂教學云平臺的鏈接功能，提升線上線下混合式授課的教學效果。

3.3? 為教師提供相應的技術培訓和服務

真正應用好高校“智慧課堂”教學模型，還需要學校為教師提供相應的技術培訓和服務。教師只有通過觀摩學習優秀教師的課堂教學，才能不斷地創新自身的課堂教學思維方式、方法，利用好現有的智能技術，豐富完善課堂教學內容，革新課堂教學方式，提升課堂教學能力和水平，增強師生互動頻率，融洽師生關系，改善課堂教學效果。

人工智能正以超出人類預想的速度發展，人工智能時代，“教”與“學”將會向“精準教育”與“終生學習”的方向發展[4]。為順應未來的教育發展方向，高校應遵循教育教學規律，立足現實，因勢利導，開展智慧課堂教學的改革與創新，促進高校智慧課堂教學的可持續發展。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）自問世以來就一直是世界各國關注的熱點和焦點，現在已成為引領世界未來的前沿性與戰略性技術。美國、日本、德國、中國均已推出各種舉措搶奪未來科技發展的制高點[1]。發展人工智能需要人才，人才需要培養，培養的關鍵在于高校課堂教學。在基于人工智能、大數據、云計算以及新一代的互聯網技術支撐下，構建“主導—主體”交互式學習的數字生態化教學空間[2]將是高校課堂未來發展的目標與方向。為適應未來的發展變化，高校可以與企業合作升級打造全覆蓋的智慧校園網，構建一個基于云平臺服務的“智慧課堂”教學模型，實施無紙化的混合式課堂教學，益于豐富傳統的課堂教學資源，彌補傳統課堂教學方式的缺陷，進一步助推高校智慧課堂教學改革的深入、發展與創新。

1? ? 傳統課堂教學存在的主要問題

高校雖然都建立了校園網和信息服務中心，搭建了多媒體教室，逐步實行了多媒體課堂教學，但是校園網絡及管理信息系統建設的滯后及其存在的漏洞，使得傳統的課堂教學存在以下3個問題。

1.1? 教學網絡不給力

現有的智慧校園網雖然能夠覆蓋整個校園，但是仍存在教室無網或斷網的情況。教室不能在線鏈接播放相關的教學資料，教師只能將搜索到的教學資源先下載到自己的筆記本電腦或是U盤（移動硬盤），再到教室投放，費時又費力，難以實現高效課堂教學。

1.2? 課堂教學方式單一

在智能手機游戲的誘惑下，高校教師依然單純采用傳統的“板書+多媒體”的線下課堂授課方式，越來越難讓自我約束力弱且學習興趣低下的學生集中精力抬頭聽課。課堂低頭族的出現，讓高校教師的教學熱情逐漸減退，課堂氛圍也隨之變得沉悶、壓抑。可見，傳統單一的課堂教學方式改革已迫在眉睫。

1.3? 課堂師生互動少

基于信息獲取的不對稱性，在課堂上，教師往往占主動地位，學生則處在被動位置，師生之間的這種主權不均等難以發揮學生學習的主動性、積極性、創造性，師生互動少、頻率低，師生關系不融洽，難以實現因材施教與教學相長。

2? ? 高校“智慧課堂”教學模型的構建

為了解決上述課堂教學網絡不給力、教學方式單一以及師生互動少的問題，高校可以在升級改造的校園智慧網WLAN的支撐下，與企業合作開發智慧課堂教學云平臺，利用師生的電腦和智能手機，將現有的人工智能技術應用在課堂教學中，便可以構成一個方便、經濟、實用的“智慧課堂”教學模型（見圖1）。

2.1? 高校“智慧課堂”教學模型的核心模塊

高校“智慧課堂”教學模型的核心是高校的智慧校園網WLAN和智慧課堂教學云平臺。智慧課堂教學云平臺可以將學校所有孤島式的職能部門信息管理系統鏈接，師生員工可以既通過學校的門戶網站進入信息門戶，輸入賬號和密碼進行注冊和登錄，然后查看、上傳所需的文件、文檔等相關信息資料，也可以通過移動校園APP進行。在校園智慧網WLAN支撐下，師生通過電腦端進入主頁在線學習網站，再輸入手機號碼（郵箱地址）和密碼進行注冊和登錄，選擇對應的系統再次輸入賬號和密碼進入，找到對應的信息資源，就可以在線學習、授課或是監督管理。同時，還可以進入在線學習APP隨時隨地進行在線學習和查看所需的課程和資料。此外，師生還可以鏈接超星學習通APP或是雨課堂APP，只要輸入賬號和密碼進入超星學習通或是雨課堂，就可以利用電腦或手機創建班級，上傳所需的課件或視頻或文檔等資源，就可以在課堂上進行投屏顯示，在課堂上可以在線學習線上課程的同時還可以進行線下課堂的及時互動，讓師生之間、生生之間、人機之間交互起來，在線考勤、提問、選人、分組、投票、匯報、在線討論、在線搶答、在線測試[3]等環節很快就可以完成，并能自動生成直觀的課堂教學效果圖，益于師生對每一堂課的反思與改進。

2.2? 高校“智慧課堂”教學模型的子模塊

后臺管理系統只有具有管理員身份的教師才能有此權限注冊登錄進入。后臺管理系統設置有課程管理、課程選購、直播管理、視頻管理、平臺費用、基本設置、權限管理、操作日志等功能。授課教師想要查看學生學習的進度，只需點擊課程管理就會出現課程列表，課程列表中就可以出現課程圖片、課程名稱、授課教師、助教、開課時間、操作，接下來再點擊操作按鈕，便可以查看學員和課程報表，具體了解到學生學習課程的進度。

授課教師注冊登錄進入課程管理系統后，在課程管理中心便可以編輯“教學大綱”，有序組織課程，運用簡單的拖放工具快速地重新組織所創建的課程內容。接著可以按星期或學期發布課程內容。教師只需通過點擊便可添加視頻、課程討論以及習題。題庫除了涵蓋單項和多項選擇題之外，還支持數十種題型。通過多媒體、HTML和練習題等方式，幫助學生理解概念。授課教師還可與共同作者以及其他團隊成員一起創建課程，即時修改問題后只需點擊“保存”按鈕就可以將原有的課程內容更改上線，優化課程。

學生通過設置好的賬號和密碼在電腦或手機端口進入在線學習系統，在該系統界面，可以發現已為學生設置好的課程，只要點擊課程名稱即可學習，內有課件、討論、資料、公告等功能，點開課件，可查看視頻和作業。加入討論，可以搜索到所有的帖子，也可以創建自己的帖子，還可以回復別人的帖子，便于師生、生生互相溝通、幫助和成長。打開資料，學生可直接下載課程學習資料，以PDF的格式保存在電腦或手機里，方便學生回看與復習沒有理解的內容。

3? ? 高校“智慧課堂”教學模型的實施建議

高校“智慧課堂”教學模型實質上是一個集系統性、集成性、鏈接性、兼容性的全員、全過程、全方位自動化感知學習者行為表現并進行行為特征提取與預警干擾功能的嵌入智能化仿真虛擬技術的課堂教學動態管理系統。該系統可以運用人臉識別技術與大數據分析，對學生進行課堂考勤，實時了解跟蹤、記錄、分析學生的課堂學習狀態，及時改進課堂教學方式，實現教師的差異化教學與學生的個性化學習。借助虛擬現實技術，對所設置的項目情景內容進行仿真模擬，讓學生沉浸在身臨其境的所設置的項目情景中，激發學生的學習興趣。能夠幫助學生在線選課、在線學習、在線考試、在線咨詢、自動答疑、自動生成實訓數據表、實訓報告、實訓成績單以及實訓成績分析表等。還能基于學生平時學習的行為進行特征提取，實現學習資源的自動推送，引導學生自己適應學習。從長遠來看，實施高校“智慧課堂”教學模型，還需要做好以下工作。

3.1? 不斷升級改造校園智慧網

目前，高校的校園智慧網雖然可以覆蓋各個教學樓，但是仍有教室存在無網或是斷網情況的發生，不能進行線上課程的收看和講授。另外，每當師生都在用網時，網速總是特別慢，上傳課件等資料時總是不停地“打圈圈”，有時甚至連網頁也打不開。因此，高校要不斷地升級改造校園智慧網，擴大容量，提高網速，以保證教師順利地完成智慧課堂教學任務，進一步推進高校智慧校園和智慧課堂的建設與發展。

3.2? 增強高校智慧課堂教學云平臺的鏈接功能

高校教師在實施線上線下混合式的課堂教學過程中發現智慧課堂教學云平臺的鏈接性較弱。（1）在使用在線學習平臺進行線上收看視頻后，無法利用智能手機上的在線學習APP或是超星學習通直接投屏進行章節的搶答、抽答、測試、討論、投票、分組、匯報互動。（2）智能手機上的在線學習APP只能在校園智慧網WLAN支撐下進行觀看、測試和咨詢，無法與電腦端鏈接，進行班級創建、投屏互動、上傳資料或是查找與課程相關的課堂教學資料。（3）超星學習通雖然功能齊全，可以做到智能手機與電腦的鏈接，但是不能直接與在線學習網站鏈接，運用其功能直接投屏展示在線學習網站上的課程內容，實現師生的交互式學習，基于實際實施中出現的問題，高校應不斷增強智慧課堂教學云平臺的鏈接功能，提升線上線下混合式授課的教學效果。

3.3? 為教師提供相應的技術培訓和服務

真正應用好高校“智慧課堂”教學模型，還需要學校為教師提供相應的技術培訓和服務。教師只有通過觀摩學習優秀教師的課堂教學，才能不斷地創新自身的課堂教學思維方式、方法，利用好現有的智能技術，豐富完善課堂教學內容，革新課堂教學方式，提升課堂教學能力和水平，增強師生互動頻率，融洽師生關系，改善課堂教學效果。

人工智能正以超出人類預想的速度發展，人工智能時代，“教”與“學”將會向“精準教育”與“終生學習”的方向發展[4]。為順應未來的教育發展方向，高校應遵循教育教學規律，立足現實，因勢利導，開展智慧課堂教學的改革與創新，促進高校智慧課堂教學的可持續發展。

基金項目：2018年湖南省普通高等學校教學改革研究項目;項目名稱：人工智能用于生產管理課堂教學的研究與實踐;項目編號：1021。

作者簡介：孫從軍（1975— ），女，湖南張家界人，講師，碩士;研究方向：智能生產管理教學。

[參考文獻]

[1]鞠光宇，馬陸亭.發達國家高等教育如何助推人工智能發展[J].中國高校科技，2019（1）：4-7.

[2]祝智庭，彭紅超.智慧學習生態系統研究之興起[J].中國電華教育，2017（6）：1-10，23.

[3]劉清堂，馮小妹，翟慧清，等.學習分析支持下的課堂互動工具設計與實現[J].現代教育技術，2018（12）：94-100.

[4]伏彩瑞，關新，朱華勇，等.“人工智能與未來教育”筆談（下）[J].華東師范大學學報（教育科學版），2017（5）：13-19.

Abstract：The penetration and deepening of the application of artificial intelligence in the field of education has gradually led to a series of reforms and innovations in classroom teaching in colleges and universities. In order to conform to the development trend of smart classroom teaching， colleges and universities can adopt the ways of school-enterprise and School-School cooperation to introduce AI， upgrade and build smart campus network， try to build a “smart classroom” teaching model based on cloud platform service， improve and transform traditional classroom teaching resources and methods， and promote the reform and development of smart classroom teaching in colleges and universities.

Key words：artificial intelligence; intelligent classroom; teaching model