一種基于學(xué)情診斷的智慧課堂

馮康

摘要：為豐富本科高校課堂教學(xué)改革的手段，提出了一種基于學(xué)情診斷的智慧課堂。它在課前通過智慧課堂物理載體，對即將講授的新知識和新技能做一個前置介紹，然后通過學(xué)情診斷評估學(xué)生對新知識和新技能的認(rèn)知水平，并針對認(rèn)知水平的薄弱之處進行有目的的資源推送及確定課堂討論主題，課堂中利用大屏幕和移動設(shè)備端，開展課堂討論。實踐發(fā)現(xiàn)，由于智慧課堂獨有的課堂討論發(fā)言的并發(fā)性，可以最終解決學(xué)生學(xué)習(xí)的遺留問題，極大地提高課堂教學(xué)的質(zhì)量。因此，基于學(xué)情診斷的智慧課堂是一種有效的本科高校課堂教學(xué)改革手段。

關(guān)鍵詞：智慧課堂;學(xué)情診斷;移動設(shè)備端;并發(fā)

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）27-0129-03

智慧課堂是本科高校智慧校園的基本單元，它是以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，依賴現(xiàn)代教育技術(shù)，課前通過前置學(xué)習(xí)和學(xué)情診斷，評估學(xué)生對即將學(xué)習(xí)的新知識和新技能的認(rèn)知水平，并根據(jù)評估情況開展有目的的資源推送，課堂上開展基于移動設(shè)備端的課堂討論，以學(xué)生發(fā)言和教師講解的并發(fā)性來收集和解決學(xué)生遺留問題的新型課堂。它是本科高校進一步貫徹落實全國教育大會和新時代全國高等學(xué)校本科教育工作會議精神，全面提升本科教育教學(xué)質(zhì)量，開展課堂教學(xué)改革的重要手段。智慧課堂是一種嶄新的教學(xué)改革手段，剛剛在全國高校中推廣，并無統(tǒng)一的模式，尚無成熟的經(jīng)驗和做法，大家都在摸索中。本文以在本科高校電子信息類專業(yè)廣泛開設(shè)的課程《單片機原理及應(yīng)用》為例，結(jié)合作者在本科高校智慧課堂試點質(zhì)量工程案例開展的體驗，拓展智慧課堂的教學(xué)內(nèi)涵，并對如何科學(xué)地開展智慧課堂進行總結(jié)。

1高質(zhì)量的學(xué)情診斷是保證智慧課堂質(zhì)量的基礎(chǔ)

智慧課堂是一個有向的教學(xué)過程，學(xué)情診斷是整個教學(xué)過程的起點，它是了解學(xué)生知識點的欠缺，進行有目的的資源推送，確立課堂討論主題的依據(jù)。學(xué)情診斷開始后，教師首先通過智慧課堂物理載體，對即將講授的新知識和新技能做一個前置介紹，并設(shè)置檢驗新知識和新技能認(rèn)知能力的互動答題，通過學(xué)生的前置學(xué)習(xí)和互動，診斷學(xué)生對新知識和新技能的認(rèn)知水平。智慧課堂的物理載體不限，如“超星”智慧課堂、科大訊飛“多媒體教學(xué)機”等，我們采用的是“易班”高校教學(xué)綜合互動平臺。學(xué)情診斷的開始時間應(yīng)該在實際授課的前5-4天內(nèi)，這樣使得學(xué)生有充分的時間提前學(xué)習(xí)并互動，又不至于太早而在實際上課時對前置學(xué)習(xí)的新知識和新技能有所遺忘。學(xué)情診斷的第一步是對新知識和新技能的前置介紹，前置介紹的形式多樣，可以是“微課”視頻、課件，也可以是背景知識，還可以是幾個鏈接。比如我們在《單片機原理及應(yīng)用》智慧課堂的“單片機的中斷優(yōu)先級”教學(xué)單元中，對新知識和新技能的前置介紹的時間是課前第5天，前置介紹的內(nèi)容有微課視頻2個，PPT課件1個，背景知識2篇，鏈接2個。2個微課視頻分別是“什么是單片機中斷的自然優(yōu)先級”和“改變單片機中斷自然優(yōu)先級的案例”，每個微課視頻的時長平均約90秒;其中“什么是單片機中斷的自然優(yōu)先級”微課視頻錄制的是教師在單片機開發(fā)板上實現(xiàn)的兩個外部中斷，其中外部中斷0的中斷（單片機的蜂鳴器發(fā)出1000HZ的聲音）發(fā)生時，憑借其自然優(yōu)先級高的特點，中斷了外部中斷1正在進行的中斷（偶數(shù)位發(fā)光二極管和奇數(shù)位發(fā)光二極管交替閃爍），而“改變單片機中斷自然優(yōu)先級的案例”微課視頻錄制的視頻還是剛才的兩個中斷，但學(xué)生看到的卻是外部中斷1的自然優(yōu)先級雖然低，但通過改變，同樣可以中斷正在進行的外部中斷0，通過這兩個微課視頻讓學(xué)生直觀地了解了“單片機中斷優(yōu)先級”這一新知識;1個PPT課件詳細(xì)介紹了“單片機的中斷優(yōu)先級”教學(xué)單元中涉及的所有知識點和技能實現(xiàn)，有中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP、兩級中斷嵌套、中斷的自然優(yōu)先級、單片機中斷優(yōu)先級的編程、單片機中斷優(yōu)先級的改變;兩篇背景知識一篇是“中斷優(yōu)先級在計算機中的應(yīng)用”，另一篇是“微型計算機的中斷優(yōu)先級”，為同學(xué)們普及中斷優(yōu)先級在計算機控制中的重要地位;2個鏈接分別是“電工學(xué)習(xí)網(wǎng)diangon.com”和“單片機基礎(chǔ)教程網(wǎng)http：//www.5lhei.com/mcuteach/”，這是兩個對單片機中斷優(yōu)先級學(xué)習(xí)非常有幫助的網(wǎng)站。學(xué)情診斷的第二步是設(shè)置檢驗學(xué)生掌握新知識和新技能的互動答題，診斷學(xué)生對新知識和新技能的認(rèn)知水平。互動答題的題目可以和前置介紹同時推出，方便學(xué)生通過前置介紹學(xué)習(xí)完新知識和新技能后立刻答題，以檢驗自己的認(rèn)知水平，互動答題題目的設(shè)計要有原則性，既要全面又要提煉出本教學(xué)單元的關(guān)鍵知識點和技能，通過這些答題的答案就能區(qū)分出學(xué)生對新知識和新技能的認(rèn)知程度，不能降低標(biāo)準(zhǔn)，寧可學(xué)生都答錯也要體現(xiàn)出認(rèn)知水平，這是學(xué)情診斷的關(guān)鍵，它是后續(xù)有目的的資源推送的參考。比如我們在《單片機原理及應(yīng)用》智慧課堂的“單片機的中斷優(yōu)先級”教學(xué)單元中，設(shè)置檢驗學(xué)生掌握新知識和新技能的互動答題是10題選擇題，這10題既覆蓋了中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級寄存器IP、兩級中斷嵌套、中斷的自然優(yōu)先級這4個知識點，又提煉出了單片機中斷優(yōu)先級的編程、單片機中斷優(yōu)先級的改變這2個關(guān)鍵的技能。互動答題答案的提交時間是課前第3天，兩個合班共89名學(xué)生在規(guī)定截止時間前全部提交了答案。我們對答題情況進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計情況見表1。

互動答題的統(tǒng)計結(jié)果暴露出即將開設(shè)課程的新知識和新技能對同學(xué)們來說是個難點，即使經(jīng)過了前置學(xué)習(xí)，對新知識和新技能的整體掌握水平仍然不高，尤其是對一些關(guān)鍵技能的掌握水平低。因此，后續(xù)的有目的的資源推送變得必不可少。

2有目的的資源推送有效彌補前置介紹的薄弱之處

通過學(xué)情診斷，對前置介紹后同學(xué)們掌握不足的部分就了解得比較深了，知道了同學(xué)們的薄弱之處，下一步緊接著就要進行有目的的資源推送。這個資源推送的時間應(yīng)該在學(xué)情診斷完成后立即進行，比如在課前2天進行，資源推送也不能像前置學(xué)習(xí)那樣追求全面，而是要有針對性，是根據(jù)前面的互動答題的情況來選擇的，如我們開展的資源推送，是在仔細(xì)分析了學(xué)生互動答題情況后精心設(shè)計的，比如互動答題的第1題和第2題是考查同學(xué)們單片機中斷優(yōu)先級的概念和基礎(chǔ)知識，同學(xué)們的正確率分別為93.3%和92.1%，說明同學(xué)們經(jīng)過前置介紹的學(xué)習(xí)，對這兩個知識的掌握是到位的，就不需要再推送相關(guān)的資源了;第3題、第4題和第5題的互動答題是考查同學(xué)們對于中斷允許寄存器IE中總中斷允許EA位和串口中斷允許位ES、定時器1中斷允許位ET1、外部中斷1中斷允許位EXl、定時器0中斷允許位ET0、外部中斷0中斷允許位EX0之間的作用關(guān)系，同學(xué)們答題的正確率雖然超過了50%，但仍有一部分同學(xué)掌握不到位，錯誤的原因主要是混淆了中斷允許寄存器IE中總中斷允許EA位和各個源中斷允許位的上下級關(guān)系，部分同學(xué)認(rèn)為總中斷允許EA的優(yōu)先級是高于各個源中斷允許，只要總中斷允許EA=1，各個源中斷就能中斷允許，而實際上總中斷允許EA=I雖然是上級，若EA=0則其他源中斷肯定被屏蔽，但即使EA=I若單個源中斷沒開放，該源中斷仍然被屏蔽。為此，我們專門撰寫了一篇分析文檔，詳細(xì)厘清了總中斷允許EA位和各個源中斷允許位的上下級關(guān)系，并將分析文檔立即推送給同學(xué)們。第6題到第10題共5題主要考查同學(xué)們應(yīng)用單片機中斷優(yōu)先級的專業(yè)技能水平，正確率非常低，說明同學(xué)們應(yīng)用單片機中斷優(yōu)先級專業(yè)技能水平非常低，是最需要推送這方面的資源;而最能讓同學(xué)們掌握應(yīng)用單片機中斷優(yōu)先級專業(yè)技能的資源就是實踐案例，只有通過實踐案例，同學(xué)才知道自然優(yōu)先級是怎么分布的，如何通過軟件編程的方法強行改變單片機的中斷優(yōu)先級，為此我們立刻設(shè)計了應(yīng)用單片機中斷優(yōu)先級專業(yè)技能的實踐案例3個，都是軟硬件結(jié)合的實踐案例，既有硬件的設(shè)計的要求，又有軟件的編程、編譯及最后下載后的結(jié)果，比如第一個案例按照自然優(yōu)先級的順序，檢驗外部中斷0中斷優(yōu)先級高于定時器0、定時器0優(yōu)先級高于外部中斷1，而串口中斷優(yōu)先級最低的單片機自然優(yōu)先級;第二個案例展示如何通過編程使得自然優(yōu)先級低的串口中斷高于外部中斷1，第三個案例展示如何通過編程使得優(yōu)先級低的定時器1中斷正在進行的優(yōu)先級高的外部中斷0，這些案例都是真實應(yīng)用的實踐案例，全部設(shè)計方案及軟件代碼均在實際上課前2天推送給同學(xué)們，使得他們有時間進行接收并消化。

3基于移動設(shè)備端的課堂討論是收集和解決遺留問題的最佳途徑

通過前面的兩個工作，新知識和新技能的前置介紹及不足之處的彌補都已完成，但仍然不能保證所有同學(xué)們都已全面掌握了新知識和新技能，學(xué)生仍然有很多遺留問題，解決這些遺留問題，智慧課堂中的課堂討論是最佳途徑，因為通過前置介紹和資源推送，基礎(chǔ)的知識和概念學(xué)生都已掌握，這使得老師在智慧課堂的實際教學(xué)中可以快速地完成教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，從而預(yù)留出足夠的時間來進行課堂討論。課堂討論的主題是在教師的備課中已經(jīng)提前擬好，是在學(xué)情診斷和有目的資源推送后，對學(xué)生可能存在的問題進行科學(xué)預(yù)判擬定的，是達(dá)到全面掌握本教學(xué)單元的知識和技能應(yīng)該具備的知識儲備和技能儲備，是從另一個角度檢驗學(xué)生對本教學(xué)單元的知識和技能的掌握水平。所以當(dāng)老師打開智慧教室里大屏幕，通過智慧課堂的綜合平臺展現(xiàn)出討論主題后，學(xué)生利用手中的移動設(shè)備端如平板電腦、智能手機就可以立刻投入到討論中，學(xué)生發(fā)言大致可以分為兩類，一類是已經(jīng)掌握了本教學(xué)單元的知識和技能的同學(xué)從他們領(lǐng)悟的角度闡述他們對這些知識點的理解，并從學(xué)生的角度提出掌握這些知識和技能的技巧，一類是仍然沒有掌握的同學(xué)拋出他們的困惑和遺留問題。由于智慧課堂發(fā)言的并發(fā)性，所有同學(xué)的發(fā)言可以瞬間呈現(xiàn)在大屏幕上，老師和同學(xué)都可以看到，由于第一類的同學(xué)的發(fā)言是從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度闡述掌握知識和技能的技巧，常常能引起沒有掌握的同學(xué)的共鳴，使他們豁然開竅，于是他們立刻發(fā)言，陳述通過同學(xué)的點撥，自己糊涂的地方已經(jīng)弄明白了。比如，大屏幕上有同學(xué)提問如何以另一種方式再現(xiàn)外部中斷0的優(yōu)先級高于外部中斷1，立刻有同學(xué)給出了這樣的方案：把外部中斷0設(shè)計為蜂鳴器發(fā)出1000HZ的持續(xù)聲，外部中斷1發(fā)出1000HZ的斷續(xù)聲音，當(dāng)外部中斷1發(fā)出1000HZ的斷續(xù)聲音時，啟動外部中斷0，結(jié)果1000HZ的斷續(xù)聲音停止，取而代之的是1000HZ的持續(xù)聲，這個方案不同于老師推送的方案，提問同學(xué)隨即給出一個大大的贊。對于一些頑固性問題，老師立刻進行現(xiàn)場講解，隨著講解的深入，同學(xué)們再次發(fā)言，表明對老現(xiàn)場師講解的理解，或再拋出新的問題，老師抓住這些線索，繼續(xù)引深講解，層層解疑，討論越來越熱烈越來越深入，隨著課堂討論的進行，遺留問題越來越少，同學(xué)們的掌握水平越來越高，先進帶后進，老師帶學(xué)生，一次轟轟烈烈的課堂討論達(dá)到了高潮，所有的遺留問題都展現(xiàn)出來，所有展現(xiàn)出來的問題通過同學(xué)和老師的討論都基本上得到了解決，從而使得基于移動設(shè)備端的課堂討論將課堂教學(xué)的質(zhì)量提升到了一個前所未有的高度。

4基于學(xué)情診斷的智慧課堂的優(yōu)點

這種基于學(xué)情診斷的智慧課堂的成功除了物理載體上依賴現(xiàn)代教育技術(shù)帶來的教與學(xué)互動的便利，還在于其更符合學(xué)生學(xué)習(xí)新知識和新技能從不懂到明白的認(rèn)知規(guī)律，相對傳統(tǒng)的課堂教學(xué)有著無法比擬的優(yōu)勢。首先，課前的預(yù)習(xí)不再局限于教材，傳統(tǒng)課堂教學(xué)的前置介紹，教師也只能要求學(xué)生預(yù)習(xí)教材或指定參考書的內(nèi)容，無法提供更多的素材，而基于學(xué)情診斷的智慧課堂的前置介紹的素材更加廣泛豐富，既有教材、參考書，還有微課、視頻、課件、案例、鏈接等等。其次，傳統(tǒng)課堂教學(xué)是無法診斷同學(xué)們預(yù)習(xí)的質(zhì)量，對預(yù)習(xí)質(zhì)量的無法掌控導(dǎo)致無法針對性地提供對應(yīng)的資源，進而進一步提升前置介紹的質(zhì)量，而基于學(xué)情診斷的智慧課堂能立刻評估出學(xué)生對新知識和新技能的認(rèn)知水平，并立即進行有目的的資源推送，進而進一步提升預(yù)習(xí)的質(zhì)量。最后，傳統(tǒng)教學(xué)中教師是帶著對學(xué)生預(yù)習(xí)質(zhì)量一無所知走進教室的，或者教師心中已經(jīng)默認(rèn)同學(xué)們預(yù)習(xí)質(zhì)量肯定是差，所以教師的備課仍然以傳輸知識和技能為主，而不是以解決學(xué)生的問題為主，更無法在備課中設(shè)計出貼合學(xué)生實際掌握程度的討論主題，這樣，很多寶貴的課堂教學(xué)時間都花費在傳授同學(xué)們基礎(chǔ)知識和技能，而這些同學(xué)們通過前置介紹和資源推送都可以掌握;特別是傳統(tǒng)課堂教學(xué)的課堂討論，學(xué)生的提問只能是串行的，即同學(xué)只能一個一個地提問，前一個同學(xué)的問題沒有答復(fù)完，后面的同學(xué)就沒法提問，同學(xué)們提問問題的質(zhì)量沒法篩選，有的是簡單的問題，仍然占用了一個提問流程和時間，回答問題的只能是老師，同學(xué)們即使有好的解答，也無法反饋給課堂，課堂討論的效率低;而智慧課堂的課堂討論，依靠大屏幕和移動設(shè)備端，提問和回答可以實時互動，討論的主題是高質(zhì)量的，是貼合學(xué)生實際掌握程度的討論主題，學(xué)生的提問是并發(fā)的，學(xué)生提問的許多問題可以同時展現(xiàn)在大屏幕上，這樣就可以挑選出高質(zhì)量代表性的問題進行解答，解答問題的可以是老師，還可以是悟出道理的學(xué)生，尤其是學(xué)生的回答都是經(jīng)歷了從不懂到搞明白的過程，他們的回答能展現(xiàn)對課堂知識和技能學(xué)習(xí)的深層次認(rèn)知，這對所有同學(xué)都有啟發(fā)性，他們的答案更能引起提問同學(xué)的共鳴，而且隨著討論的深人，遺留的問題會越來越少，同學(xué)們對新知識和新技能的掌握達(dá)到了一個前所未有的水平，從而提高了整個智慧課堂教學(xué)的質(zhì)量。因此，因此，基于學(xué)情診斷的智慧課堂是一種有效的本科高校課堂教學(xué)改革手段。