智能化平臺支持下有效性教學的實證研究

李海清，張 瑜，魏國福，郭麗榮，賈連軍

（1.廊坊師范學院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市第十中學，河北 廊坊 065000）

0 引言

2014年教育部印發《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》，提出“各級各類學校要從實際情況和學生特點出發，把核心素養和學業質量要求落實到各學科教學中”。2018年，教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知里強調，“信息技術和智能技術深度融入教育全過程，推動改進教學”“利用智能技術加快推動人才培養模式、教學方法改革”。在教育信息化快速推進的情況下，很多中小學進行了信息化設備的購置和智能化教學平臺的搭建，這為學校智慧教學提供了基本保障。然而，很多學校具備信息化教學條件后，教學沒有發生真正的變革，仍然依循傳統教學的慣性，教學目標上為知識的記憶，教學方式和教學活動上依舊表現為教師講和學生聽，智能化教學平臺淪為播放PPT課件的設備，不僅沒有賦能教學，有時還成為教師教學的技術負擔，教學效果反不如傳統教學。

本研究針對此問題，總結了智能化平臺誤用的原因，構建了智能化平臺支持教學的有效策略，并以初中化學學科為例進行教學實踐，檢驗其效果，希望為信息技術與課程融合發展提供理論依據和實踐案例。

1 智能化平臺支持的教學概述

智慧教學是在教學改革背景下提升教師教學質量、變革教育深度而提出的一種教育理念。［1］而系統提出與信息技術融合的智慧教學是在2015年，智慧教學被認為是智慧教育的主要業務內容。楊現民等人將智慧教學定義為“智慧教學是教師在智慧教學環境下，利用各種先進信息化技術和豐富的教學資源開展的教學活動”。［2］由于本研究中的教學環境尚未達到理想的智慧教學環境，所以稱為智能化平臺支持的教學，屬于智慧教學范疇。

現有研究中，智慧課堂是智慧教學主要的研究內容。而在智慧教學的設計和開展方面，主要有智慧課堂的教學結構、教學模式等，但關于智慧課堂的研究多以理論構建和理論演繹為主，實證研究尚顯不足。［3］如劉邦奇等人對比傳統教學得出中小學智慧教學可采用“三步十段”的結構模型。［4］聶庭芳等基于教學實踐的總結構建了“三元五環五模塊”教學模式。［5］但這些研究重在理論構建，缺少實證數據的支持。關于初中智慧教學的實證研究中，王月等人以初中地理學科為例，構建了智慧課堂并進行了學生滿意度的驗證。［6］但對初中智慧課堂現狀和問題只做了描述，并未進行剖析，沒有揭示智慧教學實踐中出現問題的原因。

2 教學出現問題的原因

大數據等新興信息技術在教育中得到廣泛應用，教育信息化引領教育變革。學校普遍在政策與需求的推動下，購置了智能化教學平臺以及終端等先進的信息化教學設備，打造了開展智慧教學的環境。然而，在實際教學過程中，對智慧教學設備只是低層次、淺層次的應用，智慧教學并未達到預期效果，究其原因如下。

2.1 教師沒有充分認識智慧教學真正的價值

智慧教學是信息化教學發展新的階段，智慧教學下的課堂是信息技術與學科教學深度融合的課堂新形態，智慧教學的目標應該是學生核心素養的實現。智慧教學不是教學過程中使用了先進的教學媒體和教學設備，不是披著先進設備外衣下的知識灌輸型的教學，這種理解是技術的越位，認為課堂的技術形態超過了教育價值，而智慧教學的真正價值是技術變革教育，促進學生熱愛學習、學會學習、深度學習。

2.2 教師對智慧教學中技術的誤用

教師在智慧教學過程中因為沒有理解智慧教學的內涵而發生了對技術的誤用，在智慧教學中新的設備和技術的使用并未和課堂教學深度融合。一是為了應用技術而改變教學以適應技術的使用，技術的使用阻礙了課堂教學的進度，教學效果適得其反。二是教師課堂中技術的應用停留在淺層次階段，例如技術只用于簽到、點名、搶答等環節，這些淺層次的應用并未真正提升學生核心素養。

2.3 教師對智慧教學中學生為主體的誤解

教師誤解了“以學生為中心”的觀念，認為課堂所有活動由學生來完成。將學生置于海量的信息海洋中，教師缺乏精選的課程資源和培養核心素養的教學活動，忽視了學生信息提煉、分析、評價能力的培養，缺少了基本的邏輯思維、辯證思維能力的訓練，造成智慧課堂優勢無法發揮。［7］

總之，智慧教學需要變革原有灌輸式的教育思想，實施核心素養導向的教育指導思想，并在具體的教學方法中貫徹，只有這樣才能實現真正的智慧教學。

3 新教學模式的構建

鑒于上述發現的問題及原因總結，本研究將從學會學習核心素養視角，基于學習科學的理論設計智能化平臺支持的有效教學模式，為有效智慧教學提供參考。

3.1 教學模式構建的理論基礎

智能化平臺支持的有效教學是基于教學設計理論和學習科學的理論構建的。教學設計理論是“主導-主體”理論，學習科學理論包括情境認知理論和分布式認知理論。

“主導-主體”教學模式，是對以教為主的教學模式和以學生為中心的教學模式兩者的優勢互補的反思基礎上提出的。課堂教學過程中，教師的主導作用不可或缺。如果脫離教師的主導，教學目標的達成和知識的系統性傳授將受到影響。強調學生為主體，否則，學生的學習自主性、高階思維的培養無法完成。如今的智慧教學的課堂的現實是，以“學生為中心”之名，行“教師為中心”之實。所以，“主導-主體”教學模式更適用于智慧教學的課堂。

情境認知學習理論由美國心理學家馬斯洛和羅杰斯建立并發展。這一理論強調認知過程的本質是由情境決定的，情境是一切認知活動的基礎。這一理論還認為，強調知識的學習應建構在真實的活動中，學習是個人與情境互動的歷程。所以，在智慧教學課堂中，教師要用智慧教學設備創設真實的問題情境，內容與活動的安排要與人類社會的具體實踐相聯通，最好在真實的情景中，通過類似人類真實的實踐情境來組織教學。情境最好來自真實生活，而不是為了教學而簡化的問題情境。

分布式認知理論認為學習過程被認為是人與人之間、人與環境間交互的結果。分布式認知的交互主要包含個體之間的交互、個體與人工制品之間的交互、人工制品與人工制品之間的交互。分布式認知活動既不是單純的內部表征，也不是單純的外部表征，而是分布于內部表征和外部表征之間的、相互協作的分布式表征。［8］所以，智慧課堂教學要求重視教師與學生、學生與學生個體間的對話，因為認知不僅分布在個人頭腦中，還發生在人與人之間的交互過程中。重視信息技術的作用，因為認知是通過內部表彰與外部高層之間的傳播與轉移發生的。人機結合的社會氣息是現代人之世界的基本方式，重視學習共同體的構建，設計多樣化的小組合作學習活動，既可以促進學習者的小組合作學習能力，又能夠在小組討論中獲得思維的啟迪，培養學生的創造性思維能力。

智能化平臺支持下有效教學的模式具備以下特征：一是在課堂導入方面強調真實問題情境，知識遷移往往回歸生活；二是組織形式方面鼓勵小組協作；三是課堂活動強調互動式教學；四是課堂教學評價強調量化分析和數字驅動。

3.2 教學模式設計

綜合以上理論指導，借鑒已有高效互動課堂教學模式，［9］設計智能化平臺支持下的有效教學模式，如圖1所示。

圖1 “學會學習”核心素養導向的智能化平臺支持下有效教學模式

在智能化平臺支持的教學模式中，教師起到主導作用，課前以培養學生素養為目標，精細設計內容和活動；課中以知識遷移為導向，進行互動教學，在課堂教學過程中完成知識向能力、能力向素養的轉化；課后以個性化學習為導向，進行分層任務的下發。學生通過自主學習、合作學習、個性學習完成知識的學習、深化、遷移，學習過程中完成學會學習的核心素養的養成。

智能化平臺支持的有效教學模式中，技術應用的目標和教學活動的目標一致，起到支持教和學的作用，內化在教學活動中。通過平臺上傳課前微課，配合自主學習任務單培養學生在教師引導下的自主學習能力；通過平臺的測試功能能夠快速形成課前學情分析數據，讓教師課中教學設計有的放矢；平臺的多媒體呈現功能支持課堂導入環節創設問題情境，吸引學生快速進入學習狀態；平臺的任務下發和拍照上傳功能可快速組織討論以及成果展示。平臺的資源管理功能，能讓不同層次學生獲得適合自己的學習資源和任務，達到個性化學習的效果。

由智能化平臺支持的有效教學的一般模式，根據學科、課程類型、課程目標的不同，可以演繹為不同類型的有效教學模式。不論如何演繹，都是學會學習核心素養導向，不僅重視知識傳授，更看重知識向能力的轉變和知識的內化。根據具體學科的不同，可以發展為有效教學模式（圖2）。根據具體有效教學模式的指導，在初中化學學科的實驗班進行實踐。

圖2 “學會學習”核心素養導向的智能化平臺支持的理科有效教學模式

4 教學有效性實證研究

智能化平臺支持的有效教學模式是否能達到核心素養的培養需要對其有效性進行驗證。什么是有效教學，有學者將有效教學界定為：教師在遵循教學規律的前提下，實現了預期的教學效果、效率和效益的教學。有效果即實現了預期的教學目標，有效率即教育產出與投入比率較高，有效益指實現的結果與個人及社會對教育的需求相符合。［10］

本研究將設計好的理科有效教學模式應用到初中化學學科。初中化學學科采用通過一個實驗班的不同時間序列進行實驗。

4.1 研究目的

研究統計學習者通過智能化平臺支持的有效教學后，在學習成績和核心素養數據上的差異。課程選擇初中化學新授課堂，選取初中化學人教版九年級上冊第三單元《物質構成的奧秘》中課題二《原子的結構》中的“相對原子質量”作為教學案例，來驗證智能化平臺支持的教學有效性。

4.2 研究對象

本研究選擇廊坊市某中學初三年級A班學生為研究對象，共45人，采用單組前測后測時間序列進行實驗研究。

4.3 實驗環境

實驗環境為該校的普通智慧教室。智慧教室配備硬件設施和軟件系統，硬件設施包括交互式一體機、投影儀、移動學習終端、無線互聯網等，軟件包括智能教學平臺，具有基本課堂活動創設工具箱、教學資源庫、及時反饋系統、多屏互動系統等教學功能。

4.4 實驗過程

4.4.1前、后測

為排除教學內容對實驗結果的影響，由兩名中學化學教師選取與本節內容難度相當的其他章節內容，以傳統講授教學方式進行講授，并做好前、后測。本節內容以智慧課堂有效教學模式進行教授，并做好前、后測。前、后測包括相應內容知識點的測試和學會學習能力的測試。

4.4.2有效教學實施

A班按照智能化平臺支持有效教學模式實施教學，教學具體流程列表如下。

教學階段課前課中課后教學活動課前自學課前自測新知講授隨堂測試合作學習課堂總結完成課后作業拓展閱讀教學流程教師上傳本節內容的學習資源至智慧教學平臺，如微課、自主學習任務單、學習方法指導等，供學生自學教師發放精心準備的課前測試題利用智慧黑板，通過視音頻素材進行情境導入，通過問題啟發學生思考課前測試出錯的問題。引入基準量法學習確定原子的相對原子質量的方法，了解相對原子質量與原子中微粒的關系利用智慧教學平臺對剛剛講授的知識點進行隨堂測試利用平臺隨機分組功能進行分組，小組根據教師在平臺上發放的材料，學習查閱相對原子質量的方法利用平臺拍照投屏功能，將課堂總結投屏展示智慧平臺根據學生測試情況，推送相應知識點練習或資料有能力學生可進行拓展閱讀學生活動觀看微課，完成自主學習任務單，并與教師和同學在線交流完成課前測試學生可以通過移動教學平臺進行實時提問或者進行反思完成測試小組合作、討論、總結聽講、補充完成練習，提出疑問完成閱讀教師活動解答學生疑問，根據學生自主學習任務單中的困惑或興趣點進行教學設計根據測試結果調整教學設計教師即時反饋學生提問對于正確率低于60%的知識點進行講解巡視，參與小組討論點評總結查看練習結果，在線完成個性化輔導總結、反思、制定下一階段教學計劃

4.5 數據結果與分析

根據后測所得數據，對后測結果進行配對樣本T檢驗，檢驗智能化平臺支持的理科有效教學模式前后成績是否有差異，獲得結果見表1、表2。

表1 成對樣本統計量

表2 初中化學成對樣本相關系數

由上述報表可知：兩次成績的平均數各為78.58與91.56，兩次成績呈弱相關，相關系數是0.260。兩次成績檢驗的t（44）值為-9.116，顯著性為0.000，檢驗結果達顯著，表示這個班的兩次考試成績有顯著差異。從樣本平均數大小可以看出，學生實施后的成績（91.56分）比較實施前的成績（78.58分）更優秀，表示學生的成績有明顯的進步趨勢。

由表3可知，改變教學模式前后的成績存在統計學上的差異。可以得出，基于智能化平臺的有效教學模式優于傳統講授。

表3 初中化學成對樣本檢驗

在“學會學習”核心素養提升養成方面，參照中國學生核心素養，在學會學習的維度上分為樂學善學、勤于反思、信息意識［11］，經過操作化后的問卷進行測試，前、后測得出數據雷達圖，如圖3所示。可以看出各個維度上均有所提升，特別是在善學維度上，也就是學習方法上有較明顯提升。

圖3 “學會學習”核心素養的前后變化

綜上所述，智能化平臺支持的有效教學不僅能夠很好實現知識識記和理解的目標，還能夠在學習過程中獲得學習方法以及元認知的能力，最終達到學會學習個人成長的目標，以及創新性人才培養的社會目標。

5 結論與建議

5.1 智慧教學的關鍵在于對智慧教學的理解

智慧教學的內涵是信息技術與課程的深度融合，智慧教學的目的是讓學生進行深度學習，最終完成核心素養的養成。基于對智慧教學的理解及數據分析基礎上的教學設計，教學目標的設定要以核心素養為導向，教學內容選擇要以核心素養培養為依據，教學活動設計要以核心素養為指引，教學評價要以核心素養培養為標準。教學設計要求教師熟悉平臺的各個功能及操作。

5.2 智慧教學的保證在于智能化教學平臺的使用

教師在智慧教學過程中不只是對智慧教學設備淺層、初階應用，要把平臺作為學生學習交互的平臺，教師備課、授課的平臺，教學數據收集的平臺。課前，教師要運用好智能化平臺，將核心素養導向下設計的教學內容上傳至智能化平臺，以學情獲取為目的利用平臺功能設置好課前教學活動。學生也應該利用好平臺進行課前學習、課前檢測以及資源搜索。課中，智慧教學的根本仍是教學，仍然遵循教學活動的規律，即學習發生在教師與學生的交互過程中。在技術支持下，交互在數量層面上要增加，在質量層面上要提高。教師的教與學生的學要多交互、深交互，尤其是參與式互動，不僅利于學生學習，利于課程建設，而且能夠實現“教學相長”的目標。［12］課后，智能化平臺仍然是教師和學生發生教學交互的延續。智能化平臺深度使用目的就是核心素養的落地。

5.3 智慧教學最終目標是提升學生核心素養的發展

學生核心素養的發展是智慧教學的最終目標。時代的發展對于人才培養的標準發生了變化，傳統的教學無法滿足對未來社會人才培養的需求。作為教育者必須要正視這樣的需求，正確理解智慧教學的內涵，積極利用智能化平臺進行教學，深度挖掘智慧教學培養學生核心素養的策略，將技術無縫融入到教與學的過程中，發揮技術促進學習者獲取知識方式的轉變，利用技術促進知識遷移應用，利用技術完成知識的創新應用。通過智慧教學中對教學方式、教學評價的變革，使學生的學習由淺層學習向深度學習轉變，由知識學習轉向核心素養培養。

總的來說，本研究證明了智能化平臺支持教學的有效性，但還存在智慧教學環境建設不完善，教師應用智慧教學方法能力不夠，研究樣本單一等不足，這些不足將會是下一步關于智慧教學深度研究的完善依據。