智慧课堂教学系统建设与应用研究

陈志强+高静慧

摘要：在大数据、人工智能和云技术的背景下，传统的多媒体教育技术不仅无法支撑教学改革的推进，而且制约了一些先进的教学理念的落地。本文从山东省淄博市教育信息化现状出发，分析了教育信息化技术不能满足教学改革和教学实践的突出问题，并提出了教学系统的核心需求，探讨了其对学校创新教学模式、改革教学方法的影响，以期改善教学效果。

关键词：智慧课堂；教学系统；思维可视化；师生互动；教学过程生成

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）20-0076-04

● 研究背景

1.国家对教育信息化发展提出的要求

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》提出：优先发展教育，提高教育现代化水平，强化信息化技术应用。提高教师应用信息技术水平，更新教学观念，改进教學方法，改善教学效果。

《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见》也提出：鼓励教师利用信息技术创新教学模式，推动形成“课堂用、经常用、普遍用”的信息化教学新常态，全面提升教师的信息化教学能力和学生的信息素养。

2017年9月，教育部最新发布的《关于进一步推进职业教育信息化发展的指导意见》对信息技术与课堂的深度融合提出了更具体的要求，鼓励开展信息化环境下的职业教育教学模式创新研究与实践，大力推进信息技术与教育教学深度融合；用信息技术改造传统教学；推进网络学习空间的建设与应用，加强教与学全过程的数据采集和效果分析；鼓励教师充分、合理运用数字教育资源开展教学；推广远程协作、实时互动、翻转课堂、移动学习等信息化教学模式，最大限度地调动学习者的主观能动性，促进教与学、教与教、学与学的全面互动，进一步提高教学质量与人才培养质量。

2.淄博市教育信息化现状分析

山东省淄博市在《关于开展“四位一体”框架下推进新型智慧城市建设的总体规划》中提到，将进一步加强信息化惠民服务，让信息化服务教育，提高多媒体教室普及率、师生网络学习空间覆盖率、学习无线网络覆盖率等。“十二五”期间，淄博市教育信息化建设进入一个高速发展的阶段，全市十个区县一千余所学校全部接入互联网，通过数字化校园验收的学校达到573所，多媒体教室的覆盖率普及率达93%，各级各类学校建成“一对一”教学班达到541个，其中部分学校实现了全年级、全班级、全覆盖的“一对一”教学，学校网络教学环境大幅改善，信息化应用基础进一步夯实。

然而，我市多媒体教室的装备水平不一，有的相对落后，即使装备时间不久的学校，由于受多媒体技术水平限制和在装备选择上有误区，也会存在课堂教学系统不能满足教育教学改革需求的弊端，因而限制了先进教学理念的实施。针对上述问题，2017年，淄博市教育信息化工作推进办公室开展了一系列的调研活动，如召开专题会议进行研讨、考察调研多家信息技术公司和产品、试点引进智慧课堂教学系统等，在建设智慧城市的框架下积极打造智慧教育，充分发挥示范引领作用，促进教师利用信息技术改进教学方法、创新教学模式。

● 教学系统的问题研究

教学系统是教育系统的子系统，是指为了实现某种教学目的，由各教学要素有机结合成的具有一定教学功能的整体。智慧课堂教学系统主要是指整合应用大数据、云技术、人工智能等技术为师生提供更加智能的信息技术支持的教学系统。教学过程中的教师和学生都是富有活力的生命个体，只有教学设备不断地更新和完善，才能为师生更好地开展教学活动提供强有力的平台支撑。但是，随着教学改革和教学实践的不断深入，广大师生对信息技术的需求矛盾越来越突出，教学系统的发展也还没有彻底变革，笔者结合当前一些常见的教学系统的特点和教学需求，分析了其存在的主要问题。

1.教学情境的强预设性

以往常用的几种多媒体教学手段都有很强的教学预设属性。不仅教学效果对教师的设计水平有较高的依赖，而且整个教学过程也会严重依赖课前的教学设计，即使在教学过程中有新的生成和讨论热点，但教师在教学预设的制约下，为了整节课的教学计划正常进行，会有意识地忽略、转移在教学互动中产生的新情境，即便这种情境要比原有的预设好。这样会造成“信息化填鸭教学”现象的发生，不利于学生思维的培养和能力的形成。

2.教学设备的弱关联性

多媒体教学设备在不断完善，而各种设备之间相互独立的现象却普遍存在，如电脑、白板、触控大屏、实物展厅、录播设备之间相互独立；设备操作也很繁琐，各种多媒体产生的素材不能同时呈现，教学资源获取不够畅通，只能简单依赖控制终端进行硬切换、访问端口切换，这增加了教师使用和普及的成本及难度，在一定程度上影响了教学效果。

3.教学互动的弱参与性

（1）学生在教与学的过程中，不能及时将自己的所思所想以及随堂作业转化为课堂的教学素材。

（2）多媒体设备操作缺乏便利性、统一性，对学生而言，操作使用多媒体设备难度较大，导致学生不能及时参与到课堂的展示活动中。

（3）多媒体教学素材相对固定，缺乏属性操作，教师不能根据需要及时、简洁地对教学素材进行二次处理。

4.教学内容的弱生成性

当前，在众多的多媒体教学系统中，还没有一种系统可以为广泛的多元教学过程生成提供支撑，这在一定程度上阻碍了教学改革与教育信息化的同步推进。PPT、微课、在线点播等教学手段还是一种线性的教学思维，排斥各种不同的教学生成和思维发散的出现，这会阻碍学生创新思维的发展。

5.教学过程的不可再现性

教学是一项创造性的工作，正如哲学家所说的“一个人不可能两次踏进同一条河里”一样，即使是教学过程的参与因素不变，教学过程也很难实现完整的“再现”。虽然录播、微课、在线直播课堂信息技术的发展能在一定程度上解决这个问题，但还是不能满足教学一线的需要。首先，录播、在线直播课堂对硬件要求较高，只能在部分学校建设个别教室；其次，微课、录播视频后期制作成本太高，难度大，周期较长，这些导致其不能作为常规教学的主要手段；最后，录播、在线直播课堂等对使用者的信息技术专业水平要求较高，普通教师难以掌握，这也在一定程度上制约着它的推广与应用。endprint

● 智慧课堂教学系统需求与应用探析

随着云技术、大数据技术、人工智能技术的推广和广泛应用，整个社会对智能终端设备的使用深度、广度也不断加强，但当前大多数多媒体教学设备、软件、理念相对滞后，而师生对新的教育信息技术需求却越来越强烈。本文通过对多媒体教学现状的长期调查与研究，分析了其中的主要原因，并结合当前成熟的信息技术和教学实际中对信息技术服务教学的需求，提出了十一个关键需求点，即直观、兼容、智能、互联、生成、共享、互动、便捷、开放、多元和分类。

山东省淄博市在小学、初中、高中、中职学校都开展了试点工作，建设了“未来教育”智慧课堂，经过半年多的实践应用，不仅颠覆了广大教师对多媒体教学系统的原有认知，也创新了教学模式，变革了教学方法，改善了教学效果，得到师生的一致好评。笔者结合十一个核心需求分别探讨了“未来教育”智慧课堂在实际教学中的应用价值。

（1）兼容。“未来教育”智慧课堂基于物联网技术，高度整合了先進教学设备和海量教育资源，完全可以兼容原来的触控一体机、资源平台等教学资源。一方面，现有硬件设备在得到充分利用的同时，也能适应将来设备的升级与更新，充分发挥设备的效能，减少了重新购置全套设备的浪费，也减少了在资金、时间方面的消耗；另一方面，软件的兼容性高，熟悉而便捷的软件操作逻辑也非常有利于普通教师的使用和推广，试点学校三个月就完成了一个“未来教育”智慧课堂功能教室的全部建设。

（2）直观。计算机的广泛发展得益于Windows的“所见即所得”理念，“未来教育”教学系统的操作软件可以实现教学“思维可视化”，教师更容易掌握，从而更好地为教学服务。智慧课堂建成后一个月，各学科的骨干教师已经可以熟练利用新的教学系统开展教学和教研活动。

（3）便捷。“未来教育”智慧课堂使用触控一体机、手持终端进行教学，解决了讲台操控对教师行动的限制。在教学过程中生成的素材都可以利用手持终端分享到大屏幕使用，二次处理也很便捷。所有的操作功能键都在屏幕四周，直观便捷。在教学过程中，系统可以将各种元素便捷地处理成数字化语音、视频、图片、图像等，操作简单不需要利用第三方工具，这能进一步提高教学效率。

（4）共享。“未来教育”智慧课堂利用云技术，可以把课堂上学生精彩的讲解视频、精妙的解题过程、典型的发言语音、漂亮的作业等一秒上传到云平台，既可以作为日后教与学的素材，又可以作为学生在线学习的教学资源，可谓“一举多得”。

（5）互动。“未来教育”智慧课堂在软件系统上，运用现代信息技术，建立了功能齐全、交互迅速、使用便捷的“思维可视化”未来课堂教学支撑平台。互动包含两个方面：一方面是人机互动。支持触摸技术能让学生零距离地参与到教学互动中，发挥他们参与的积极性、主动性，开发创造性。另一方面是人员互动。支持“分屏互动”有利于开展小组教学；支持“多屏互动”便于开展“一对一教学”，实现师生之间、生生之间的充分互动，让思想迸射出更多的火花。

（6）生成。“未来教育”智慧课堂教学系统提供的技术支持。课前通过以学定教、盘活资源、活化资源进行备课；课中通过以教促学、互动教学、移动教学、多屏互动、生成资源进行个性化上课；课后通过课堂观察的数据和数据支持的评价方式进行检测，资源和技术开放、易用。整个过程都是在动态生成，课堂效果更加精彩。

（7）智能。“未来教育”智慧课堂是一个数据精细采集、学习准确分析、按需精准推送的个性化教与学平台。它能运用大数据技术，实现学生终端数据的接收、处理，数据的实时分析，给出教师需要的分析报告，让教与学更加高效、智能。

（8）互联。教室设施支持物联网技术，空气、温度、湿度可控，实现环境的舒适性、人性化、生态化。“未来教育”智慧课堂教学系统是“教育云”支撑的优化课堂教学“班班通”和转变学习方式“人人通”的系统，能让课堂走出教室，突破时空限制，实现学生与学生之间、学生与教师之间的互联，让沟通与协作随行。

（9）开放。信息技术应支持促进教学的发展。以往的多媒体系统大多数采用“一对多”的广播式教学，这种教学方式已经阻碍了教学理念、教学方法的发展。智慧课堂教学系统支持师生常常用、天天用，通过自主、合作、协作学习完成学习行为的转变。课堂内学习内容生动有趣，学习过程灵活互动、学习行为更加主动；课堂外通过精准推送的学习资源，实现处处可学、时时能学的个性化学习。这是充分发挥教师教育思想的教学平台，是放飞学生创意，充分体现学生自主、合作、协作学习的平台。

（10）多元。智慧课堂教学系统支持对既定素材处理的不同属性操作，并且属性操作精练、多元，教师可以根据需要进行选择组合，更好地实现自己的教学意图。教学现场教师可以通过手机、PAD、展台、录播高清摄像头、无线摄像头等现场采集素材，并能非常简便地把所采集的素材立刻转化为实时的教学素材，能让课堂更高效、更有针对性。

（11）分类。传统教学受到教学时间紧张、学生数量多等现实条件的限制，“因材施教”是广大教师有心无力的一件事，而大数据、云计算、人工智能发展到今天，给“因材施教”插上了翅膀。智慧课堂教学系统能根据学生的学习状况匹配分发不同的学习任务，然后由系统进行初步的处理分析，最后教师通过分析报告就能掌握每位学生的学习情况，并及时调整教学设计，对学生进行个性化指导。

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[6]教育部.关于进一步推进职业教育信息化发展的指导意见[Z].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A07/zcs_zhgg/201709/t20170911_314171.html.

作者简介：陈志强（1984.5—），助理讲师，学士，主要研究项目有“中等职业学校信息化教学现状与发展策略研究”和“中职教师教育科研能力提升研究”等。

一般资助项目：2017年度山东省职业教育教学改革研究项目“中等职业学校信息化教学现状与发展策略研究”（2017434）。endprint