基于“學習通”的智慧課堂教學設計與應用研究

吳曉璇，李正茂，郭昌建

（合肥學院人工智能與大數據學院，安徽合肥 230601）

1 智慧課堂內涵

智慧課堂是指在課堂上結合大數據、云計算、物聯網等信息技術手段實現的集智能與高效為一體的信息化課堂［1］，其基于一種動態的機器學習系統實現大數據分析及“云+端”的智能化運用，實現了評價結果反饋及時性、交流互動立體化、資源信息推送智能化，全面變革了課堂教學形式和教學內容，構建了一種大數據應用時代的信息化課堂教學新模式。

為更好地落實智慧教育這一育人理念，很多學者進行了相關研究，研究大多集中在智慧課堂本體概念構建及信息化技術應用方面［2-4］。如文獻［5］研究構建以情智交互為核心的智慧教學環境下教師教學行為交互架構，分析了智慧課堂教學過程的行為交互要點，提出提升教師教學交互深度的措施與建議；文獻［6］以中職學校為例，提出基于“互聯網+教育”的“智慧課堂”教學模式；文獻［7］從理論層面闡述“互聯網+”時代教育特征，構建了以移動互聯的課堂環境、立體化的教學過程、多元化的評價方式為特征的智慧課堂教學模式，以期為高校教學改革提供參考；文獻［8］以《Android 嵌入式軟件開發》為例，從教學內容、教學手段和評價體系等方面，探討智慧課堂背景下軟件開發類課程的教學模式設計。雖然目前針對智慧課堂相關領域的研究較多，但針對某一門專業課程，從課程本身的特點出發，提出針對該課程的智慧課堂教學方法的研究仍然較少，本文以網絡工程專業的核心課程《網絡協議編程》為例，基于課程特點及課程教學要求，提出智慧課堂的教學設計。

智慧課堂利用信息化的技術手段實現了對課堂教學全過程的數據采集與分析，使得課堂教學從單純依賴于教師的課堂教學實踐經驗及主觀判斷，轉向依賴于數據，對教學全過程的學習數據進行實時綜合分析，通過學習數據實現對課程教學情況及效果的客觀判斷，從而對教學內容進行綜合調整，進而實現智慧課堂的高效性、客觀性和及時性［9］。在教學實踐過程中，智慧課堂整體教學流程由傳統的“5+4”模式轉變為新型的“8+8”模式，即由8 個教學階段和8 個教學環節共同組成，如圖1 所示。

圖1 教學模式變革

2 《網絡協議編程》教學現狀分析

《網絡協議編程》作為一門實踐特色鮮明的網絡工程專業課程，培養學生在理解與掌握TCP/IP 網絡協議基本原理及其編程知識的基礎上，提高實踐動手能力。該課程是網絡工程專業的基礎課程，更注重提高學生的學習主動性、自學能力及實踐能力。

為了在有限的課堂學時內，讓學生可以最大限度地了解與掌握網絡編程技術，擴充課程內容的信息量，提升學習興趣，培養學生對問題的分析求解能力和理論向實踐轉化的實踐創新能力，因此對本課程在教學內容、教學方法等各方面的設計提出了全新要求。

本課程組將智慧課堂教學模式貫穿于課程的教、學、練、考、評等全流程中，配合過程考核等教學任務，從而達到應用型復合人才培養的基本要求。在對智慧課堂特點進行深入分析研究的基礎上，將信息技術手段與教學目標、教學內容等進行有機融合，設計基于課堂動態學習數據分析的智慧課堂教學模式，如圖2 所示。

圖2 基于動態學習數據分析的智慧課堂教學模式

目前，本課程所有教學內容已與校內網絡教學平臺、“學習通”APP 教學平臺同步，如圖3 所示。通過這種線上、線下協作的教學方式，課前，通過教學平臺推送本課程的預習目標、內容重難點，并布置任務，學生可通過教學平臺獲取需要預習的知識點，完成任務上傳至平臺，教學平臺對預習情況進行檢測與統計分析，進而深化學情分析，優化課程的教學方案和教學模式設計；課中，教師根據教學內容發布隨堂測試，學生可針對教學內容提出疑問，教學平臺通過學生的學習反饋和隨堂測試進行實時學習數據采集與分析，從而輔助教師調整課程教學策略和教學內容；課后，教師布置學習作業，學生完成并上傳至平臺，教學平臺通過對作業完成度和正確率的統計分析，實現對學生的個性化指導，并推送本課程的拓展學習資料，從而實現個性化教學。

圖3 學習通平臺課程基本信息

3 《網絡協議編程》智慧課堂教學實施

本文以《網絡協議編程》中的一節內容“Socket 編程基礎”為例，在此基礎上進行探索性的智慧課堂教學，通過學習效果和學生整體反饋體現智慧課堂這種新型教學方式的有效性。“Socket 編程基礎”教學安排如圖4 所示。

3.1 課前

（1）課前學情分析與設計。基于歷屆學生對該部分知識點的理解與掌握情況，結合前期學生課堂表現及作業成績分析，預設本節課教學目標如表1 所示。

表1 本節課教學目標

（2）預習資料發布。教師首先將學生預習資料在課前及時發布到校內網絡教學平臺上，然后將與預習內容相關的網絡學習資源（視頻教程、課程網絡介紹等）一并上傳到平臺的課程資料目錄下，如圖5 所示，最后布置預習作業。另一方面，學生通過校內網絡教學平臺或“學習通”APP 平臺預習教師推送的學習任務，并完成、提交預習作業，同時學生也可針對某些問題提出疑問或在平臺上進行討論。教師將問題分類，共性問題在課堂教學過程中集中解答，單個問題直接在平臺上實時解答，體現了師生交流的及時性。

圖4 “Socket 編程基礎”教學安排

圖5 校內網絡教學平臺上傳的課程資料

（3）優化教學方案設計。教師根據教學平臺給出的學情分析結果和學生預習反饋情況［10］，進一步明確教學重難點，實現以學定教，適當調整教學目標、方法、內容等，以優化教學方案設計［11］。

3.2 課中

開始授課前，教師開啟“學習通”的投屏功能，設置簽到形式（普通、手勢、二維碼等）。這里以二維碼為例，學生輸入邀請碼進入課堂，教師獲得詳細簽到數據，了解學生的到課率情況，如圖6 所示。

（1）課程導入。教師可采取多種課程導入方法（預習反饋、測評練習和創設教學情境等）導入新課內容，學生基于課前自學成果，圍繞新課導入議題自由分享觀點。

例如，本次課程利用創設情境的方法，根據學生課前預習結果，回顧常用的網絡編程技術（基于網卡的網絡編程技術、基于libpacketdriver 的網絡服務器編程技術、基于libpcap/winpcap 的網絡服務器編程技術、基于lindisocer 的網絡編程技術、基于socketver 的網絡編程技術）。問題：站在應用程序實現的角度，應用程序如何方便地使用協議棧軟件進行通信？通過問題導入本次智慧課堂教學內容，導入過程自然，承上啟下。

套接字應用程序編程接口是網絡應用程序通過網絡協議棧進行通信時使用的接口，即應用程序與協議棧軟件之間的接口，簡稱套接字編程接口（Socket API）。Socket API 定義了應用程序與協議棧軟件進行交互時可以使用的一組操作，決定了應用程序使用協議棧的方式、應用程序所能實現的功能，以及開發具有這些功能程序的難度。

（2）課程精講與知識點拓展教學。精講是指教師根據課程教學目標以及前期教學分析數據進行針對性的教學，學生在學習過程中如果有不明白的內容可以隨時給任課教師留言或在課堂上提問，教師在收到學生留言信息后，可以第一時間了解學生對知識點的理解與掌握情況，從而及時調整課程教學策略。

（3）隨堂測驗、實時統計與測評。教師在授課過程中可根據教學內容設計合適的測驗題目，將題目上傳至教學平臺，并推送給每位學生。為了充分調動學生的學習積極性，可設置“隨堂練習”、“搶答”、“答對有獎”等激勵環節，教學平臺對學生答題結果進行實時統計與反饋，如圖7 所示。

圖6 設置課程簽到邀請碼

圖7 實時測評環節

（4）課程總結提升。教師根據學生提問、實時測評及系統分析反饋結果對知識點進行總結與點評，對共性問題進行集中解答。教師根據授課內容布置作業和任務，結合學生對于知識掌握的不同程度，作業和任務具有較大彈性空間；學生根據自身對知識的掌握情況，選擇適合自己的作業和任務，可以獨自完成，也可以分組完成。學生通過該環節可鞏固與拓展所學知識。

3.3 課后

（1）課后作業。教師利用“學習通”平臺發布課后作業，可根據題目性質設置作業完成形式以及每組人數。教師還可根據學生課前及課中表現，向學生推送不同難度的作業，以了解學生對教學內容的掌握情況。

（2）課后答疑。教師根據學生完成作業情況及提出的問題，進行針對性的答疑，幫助學生鞏固所學知識。

（3）反思評價。教師根據學生在課前、課中及課后的學習表現，通過對知識點進行梳理，根據教學平臺的分析反饋結果找出共性問題，以便于在后期教學中調整教學策略。

4 智慧課堂在課程中的有效性評價

本課程以基礎知識綜合應用實踐為主要教學目標，目前已在兩屆學生的教學過程中進行了實踐，借助“學習通”平臺實現線上線下同步教學，進而培養學生的實踐動手能力。為了滿足本課程實踐教學的需要，除正常的實驗課外，學校還在晚自習期間免費對學生開放實驗室，同時配有一套網絡協議編程實訓平臺，學生可利用現有實驗環境完成網絡協議編程實訓練習及自主學習任務。同時，學生可通過登錄“校網絡課程綜合平臺”或“學習通”平臺隨時隨地進行學習，或與教師及時進行互動，解決課程中遇到的問題。

教師可以統計學生的課程學習情況（花費時間、作業完成情況、資料下載瀏覽率、疑難問題、意見反饋等），通過多個指標綜合分析學生對課程的評價。在了解學生學習動態的同時，還可促進自身教學能力的提升。學生對本課程的教學質量評價統計情況如圖8 所示。

圖8 教學質量評價統計情況

5 結語

智慧課堂作為信息化技術與教學融合的新興產物，是傳統教學的升華，為培養高素質人才提供了新手段與新方法。本文在《網絡協議編程》教學中，借助“學習通”平臺引入智慧課堂的教學理念，實現全過程可控、全數據記錄分析，根據學生線上線下反饋突出重難點教學，從而真正實現隨時隨地進行智慧化學習。通過多個指標綜合分析學生對該課程的評價，證明了該教學模式的有效性，并找到其中存在的問題，作為后期進一步優化完善的基礎和依據。