基于智慧教育的課堂學習環境設計研究

栗佳文 王維

沈陽師范大學 遼寧沈陽 110034

一、研究背景

在教育信息化2.0時代背景下，學習環境向“智慧化”趨勢發展。伴隨著智慧地球、智慧教育、智慧校園、智慧課堂等概念的出現，知識教育正逐漸從數字化邁向智慧化，學習環境也越來越智慧化。基于智慧教育的課堂學習環境設計目標是在創造性認知基礎上提升學生的創造力，培養學生發散思維和創造力的一種智慧化課堂學習環境。

研究設計基于智慧教育的課堂學習環境，是利用現代化信息技術改變課堂學習氛圍、學生學習方式、教師講授模式等，以此改變大學生課堂學習不認真、注意力不集中等現象，還有導致學生缺乏學習的自主性和創造性、發散思維弱和專業知識點理解程度低等問題。在大學校園學習環境中，課堂是大學生接受知識的主要渠道，大學生課堂學習狀態差，課堂中有很多問題影響學習效果，教學模式及軟件和硬件設施都未完全跟上信息化教學的步伐，教學資源使用效率低，教學模式比較單一。所以設計基于智慧教育的課堂學習環境是必要的，可以從教室的軟件和硬件設施上做出改變；也可以幫助學生改掉課堂中的一些壞習慣，使他們更專注于學習知識，提高對理論知識的探究和實踐技能的操作，達到在大學的學習環境中學到專業知識和專業技能，為日后的工作實踐打好基礎或提供幫助。同時，教師不用占用休息時間去批改作業，也使教師課前準備的教學資源更加多元化。

本文基于智慧教育的課堂學習環境，整合了多元技術與資源，支持學習者線上線下學習，使學習者獲得智慧化學習體驗。

二、智慧教育理論介紹

智慧教育是指在教育信息化背景下，依托物聯網、大數據、人工智能等信息技術，通過構建智慧學習環境，運用智慧教學法，促進學習者智慧學習，即培養具有創造力的人才，通過使用信息技術智慧地參與各種實踐活動并不斷創造價值，以適應、塑造和選擇優良的學習環境[1]。我國學者祝智庭教授從教育信息化的視角對智慧教育的基本內涵進行闡釋：“智慧教育是教育信息化的新興領域，通過智慧學習環境的構建，運用智慧教學法，促進學習者進行智慧學習，描述了智慧教育、智慧環境、智慧教學和智慧學習之間的關系”[2]。楊現民教授從生物學的角度認為智慧教育是在新一代信息技術基礎上所打造的教育信息化生態系統[3]。靖國平教授在研究教育理論的基礎上，從教育發展目的視角出發認為傳統意義上的智慧教育是理性認知能力的教育，智慧教育是一種豐富多元的教育形式，強調在教學過程中學習者個人價值的提升[4]。目前有關學術研究者已經就智慧教育的基本含義發表了自己的見解，但還未能建立明確的定義，當前智慧教育理論研究還處在初級階段。

新一代信息技術在一些發達國家的教育領域內初步應用，對于智慧教育的研究仍處于探索階段。美國和韓國的教育學者對智慧教育的研究較為典型，美國IBM公司最先提出“智慧地球”概念，由此衍生出“智慧教育”概念，IBM將以學習者為中心，從學生為學習主體的視角入手，利用多樣化教學渠道、存儲海量學習資料平臺，逐步實現教學過程個性化和智能化，為學習者提供豐富多彩的教學體驗；韓國的“智慧教育推進戰略”中將在所有學校中建設以云技術為基礎的教育環境，逐步實現自我導向的智慧教學方法[5]。目前學術界關于智能教學的研究仍面臨著若干問題，過分關注于基礎設施建設，而忽視了信息技術軟實力的建立和發展、受到了傳統的教育體制和評估體系的束縛、與智能教育重點關注于學習者的能力發展和以學習者為中心的教育建設不相適應等問題。

三、課堂學習環境的界定

學習環境是提供給學習者學習的物理空間，可以分為家庭、學校、社會學習環境。學校課堂學習環境指在課堂中影響學生學習的情景性因素，對學習者特征、學習資源的可利用性、軟件技術的可交互性都有顯著影響。

四、基于智慧教育的課堂學習環境設計

基于智慧教育的課堂學習環境是整合了多元技術與資源，支持學習者線上線下學習，使學習者獲得智慧化學習體驗。智慧化課堂環境具有令人滿意的教學效果，有效調動學習者的學習積極性，具有創造多樣化學習目標和產生多樣化學習回報等特點，學習環境更加符合個性化培養，從而更加契合了“因材施教”的教學原則。基于智慧教育的課堂學習環境，通過智能手段去了解學習者的物理情境、明確學習情景、銜接學習社群、記錄學習過程，使學生有效而又輕松地學習。

學習環境是一種教學設計，基于智慧教育的課堂學習環境設計也是營造一種智慧化教學設計和一種智慧化學習氛圍。對此筆者用模型圖的方式呈現課堂學習環境中的各部分。以下是基于智慧教育的課堂學習環境設計模型圖。

基于智慧教育的課堂學習環境中的硬件設備圖

(一)交互式電子白板系統

在基于智慧教育的課堂學習環境中，交互式電子白板系統完全展現了多媒體教具智慧化的優點，取代了多媒體投影，支持多點觸控書寫。交互式電子白板中有豐富的學科資源及工具，同時也支持教師自己導入教學資源。他可以與平板電腦一起使用，在基于智慧教育的課堂學習環境中允許學生自帶平板電腦連入課堂學習虛擬網絡環境中，平板電腦作為學生移動終端設備輔助學生學習，也可以將智能手機聯入作為學習終端設備。

(二)互動學習桌

在基于智慧教育的課堂學習環境中，學生桌的擺放采用梯形方桌組合拼接成圓形的方式擺放，這樣可以讓學生形成小組，進行小組討論合作學習。在研究性學習活動中，進行小組內的研究性學習，組內成員間分工明確、默契配合、合作建構知識體系，合作完成探究任務。教師可根據教案中教學活動的需要選擇如何擺放互動桌。

(三)智能錄播系統

在基于智慧教育的課堂學習環境中，智能錄播系統實時記錄下課堂學習過程中教師與學生的每一幀畫面，記錄學生學習的全過程。智能錄播系統中主要有攝像機和定位儀供采集視頻，話筒采集音頻，智能錄播主機進行錄制、跟蹤和導播。智能錄播系統錄制的課程可供教師進行教研交流、遠程互動教學、學生自學資源等。

在基于智慧課堂學習環境中有多臺攝像機，分別錄制學生和教師畫面，從全景到特寫，記錄學習過程的每一個細節，有定位儀跟蹤學生和教師的行為動作。利用錄播軟件進行課程的錄制，他可以切換不同畫面，使整個課程看起來流暢完整，也可以有不同形式的畫面切換，讓畫面轉換看起來更加穩定。

(四)移動終端

在基于智慧教育的課堂學習環境中，移動終端包括教師終端和學生終端，教師通過移動終端了解學生的出勤情況，布置課前預習作業、課中互動討論投票、隨堂考試等，一系列數據會實時地呈現到教師端，教師全面掌握學生學習動態。學生在移動終端接收教師布置的作業和測驗試題；學生端具有即時定位功能，在簽到后位置數據馬上會反饋到教師那里，能有效避免學生逃課。在學生端還可以清晰地了解教師對學生平時表現的評價，做到平時成績可視化、透明化和公正化，這樣也可以讓學生進行自我反思、自我評估。

(五)資源推送平臺

在基于智慧教育的課堂學習環境中學習資源是分學科專項資源，按學科、年級、教材版本等進行分類整理，為整堂課提供豐富多彩的資源。劃分為基礎資源、我的資源和共享資源等模塊，可以高效和準確查找需要的資源。系統也會根據查找的關鍵詞利用大數據自動推送相關資源或導學案，教師和學生可以選擇需要的資源進行閱讀或下載，提高資源利用率。

(六)電子書包云平臺

在基于智慧教育的課堂學習環境中，電子書包云平臺是關鍵部分。電子書包云平臺是一個老師、學生實名認證的系統，具有收集數據、學科資源共享、學生實時簽到等功能。電子書包利用自動監控和記錄的功能主要收集在電子書包自營庫中瀏覽相關知識點、觀看教學視頻、隨堂測試練習和考試情況等數據。

在基于智慧教育的課堂學習環境中，反饋對于教師和學生來說都很重要。通過電子書包云平臺即刻呈現出學生隨堂測試結果，反饋學生的學習情況，教師和學生都能即時掌握前一階段教學和學習的不足。學習反饋對于教學者來說，可以針對反饋結果做出針對性講解，對于學生理解差的地方改變方法重新講授，提高課堂教學效率；學習反饋對于學習者來說，可以讓學生在期末復習中更有針對性，記錄每位同學的個人學習情況，在個人學習主頁中自動生成錯題集等。這些記錄也能讓教師及時了解每位學生的近期學習情況，對于學習成績波動比較大的學生，教師能及時找學生本人了解情況，了解班級整體的短板，可以及時修改教學策略。

(七)學習分析平臺

在基于智慧教育的課堂學習環境中，學習分析平臺主要是分析學習過程中學生的學習數據，學習分析平臺主要依靠學習分析技術的支持。學習分析技術指對學生生成的海量學習數據進行分析，以評估學生學業質量，預測未來表現力，發現潛在問題，做出一系列科學精確的評價，提供智慧化學習建議，他是實現智慧化課堂學習環境中教與學的重要基礎和技術支持。評價是在學習分析的基礎上進行的，通過學習分析技術分析學習者的學習情況，進而評估學生的學習效率，優化教師的教學與學生的學習。

學習分析技術對學生數據分析的一般流程概括為：確定評價目標—建構評價模型—收集評價數據—分析評價數據—做出價值性判斷—進行智能決策等環節，對學習者在課堂中產生的一些相關數據進行分析。由學習分析技術得出分析結果數據為學習者提供學習診斷，讓學生可以進行自主評估與自我反思，以此來確定學生一堂課的學習效果，包括知識類、情感類、方法類等方面的學習效果，更有利于學生的學習發展。

(八)多元智能學習評價平臺

在基于智慧教育的課堂學習環境中評價是關鍵環節，多元智能學習評價平臺包括：效果評價、因素評價、環境評價。課前學生預習情況評價，幫助學生調整學習狀態；課中從不同角度對學生的課堂表現進行評價，實時監測與即時反饋相結合，凸顯出評價的意義；課后對教學設計進行評價，包括教學資源的選取與運用的評價，幫助教師及時調整教學策略，優化教學模式。教師可以在系統中自由選擇評價方法，利用媒體技術開展多元、智能的評價，診斷教學情況、調節教學形態等。

基于智慧教育的課堂學習環境為教師和學生提供豐富的學習資源和良好的學習氛圍，重塑課堂教學形態、改變課堂教學結構、構建全程學習評價體系、深層互動交流、學生間合作學習的一種新形態的課堂學習環境。

五、結論

在基于智慧教育的課堂學習環境中善用各種數字化教學媒體進行教學，教學模式變得更加智慧化，同時也使教師在課前備課收集資料、制作多媒體課件，以及課后批改作業和統計學習情況等方面花費的時間減少；學生擺脫了枯燥乏味的學習模式，對學習知識更加感興趣，積極獨立思考發表自己的想法；利用智慧化課堂學習環境中的軟件設備進行記錄、分析和反饋，可以得到科學的分析結果，實施更加科學的教學策略；云平臺存儲大量的學科資源，為教學者提供多樣化的教學內容，為學習者提供豐富的學習資料。

基于智慧教育的課堂學習環境設計目的是提高學習者在課程限定時段內的高效學習能力，讓他們更有效率、高質量掌握知識點的一個課堂學習平臺。智慧化課堂學習平臺是指運用現代計算機技術實施課堂教學，要建立有利于大學生學習的網絡平臺與教學資源，通過運用有效的數字化教學方法，發展學生個人的興趣愛好，開展在線眾體互動學習，通過建立高效的知識共同體來充分體現以學習者為中心的課堂教學功能，將現代計算機技術融入課堂中，充分調動學生學習的主動性和創造性，營造一種自主學習、合作探索、勇于創新的良好課堂學習環境。