文/劉邦奇

當(dāng)智慧課堂遇到大數(shù)據(jù)

文/劉邦奇

課堂教學(xué)中生成了海量的教學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、挖掘和分析，離不開大數(shù)據(jù)技術(shù)和方法。

智慧課堂是當(dāng)前教育信息化研究的一個(gè)熱點(diǎn)問題。智慧課堂的核心在于用最新的信息技術(shù)變革和改進(jìn)課堂教學(xué)，打造智能、高效的課堂。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，新的教育技術(shù)手段不斷涌現(xiàn)，課堂教學(xué)模式也在不斷發(fā)生變化。當(dāng)今社會(huì)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)將會(huì)對(duì)學(xué)校教育領(lǐng)域產(chǎn)生深刻的影響。本文對(duì)基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析的智慧課堂進(jìn)行專題探討，為高校智慧課堂的構(gòu)建與應(yīng)用提供參考。

高校智慧課堂提出的時(shí)代背景

目前國內(nèi)對(duì)智慧課堂、智慧學(xué)習(xí)的理解有多種不同的觀點(diǎn)，有從腦科學(xué)研究提出的，有從教育視角提出的，有從信息化視角提出的等等?，F(xiàn)在人們所說的“智慧課堂”是智能教育，主要是從信息化的視角理解的，即使用先進(jìn)的信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)手段和課堂的智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的智慧化。實(shí)際上，高校智慧課堂的提出與發(fā)展有其時(shí)代背景和必然性。原因如下：

1.符合建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論對(duì)構(gòu)建理想學(xué)習(xí)環(huán)境的要求。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為智慧課堂的構(gòu)建提供了重要的理論依據(jù)。按照建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，學(xué)習(xí)者知識(shí)的獲取是其在一定情境下，借助他人（包括教師和學(xué)習(xí)伙伴）的幫助，并利用一定的學(xué)習(xí)資源，通過意義建構(gòu)的方式獲得。理想的學(xué)習(xí)環(huán)境包括情境、協(xié)作、會(huì)話和意義建構(gòu)四大要素。智慧課堂能夠非常好地滿足建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境所提出的較高要求。利用當(dāng)今多種新媒體、新技術(shù)和智能設(shè)備，針對(duì)課前、課中、課后的教學(xué)閉環(huán)，能夠創(chuàng)造和展示各種趨于現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)情境，增進(jìn)師生間、生生間的立體化溝通交流，有利于開展協(xié)作、探究學(xué)習(xí)，幫助學(xué)習(xí)者知識(shí)意義的建構(gòu)。

2.適應(yīng)大數(shù)據(jù)對(duì)高校教育教學(xué)產(chǎn)生的深刻影響。大數(shù)據(jù)時(shí)代的典型思維是基于數(shù)據(jù)分析的決策，數(shù)據(jù)改變教育是課堂變革的核心。在課堂教學(xué)中，數(shù)據(jù)是反映教學(xué)效果的最為顯著的指標(biāo)，比如學(xué)生識(shí)字的準(zhǔn)確率、作業(yè)的正確率，積極參與課堂教學(xué)的舉手次數(shù)，回答問題的次數(shù)、時(shí)長與正確率，師生互動(dòng)的頻率與時(shí)長等。課堂教學(xué)中生成了海量的教學(xué)數(shù)據(jù)，對(duì)這些海量數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、挖掘和分析，離不開大數(shù)據(jù)技術(shù)和方法。基于大數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)分析，使課堂一切靠數(shù)據(jù)說話，依靠直觀的數(shù)據(jù)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行判斷和制定教學(xué)決策，大數(shù)據(jù)使高校課堂教學(xué)產(chǎn)生了深刻變化。

3.滿足技術(shù)支持的“因材施教”的需要。傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，每位教師同時(shí)面對(duì)幾十個(gè)學(xué)生開展教學(xué)，很難及時(shí)把握和照顧到每個(gè)學(xué)生的個(gè)體差異，在有限的教學(xué)時(shí)間和空間內(nèi)，對(duì)學(xué)生的“因材”難以具體到每個(gè)人。在現(xiàn)代信息技術(shù)支持下，智慧課堂基于全過程動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和智能推送有效改變了這一狀況，通過課前、課中推送富媒體學(xué)習(xí)材料和作業(yè)，進(jìn)行即時(shí)測評(píng)和反饋，準(zhǔn)確掌握每個(gè)學(xué)生的已有水平，便于有的放矢，精準(zhǔn)教學(xué)，真正實(shí)現(xiàn)“因材施教”。

4.順應(yīng)從“流程顛倒”向“結(jié)構(gòu)性變革”發(fā)展的趨勢。翻轉(zhuǎn)課堂的基本要義是基于教學(xué)視頻的應(yīng)用將傳統(tǒng)教學(xué)流程顛倒過來，從“先教后學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋葘W(xué)后教”。大數(shù)據(jù)時(shí)代強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用，基于大數(shù)據(jù)、智能推送等信息技術(shù)的全面支持，從一般性觀看視頻轉(zhuǎn)變?yōu)檎n前預(yù)習(xí)、測評(píng)分析及反饋，從“先學(xué)后教”向“以學(xué)定教”深化，從對(duì)課堂的控制轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)分析、即時(shí)反饋及據(jù)此實(shí)現(xiàn)的教學(xué)“機(jī)智”，翻轉(zhuǎn)課堂已經(jīng)從早期的“流程顛倒”的1.0時(shí)代轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖Y(jié)構(gòu)性變革”的2.0時(shí)代，從而實(shí)現(xiàn)了大數(shù)據(jù)時(shí)代的“智慧課堂”。

智慧課堂的定義及內(nèi)涵

要厘清智慧課堂構(gòu)建的目標(biāo)與路徑，首先要明確智慧課堂的定義及內(nèi)涵。目前對(duì)智慧課堂概念還沒有明確統(tǒng)一的定義。當(dāng)今社會(huì)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析和改進(jìn)學(xué)習(xí)行為、變革傳統(tǒng)課堂已成為一種必然趨勢。據(jù)此，本文提出基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析的智慧課堂概念。

所謂“智慧課堂”，是以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等新一代信息技術(shù)打造的智能、高效的課堂。其實(shí)質(zhì)是基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析和移動(dòng)學(xué)習(xí)終端的運(yùn)用，通過即時(shí)的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)反饋、立體化的互動(dòng)交流和智能化的資源推送，全面變革課堂教學(xué)內(nèi)容與結(jié)構(gòu)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)時(shí)代的信息化課堂教學(xué)模式。智慧課堂的提出是現(xiàn)代信息技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合的產(chǎn)物，是大數(shù)據(jù)時(shí)代信息化教學(xué)不斷發(fā)展的結(jié)果。

“智慧課堂”定義的核心是基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析和移動(dòng)學(xué)習(xí)終端的運(yùn)用。對(duì)教學(xué)過程中生成的海量數(shù)據(jù)，用現(xiàn)代化的分析工具和方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、挖掘和分析，基于數(shù)據(jù)分析的教學(xué)決策區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)模型和方法。同時(shí)采取基于移動(dòng)互聯(lián)的智能終端應(yīng)用服務(wù)方式，部署智慧課堂的信息技術(shù)平臺(tái)，通過教室內(nèi)多種終端設(shè)備的無縫連接和智能化運(yùn)用，打破了傳統(tǒng)意義教室的黑板、講臺(tái)和時(shí)空概念，具備動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的采集和即時(shí)分析功能，實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)的立體溝通與交流，使傳統(tǒng)課堂發(fā)生了結(jié)構(gòu)性變革。

智慧課堂的特征分析

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析的智慧課堂，在技術(shù)和教學(xué)應(yīng)用上具有重要的特色和創(chuàng)新價(jià)值，主要包括以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。

1.數(shù)據(jù)化決策。建立基于數(shù)據(jù)的課堂是智慧課堂的核心理念。傳統(tǒng)課堂主要依靠教師的個(gè)人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行判斷和制定教學(xué)決策，智慧課堂一切靠數(shù)據(jù)說話，基于海量教學(xué)數(shù)據(jù)資源的集成與共享，依據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)挖掘分析與決策，用直觀的數(shù)據(jù)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的水平，即時(shí)、精準(zhǔn)地掌握來自學(xué)生的第一手學(xué)情資料，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)的課堂教學(xué)形態(tài)。

2.交互智能化。智慧課堂更加側(cè)重于交互功能和人工智能，利用智能信息技術(shù)打造智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，構(gòu)建高效互動(dòng)課堂。如依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，通過情境感知、數(shù)據(jù)挖掘等方法可以提前預(yù)知學(xué)習(xí)者潛在的學(xué)習(xí)需求，具備動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的采集和即時(shí)分析功能，及時(shí)了解學(xué)習(xí)者需要，通過資源訂閱和智能推送的方式第一時(shí)間推送最新的學(xué)習(xí)資源，利用智能化的移動(dòng)學(xué)習(xí)終端和應(yīng)用支撐平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的立體化溝通與交流，大大提高了課堂互動(dòng)能力。

3.動(dòng)態(tài)開放性。智慧課堂是一個(gè)動(dòng)態(tài)開放的系統(tǒng)，其主體、技術(shù)、資源、機(jī)制等主要要素靈活且動(dòng)態(tài)，借助于云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)等新興信息技術(shù)及各種智能終端的應(yīng)用，課堂系統(tǒng)超越了時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)更為開放的教室、更為開放的課堂活動(dòng)。智慧課堂教學(xué)是一個(gè)開放、兼容、動(dòng)態(tài)發(fā)展的過程，課前、課中、課后成為一體，單一的課堂教學(xué)向多元化的開放式教學(xué)發(fā)展。智慧課堂鼓勵(lì)創(chuàng)新與開放，鼓勵(lì)學(xué)生參與進(jìn)來表達(dá)自己的見解，積極為學(xué)生激發(fā)潛能、發(fā)展智慧提供有利條件。

4.機(jī)智化教學(xué)。課堂教學(xué)過程是千變?nèi)f化的，課前的教學(xué)設(shè)計(jì)方案不可能預(yù)見課堂上可能出現(xiàn)的所有情況。智慧課堂必定要求教師要有數(shù)據(jù)支持下隨機(jī)應(yīng)變的能力，根據(jù)教學(xué)進(jìn)程中出現(xiàn)的各種新情況，利用動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)分析和即時(shí)反饋，依靠海量教學(xué)數(shù)據(jù)分析進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的決策判斷，采取機(jī)智性行動(dòng)，及時(shí)調(diào)整課前的教學(xué)設(shè)計(jì)、進(jìn)行針對(duì)性教學(xué)，優(yōu)化和改進(jìn)課堂教學(xué)進(jìn)程，充分體現(xiàn)智慧課堂教師的教學(xué)智慧和教學(xué)藝術(shù)。

5.個(gè)性化學(xué)習(xí)。智慧課堂的最終目的是實(shí)現(xiàn)個(gè)性化的學(xué)習(xí)，讓每個(gè)學(xué)生的智慧得到充分的發(fā)展。智慧課堂通過課前預(yù)習(xí)測評(píng)分析和課中隨堂測驗(yàn)即時(shí)分析，準(zhǔn)確把握每個(gè)學(xué)習(xí)者掌握知識(shí)的狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)能力的客觀評(píng)價(jià)，使教師對(duì)每一位學(xué)生的認(rèn)知度更清晰，有針對(duì)性地制定個(gè)性化教學(xué)方案，制作針對(duì)一個(gè)人的“微課”，進(jìn)行個(gè)別化的“微課”輔導(dǎo)，真正實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的、“一對(duì)一”的個(gè)性化教學(xué)。

智慧課堂的體系結(jié)構(gòu)

高校智慧課堂實(shí)質(zhì)上是基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析和移動(dòng)學(xué)習(xí)終端運(yùn)用的新型課堂教學(xué)形態(tài)，是由平臺(tái)（信息化資源、系統(tǒng)和工具）、人（教師和學(xué)生）及其活動(dòng)（課前、課中、課后教學(xué)環(huán)節(jié)）等組成的信息化課堂教學(xué)體系。“智慧課堂”體系的總體構(gòu)成如圖1所示。

在圖1中，“智慧課堂”體系總體上是由教學(xué)流程、移動(dòng)終端、應(yīng)用支持、大數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)和資源服務(wù)五個(gè)部分構(gòu)成，具體包括：

1.智慧課堂教學(xué)流程。教學(xué)流程是智慧課堂的應(yīng)用表現(xiàn)形式，由課前、課中、課后組成螺旋上升的閉環(huán)。通常課前環(huán)節(jié)包括學(xué)情分析、預(yù)習(xí)測評(píng)、教學(xué)設(shè)計(jì)，課中環(huán)節(jié)包括課題導(dǎo)入、探究學(xué)習(xí)、實(shí)時(shí)檢測、總結(jié)提升，課后環(huán)節(jié)包括課后作業(yè)、微課輔導(dǎo)、反思評(píng)價(jià)等。

2.師生智能移動(dòng)終端。師生智能移動(dòng)終端是智慧課堂的應(yīng)用終端，提供教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”的應(yīng)用工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)課前、課中、課后教學(xué)的溝通交流和信息服務(wù)支持手段。

3.教學(xué)應(yīng)用支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)是智慧課堂的教學(xué)應(yīng)用支持平臺(tái)，提供智能終端的學(xué)習(xí)、管理和應(yīng)用服務(wù)功能，包括微課制作、微課應(yīng)用、學(xué)習(xí)資源推送、溝通交流工具、第三方APP應(yīng)用等。

4.大數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)是智慧課堂的核心子系統(tǒng)，基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析，提供對(duì)學(xué)習(xí)和教學(xué)質(zhì)量的形成性評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)和診斷性評(píng)價(jià)服務(wù)，包括測試系統(tǒng)、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

5.教學(xué)資源管理與服務(wù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是智慧課堂的教學(xué)內(nèi)容基礎(chǔ)服務(wù)系統(tǒng)，基于課程標(biāo)準(zhǔn)、全科電子教材、各類題庫系統(tǒng)、教學(xué)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和教育管理信息等子系統(tǒng)，提供學(xué)習(xí)資源的管理和服務(wù)支持。

高校智慧課堂的主要應(yīng)用

基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析的高校智慧課堂，是一種新型的課堂教學(xué)形態(tài)，綜合解決了傳統(tǒng)教學(xué)過程中遇到的問題，增強(qiáng)了課堂決策分析和互動(dòng)能力，提升了課堂教學(xué)質(zhì)量和效率。高校智慧課堂對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)產(chǎn)生了“革命性”的影響，在教學(xué)實(shí)踐中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

1.實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)分析評(píng)價(jià)。利用大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析技術(shù)提供動(dòng)態(tài)測評(píng)和反饋，教師能夠快速地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)全過程做出動(dòng)態(tài)診斷評(píng)價(jià)。例如，教師通過課前預(yù)習(xí)作業(yè)和測評(píng)，對(duì)學(xué)生已有知識(shí)水平進(jìn)行診斷，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)方案；通過隨堂練習(xí)及檢測系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測、統(tǒng)計(jì)，快速分析與反饋學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，及時(shí)調(diào)整課堂教學(xué)進(jìn)度與內(nèi)容；通過課后作業(yè)數(shù)據(jù)分析和反思評(píng)價(jià)，便于對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的輔導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的持續(xù)改進(jìn)。

圖1 智慧課堂總體框架

2.構(gòu)建新的課堂形態(tài)和學(xué)習(xí)環(huán)境。智慧課堂教學(xué)中現(xiàn)代信息技術(shù)手段的深度應(yīng)用，使課堂形態(tài)發(fā)生了重大變革。新技術(shù)、新媒體和智能終端為學(xué)習(xí)者提供了豐富的認(rèn)知工具與支撐環(huán)境，為師生建立了更為開放的教室和更為開放的課堂活動(dòng)。例如，智慧課堂無傳統(tǒng)的講臺(tái)與黑板，課桌以分組討論方式擺放，在教學(xué)過程中采取多元的交互協(xié)作方式，教師面向?qū)W生教學(xué)并直接融入小組討論；教師可以通過手中的移動(dòng)終端設(shè)備（手機(jī)、PAD）實(shí)現(xiàn)書寫并向教室內(nèi)大屏幕投射，教師常用的PPT可以進(jìn)行任意的手寫、標(biāo)注、推演等，傳統(tǒng)的課堂已經(jīng)變成了數(shù)字化的“體驗(yàn)館”、“實(shí)驗(yàn)場”。

3.優(yōu)化認(rèn)知目標(biāo)和教學(xué)設(shè)計(jì)。在布魯姆教育目標(biāo)分類中，將知識(shí)維度分為事實(shí)性知識(shí)、概念性知識(shí)、程序性知識(shí)、元認(rèn)知知識(shí)。結(jié)合信息技術(shù)展開的智慧課堂在教學(xué)過程中，能夠?qū)鹘y(tǒng)課堂中難以描述與傳遞的隱性知識(shí)顯性化，認(rèn)知目標(biāo)發(fā)生了由低階至高階的變革。在教學(xué)目標(biāo)確定的方式上，基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析的智慧課堂，根據(jù)課前進(jìn)行的數(shù)字化預(yù)習(xí)和預(yù)習(xí)測評(píng)情況的反饋，即時(shí)、精準(zhǔn)地掌握來自一線學(xué)生的學(xué)習(xí)情況分析資料，據(jù)此設(shè)置教學(xué)目標(biāo)，就是要基于學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”設(shè)計(jì)問題，做到有的放矢，因材施教。

4.重組教學(xué)和流程結(jié)構(gòu)。依托智慧課堂信息化平臺(tái)，通過大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析和智能信息技術(shù)，師生、生生之間的溝通交流更加立體化，無障礙地進(jìn)行即時(shí)交流互動(dòng)；學(xué)習(xí)資源實(shí)現(xiàn)富媒體化、智能化、碎片化，根據(jù)需要推送、實(shí)時(shí)同步。教學(xué)流程從“先教后學(xué)”到“先學(xué)后教”、“以學(xué)定教”，實(shí)施分層教學(xué)，通過微課吧、分組討論、精講點(diǎn)評(píng)、分層練習(xí)等方式，組織更加個(gè)性化的課堂教學(xué)，使傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。

5.變革課堂教學(xué)方式。大數(shù)據(jù)背景下的智慧課堂教學(xué)，在教學(xué)方式上發(fā)生了重大變化，從以教師為中心、強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳授的傳統(tǒng)教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心、強(qiáng)調(diào)能力培養(yǎng)，有利于實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、協(xié)調(diào)學(xué)習(xí)。例如，依據(jù)知識(shí)構(gòu)建的需要，智慧課堂中采取小組協(xié)商討論、合作探究的學(xué)習(xí)方式，協(xié)作群組通過平臺(tái)獲取豐富的學(xué)習(xí)資源和信息動(dòng)態(tài)，就某個(gè)問題開展深入的互動(dòng)交流和探究，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化。

（作者單位為三江學(xué)院）