用智慧學習環境破解班級授課制的個性化學習問題

陳曉明，天津市教育科學研究院正高級教師，享受國務院政府津貼專家，特級教師，市級督學，國家級骨干教師，全國優秀教育工作者，全國中小學優秀德育工作者。

曾參與研制《天津市教育信息化2.0行動計劃》，主持編寫《天津市中小學數字校園建設與應用指導意見》。主持了天津市五所市直屬校“智慧教室”的設計與建設，組織編寫新課改教材《信息技術基礎》通過教育部審定;編著出版了《中學數字化校園的建設與應用》;撰寫的論文先后在《中國電化教育》《中國教育學刊》《中小學教材教學》《教育信息化》《中小學信息技術教育》《天津教育》等期刊上發表。

研究表明，學習本身就是個性化的，而個性化學習是最好的學習，因為它能夠實現個人學習效率的最大化，這也是我們所有教育工作者努力的目標。班級授課制是目前學校教育的基本組織形式，智慧學習環境則是現代學校希望通過信息化手段構造的新型學習環境。本文主要探討的就是構建什么樣的學習環境，能夠破解在班級授課制下實現個性化學習的問題。

一、班級授課制與個性化學習的矛盾

班級授課制又稱課堂教學。就是把年齡特征、學力特征和學習基礎相近的一定數量學生編成固定的班級，使每一個班級有固定的學生和課程，由固定的一組教師根據固定的授課時間和授課順序（課程表），完成固定的教學目標和任務，對全班學生進行連續上課的教學制度。班級授課制的最大特點就是“固定”，這符合大工業生產的要求，是大工業時期的產物。

班級授課制相對于之前的師傅帶徒弟、私塾等教學制度是一種進步，它極大地降低了教育成本，使普通民眾能夠上得起學，對普及大眾教育發揮了巨大的作用。

但是我們要說的是，盡管為了適應普及教育的社會要求，班級授課制在夸美紐斯、赫爾巴特等教育家的努力下不斷地進行改良，但是主要按照年齡編成的固定班級、按照固定課表的授課模式越來越無法滿足教育個體日益活躍的個性化學習需求。

這個圖片引自北京師范大學陳麗教授的講稿，雖然有一些夸張，卻將班級授課制的特點和問題表現得淋漓盡致，深刻地反映出班級授課制的明顯缺陷。

教師說今天的學習目標是爬樹，這對一些成員來說很難，對一些成員來說卻很容易，甚至不用學習。當然，教師也可以說今天的學習目標是游泳、舉重、飛行，等等。無論哪個學習目標，都不可能同時適應每一個學習者的個人要求。所以班級授課制的教學一定不能適應每個學生個性化的學習要求。

傳統班級授課制的教學局限性主要包括以下六個方面：

一是教學目標相對統一，同一個班級的每一個學生，不論基礎如何、學習能力差距多大，都要完成同樣的學習目標。

二是班級授課制的教學時間、內容和進程都固定化、形式化，不能夠容納和適應更多的教學方法。

三是在同一節課上的教學活動多以教師為主，學生在學習過程中的主動性和獨立性受到一定程度的限制。

四是在課堂教學中一般要求學生接受現成的知識成果，對其探索性、創造性的培養缺乏方法。

五是班級授課制很難做到讓每個學生都有動手實踐的機會，學生主要以聽課為主，教學實踐性不強，不利于培養學生的實際操作能力。

六是班級授課制以“課”為活動單元，而“課”又有時間限制，因而往往把某些完整的教學內容和教學活動進行人為的分割，以適應每一節固定時長的“課”的要求。

盡管過去一段時間，課堂教學改革也在不斷地探索新的教學模式，以解決學生在學習中的主體地位，但是在班級授課制下很難改變以教師為中心的局面。

關于個性化學習，在2016年美國教育部提出的國家教育技術計劃（Future Ready Learning：Reimagining the Role of Technology in Education）中這樣描述，個性化學習是指學習進度和教學方法都針對每個學習者的需求進行優化的教學。這個定義更加明確地說明了個性化學習的特性，就是學習目標、教學方法和教學內容要針對每個學習者的學習狀況不斷地進行優化。

從技術的角度來看待個性化學習，可以理解為通過對特定學生的全方位評價，發現和解決學生所存在的學習問題，為學生個體量身定制最適合其特性的學習策略和學習方法，讓學生有效地學習。這個定義不但說明了目標，即讓學生更有效地學習，而且提出了方法，就是要在學習過程中通過全方位的評價，不斷地了解學生的學習狀況，進而實現實時地、有針對性地調整每個學生的學習策略和學習方法，以達到對每個學生都是最優的學習效果。

每個學生都是與眾不同的，有自己獨特的天賦特性、偏好和天生優勢，也有不同于別人的弱點。學習目標、學習方法和學習內容肯定會因學習者的不同需求而有所不同。解決學生的學習問題，應該用個性化的方法去適應不同學生在學習上的個性化要求。因此，個性化學習有這樣的特點：學習進度可以被調整，可以因人而異;學習目標、方法、內容和工具均可以為每個學習者不同的學習需求量身定制，并在學習過程中不斷地優化;學習是由學習者的興趣驅動的;學習者可以選擇何時、何地、以什么方式進行學習。

從以上的分析中能看出，班級授課制與個性化學習存在著諸多的矛盾。一方面，班級授課制強調的是統一、齊步走，難以照顧學生的個別差異，因此無法調整學習進度，也很難為每個學習者量身定制學習目標、方法、內容和工具，并進行優化;另一方面，班級授課制缺乏真正的集體性，教師雖然向許多學生同樣施教，而每個學生各以自己獨特的方式去掌握，每個學生分別對教師負責，獨自完成自己的學習任務，學生與學生之間并沒有分工與合作，相互之間也無必然的依存關系。基于以上矛盾，傳統的班級授課制很難做到因材施教，因此也就無法優化每個學生的學習效率。

我們經常看到這樣的場景，教室里安裝了許多現代化設施，在增加了網絡多媒體設備的教室里甚至還拆除了講桌、講臺，但在大多數常態教學中，教師仍然習慣于站在前面，仍然是課堂教學的主宰和中心。很多學校的課堂教學也在探索新型的教學模式，甚至打破面朝黑板的座位布局，采用分組布局，以便進行分組教學、小組討論，讓更多的學生參與到教學之中。雖然有時學生也會站在講臺上，但那只是他們部分地代替了教師的某些作用，教師的核心地位并沒有動搖，統一的教學目標、方法、內容和進度也不會因學生的不同個體而呈現個性化。

二、智慧學習環境的組成

信息技術在突飛猛進地發展，電商平臺、共享經濟已經改變了我們的生活方式，已經實現了社會生活許多方面的個性化需求。通過信息化、物聯網、大數據、區塊鏈、人工智能、智慧平臺等技術的應用，也應該能夠破解班級授課制下的個性化學習問題。

當然，這需要在信息化環境下改進教學方法、更新教育觀念，進而改變教育形態，提高學習的自主性，為學生自主發展打下堅實基礎。可以說，教育信息化正在走進教育的核心領域，也能夠破解班級授課制下個性化學習的時代難題。我們這里說的智慧學習環境是指在不改變班級授課制的前提下，將人工智能技術應用到課堂教學中，以此解決班級授課制下的因材施教問題，實現個性化的學習目標。

智慧學習環境按照以人為本的設計理念，注重學習空間的可重構性與靈活性，使課內課外、線上線下、現實與虛擬有機整合，從而實現了多種教學場景的融合。智慧學習環境的主要組成部分包括智能教學黑板、智能“討論墻”、智慧教學終端、智慧教學平臺、智能考勤與行為分析系統、大數據管理與分析系統、遠程同步教學系統、智慧學習環境管理系統等八個部分。

1.智能教學黑板。

以聯入互聯網的觸控一體機為核心的智能教學黑板，其不但能把網上豐富的學習資源、遠端的各領域專家直接引入課堂，而且能實現遠程教學，鏈接遠端課堂。智能教學黑板還能改變板書體驗——自由書寫、手勢控制、多人同書、無邊界畫面、書寫自動識別、自由引入材料批注以及實時記錄教學過程等。

2.智能“討論墻”。

智能“討論墻”作為課堂協作工具，為每一組學生提供在線討論的場所，是小組交流的平臺、資源獲取的渠道，它能使討論中的學生思維過程看得見。學生可通過各自的移動終端，以文字、圖片、附件等形式，發表觀點到“討論墻”，實現邊討論邊分享，意識碰撞具象化;實時分享討論意見，讓研討更加高效。教師可通過平臺關注整個班級討論的全過程，隨時掌握研討進程，同時可以根據各組學生的參與情況實時做出評價，讓互動激勵貫穿整個課堂教學。討論過程和研討成果可以有序留存，從而實時地生成珍貴的校本課程資源。

3.智慧教學終端。

智慧學習環境的另一個重要設施是智慧教學終端，其作用是實現課堂上“端到端”的互動，從而實現師生、生生之間的多方互動。在整個學習過程中，學生終端的屏幕畫面可實時地傳送到平臺、傳送到教學大屏幕。教師終端可以按照教學進度實時地推送學習內容，可控制學生端的使用，也可根據教學需要自由組合多組學生，實現分組討論。

智慧講臺（教師終端）可實現移動教學，實現了去權威、去中心的理念，支持移動授課，方便教師參與學生的討論。教師可隨時隨地地將移動端的教學內容同步到大屏幕，可進行遠程板書、拍照、直播、錄播課堂上的實況等，還可以了解每個學生終端的畫面。

智慧學具（學生終端）可以學習新知、參與討論、發表觀點，并參與課堂評測。課堂評測包括完成客觀題、主觀題等題型的作答，參與搶答及隨機答題，或分組作答等多種評測形式，也能隨時查看答題統計結果。目前一些產品通過人工智能技術能夠識別學生的書寫信息，從而在不改變學生習慣的書寫方式和答題方式的前提下，自動記錄學習過程，實現對學習過程的電子化記錄，形成真正意義上的學習過程大數據。此外，還能快速進行網上閱卷，并在試卷上留痕評卷批語，讓學生了解自己的錯答信息。

4.智慧教學平臺。

智慧學習平臺可以將教學過程中所有學生的學習內容、過程數據、參與檢測的答題數據、參與討論的交流數據、評測數據，以及學習過程的參與度和關注度等行為數據進行采集、分析，形成學習過程大數據，進而分析每個學生的學習效果和學習品質，為智能化地制訂個性化學習方案提供數據支撐。

智能學習平臺通過語音轉寫和圖像識別等人工智能技術，實現智能結構化視圖和多維分享，能夠快速形成校本資源。其主要包括：一鍵錄制、公式識別、中英文智能轉寫、智能結構化視圖、課上智能實錄。這其中，課堂實錄能夠供學生隨時復習，查看當堂講課視頻、課件及講解文本，方便檢索微課視頻并準確定位，同步顯示講解內容與課件，為學生課后的高效復習創造條件;能夠保存本校教師隨堂教學資源，快速積累校本資源庫，助力教師專業能力提升與個人財富積累，方便教師的教學反思，實時積累校本資源，使教學反思更有針對性。

知識圖譜能夠描繪某學科所有知識點的關聯關系，通過不同的顏色標明學生各知識點的掌握程度，連線表明知識點的因果關系。學生通過自己的知識圖譜，可形象地了解自己該學科的知識掌握情況、問題點和改錯路徑，為制訂個性化學習方案提供支撐。

智能教學平臺可實現對學習過程和學習結果進行智能分析，包括每個學生的個性化薄弱點、整個班級的共性問題等，從而設計相應的教學策略，對班級共性問題一起輔導，對學生個體問題單獨輔導。也能夠實現縱向比較，分析本學科學生各學年成績趨勢，得出對本屆學生教學質量的評估結果。智能教學平臺可為每個學生生成自己的錯題本，為課后復習和今后的總復習作好準備。

5.智能考勤與行為識別系統。

智能考勤與行為識別系統可通過智能圖像識別系統進行人臉識別、行為識別的數據采集，進行無感知自動考勤，開展課堂行為的分析。

無感知人工智能考勤系統結合學校學籍及課表數據，自動完成每節課學生的考勤情況。相對于常見的電子班牌考勤功能，學生無需排隊刷臉，而且能根據學生在課堂上的存在時間定義考勤，規避學生簽到后馬上離開的情況。

目前，智能行為識別分析系統可以進行課堂氣氛活躍度、參與度的分析與統計，學生個體活躍度、注意力的分析與統計。其獲取的數據將為開展教學過程的評估和學習行為的分析積累大數據。

6.大數據管理與分析系統。

智慧教學平臺的大數據管理與分析系統能夠實現精準化教學和針對性教研。智慧教學平臺可進行教學行為分析，平臺的課堂實錄數據記錄了教師教學特質及優點，幫助教師全面認識個人教學特征。課堂報告分析是授課數據分析，能夠幫助教師針對自己的教學過程進行教學反思，如調整授課語速、優化教學互動設計、合理提問等，從而不斷提升自己的教學能力。異常波動提醒可輔助教師了解學生學習中的異常波動，提示教師進行有針對性的教學指導。

大數據管理與分析系統可以在教學過程中采集全方位學情、教情以及教學設備使用情況的全程數據，并進行大數據分析。學情數據主要包括學生考勤數據、學習行為數據、參與討論數據、情緒分析數據、在線學習數據、課堂互動數據等;教情數據主要包括上課主講時長、終端操作時長、教師板書時長、組織討論數據、課堂互動數據、教學評價數據等;教學設備使用情況數據主要包括運行時長數據、啟動時間數據、使用頻率數據、使用周期數據、教室終端數據、終端告警數據等。

7.遠程同步教學系統。

智慧教學系統支持遠程同步教學，對實現教育均衡發揮著積極作用。可支持多方互動，實現多間教室同步聽課;支持多點同時參與教研活動;支持一對一互動教學，通過智慧終端與遠端智慧教室建立連接，實現遠距離異地同上一節課。

8.智慧學習環境管理系統。

智慧學習環境采用物聯網技術管理，通過末端傳感控制實現對教學電腦、多塊教學大屏幕、多個“討論墻”、智能中控、智能空調、溫控面板、智能電表、教室環境、智能墻插、智能設施、智能門鎖、智能窗簾、智能燈光、視頻監控等物聯網設備進行一體化智能控制，大大地減輕了教師對智慧學習環境的管理難度。

這是一個智慧學習教室的外觀形式，前面是中央視覺區，中央視覺區采用雙屏智能黑板，這是核心教學內容和學生展示交流的主要渠道，同時支撐雙軌教學、遠程教學等教學形式，可更多地展示豐富的學習資源。開放式支架組成的移動講臺可方便推拉，靈活移動，適配不同教學場景。內嵌智能盒子，支持自攜帶接電裝置，聯網，無線投屏，多屏調度，方便分享小組成果以及多組成果對比。可靈活移動學生座椅使空間變化更加快速，加強了師生、生生間的交流與互動。智慧學習教室支持快速構造多樣的個性化學習環境，如可快速、靈活地轉換各種學習空間，構成協作探究型學習空間、自主交互型學習空間、課題研討空間、開放式學習空間、極簡互動型學習空間等。智慧學習教室也可以支持靈活多變的教學組織形式，構建多媒體教學，實時雙向互動，實現優質課程資源共享與交流。優質資源的共享，打破了教育圍墻，促進了教育均衡，實現了平等學習。任何人、任何時間、任何地點、任何接入方式，可以學習任何課程，實現泛在學習。突破地理位置限制，隨時隨地溝通，做到身臨其境的溝通體驗，實現高效溝通。智慧學習環境實現了不同形態教學模式的應用和探索實踐，創新了教學形態，進一步輔助教學改革。

三、智慧學習環境的教與學

在智慧學習環境開展教學活動，學生的學和教師的教都要做出改變。

對于學生的學習來說，在學習內容上，要向以思維為主的教育轉變，激發學生學習興趣，縮短從知識的獲得到知識的應用的路徑;在學習方式上，要進行從知識傳遞向認知建構轉型，運用信息技術開展高階水平的知識建構活動，為每個學生創設智慧學習環境;在個性化學習上，對于每個學生的學習行為，要通過大數據的深度挖掘與分析，讓教師認識每個最“真實”的學生，進而更具針對性地開展個性化教育，促進每個學生全面而有個性的發展。

對于教師的教學來說，在課程形態上，要數字化、立體化和整合化，實現課內課外、線上線下相融合;在教學結構上，要設計開放式的教學結構，實現將實時場景、專家連線、遠程教師以及公共資源等外部優質教育資源有效地引入課堂，使課堂學習在空間上得到極大的拓展。這其中，教師的角色也要從知識的傳授者轉變成為每個學生實現個性化發展的指導者，成為學習活動的設計者和組織者。因此，通過“人工智能+教學”的方式，能夠實現課堂教學的“減法”和“加法”，即教師的授課越來越少，學生的主動學習越來越多。

在智慧學習環境中開展教學，教師必須研究智慧教育的教學策略，要對各種教學模式在智慧學習環境中的應用形式開展深入研究，以找到最恰當的方式和策略，通過觸發學生的學習動機來促進學生學習主動性的提高，從而實現個性化學習。“人工智能+教學”的智慧學習環境可以選擇的教學策略非常多，如問題式學習（PBL）、小組合作式學習、探究式學習、移動學習（泛在學習）、研究型學習、創客式學習、游戲化學習、翻轉課堂以及STEAM課程等，都應該可以在智慧學習環境下得以實現。

以翻轉課堂為例。翻轉課堂是將課上課下、課前課后的學習進行翻轉，也就是將過去的課上學習新知、課后深化提高，變成了課前學習新知、課上進行深化提高。這樣做極大地提高了學生自主學習的參與度，個性化學習得到充分滿足。同時也能夠兼顧到班級授課所要求的同步性問題。具體的做法是：學生在課前通過導學案學習基本內容，對于難點、重點可以通過觀看微課程進行強化學習，為了能夠了解學生基礎知識的學習效果，可以讓學生通過完成課前檢測題的方法來檢查，檢測結果在上課前反饋給教師。課上，教師組織交流學習成果，對課前反饋上來的具有共性的疑難問題進行探究，也可以組織分組交流討論，深化對問題的理解。在每一節課的結尾時進行測驗，了解每個學生的不同問題，并進行解決，達到每個學生學習效果的統一，并延伸學習內容，導入新課，提出下節課的學習要求，進入下一節課的課前學習。

從這個過程看，傳統的學習環境沒有具有豐富學習資源的導學案，沒有快速提供微課程的途徑，沒有進行智能評價與統計反饋的檢測平臺，無法實現課前的有效自主學習;沒有支撐分組交流、實時監測課堂學習狀態、及時反饋課堂學習效果的智慧學習平臺，因此也就無法實現有效的翻轉課堂。

在智慧學習環境中開展教學應用，教師和學生的信息技術應用能力和信息素養至關重要，這是發揮智慧學習環境作用、在班級授課制下實現學生個性化學習的核心要素。因此，探索基于信息技術的新型教學模式，加強對學習者認知和學習行為規律的研究，養成師生數字化教與學的習慣，促進中小學全體師生利用各種智能終端進行泛在學習、即時交流和廣泛分享，是探索在智慧學習環境中班級授課制下的因材施教、個性化學習的新型教學組織方式的前提與基礎。

一個必須正視的問題是，要實現在智慧學習環境中開展真正意義上的個性化學習，對于在整個學習體系中各方參與者的基本信息素養程度至關重要。信息素養一般認為包含四個層面：對信息知識的知曉、對應用能力的會做、對信息意識的想做和對信息道德的做好。

2018年5月2日，習近平總書記在北京大學師生座談會上的講話中指出：隨著信息化不斷發展，知識獲取方式和傳授方式、教與學關系都發生了革命性變化。這對教師隊伍能力和水平提出了新的更高的要求。教育部文件在關于教育現代化的要求中指出，必須深刻認識信息技術對教育發展的革命性影響，更新教育觀念，調整發展定位，把握發展重點，順應信息社會對人才培養的新要求。在對教育信息化新定位時指出，教育信息化是教育現代化的基本內涵和顯著特征，是推動教育深層次變革的內生變量，它支撐、引領著教育現代化發展。

智慧學習環境建設，必將改變學習方式，從而適應未來社會對學習者的要求。正如科大訊飛總裁吳曉如先生所說，人工智能帶給教育的改變包含人工智能可以分析學生實時的學情、人工智能可以推送最適合的學習資源、人工智能可以提供個性化的學習方案，這些都是個性化學習所必須解決的關鍵問題。在智慧學習環境中開展班級授課，人工智能可以實時采集每個學生的學習過程數據，對學生進行全方位評價，分析學生實時的學情，發現和解決學生所存在的學習問題，推送最適合學生當前學習的資源，實時地為學生量身定制不同于別人的學習策略和學習方法，讓學生在班級授課中更有效地學習。

用“人工智能+教育”構建的智慧學習環境，是要實現從以教師為中心的教到以學生為中心的學的轉變。教師要充分發揮學生的主體性，改變單向傳授知識的方式。學生通過自主學習發現問題、提出問題，自己去探索，或者與同伴合作，互相探討。教師可以利用人工智能、大數據等技術優勢，幫助學生的個性化學習設計科學、合適的學習方案。

人工智能、大數據還可以作為教師的有力助手，幫助教師隨時了解學生的學習情況，幫助他們解決困難，幫助教師批改作業，替代教師一些機械式的勞動，減輕教師負擔，使教師有更多的時間和學生接觸、溝通。關于人工智能對教育的影響，在聯合國教科文組織發布的報告“教育中的人工智能：可持續發展的挑戰與機遇”中提出：“雙教師模式”包括教師和虛擬教學助理，“助理”可接管教師的一些事務性工作，使他們有更多時間專注于對學生的指導和一對一的交流。人工智能技術能夠支持包容和無處不在的學習訪問，有助于確保提供公平和包容性的教育機會，促進個性化學習，提升學習成果。

“人工智能+教育”正在引起一場教育的革命，它改變著教育生態、教育環境、教育方式、教育管理模式、師生關系，等等。充分認識“人工智能+教育”的育人功能，是當前教育工作者遇到的重要機遇與挑戰，智慧學習環境的構建，或將成為破解在班級授課制中實現個性化學習這一世紀難題的重要方法。

（責任編輯? 吳淑媛）