智能技術如何支持新型課堂教學模式構建

鐘紹春 鐘卓 范佳榮 趙雪梅 楊瀾

摘要：人工智能、大數據、AR/VR和5G等技術的快速發展，特別是移動終端的普及應用，給課堂教學帶來了巨大的沖擊和改變，同時也為教與學的變革和創新帶來了前所未有的機遇和可能。然而，當前智能技術在教學中的應用，絕大多數是以智能化為主要特征的，給教與學帶來的更多是便利和效率，課堂教學中很多深層次問題還沒有得到很好地解決，智能技術條件下能夠破解教學深層次問題的新型課堂教學模式研究已成為熱點。該文對當前信息化教學所存在的問題進行了系統梳理和深入剖析，討論了智能技術支持下能夠破解教學深層次問題的新型課堂教學模式構建思路與途徑；從智能工具支持下的深度學習、微課云課支持下的個性化學習、大數據支持下的精準教學和“互聯網+”支持下的無邊界混合式學習等，分析了智能技術支持下的新型課堂教學模式構建方向；提出了通過以緊耦合課程內容為單位做學習邏輯設計、有針對性設計驅動學習的問題與任務和系統設計教與學路徑等方面，實現智能技術支持課堂教學創新和優化的方法。

關鍵詞：智能技術；新型教學模式；信息化教學；學習邏輯設計

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

*本文系2018年度教育部中國移動科研基金項目“構建‘互聯網+’條件下的新型課堂教學模式創新實證研究——以寧夏石嘴山市實驗中學為案例”（項目編號：MCM20180604）研究成果。

隨著人工智能、大數據、5G、“互聯網+”、AR/VR等技術的快速發展，特別是移動終端和5G技術的普及應用，催生了諸如PAD、數字紙筆、VR/ AR、創客等多種類型的智能教室，以及與之配套的教學、學習和評價智能支撐系統。在各種智能教室和智能支撐系統支持下，以課堂教學及時互動、教與學資源動態選用、練習與作業實時反饋、基于數據的教學精準評價、智能工具賦能教師教學、微課支持學生個性化學習等為主要特征的課堂信息化教學已經越來越被各級各類學校所接受，并呈現出迅猛發展的良好態勢，成為未來課堂教學發展的大勢所趨。盡管智能技術在教學中的應用已經取得了顯著成效，但是，目前的主要成效更多的體現在給教與學所帶來的便利和提高效率方面。智能技術對于幫助學生更好地完成疑難知識的深度理解與應用體驗、復雜問題的深入探究，精準獲得優質教師個性指導，以及學習情況的量化評價等教育深層次問題的解決還沒有提供較為系統和更加有效的支持。當前課堂信息化教學仍存在著很多需要進一步探索和研究的問題[1]。

（一）重技術應用輕教學創新問題凸顯

當前，從大多數學校課堂信息化教學的實際開展情況看，普遍實現了及時互動交流、實時精準評價、動態選擇使用教學資源、實時獲得教師幫助等，在很大程度上較好地解決了原有課堂教學中所存在的教學難題，極大提高了課堂教學效率和質量，給課堂教學帶來了巨大改變。目前智能技術的作用和價值主要體現在快速獲得學習資源、實時獲取學習數據、方便交流展示、學習方式轉變等方面，以提供便利、減負增效和實時評價等為主要特征[2]。

在這種情況下，應用信息技術手段，對由于教學手段限制導致教師教學和學生學習活動開展不方便或效率低的情況，所起到的支撐作用還是非常明顯的。但是，對教師教學思路和方法方面存在問題，進而導致學生厭學、學習效果不佳等情況，即便是應用智能教室和智能支撐系統，大多數對于教學所起到的支撐作用并不十分理想。甚至有一些校長及教師簡單認為建設了PAD智能教室、VR/AR教室，教師能夠在課堂教學中使用了，教學質量和效果就會提高了，就算是實現智慧教學了。在信息化教學中，普遍存在著重視技術應用，忽視教學創新的問題[3]。

（二）智慧教和個性學水平偏低

1.課堂教學優化難以深入

通過信息化手段，實現課堂教學的優化與提升，已經成為各級各類學校教學所追求和努力的方向。實現課堂教學優化的關鍵是教師能夠根據群體學生不同情況，動態選擇和優化教與學路徑。目前大多數的做法是通過考試、課堂練習和作業等完成情況，幫助教師找到教學中所存在的問題，在此基礎上實現教學優化和提升。

找到教學問題固然重要，但更重要的是找到問題之后該如何解決。一線教師通過長期的教學實踐，已經形成了自己成型的教學思路和方法。如果教師的教學思路和方法存在問題，讓他自己改進和調整，特別是做較大的調整，一般情況下是很困難的事情。例如，對于概念課教學，絕大多數教師都是直接講授概念，再引導學生應用概念解決問題，這樣的教學思路導致學生失去了學習興趣，教學效果難以達到最佳。盡管教學大數據的運用為教師改進教學活動提供了依據，但絕大多數教師沒有能力自己對教學思路和方法做較大的改進及優化工作，這就導致教學優化和提升很難深入開展。教師如何優化教學活動安排進而提升教學品質，已經成為課堂信息化教學最突出的瓶頸性問題[4]。

2.個性化學習品質亟待提升

利用智能教室和智能支撐系統等，有效支撐學生個性化學習是目前課堂信息化教學中最主要亮點，也是教師在開展課堂信息化教學活動時最為關注的事情。

目前，大多數個性化學習，主要是借助智能教室和智能支撐系統等，動態獲得教學數據，幫助學生找到學習中的問題，并將任課教師或其他教師針對問題或知識所錄制的講解微云課、相關試題等推送給需要的學生進一步學習，或學生自己點擊學習。

從形式上看，這種做法的確為學生提供了很好的個性化學習支持，使得學生在獨自學習時，從沒有教師幫助變成了有教師幫助，這已經對學生的個性化學習產生了本質性的改變。但是，由于為學生所提供的微云課和試題等學習資源，大多數是任課教師自己準備的，對于學生的進一步個性化學習的支撐作用并不顯著。如果學生在課堂上通過聽教師的講解沒有聽懂，除了自己不好好聽講或基礎太差以外的原因，基本上是教師的講解方式和方法不適合導致的，這種情況下通過再一次聽任課教師按照課堂上的教學思路所錄制的微課，基本上還是很難聽明白的。即使聽明白了，學生也是在非常痛苦的煎熬下完成的，必然導致學生的學習積極性受挫。如果按照這樣的做法讓學生開展個性化學習的話，無論是什么樣的智能教室和智能支撐系統，對于學生的個性化學習都不可能真正發揮其應有的作用。

（三）智能學習支撐工具和資源缺乏

能否借助教育云平臺，以及交互一體機、AR/ VR、PAD等智能教室建立課堂教學有效支撐環境，實現課堂教學變革與創新，關鍵是能否獲得有效支持知識理解與應用體驗、問題探究與歸納總結、能力形成診斷與指導等的智能學習工具與資源。現有的教育資源雖然豐富多樣，但是，由于這些資源大多是按固定思路準備的，不僅利用這些資源可支持的教與學思路有限，而且對教與學活動支持的有效度相對較低，難以滿足動態多變教學活動的實際需要。

實踐表明，與教學內容相配套的學科教學工具和仿真實驗室等，能夠為教師教學和學生學習提供強有力的支持。但是，這一類別的智能工具和仿真實驗室總體上看還是相當缺乏的。主要原因不僅是技術開發難度較大，更重要的是真正符合教學和學習實際需要，且能夠靈活多變的智能工具和仿真實驗室模型建立困難[5]。

此外，盡管在線學習系統和智能教學平臺中存在海量的學習資源，但這些資源大多以簡單分類的方式堆砌存儲在資源庫中，教師和學生為檢索資源耗費大量時間，導致資源庫中多數資源閑置、利用率低，也難以做到為教師和學生精準推薦適合的教學資源，普遍缺乏對資源科學分類和精準推薦的工具。

（四）教學評價數據完整性不足

對于各級各類學校而言，教師教學和學生學習情況的精準評價是至關重要的。特別是初高中學校，由于中高考的壓力，考試訓練仍然是教學的關鍵任務。精準評價的關鍵是所依據的試卷、練習與作業，能夠系統、全面、準確測量出學生課程學習的知識與能力水平、素養形成情況等，它直接決定著評價的科學性、系統性和有效性。通過課堂練習或試卷布置、答題、自動判題和實時分析等功能，信息化教學系統很好地解決了課堂教學及時反饋問題，對于課堂教學評價起到了極大的提升作用。然而，無論是組卷，還是判題，從標準和方法方面沒有改變。如果沒有這些信息化應用，人工也是能夠完成的。因此，這種情況下，信息化手段的應用，除了效率提高以外，并不代表著評價的質量真正發生了根本性改變。此外，目前絕大多數的精準評價，重在結果評價，更多的關注了應用信息化教學系統實現評價過程的自動和便利，忽視了學習方式、支撐工具及其作用的量化評價，對于評價依據的研究非常缺乏。

概括起來講，當前課堂信息化教學的主要問題包括，一是將課堂信息化教學主要定位在減負增效上，對于通過信息化實現教學變革和創新的重視程度不夠，信息化教學創新方向不明確。二是教與學多為單一路徑，缺少適合不同層次學生的教與學路徑。三是信息技術手段支持教與學活動更多的使用一般性資源，缺乏能夠真正支持學生體驗學習、深度學習的交互式三維仿真實驗室和智能學習工具等類別資源，能夠引領開發方向的虛擬仿真實驗室和智能學習工具模型研究不足。四是基于大數據的評價，更多的關注了結果評價，注重了技術使用，忽視了教與學方式和支撐條件的評價量化模型建立。究其根本原因是缺乏能夠引導廣大教師有效利用智能技術手段，解決課堂教學瓶頸性問題的途徑和方法，特別是能夠形成智能技術條件下可復制、可推廣的穩定教學流程結構和實施方法，即新型課堂教學模式[6]。

關于智能技術支持下的新型課堂教學模式構建，首先需要明確的是究竟按照什么樣的思路構建，其次是課堂教學模式構建的具體途徑是什么，然后按照所構建的新型教學模式開展教學活動，未來的課堂教學到底應該是一個什么樣的樣態。

（一）智能技術支持下的新型課堂教學模式構建思路

在智能技術支持下，原有的課堂教學，是否一定都需要重新構建新型課堂教學模式，顯而易見是否定的。如果課堂教學已經很完美了，不存在任何問題或缺欠的話，那一定是不需要做任何教學改革和創新了，也不需要應用任何信息技術手段，自然更不需要構建智能技術支持下的新型教學模式了。

然而，目前的課堂教學并非是十分完美，或多或少存在著這樣或那樣的問題或缺欠。比較典型的問題，諸如教師難以調動或激發學生學習欲望和積極性，對于疑難知識學生理解困難，學生缺乏能夠提升創新思維能力和綜合解決生活實際問題能力的機會，學生無法按照自己實際學習需要獲得適合教師實時個性指導，教師及學生難以動態了解教與學存在問題等。這些問題，在常規條件下大多數都是很難破解的。人工智能、大數據、VR/AR、5G等智能技術的應用，為這些問題的解決提供了可能。但是，這些問題的解決，也絕不是拿來智能技術就直接能夠很好地解決了。問題不同，需要的智能技術差異很大，具體技術的應用千差萬別。但也絕不是沒有規律可循的，從應用技術有效破解的途徑和方法角度看，這些問題大致可以分為兩大類：一類是教學思路和方法沒有問題，主要是教學活動實施過程中缺少有效的手段和條件；另一類是教學思路和方法自身存在問題，進而導致教學效果不佳。這兩種類別的問題，其在智能技術支持下的解決思路和方法有非常大的差異。

對于只是教學手段和條件存在缺陷的情況，課堂教學信息化的主要任務是探索什么樣的技術更有利于支持課堂教學活動的實施，重在智能技術支持教與學活動實施的應用規律。在這種情況下，新型課堂教學模式構建的基本思路是，針對既定的教與學活動安排，系統梳理出教學活動中教學手段和條件所存在的缺陷點，判斷出哪些點可以通過智能技術提供有效支持手段和條件，并做出合理分類。在合理分類基礎上，按照類別確定所需要的智能工具、資源及應用方式，相應的支撐系統功能要求，選擇合適的信息化環境，并開展有針對性的信息化應用。在此基礎上，逐步梳理總結出智能技術支撐教與學活動實施的應用規律[7]。

對于教育思路和方法自身存在問題的情況，則應首先梳理清楚課堂教學問題，并做出科學的分類。然后，在課堂教學問題分類基礎上，針對每類問題分別研究出智能技術支持下的課堂教學新思路和新方法，再按照課堂教學新思路和新方法的實際需要研究相應的技術支撐方式，探索并形成智能技術支持下的新型課堂教學模式，選擇相應的智能學習工具、資源與智能支撐環境，并在應用實證中迭代改進新型課堂教學模式，優化智能學習工具、資源與智能支撐環境。

（二）智能技術支持下的新型課堂教學模式構建途徑

“互聯網+”條件下新型課堂教學模式的構建，首先應做好學習邏輯設計，通過學習邏輯設計給出能夠真正激發學生學習動機和興趣，驅動學生學習全過程的分類分層次的學習任務，確定切實可行的教與學路徑。其次，根據學習路徑所確定的學習活動，探索出技術有效應用的規律和方法。第三，按照教與學活動的實際需要，梳理總結可能會引入名師的教學活動及引入方式，將優質教師以合適的方式引入課堂教學中，與任課教師聯合完成課堂教學活動，為學生個性化學習提供精準的個別化指導，解決優質教師供給問題；第四，建立基于大數據的教學評價與優化。基于課程圖譜，利用智能感知環境采集教與學過程和結果數據，動態分析每一個學生學習情況和教師教學情況，形成教與學分析報告，及時調控教與學活動，支持教師智慧教和學生個性學。智能技術支持下的課堂教學模式具體構建途徑如圖1所示。

按照前面所闡述的新型課堂教學模式構建思路，我們在全國多個地區的中小學開展了實證研究工作。特別是從2019年9月至今，在石嘴山市實驗中學開展了為期兩年的“互聯網+”條件下新型課堂教學模式的實證研究工作，并與唐山、東營、蘇州等多地學校聯動研究。通過實證研究，我們發現各學科間的教學存在很大差異，但是也有很多共同之處。智能技術支持下的新型課堂教學模式，既有各學科通用的，也有各學科特色的。從總體上看，智能技術支持下的新型課堂教學模式，可以從多個不同的角度進行分類構建，諸如從知識學習和創新思維能力培養、課堂規模化教學和個性化學習有機結合、課程常態教學和特色學習、學科內和跨學科、校內和校外等不同角度構建。

（一）智能工具支持下的深度學習

疑難知識理解和復雜問題探究等活動開展的有效性直接決定著課堂教學的質量。常規條件下，很多疑難知識學習和復雜問題探究等活動難以順利開展，利用人工智能、大數據、VR/AR等技術所研究的智能工具、虛擬仿真實驗室等能夠很好地破解這一難題。因此，充分利用智能工具和虛擬仿真實驗室等，支持疑難知識理解和復雜問題探究，實現深度學習是新型課堂教學模式應著重研究的問題。

常規條件下不易理解的學習內容或難以探究的問題，一般情況下，需要兩種不同類別的學習支持手段或條件。一種是能夠將知識以可視化的形式呈現出來，并能夠通過調整相關變量改變可視化呈現，且可通過人機交互，實現知識的應用體驗和系統探究。另一種是提供豐富的相關資料，幫助理解和探究知識。

對于需要精準和豐富的相關資料做支撐，才能更好地完成知識學習和探究活動的情況，常規條件下是很難做到的，信息技術在這個方面恰恰能夠提供很好的支持。借助多媒體、“互聯網+”、人工智能等技術，按照科學的分類體系建立資料庫，將所有相關資料匯聚在一起，并開發智能檢索引擎系統，使得教師和學生能夠快速、便捷、精準獲得所需要的資料，有效支持知識的系統學習和問題的深入探究。

對于需要將知識以可視化的形式呈現出來，才能夠有利于疑難知識理解和復雜問題探究的情況，不是簡單將知識以可視化形式呈現出來，就一定能夠很好的解決問題了。對于疑難知識學習而言，一是要能夠可視化呈現知識的內在機理。如果存在多種變化狀態的話，則需要能夠交互控制各種影響因素，并可視化呈現出相應的變化樣態。二是對于存在多種變化狀態的情況，要能夠按照教學和學習需要，便捷選擇多個狀態進行比較和分析，能夠記錄各個特殊狀態特征并做比對分析。三是要能夠按照知識內在機理模擬操作過程，并能夠對關鍵學習點進行有針對性的測試和評價。對于問題探究而言，一是需要計算仿真出探究所需要的環境和各種工具，能夠根據探究方案開展探究活動，并呈現出相應的探究結果。二是能夠記錄探究活動過程，并能夠對探究活動過程中的不同階段狀態進行比較分析。三是能夠對探究活動過程進行指導和評價。

要想按照這種課堂教學模式開展教學活動，沒有相應的智能學習工具和虛擬仿真實驗室等支撐手段和條件是不可能的。這其中，比較關鍵的事情是需要借助人工智能和大數據等技術，計算仿真出符合知識內在機理的動態演化過程，并利用VR/AR等技術模擬仿真出真實樣態并可交互，在此基礎上，研究開發虛擬仿真實驗室和學科智能學習工具等。

（二）微課云課支持下的個性化學習

在常規條件下，教師面對全班學生，只能選擇適合大多數學生實際情況的教學模式開展教學活動，學生不可能隨時隨地得到最適合自己的教師指導和幫助，難以實現個性化學習。課后，當學生遇到學習困難時，更無法得到教師的個性化指導和幫助。班級統一教學情況下的個性化學習難以實現，已經成為制約教育高質量發展的瓶頸。因此，如何有效利用“互聯網+”、人工智能、大數據等技術，將優秀教師按照不同學習方式，隨時隨地的供給所有學生是智能技術支持下的新型課堂教學模式構建時需要著重解決的問題。目前，借助網絡等技術手段，構建能夠有效支持學生個性化學習的新型課堂教學模式，切實可行的做法，一種是針對同步課堂教學中所存在的局部知識學習問題，以微課程的形式支持學生個性化學習；另一種是針對單元、階段性及寒暑假等復習中所存在的知識梳理總結和系統應用等方面所存在的問題，以名師云課方式支持學生個性化復習。

1.微課支持下的翻轉學習

微課支持下的翻轉學習，將知識講授錄制成微視頻，讓學生在課前通過學習任務單的引導進行學習，使學生能夠根據自己的實際情況個性化的聽講。通過課前利用微課的個性化學習，基本上解決了基礎知識的學習，將課堂更多的時間用于更高難度或復雜問題解決與任務完成，讓學生有更多的深入思考和合作學習的機會，在完成復雜問題解決的同時，培養學生創新性思維等高階思維能力。支持翻轉學習的微課建設，比較好的做法是按照學習路徑體系，有針對性地分類匯聚關鍵知識點和問題講解的名師智慧。微課支持下的翻轉學習新型教學模式構建方向如圖2所示。

微課支持下的翻轉學習應包括課前預習、啟發指導、合作探究和梳理總結等環節。課前預習主要是借助微課進行自主學習，該階段更加突出的是對本節課的知識內容，按照自己適合的方式選擇適合自己的老師進行個性化聽講。在課上教師首先利用交流展示工具，分析學生課前自主學習情況，并針對共性問題進行講解。在啟發指導階段，教師可以利用多媒體、VR/AR等技術，將抽象知識轉化為直觀生動的形態，并提供知識應用的虛擬場景，為探究提供必要的支撐。在合作探究階段，通過師生互動、生生互助開展協作學習以達成問題解決，突破學習重難點。在梳理總結階段，學生在教師和同伴的指導與幫助下再次內化知識與技能，不斷重組、修改和優化自己的認知結構。

2.名師云課支持下的系統復習

課下，學生在單元及以上規模的階段性復習中，如果遇到問題，很難找到高水平老師進行個別化輔導，而這種復習又直接決定著學生課程學習的質量。借助網絡等技術手段，將最優秀的教師階段性復習指導以名師云課的形式全面供給學生，是解決這一問題切實可行的途徑和辦法。名師云課支持下的系統復習新型教學模式構建方向如圖3所示。

在構建名師云課支持下的系統復習模式時，應根據學生系統學習的不同需要，分類探索適合不同情況下的系統復習個性化學習模式。應分類研究如何匯集優秀教師，精心研磨課程體系，建設適合學生專題系統提升、模擬試題精講、學生綜合素養培養等支持學生個性化復習的課程。

（三）大數據支持下的教學精準評價與優化

大數據支持下的教學精準評價與優化，應以學生為中心，在利用大數據對學生已有知識學習情況和學習方式情況進行分析的基礎上，精準確定教學目標，科學設計教學活動流程，選擇適切的教學資源與工具，實施教學活動。在教學活動過程中，應能夠動態采集學生學習結果和方式大數據，適時分析學生學習情況，根據學生學習情況，動態選擇合適的干預策略，調控教與學活動。基于教與學結果和方式大數據，建立學生學習數字畫像，教師教學數字畫像，實現教學的精準評價。

大數據支持下教學精準評價與優化，應能夠實時、動態采集多場景、全流程的學生學習結果和學習方式大數據，建立學習全過程數據檔案。在課前，教師應能夠充分利用大數據，精準分析個體和群體學生學習情況，了解群體學生共性學習規律，篩選出適合班級群體學生學習的共性學習路徑。在課中，根據學生的學習行為表現和學習結果數據，動態監測學生學習狀況，調控教學活動安排，為學生推薦個性化學習路徑。在課后，基于學生學習數字畫像，及時發現學生學習存在的問題，有針對性地提供個性化學習資源，安排適合的測試訓練，幫助學生完成高品質個性化學習。

（四）“互聯網+”支持下的無邊界混合式學習

1.選課走校混合式學習

由于單個學校的師資、場地等教學條件是有限的，任何一所學校都難以滿足所有學生的個性學習需要。學校間通過相互合作，共同為學生提供優質教育服務，是解決這一問題切實可行的辦法。如何充分利用“互聯網+”、人工智能、大數據、VR/ AR等技術手段，發揮課程提供學校教師優勢，考慮學生時間、空間情況，最優化的實施課程，完成學習活動，是選課走校混合學習需要著重關注的問題。

選課走校混合式學習，應根據協同學校的特色和優勢，開發具有學校特色的通識課、延時課、興趣課等，將所有合作院校的特色課程整合在一起，學生可以根據自身的個性需求選擇學習內容和方式進行個性化學習，而不需要關心課程是否來自于本校。授課教師可以是校內教師與其他學校教師聯合協同教學，也可以是其他學校優秀教師單獨教學。

選課走校混合式學習，以雙贏甚至多贏為目標，以特色或優質教育資源為核心，以合作為基礎，借助網絡等技術所構建的教育新格局，打破傳統教育在學科、教育資源、學習形式、組織結構等方面所存在的時間和空間界限，通過重新組織課程資源、調整教學組織結構等，實現學習內容、方式、方法的有效統整與融合，使學生在無邊界混合式學習中實現對知識的全面系統學習，與生活實際建立更密切的聯系。

2.校社聯動混合式學習

課程學習最終目的是培養學生問題解決能力和創新性思維能力，這些思維能力形成的最佳途徑是與生活相聯系，讓學生在生活的社會實際場景中真實體驗，真正了解知識的價值和作用，真正經歷知識探索、運用，解決實際問題的過程。然而，這在當前學校教育中難以落實。因此，學校需要借助社會力量，和社區、企業、高校等有機結合，為學生提供知識融會貫通的真實應用場景，讓學生有機會真實體驗知識運用，在實際運用中經歷真實問題解決的探究過程，提升實際問題解決的創新性思維能力，是當前教育教學改革的重要工作。由于受到時間、空間、老師等的限制，這樣的培養活動通過教室中面對面的教學是難以完成的，這也正是新型課堂教學模式構建應著重解決的問題。

校社聯動混合式學習，通過跨越學校邊界，建立學校與社區、企業、高校等社會單位的有機聯系，充分發揮科研院所和高新技術企業的研發人員，企業、社區和服務機構等工作人員的作用，幫助學生建立所學課程內容與生活實際的聯系，為學生建立知識綜合運用體驗、實際問題解決經歷等的實施支撐體系，使學生能夠有機會融入社會，了解社會，培養學生的實際問題意識、社會責任感、真正推動社會進步的創新能力。

建立校社聯動混合式學習模式時，應著重關注以項目為載體，充分利用知識綜合運用體驗、實際問題解決經歷等的實施支撐體系，推進跨學科學習，加強各學科之間的融合，通過系列的生活實際問題把各學科知識串聯起來，幫助學生形成一種多學科相互銜接、融會貫通，更加全面的生活實際問題解決能力。

智能技術支持下的新型課堂教學模式構建的關鍵是，如何破解影響課堂教學質量的瓶頸性問題。通過對各地學校實際情況調查與分析，我們發現影響課堂教學質量的因素是多方面的，有教學資源、工具和系統方面的因素，也有學生整體情況等因素，但最為關鍵的因素是教師的教學思路及方法。

當前，課堂教學最突出的問題是學生學習積極性和欲望調動不起來，所安排的教與學活動適切性不夠，導致學生厭學、教學整體效果不理想，這些已成為制約課堂教學質量提升的主要障礙。在這種情況下，如果直接應用技術，再好的技術手段，對于教學問題的解決都是無濟于事的。

因此，智能技術支持下的新型課堂教學模式構建，應首先從破解學生學習積極性和欲望調動不起來及所安排的教與學活動適切性不夠等瓶頸入手，找到能夠真正有效調動學生學習積極性和欲望，動態調整教與學路徑使之與群體學生實際情況盡可能吻合等的途徑和辦法。這就需要教師站在課程整體層面上，對教與學做統籌規劃和系統設計，即做好學習邏輯設計。通過學習邏輯設計，一方面讓學生能夠明晰所要學習課程內容是為了解決什么問題、完成什么任務而安排的，這些內容與其他知識間的邏輯關系，最大限度地激活學生的學習欲望，使學生能夠積極投入到學習當中。另一方面，盡可能選擇適切的教與學路徑，并能夠根據教與學實際情況動態優化教與學活動安排，使得課堂教學的效果達到最佳程度。

（一）以緊耦合課程內容為單位做學習邏輯設計

做學習邏輯設計，首先要明確的事情是在教學內容的多大范圍內進行。廣義上講，學習邏輯設計應從學生終身發展的角度來統籌規劃課程內容，要做頂層設計。實際教學中，頂層設計都是依據學科素養體系編寫教材來完成的。需要做的事情是在有了教材之后，謀劃在什么范圍開展學習邏輯設計。

有一點是明確的，就是沒有太大關聯關系的內容，根本沒有必要放在一起來統籌考慮學習邏輯設計。原則上講，只有知識間的關聯關系太強，即它們之間耦合性非常緊密，很難割裂開組織教學活動，則有必要放在一起來統籌做學習邏輯設計。一般情況下，是以單元或某一系列知識為單位開展學習邏輯設計。在學習邏輯設計中，應讓學生明晰知識間的關聯關系，并在此基礎上，合理安排所涉及知識的學習次序。

比如小學語文課說明文閱讀與寫作，從教材的編寫上，基本上都是以一組有代表性課文為單元來組織的。一般情況下，教師在開展教學設計時，只要按照教材的編排，就可以逐篇課文完成教學活動了。而學生基本上都能夠理解說明文閱讀在學習什么。但這只是讓學生明白了要學習幾篇課文，并不等同于學生通過這幾篇文章的學習就能夠完全掌握說明文的寫作規律和方法，說明不同事情時的差異和應突出的內容等。

學科不同，課程內容不同，相應的學習邏輯設計思路和方法差異非常大。應根據具體情況，做適合的學習邏輯設計。在學習邏輯設計方面，文科與理科的差別還是非常大的。比如，以語文閱讀課為例，目前的教材基本上是以主題為線索，圍繞一個主題安排幾篇不同角度的課文，構成一個學習單元。這種情況下，學習邏輯設計的關鍵是讓學生明白本單元的學習目的，包括文章類別、文章結構、寫作手法等。

（二）有針對性設計驅動學習的問題與任務

學習邏輯設計首先要解決的問題是幫助學生搞清楚為什么要學習課程所安排的內容，即讓學生明白課程學習的目的，這是教學最為關鍵的事情，它直接決定著學生是否有足夠的欲望學習。當學生不清楚為什么而學習時，無論是課堂教學，還是課后學習，都不會有太好的效果。其次，讓學生明白到底要學習哪些方面的知識，形成什么樣的能力和素養。

要想讓學生明白為什么學習課程所安排的學習內容，從而激發學生的學習欲望，通過直接講知識的方式是很難做到的，最好的辦法是通過實際問題或任務，讓學生明白學習該課程內容主要用于解決什么問題，或完成什么任務，學生自然而然就清楚了為什么要學習了。但是，在實際教學活動中，并不是什么樣的問題/任務都能夠很好的激發學生學習欲望的，如果所設計的問題/任務不好的話，仍然不能激發學生學習的欲望。因此，問題或任務的設計，就變得尤為重要。

學習問題/任務的設計，是學習邏輯設計的核心工作。所設計的問題/任務，一方面應能夠充分反映出這些問題/任務的解決或完成是十分必要的，且如果沒有進一步的知識學習，就無法解決這些問題，無法完成這些任務。另一方面，應覆蓋所有邊界情況，且是分層遞進的，能夠有效引導學生由淺入深、系統全面開展學習活動。這里關鍵點是如何讓學生從實際問題或任務入手，為了解決問題或完成任務，就必須掌握相應的知識，且知道掌握哪些方面的知識。

例如，一名教師在PAD智能教室中上了全等三角形定義的一節課。教師首先利用多媒體工具，給出了兩個很漂亮的三角形，通過拖拽，兩個三角形完全重合了，然后告訴學生們這兩個三角形就是全等三角形。接下來，教師通過教學工具給出了多個三角形，讓學生們在自己的PAD上找全等三角形，并分組討論。但課堂上實際情況是絕大多數學生都很沉悶，看上去非常不感興趣，提問環節，沒有學生愿意回答問題。

就這一節課而言，出現這種問題的根本原因是缺乏學習邏輯設計所導致的。教師僅以教材本課時內容為單位安排教學活動，致使學生不知道學習這一節課的價值與意義，最終厭學。由于教師直接講授什么是全等三角形，導致學生覺得多此一舉，似乎沒什么必要，一目了然的事情，還翻來覆去的討論。這必然會引起連鎖反應，致使后面的全等三角形性質學習更覺得枯燥乏味。

為了解決學生不愿意學習問題，全等三角形的學習驅動問題/任務設計，至少應解決兩個方面的問題，一是為什么要學習全等三角形，二是從哪些方面學習全等三角形相關的知識。因此，驅動全等三角形學習的問題/任務，必須是需要通過兩個三角形全等才能夠解決的問題或完成的任務，且在問題解決過程中，需要用到全等三角形的性質。基于上述思考，我們給出一個具體實例如下。

某一禮堂頂部有一個三角形的裝飾板，由于某種原因損壞了，需要重新制作一個并安裝上去。正常情況下，需要工程人員先找到可以能夠上到樓頂的梯子，上去測量三角形大小，再去制作，制作完成后再安裝上去。這樣就需要上去兩次，比較麻煩。如果事先知道三角形尺寸的話，只需要上去一次就可以了。但是，事先掌握的三角形相關數據可能完整，有可能不完整，甚至沒有。如果完整的話，就上去一次可以了。如果沒有相關數據，就必須上去兩次了。如果不完整的情況下，到底能不能判斷出樓頂三角形的尺寸呢，什么條件下可能？

給出這樣一個問題/任務之后，可以讓學生一方面明白兩個三角形全等在解決實際問題是有用的，另一方面知道要想解決實際問題，至少知道三角形的什么信息就能夠判定出兩個三角形是否全等了。通過布置這樣的一個問題/任務，學生才可能有興趣利用學習工具通過PAD來探索出在掌握什么樣的信息情況下，就可以做出和樓頂三角形板完全一樣的替換板，進而知道學習全等三角形的價值和意義，以及三角形全等判定的條件。

（三）系統設計教與學路徑

在驅動學習的問題/任務設計之后，課堂教學設計的主要任務，一方面是以知識學習為基礎，如何讓學生形成領域問題解決能力，另一方面是在知識學習和問題解決能力形成的基礎上，如何培養學生的思維能力，特別是系統思維和創新思維能力。

能否實現教學預期，完成所期望的學生能力和素養培養，關鍵在于教與學活動的設計與實施。教與學活動的設計與實施，直接決定著是否能夠激活學生欲望，讓學生全身心投入學習當中，輕松愉快地完成學習活動，在學習活動過程中思維能力得到啟迪和發展，合作能力得到提升等。

在常規教學條件下，通過經驗積累，教師形成了相對穩定的教學思路和方法，與之相應的課堂教與學路徑也較為單一、固定，難以保障對所教群體學生是最優的。有了智能技術后，盡管教學大數據的運用為教師改進教學活動提供了依據，但絕大多數教師沒有能力獨自篩選出適合群體學生的最佳教與學路徑，這已成為課堂教學質量提升的瓶頸性問題。要想解決這一問題，最好的辦法是基于教學大數據，利用深度學習技術篩選和優化切實可行教與學路徑，建立完整教與學路徑體系，在教與學路徑體系和學習畫像的基礎上找到適合所教群體學生最優的教與學路徑。

針對某一具體類型學習內容，當對各種類別學生的情況都做了充分考慮后，選擇出多種可行的教與學路徑，并綜合在一起，就構成了該學習內容的教與學路徑體系，所有學習內容的教與學路徑體系總和即為教與學路網。因此，如果建立了教與學路網體系，則對于教與學路徑的設計和優化，將會起到系統、全面的引導和支持作用。

一般情況下，一節課的教與學活動，可以分為兩個階段。第一階段是完成基本知識學習，并形成相應的問題解決能力；第二階段是在第一階段學習的基礎上，提煉歸納基于基本知識解決復雜問題的方法和應用策略，并形成復雜問題解決能力。因此，學習邏輯設計應分階段進行，具體如圖4所示。

在第一階段，主要是完成基本知識學習和形成基本問題解決能力。在任務驅動下，基本知識的學習可以有兩種途徑，一是采取聽講或讀懂方式讓學生學會知識。在教師講解或學生閱讀基礎上，通過問題解決、合作交流、教師指導等方式深化理解知識，并形成知識運用能力；二是讓學生通過探究，歸納總結出問題解決的基本方法，并形成基本問題解決能力。

在第二階段，重點要完成的是在已經掌握基本知識和形成基本解決問題能力基礎上，進一步學習復雜問題解決方法與策略，并形成能夠解決不同層次、不同類別復雜問題的能力。在這一階段的學習也有兩種學習途徑，一是在教師講解復雜問題解決方法的基礎上，學生通過進一步的多類別復雜問題解決、合作交流、教師指導等方式深入理解復雜問題解決方法，并形成不同層次、不同類別復雜問題的系統解決能力；另一種是學生在教師指導下，通過獨立或者合作探索解決復雜問題的過程，歸納總結出不同層次、不同類別復雜問題的解決方法。

教與學路徑的設計，應充分考慮學習內容的特點，群體學生已有知識水平和認知能力，任課教師自身教學水平，可用教學條件等多方面因素，結合學生在不同時段的學習側重，合理選擇第一階段和第二階段應采取的教與學路徑。

當以創新性思維能力培養為主要導向，且學生的已有知識水平和認知能力能夠較好開展探究學習，所學內容又適合采取探究學習方式時，對第一階段和第二階段的教學路徑選擇，原則上均應以學生“自主/合作探究、歸納總結”為主要學習方式。如果所學知識難度過大不適合采取探究學習方式，或者學生已有知識水平和認知能力不能足以開展探究性學習活動時，第一階段的知識學習原則上采用第一種途徑。但是第二階段的學習，即復雜問題解決方法的學習，應盡可能采取學生歸納總結的方式完成學習活動。

在當今時代，教育高質量發展體系的建設，離不開人工智能、大數據、“互聯網+”、VR/AR等技術的有效應用。而教育高質量體系建設的關鍵在課堂教學，因此，智能技術支持下的新型課堂教學模式構建直接決定著課堂教學質量，進而影響教育高質量體系的建設。由此可見，未來借助智能技術手段構建培養高素質人才的新型課堂教學模式研究，將是信息化教學的核心工作，需要進一步的不斷探索和實踐。

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[6] 教基廳函[2019]46號，教育部辦公廳關于推薦遴選“基于教學改革、融合信息技術的新型教與學模式”實驗區的通知[Z].

[7] 鐘紹春，鐘卓等.如何構建智慧課堂[J].電化教育研究，2020，41（10）：15-21+28.

作者簡介：

鐘紹春：教授，博士生導師，研究方向為智慧教育、人工智能。

鐘卓：在讀博士，研究方向為智慧學習、數字化學習環境。

范佳榮：在讀博士，研究方向數字化學習環境。

趙雪梅：在讀博士，研究方向為智慧教育、智慧教學。

楊瀾：在讀博士，研究方向為智慧教育，教學系統設計。

How does Intelligent Technology Support the Construction of New Classroom Teaching Mode

Zhong Shaochun1，2， Zhong Zhuo2， Fan Jiarong2， Zhao Xuemei2， Yang Lan2

（1.Ministry of Education Digital Learning Support Technology Engineering Research Center， Changchun 130117， Jilin； 2.School of information science and technology， Northeast Normal University， Changchun 130117， Jilin）

Abstract： The rapid development of artificial intelligence， Big Data， AR/VR and 5G technologies， especially the popularization and application of mobile terminals， has not only brought great impact and changes to classroom teaching， but also brought unprecedented opportunities and possibilities for the reform and innovation of teaching and learning. However， the current application of intelligent technology in teaching is mostly characterized by intelligence， which brings more convenience and efficiency to teaching and learning. Many deep-seated problems in classroom teaching have not been well solved. The research on a new classroom teaching model that can solve deep-seated problems in teaching under the condition of intelligent technology has become a hot spot. This paper systematically combs and deeply analyzes the problems existing in the current information-based teaching， and discusses the construction ideas and ways of a new classroom teaching model that can solve the deep-seated problems of teaching with the support of intelligent technology. From the deep learning supported by intelligent tools， personalized learning supported by cloud based courses， the precise teaching supported by big data and the mixed learning with Internet plus support， the construction direction of the new classroom teaching mode supported by intelligent technology is analyzed. This paper puts forward the methods to realize the innovation and optimization of classroom teaching supported by intelligent technology through the aspects of learning logic design， targeted design driven learning problems and tasks， and system design teaching and learning path.

Keywords： intelligent technology； new teaching mode； information teaching； learning logic design

責任編輯：邢西深