周欣欣 徐純森 李紅彪 郭樹強 張翠芳

摘 ?要：隨著5G時代的到來，在新一代信息技術支持下構建智能、高效的“智慧課堂”條件已較為成熟。構建“智慧教學”總體模型框架，基于該框架提出了“智慧課堂”新型教學模式設計。以單片機原理課程為例，實施了新的教學模式。教學實踐結(jié)果表明，新型教學模式促進了課堂教學結(jié)構的變革，提高了學生自主學習能力，實現(xiàn)了全體學生的智慧發(fā)展，教學效果顯著提高。

關鍵詞：智慧教學;單片機原理;對分課堂;教學模式

中圖分類號：G642 ? ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：2096-3769（2021）06-067-05

隨著5G的大規(guī)模商用，大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術正不斷地深入教育領域，對傳統(tǒng)教學方式產(chǎn)生了深刻影響，促使傳統(tǒng)的“知識型教學”正在向數(shù)字化、智能化、泛在化的“智慧型教學”轉(zhuǎn)變[1]。所謂“智慧教學”是指通過構建智慧的學習環(huán)境，運用智慧的教學方法，讓學生用智慧方式解決問題的教學，是促進學生全面發(fā)展的教學[2][3]，它強調(diào)強調(diào)移動智能終端的應用，采用智能信息技術，實現(xiàn)教學資源的智能推送、教學決策的智能評估、即時性的教學反饋以及多元化的交流互動，全面變革傳統(tǒng)課堂教學的形式與內(nèi)容，是新型的信息化、智能化課堂[4][5]。本文首先提出5G視域下的“智慧教學”模型框架，然后基于該模型構建了“智慧課堂”新型教學模式。以單片機原理課程為例，實施了新型教學模式，實踐結(jié)果顯示，新型教學模式顯著增強了課堂教學智能化水平，課堂互動能力得到大幅提升，促進了課堂教學模式的創(chuàng)新和學生智慧的發(fā)展。

一、“智慧教學”模型總體框架

5G通信具有超高的數(shù)據(jù)傳輸速率、極低的網(wǎng)絡延遲、良好的泛在性等特點，可以滿足大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)母黝悜?，這就為實現(xiàn)智慧教學提供了可靠的技術支持[6]?！爸腔劢虒W”是以5G通信技術為基礎，以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等技術為支撐，以智能教學服務一體化平臺為載體，實現(xiàn)線上線下交互并行、課前中后全程跟蹤、采用多種互動交流方式、師生高度參與、充分互動的開放型教學過程。相比傳統(tǒng)教學，智慧教學依托更加多樣化的智慧教學平臺，提供更加豐富的教學服務，對教學過程進行實時的數(shù)據(jù)采集，以及為學習者提供學習新知、互動交流的學習體驗，且其提供服務的強度會隨著學生學習能力的實時反饋而進行自動調(diào)節(jié)。本文對“智慧課堂”從底層到頂層進行了詳細設計，提出了5G視域下的“智慧教學”模型框架，如圖1所示，該模型自下而上包括三個層次，分別為智能資源層、智能服務層、智能應用層。

（一）智能資源層

智能資源層是集軟硬件設施、資源、數(shù)據(jù)于一體的基礎層次，主要為智慧教學過程提供各類資源及相關服務，具體包括教學服務、學習服務、交互服務等。其中，教學服務主要面向教師，教師可上傳教學大綱、數(shù)字化教材、電子教案、多媒體課件、習題庫、案例庫等教學資源，為學生開展自主學習、泛在學習提供各類學習資料;學習服務主要面向?qū)W生，為學生提供在線學習、單元測試、在線考試等功能模塊，同時還可以為學生提供各種學習工具與應用系統(tǒng);交互服務則面向教師和學生，提供師生交流、學伴交流、即時通信、在線直播等多種交流方式。智能資源層強調(diào)資源及服務的完備性，充足的教學資源及服務可以滿足教師、學生在智慧教學、智慧學習過程中的個性化需求。

（二）智能服務層

智慧服務層能夠?qū)虒W全過程的實時數(shù)據(jù)進行采集，這些數(shù)據(jù)包括學生數(shù)據(jù)、學習過程數(shù)據(jù)、考試數(shù)據(jù)等，然后利用數(shù)據(jù)挖掘、統(tǒng)計分析、可視化技術、智能算法等人工智能、大數(shù)據(jù)技術，對學生學習興趣、學習進度、學習特點等數(shù)據(jù)進行深層次智能分析，最終實現(xiàn)信息智能推送、學情智能分析、數(shù)據(jù)智能統(tǒng)計以及智能評價等功能，從而為學生開展高質(zhì)量、個性化自主學習、為教師進行因材施教提供智能支持。智能服務層為智慧教學的實施提供了重要的智能技術支持。

（三）智能應用層

智能應用層是在智能資源層、智能應用層支撐基礎上，依托各類移動智能終端設備以及各類教學及應用軟件，面向?qū)W生和教師以及管理者等不同層次用戶，針對教學環(huán)節(jié)、學習過程、教學管理等多種場景，提供各類教學、學習、管理等功能，通過優(yōu)化各個場景中的應用流程和服務模式，在提高教師教學效率的同時，實現(xiàn)個性化教學和輔導，從而實現(xiàn)智能技術與課堂教學深度融合，實現(xiàn)“智慧”的教與學。

二、基于“智慧課堂”的新型教學模式設計與實踐

（一）基于“智慧課堂”的新型教學模式設計

基于所提出的“智慧教學”模型總體框架，對課堂教學結(jié)構重新設計，提出了基于“智慧課堂”的新型教學模式。新型教學模式將對分課堂與對分易教學平臺深度融合，將一個教學單元安排在兩次課上完成，教學過程分為講授、獨學、討論、總結(jié)四個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)教師與學生的“對分”[7][8]。所謂“對分”，是指將課堂時間對半分開，一半時間留給教師講授，一半時間留給學生討論，其重點是要將教師講授的時間和學生討論的時間相錯開，讓學生在課后有時間安排個性化自主學習。新型教學模式教學結(jié)構，如圖2所示。所采用的對分易教學平臺，是一款為配合對分課堂而開發(fā)的教學軟件，可以方便的在電腦、平板、手機上使用，操作簡單，功能完備。下面，對新型教學模式進行具體闡述。

1.講授環(huán)節(jié)

第一次課第2小節(jié)，教師講授本教學單元的基本框架、基本概念等，指出重點、難點，不講授知識細節(jié)。與傳統(tǒng)課堂講授不同的是，采用的是提綱挈領式講解，而不是對授課內(nèi)容的全部精講細講，是一種“精講-留白”的講授方式。然后，教師通過對分易發(fā)布有關學習內(nèi)容的資料、問題及任務。學生在第一次課堂上，需要明確本教學單元的整體框架、能夠把握住該部分的重點和難點、并且明確課后自主解決的問題。

2.獨學環(huán)節(jié)

第一次課后，即進入“內(nèi)化吸收”的獨學階段，以學生自主學習為主，通過閱讀教材、借助對分易平臺上教師提供的學習資源及相關文獻，對課程內(nèi)容進行獨立思考，對教學單元所涉及的概念和理論進行主動探索，形成自己的認識和理解，獨立完成作業(yè)，充分發(fā)揮學習的自主能動性。在這一階段，教師主要是答疑和引導，通過對分易平臺，教師還可以及時了解學生的自學情況，并對其給出個性化指導。

3.討論環(huán)節(jié)

第二次課第1小節(jié)，進入討論環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)有兩個階段，分別是小組討論和全班討論。教師首先通過對分易平臺中的學生分組功能對學生隨機分組，然后進行小組討論。學生根據(jù)第一次課教師精講的內(nèi)容以及學生課后自主學習的結(jié)果，分享學習成果和體會，或者提出自己困惑的問題，小組成員間相互答疑。小組討論意見可隨時上傳到“對分易”教學平臺，教師和全班同學都可以查看。小組討論階段主要解決低層次問題，小組討論之后，進入全班交流環(huán)節(jié)，各組可自由發(fā)言，將小組討論結(jié)果分享給全班同學。

4.總結(jié)環(huán)節(jié)

討論結(jié)束后，馬上進入教師總結(jié)階段。首先，教師針對學生自學情況和課堂討論情況進行答疑和總結(jié)，查漏補缺，解答共性問題，對教學內(nèi)容的重點、難點進行深入講解，對于學生提出的其他問題，教師可通過對分易、面對面等方式進行答疑解惑。其次，教師通過對分易布置習題，讓學生在做習題的過程中進一步加強對知識的掌握和理解，并最終把要學的理論和知識變成自己的智慧，至此，一個授課單元全部完成。

“智慧課堂”新型教學模式強調(diào)先教后學。教師講授在先，保留了傳統(tǒng)講授方式對知識傳遞的系統(tǒng)性、準確性和有效性。學生學習在后，鼓勵學生課后開展個性化自主學習，學習主動性得到發(fā)揮，學習能力和學習水平得到大幅提升。討論階段，學生帶著問題有備而來，相互協(xié)作共同解答，既強化了團隊合作意識，又建立了立體式多維度生生、師生交流互動模式。在教學過程中，與對分易教學平臺深度融合，教師可以通過該平臺發(fā)布學習資源、作業(yè)、在線批閱、互動答疑，分組討論、點名簽到、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與學情分析等，學生可以通過平臺進行自主學習、單元自測、在線考試、互動交流等?！爸腔劢虒W”新型教學模式通過多樣的教學手段，豐富的互動交流，提升學生自主學習的能力，促進學生智慧的生成與發(fā)展。

（二）“智慧課堂”新型教學模式實施

為檢驗“智慧課堂”新型教學模式的教學效果，結(jié)合本校實際情況，選取了計算機專業(yè)單片機原理課程作為試點，采用對分易教學平臺，重構課堂教學結(jié)構，對新型教學模式進行了教學實踐。

1.單片機原理課程教學現(xiàn)狀

單片機原理是高等院校計算機等專業(yè)的必修課，是一門技術性、實踐性都很強的課程，其目的是讓學生掌握單片機的基本原理和軟硬件開發(fā)技術，為從事計算機、通信等相關領域的實際工作打下堅實基礎。目前，該門課程實際教學現(xiàn)狀是學生雖然學完了該門課程，但當面對實際應用系統(tǒng)開發(fā)時，仍無從下手，存在知識運用能力和解決實際問題的能力較差等問題，分析原因主要有：（1）學生處于被動接受的地位。目前大部分學校單片機課堂仍采取“滿堂灌”的教學方式，這種模式雖然具有傳授知識系統(tǒng)、高效的特點，但本質(zhì)仍然屬于被動學習，這種教學方式讓學生沒有時間、沒有機會去思考問題，扼殺了學生的創(chuàng)造性思維。（2）學生學習興趣不高。由于單片機課程本身具有理論性強，內(nèi)容繁雜等特點，教學內(nèi)容相對枯燥、抽象，難以理解，許多學生甚至才剛剛開始學習本門課程就已經(jīng)失去了學習興趣，不利于學生主動學習能力的培養(yǎng)。為解決這一教學現(xiàn)狀，在本校計算機科學與技術專業(yè)卓越工程師班進行了新型教學模式的試點應用。

2.新型教學模式在單片機原理課程的實施過程

我校單片機原理課程總學時是40學時，其中理論32學時，實驗8學時。首先，在備課階段，對課程內(nèi)容進行整合，將其整合為五大單元模塊，分別為基礎知識及硬件結(jié)構、基本器件仿真與應用、中斷系統(tǒng)、定時/計數(shù)器、串行口。其次，教師在對分易教學平臺上建立授課班級和課程，教師根據(jù)不同單元模塊，將教學資源上傳到相應模塊的文件夾中，面向授課班級開放。第三，教師根據(jù)單元模塊進行對分教學設計。例如，以定時/計數(shù)器這一單元模塊為例，本單元主要內(nèi)容包括兩部分，分別是定時器/計數(shù)器基本原理及工作方式，以及定時器/計數(shù)器編程與應用。根據(jù)該單元模塊的內(nèi)容，設計了兩次“智慧課堂”新型教學模式。下面，以定時器/計數(shù)器基本原理及工作方式為例，闡述一個完整教學單元的教學過程。（1）在第一次課的第2小節(jié)，教師首先對定時/計數(shù)器的兩個重要的控制寄存器以及四種工作方式進行“概要式”精講，只強調(diào)四種工作方式的區(qū)別和應用范圍，而各工作方式的具體細節(jié)以及例題并不在課堂內(nèi)講授。精講完畢后，教師通過對分易教學平臺發(fā)布學習通知，給出本單元的學習任務、方法和要求，課堂上一定要讓學生明確自主學習時的任務和達到的目標。（2）第一次課后，學生利用課外時間，結(jié)合對分易平臺上給出的學習任務與學習資源，開展自主學習，并完成“亮考幫”作業(yè)。所謂“亮”即亮閃閃，即學生將自主學習、吸收內(nèi)化后的對本單元內(nèi)容收獲最大、理解最透徹的知識點寫出來（至少2條）;“考”即考考你，即學生針對自己已經(jīng)學懂但別人可能存在疑惑的地方寫出來（至少2條）;“幫”即幫幫我，即學生將自己不懂需要別人幫助的地方寫出來（至少1條）。學生做完的作業(yè)上傳到對分易平臺，教師根據(jù)作業(yè)完成情況，給出分數(shù)。（3）第二次課的第1小節(jié)，教師用對分易對學生進行隨機分組，4人一組，然后開始時長為10～15分鐘的小組討論。教師在小組討論的時候，不加入任何一組的討論中，只是從旁聆聽。小組討論結(jié)束后，立即進入全班交流階段。每個小組選出代表，分享該組討論的心得與體會，也可以提出組內(nèi)無法解決的問題。教師選擇關鍵性、共性的內(nèi)容進行解答。對于其他問題，可以課下進行有針對性地輔導。（4）討論交流結(jié)束后，教師預留15～20分鐘的時間對本單元進行總結(jié)，主要是對本單元知識點進一步梳理，針對重點難點進行有針對性講解與點評，對學生分析不到位或存在理解偏差的知識點進行補充與糾正，使學生深入理解與領會知識點，從而完成了整個單元的教學全過程。

3.單片機原理課程的考核方式

采用新型教學模式的單片機課程改革了考核方式，采取平時成績+實驗成績+期末成績，各部分成績分別占20%、15%和65%。新的考核方式加大了平時成績的占比，平時成績主要由每個教學單元的1次到2次“亮考幫”作業(yè)組成。“亮考幫”作業(yè)不僅促進了學生對知識的深入理解，更有助于學生解決實際問題能力的培養(yǎng)。

（三）新型教學模式實施效果分析

新型教學模式經(jīng)過一個學期的教學實踐后，對學生進行了問卷調(diào)查。其中，85.7%的學生支持這種教學模式;90.4%的學生認為新的課堂組織形式比傳統(tǒng)教學方式更有吸引力;80.9%的學生認為自主學習能力得到提升;80.9%的學生認為對對分易教學平臺功能非常認可;95.23%的學生對該課程非常滿意。

實施新型教學模式后，在以下幾方面得到了明顯的改觀。首先，學生學習主動性得到了大幅提升。在傳統(tǒng)課堂上，教師采取“滿堂灌”的授課模式，學生難有發(fā)揮余地，屬于被動接受知識的過程。而在新模式上，教師有引導，學生有吸收內(nèi)化的探究學習過程，給學生很大的主動探索空間，學習主動性得到了加強。其次，交流互動得到了加強。在傳統(tǒng)課堂下，教師滿堂講，課堂缺乏師生、生生交流機會。而在新課堂模式下，為學生提供了多種交流機會，生生、師生交流得到大幅加強。在交流過程中，學生的語言表達能力得到鍛煉，學會了相互啟發(fā)、相互分享。第三，對分易教學平臺與傳統(tǒng)教學深度融合，使課堂教學方式呈現(xiàn)多樣化，課堂效率更高，增強了課堂活力，有助于進一步提升學生學習興趣與自主學習能力。新的教學模式，使師生間關系更加密切，平等協(xié)作體現(xiàn)的更好，同時，課堂氛圍更加輕松、自由、積極向上。

三、結(jié)論

伴隨5G時代的到來，融合新一代信息技術構建的“智慧課堂”已成為高等教育的重要發(fā)展方向。“智慧課堂”通過深度融合智能、高效的智能化教學平臺，采取靈活的課堂組織形式，多樣的交流方式，教師可以更好的因材施教、推送教學內(nèi)容，學生能更好的共享資源、交流互動，開展自主性、探究性學習，從而實現(xiàn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標。

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On Teaching Innovation and Practice in Smart Classroom

ZHOU Xin-xin， XU Chun-sen， LI Hong-biao， GUO Shou-qiang， ZHANG Cui-fang

（School of Computer Science， Northeast Electric Power University， Jilin 132012， China）

Abstract： In 5G era， it is feasible to build an intelligent and efficient "smart classroom" with the support of a new generation of information technology. This paper proposed the overall model framework of "smart teaching"， based on which a new teaching mode in "smart classroom" was designed in the course of Single-chip Microcomputer. The teaching practice shows that the new teaching model has promoted the reform of the course' structure， improved students' autonomous learning ability and the goal of overall development of students' intelligent abilities can be achieved thus the teaching effect has greatly enhanced.

Key words： Smart Teaching; Principle of Single Chip Microcomputer; PAD Class; Teaching Model

收稿日期：2021-08-21

作者簡介：周欣欣（1977），女，吉林延邊自治州人，博士，副教授，碩士生導師，研究方向為計算機科學與技術。

本文為以下項目的研究成果：吉林省高等教育教學研究課題“5G視域下的計算機專業(yè)硬件類課程教學模式創(chuàng)新與實踐”（ST202005），吉林省教育科學規(guī)劃重點課題“基于‘智慧課堂的單片機課程教學模式研究”（ZD19044），東北電力大學教學研究課題“基于‘智慧課堂的單片機課程教學模式創(chuàng)新與應用研究”（J201909）的研究成果。