基于高校智慧教室課堂教學評價模型*

陜西科技大學 張剛

高校智慧教室建設數量在國內不斷增加，信息化技術的應用使得其日漸成為高校的建設選擇。智慧教室建設后的教學評價，目前處于定性階段，定量研究還沒有。本文收集了已建設了智慧教室建設的高校，梳理了近幾年國家級教學成果獎的獲獎情況，考慮了智慧教室課堂教學中教師和學生兩個維度，從課堂的互動性、思考性、活躍性三個方面對教學效果進行評價，同時考慮了學生在表達和理解問題方面的異質性，建立了智慧教室可談個教學評價數學模型，具有一定的學術價值和科學性。

智慧教室是將信息技術、互聯網、物聯網、云計算、智能設備等用于教室實體，實現物理空間和數字空間的融合，進行輔助教學的一種現代化教室，目的是利用信息化手段促進個性化學習、開放式學習和泛在學習。目前智慧教室的建設，用硬件裝修提升物理環境的人文屬性和自由屬性，以交互式屏幕、智能監控設備，搭配軟件系統實現各項信息化軟環境教學功能。從其發展和建設初衷來看，主要是構建師生教學相長的環境，實現互動式教學，提升教育教學質量。目前關于智慧教室的研究，主要集中在管理系統設計[1-2]、教學實踐研究[3-4]、互動行為分析等方面[5-7]。

智慧教室終端設計中，有節電相關設計，用終端作為主控，結合攝像頭和傳感器監測學生人數、調節室內燈光、與監控平臺連接監測等功能；還有對學習環境核心要素的研究，以技術和空間、整體與教學法等要素為主體，結合教學活動理念設計智慧教室，能夠在理論上達到對課程情況做記錄和比較，便于各環節流程歸納。智慧教室教學實踐研究方面，有多個學科方面的研究，對數學課堂教學，用視頻編碼和分析軟件對課堂實例進行分析，構建使用狀況、使用指向以及課堂互動等方面的研究體系，依據體系進行評價，得出科學效果結論；也有對多學科課堂教學活動的研究，仍然使用視頻編碼和分析方式，探索教學環節、技術、組織形式等對學生學習投入程度的影響，結果表明智慧教室的使用使學生的投入度變得更為良好，技術能夠有效提升學生學習的投入度。智慧教室互動行為分析方面側重于對課堂互動行為的研究，有依據智慧教室建設設計出深度學習教學評價模型，并以實際課程為案例深入結合，得出智慧教室能夠提高學生認知、鍛煉復雜思維、提升創新與協作能力的結論；還有以構建主義理論構建智慧教室內的教學交互框架和評測方法，達到提升學生認知水平和能力的目的；有使用全實驗方法，與傳統多媒體教室教學效果進行對比，得出智慧教室的教學能夠提升師生互動頻率，學生也更愿意主動參與課堂活動。

以上研究，主要聚焦于智慧教室建設和互動，但在智慧教室建設后，對于學校核心指標增長的促進作用如科研、教學成果產出的貢獻還沒有相關研究。本文收集了已建設了智慧教室建設的高校，梳理了近幾年國家級教學成果獎的獲獎情況，從教師和學生兩個維度，依托智慧教室建立評價模型，以期促進智慧教室建設與教學的相互成長。

1 高校智慧教室建設現狀

1.1 建設數量不斷增加

智慧教室通過物聯網的三個層面即感知層、應用層、網絡層進行信息獲取、交換和分析，以基于數字的教育為主。智慧教室由于投入規模大、教學模式靈活多樣、個性化教學等特點，使得其天然具備在高校建設和使用的基礎。國內高校也認識到了智慧教室在人才培養中的重要作用，相繼投入資金進行建設。高校智慧教室建設，從網絡報道里可找到的最早雛形是2007年北京大學的研討型教室，大規模集成應用攝像頭、觸摸屏、傳感器、物聯網的現代化建設則起始于2016年前后，2019至2021年建設規模逐漸擴大，且依據資金投入多少而分為多種不同的類型，如PBL教室、TBL教室、研討型教室等。其中PBL教室因PBL教學法得名，以問題驅動，協作完成，輸出分享核心；TBL與PBL差別在于TBL更強調在課堂上進行小組討論和頭腦風暴，提高教學效果；研討型教室與PBL和TBL相似，只是名稱通俗、強調明確的研討式教學而更為人熟知。無論如何劃分，智慧教室因其能夠對當前的填鴨式教學方式進行改革支撐，使得越來越多的高校開始建設，前述各種類型也都有所涉及。目前，全國已有多所高校逐年實際建設了多種類型的智慧教室，部分高校如表1所示。

表1 國內建設智慧教室的高校（部分）Tab.1 Domestic colleges and universities that build smart classrooms (partial)

1.2 應用效果不明顯

智慧教室項目招標及建設前期，高校期望度較高，希望通過智慧教室的建設，使用信息化手段和采集設備，配合學情分析達到因人施教、分類施教、個性化施教甚至革命教師課堂教學積極性的目的。但是，建設之后，教室的數據對接、非結構化數據的存儲和使用、教師使用意愿等因素的影響下，能夠完全達成期望目標的高校較少。

1.3 依托智慧教室達成的相關成果不多

任何一項創新性的活動，必然會產生一系列相應的成果，比如世界史上的三次工業革命，都有相應的創新性成果產生，且極大的促進了生產力的發展。智慧教室作為一種應用信息技術顛覆普通教室的新型教育基礎設施，必然也會產生相應的成果。從目前檢索情況來看，依托智慧教室的教學相關成果獎項并不多，但有一項國家級教學成果一等獎，一定程度上表明了智慧教室對課程改革的支撐作用，即華中師范大學的“深度融合信息技術的高校人才培養體系重構與探索實踐”獲得2018年國家級高等教育教學成果特等獎，該成果里智慧教室是重要支撐點，對教學環境、教學過程、教師能力、育人生態的提升作用顯著。各省關于智慧教室的教學成果獎較少，如廣東省2017年教育教學成果獎二等獎的“智慧教室規模化應用促課堂教學創新的探索與實踐”，是基于智慧教室應用獲獎。

綜上，智慧教室的建設在高校已經較為普遍，但建設之后的使用效果定量評價目前還較為缺乏。尹合棟等人構建了智慧教室評價指標體系，包括基礎設施、環境與布局、智能錄播、教學與資源平臺、智能管控與感知、軟硬件工具與移動終端、培訓方案共7個一級指標[8]。劉艷[9]等人評價了智慧教室設計方案，用以確定基于物聯網的智慧教室最優設計方案。這些研究，是建立了評價指標，但是主要是從硬件建設角度入手，考察硬件建設情況，缺乏軟指標評價。這是因為建設時硬件指標可量化衡量，使用中的軟環境和指標難以持續跟進，導致評價內容不足。由于智慧教室建設硬件環境大致相同，效果的體現主要在于軟環境，基于此，本文拋開建設期的硬件環境，構建基于使用期的軟環境評價模型，對智慧教室的使用進行評價。

2 智慧教室課堂教學效果評價模型建立

智慧教室的使用效果，應該從兩個維度進行考量，一個維度是教師維度，主要考察教的效果；另一個維度是學生維度，主要考察學的效果。這兩個維度，在以往的傳統教學中均偏向于主觀感受，難以做出客觀評價。智慧教室中信息技術的建設和應用，使得客觀評價變為可能。信息技術、深度學習、傳感技術在智慧教室中以實體形式存在，核心應該是教學信息流的作用，只有硬件產生的各類信息流以高效率流動并聚合，才能夠發揮信息化的作用。本文按照兩個維度即教師和學生來建立智慧教室促進教育教學的評價模型。評價模型主要從課堂的互動性、思考性、活躍性三方面對智慧教室的教學活動進行評價，數據基于各類智能課堂終端如攝像頭、移動終端等設備。

眾所周知，智慧教室建設有多種智能設備，如智能大屏、智能攝像頭、移動終端、學情分析系統、數據存儲系統等，這些智能設備，能夠及時記錄課堂教學相關情況。雖然建設之后，有些智慧教室并未達到最終期望的效果，如數據流動性差、系統對接難度大等。但對于上課時間的記錄功能相對簡單，基本都能實現，本模型基于以上兩個維度和三個方面，以智慧教室相關時間記錄為數據支撐，建立教學活動評價模型。

模型總公式見式1，t和c分別考察課堂思考性和活躍性，f考察課堂互動性，t、c、f均包括教師維度和學生維度兩個方面，t1表示與教師相關，t2表示與學生相關。考慮到個體的異質性如個體對問題解答的程度、個人表達能力等會影響回答時間，對思考性和活躍性增加了權重ω，ω的取值在0.5-1之間隨機取值。思考性t由兩部分組成，i表示第幾個問題，T表示問題總數量。互動性f由兩部分組成，即教師提問次數和學生回答次數，F表示提問總次數。活躍性c由兩部分組成，即同一問題某位學生回答時其他學生主動配合或回答的人數和教師點評時長。最后，用前述公式1對三個方面進行綜合計算，得出評價結果數據。

3 結論

(1)智慧教室建設，應做好規劃。凡事預則立不預則廢，建設規劃是智慧教室建立的前期基礎工作，應充分考慮高校實際需求，結合現有信息技術和智能設備，規劃好各項功能。不能貪大求全，僅求所謂最先進技術，而不考慮實際需求。(2)實現現有系統的融合對接。智慧教室建設不是獨立建設，建設時應考慮與現有軟件系統數據融合，實現數據間的順暢流動與使用，且要雙向交互。如教務系統數據要能夠順利對接到智慧教室系統，智慧教室系統更要將課堂數據反饋給教務系統，實現數據的共享，才能實現學情分析等功能提升，切不能規劃是規劃，建設是建設，最后形成數據孤島。高校的主要業務是教學科研，因此科研系統、人事系統等數據，也應綜合考慮，為擴展功能提供備用方案。(3)應用模型量化考察智慧教室教學效果。本文建立的智慧教室課堂教學評價模型，考慮了教師維度和學生維度，從課堂的互動性、思考性、活躍性三個方面對教學效果進行評價，同時考慮了學生在表達和理解問題方面的異質性，用參數對結果進行調節，可以很好的應用于智慧教室教學評價過程中，具有一定的學術價值和科學性。

總之，智慧教室建設不是硬件的簡單堆砌和軟件的數量比拼，更不是豪華裝修的比拼，而是結合高校實際，綜合考慮多方面因素進行規劃和建設，建成后還要考慮使用和評價，才能真正發揮智慧教室在信息化時代的積極作用，為人才培養提質增效。