徐春霞

摘 要：近年來，翻轉課堂教學模式受到教育領域的廣泛關注，并取得了較為顯著的成效，不僅推動了教學理念、教學模式和學習方法的變革，還促進了教育公平化?，F代信息技術的運用是“翻轉”得以實現的保障，但目前在翻轉技術上還存在著平臺建設相對滯后、視頻源質量參差不齊和終端硬件設備功能繁雜等問題。云智慧教育平臺解決方案根據老師的學生在教學過程中的需求，設計八大子系統(tǒng)，主要包括：一課一網備課系統(tǒng)、智能組卷系統(tǒng)、答題卡智能生成系統(tǒng)、批量智能批閱系統(tǒng)、教學管控平板電腦系統(tǒng)、智能平板授課系統(tǒng)、微課視頻點播系統(tǒng)和在線練習測試系統(tǒng)。這一系統(tǒng)有效地促進了翻轉課堂的實施?？梢灶A計，人工智能浪潮的興起將重塑翻轉課堂的新形態(tài)，為翻轉課堂提供新的操作平臺，進一步促進教育教學的個性化、精準性、自適應性和普適性發(fā)展。

關鍵詞：翻轉課堂；信息技術；教育平臺；人工智能

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）23-0058-04

Abstract： In recent years， the flipped classroom teaching model has attracted wide attention in the field of education， and has achieved remarkable results. It not only promotes the reform of teaching concepts， teaching models and learning methods， but also promotes the fairness of education. The application of modern information technology guarantees the realization of "flip". However， there are still some problems in the flip technology， such as the lag of platform construction， the uneven quality of video sources and the complicated functions of terminal hardware. According to the needs of teachers and students in the teaching process， Cloud Intelligence Education Platform Solutions design eight subsystems including the preparation lesson system with a lesson on one network， the intelligent system with generation of test papers， the intelligent generation system of question cards， the batch intelligent marking system， the tablet computer system of teaching control， the smart tablet teaching system， the VOD system of micro-class video and online exercise test system. This system has effectively promoted the implementation of flipped classroom. It can be predicted that the rise of artificial intelligence will reshape the new form of flipped classroom， provide a new operating platform for flipped classroom， and further promote the development of individualization， accuracy， adaptability and universality of education and teaching.

Keywords： Flipped classroom； information technology； education platform； artificial intelligence

一、概述

近年來，隨著互聯網技術的快速發(fā)展和國家對教育信息化的大力支持，信息技術與教育教學的融合日漸深入，其中以翻轉課堂（Flipped Classroom 或 Inverted Classroom）的影響最為廣泛。翻轉課堂充分體現了互聯網特有的“開放”“共享”的理念，突破了傳統(tǒng)教育觀念的束縛，推動了教學理念、教學模式和學習方法的變革，不僅提升了教育教學質量，還促進了教育的公平化。2011年加拿大《環(huán)球郵報》將翻轉課堂評為影響課堂的重大技術變革。盡管如此，截至到目前學術界對翻轉課堂也沒有一個統(tǒng)一的定義，比較簡單樸素的定義是：將在傳統(tǒng)教室中發(fā)生的教學活動與教室外發(fā)生的活動進行調換。[1]目前，國內越來越多的高校和中小學校都在嘗試將翻轉課堂的理念應用到日常教學中。在實施過程中，多數采用讓學生提前觀看錄制好的微視頻進行自主學習，然后在課堂上老師進行輔導和解疑。這種教學模式改變了人們所詬病的課堂上老師“滿堂灌”，課后學生死記硬背的傳統(tǒng)教學模式，有效激發(fā)了學生學習的積極性和主動性，增強了師生間的交流互動，顯著提升了學生的學習效果。[2]

現代信息技術的運用是課堂得以“翻轉”根本保證。[3]在翻轉課堂實施過程中，應用于教學和學習過程的“技術”，既包括有形的硬件和軟件“物化技術”，如以多媒體計算機技術和網絡通訊技術為核心的物化技術形態(tài)；也包括無形的“智能技術”，如包括學習過程設計和學習環(huán)境設計策略、學習活動、技巧和方法等。[4]但不可否認的是我國翻轉課堂的發(fā)展仍處于摸索階段，不論是實施理念還是軟硬件技術以及教師的自身素質等諸多方面都還面臨著不少的問題和挑戰(zhàn)。翻轉課堂教學模式的有效實施還有各方面共同努力，除了轉變教育觀念外，高效學習環(huán)境的搭建、學習資料的設計和開發(fā)、高度專業(yè)化的教師都是翻轉課堂順利實施的關鍵因素，特別是在信息技術的開發(fā)和應用方面，應該讓教學變得更加高效，減輕從教者的負擔，為師生提供更完善的教學體驗。

二、現有翻轉課堂技術支持體系存在的主要問題

目前，國內翻轉課堂教學過程中所使用的技術支持體系主要包括兩大類：一類是學校和專業(yè)公司合作開發(fā)的專用平臺，該類平臺主要應用在基礎教育領域；另一類是借助一些公共平臺開發(fā)出的應用系統(tǒng)，大部分高校和職業(yè)院校教師使用該類平臺。[5]雖然支撐翻轉課堂發(fā)展的技術體系取得了長足的進步，但仍然存在不少妨礙其實施的技術壁壘，主要表現在：

（一）平臺建設相對滯后

目前，翻轉課堂的運用還缺乏高效的運營平臺，各個學校采用的運作方式差別很大。有使用普通視頻文件分發(fā)的原始方式，有借助優(yōu)酷等第三方公共視頻平臺的，也有采用中國大學慕課網等平臺的，甚至有借助微信平臺的。這些運作方式在一定程度上滿足了學生觀看微視頻的需求，部分也有較完善的交流溝通機制，但這些平臺并不能高效地服務于翻轉課堂，比如，慕課專業(yè)網站雖然是專業(yè)性的平臺，但由于其定位于面向大眾的學習平臺，并不適用于課程教學。另外，運用現在平臺不僅原始的文件分發(fā)費事費力，而且第三方平臺又往往信息繁雜，影響學生的注意力。

（二）視頻源質量參差不齊

現在翻轉課堂使用的微視頻源多種多樣，有的是授課老師自己錄制的，有的是從網上下載的，也有來自其他學校老師分享的。由于大多數老師的計算機專業(yè)知識并不足以支持制作高質量的授課視頻，視頻質量很難得到保證，影響了翻轉課堂的效果。

（三）終端硬件設備功能繁雜

在使用翻轉課堂時，目前多數學校以傳統(tǒng)的PC機為主，也有部分學校借助智能手機或平板電腦。這些設備大多功能比較完善，價格也比較昂貴，除了能運行翻轉課堂所需的軟件外，還支持游戲、影視等功能，自制力不強的學生容易受到干擾，影響正常的學習過程。

三、翻轉課堂技術支持體系的研發(fā)與設計

為了保證翻轉課堂的有序、高效的推廣實施，推動教學模式的改革，需要進一步完善技術支持體系，打造更加高效便捷的軟硬件平臺。技術支持體系的研發(fā)應既要參考國外的運作模式，也要密切聯系我國的具體國情，同時還要充分體現翻轉課堂的本質要求。不僅在自主學習、練習測驗、交流溝通、數據分析、用戶安全等方面能夠適應翻轉課堂的要求，還要在微視頻錄制、資源分發(fā)、效果評價等方面有完善的解決方案。

基于以上認識，本文提出翻轉課堂技術支持體系研發(fā)與設計的框架與思路。

（一）翻轉課堂技術支持體系的總體框架

根據教師在教學過程中的需求，翻轉課堂技術支持體系共包括八大子系統(tǒng)：一課一網備課系統(tǒng)、智能組卷系統(tǒng)、答題卡智能生成系統(tǒng)、批量智能批閱系統(tǒng)、教學管控平板電腦系統(tǒng)、智能平板授課系統(tǒng)、微課視頻點播系統(tǒng)和在線練習測試系統(tǒng)。

云端采用運行Linux（CentOS）系統(tǒng)的集群式服務器架構，在全國主要機房部署高性能公共服務器的同時也將服務器部署到合作學校，并且各大服務器保持實時同步，協同處理。服務器保存了全部的資源、用戶數據，并對龐大的數據進行處理分析。資源展示與應用方面采用最流行的B/S架構，依托HTML5技術實現了用戶大量的交互應用，同時還要開發(fā)相對應的移動端APP，使得用戶能隨時隨地請求云端資源和云端計算結果。智能閱卷部分是結合掃描儀和閱卷系統(tǒng)完成的，掃描儀是根據批閱需求專門定制的硬件支撐設備，主要是將答題卡掃描成可識別文件并上傳到服務器，識別和處理是由云端程序完成的，完美實現一鍵批閱。同時定制開發(fā)一套基于Android操作系統(tǒng)的平板電腦系統(tǒng)，主要解決現有的翻轉課堂硬件終端昂貴，功能雜亂容易導致學生注意力不集中等問題，并實現平臺的更好整合和展示。系統(tǒng)融合了云計算的理念，分散于全國各地的服務器是整套系統(tǒng)的核心，服務器保有大量的資源和提供復雜的數據運算，通過PC端瀏覽器和移動端手機APP進行資源和運算結果的展示。

（二）翻轉課堂技術支持體系的架構

為了給翻轉課堂提供高效便捷的應用平臺，云智慧教育平臺的技術架構設計如下：

1. 云端建設和硬件設備。服務器的部署方式是公共服務器+合作學校內部服務器的兩方面部署，公共服務器保存了所有的云端資源和用戶數據，校內服務器同步保存學校需要的資源和校內師生數據。服務器運行Linux系統(tǒng)，提供HTTP、數據庫、教育系統(tǒng)、數據同步、數據分析等多種服務。公司與合作廠商研發(fā)了專用掃描儀、平板電腦移動終端等硬件設備。數據展示有web網頁、手機APP、定制平板等多種方式。這種設計具有以下四方面的優(yōu)點：

第一，公共服務器能為全國所有用戶提供服務；校內服務器將資源同步到校內局域網，部分功能由本地服務器完成，能為學校提供最優(yōu)的應用體驗和數據安全保護，同時減少公共服務器的壓力；

第二，服務器運行的是CentOS操作系統(tǒng)。具有安全性高、運行穩(wěn)定、執(zhí)行效率高、管理維護方便等優(yōu)勢。

第三，與合作廠商研發(fā)的智能硬件設備完美的解決翻轉課堂實施中的硬件需求，硬件專門定制，具有用戶體驗好、效率高、成本低等優(yōu)勢。

第四，基于HTTP協議的B/S軟件架構具有無需安裝，更新簡單，只需要瀏覽器就能完成所有交互。手機APP能隨時隨地進行交互。定制平板是專為云教育系統(tǒng)研發(fā)的智能終端，能實現所有的交互。

2. 微課視頻。微課視頻是翻轉課堂實施的重要部分，在當前情況下，可以聘請優(yōu)秀的一線教師，按照省份、年級、學科、章節(jié)、知識點等類別，有針對性的錄制全系列高質量的學習視頻，形成連貫的教學體系。每節(jié)微課在5～30分鐘，循序漸進地進行知識點的講解，微課還有配套的練習題，供學生進行自我檢測與提高。微課視頻支持web網頁、手機APP和定制平板等多種終端設備。與此相配套，同時研發(fā)一系列的微課視頻錄制軟件和上傳、審核、分發(fā)系統(tǒng)。以讓更多的優(yōu)秀教師參與到微課視頻的錄制和分享中，不斷擴充云端微課資源。該設計具有以下兩個特點：一是微課視頻點播系統(tǒng)作為翻轉課堂的重要部分，為學生主動學習提供了有效的途徑。為學生自主學習，和老師授課提供了大量資源。每一節(jié)微課視頻都有嚴格的質量把關，確保學生學習的有效性和準確性；二是多種終端設備的支持為學生學習微課視頻提供了更廣闊的途徑，減少了硬件設備的限制，讓更多的學子能有機會體驗到優(yōu)質的教育資源。

3. 練習與測驗。翻轉課堂綜合解決方案中與作業(yè)和批改相關的功能是由在線練習測試系統(tǒng)、智能組卷系統(tǒng)、答題卡智能生成系統(tǒng)、批量智能批閱系統(tǒng)共同組成。設計理念是將作業(yè)與考試結合起來，實現“作業(yè)考試化、考試作業(yè)化”，讓學生隨時隨地都能練習，并能得到完善的題目解答、統(tǒng)計分析。

服務器有大量的練習題目、名校名卷，并對每道題都配備了完善的文字解析，部分題目還有名師講解的視頻。在web網頁、手機APP和定制平板學生可以隨時選擇相應的學科、知識點和題目類型進行習題練習，練習提交后能對本次做題情況進行評分，根據近期的測試數據能幫助學生找出薄弱的知識點，為學生進一步學習提高提出意見。

老師可以通過智能組卷系統(tǒng)挑選出合適的題目，組成課前預習測試、作業(yè)、考試等多種用途的試卷，通過網絡分發(fā)給學生，或者生成可打印的文件用以打印試題，系統(tǒng)還能生成配套的答題卡。學生做完題目后通過云平臺提交給老師，客觀題能自動批改評分，主觀題可批改后自動識別得分結果，也可在線進行批改。批改后的成績能生成詳細的報表，針對練習結果進行有效分析，指出班級學生的薄弱地方，為老師的下一步教學工作提供參考信息。

智能批閱系統(tǒng)是針對大規(guī)模紙質試卷批閱研發(fā)的軟硬件結合的系統(tǒng)，由云端的識別系統(tǒng)、批閱系統(tǒng)、統(tǒng)計系統(tǒng)和智能掃描儀組成。試卷可以是合作出版商印刷好的發(fā)行版，也可以是通過系統(tǒng)在線生成的打印版，試卷支持題卡合一、題卡分離等多種樣式，A4、A3、16K、32K等多種規(guī)格，每張試題和答題卡都印有二維碼。填涂好的試題經過掃描儀生成可識別格式的文件上傳到云服務器，在服務器端進行答題卡的識別分析和統(tǒng)計計算，并將詳細結果通過web網頁和手機APP反饋給用戶。該設計的優(yōu)點主要體現在三個方面：

第一，作業(yè)與批改圍繞學生和老師形成了一套功能完備的軟、硬件作業(yè)解決方案。學生可以隨時隨地通過網絡進行練習測試，鞏固所學的知識點和學習新的知識。老師通過云系統(tǒng)簡化了作業(yè)的布置、分發(fā)、批改和統(tǒng)計的過程，在課前預習、作業(yè)練習、考試檢測等方面都能有效提高師生的效率。

第二，針對紙質試卷的智能批閱系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)的批閱模式，每張試卷都印有二維碼，真正做到無需配置、識別率高、支持混合掃描，依托強大的云技術，批閱速度達到了兩分鐘批閱九個班級。批閱系統(tǒng)既能批閱客觀題也能批閱主觀題。除了支持網上生成答題卡外還可以與出版商合作預先印刷成冊的學習參考書。掃描儀的作用是生成可識別數據并上傳到云端服務器，對掃描儀的要求非常小，而且不需要安裝各種驅動及軟件，降低了成本，增加了效率，使得掃描儀對于任何學?；蛘邆€人都能承擔得起。

第三，云端平臺有著強大的數據存儲和分析能力。老師、學生的每一次練習情況、作業(yè)情況、掃描結果都在云端保存。通過對龐大數據的分析和整合，能準確地分析出學生學習的薄弱環(huán)節(jié)、班級的整體情況、在班級和學校的排名情況等多種數據，為學生的學習和老師的教研提供更多的參考依據。

4. 交流和溝通。促進師生及時有效的溝通和交流是翻轉課堂的關鍵。借助翻轉課堂綜合解決方案中的“名師答疑”系統(tǒng)，學生可以將自主學習和平時學業(yè)中遇到的疑惑在平臺上進行提問，對于學生提出的問題老師會給予細心的解答。當然，學生提出的問題不僅僅是學習方面的，生活、心理等各個方面的疑惑都能在這個欄目中得到解答。系統(tǒng)優(yōu)化了排序算法，確保每一個學生提出的每一個問題都能得到及時有效的解答。該項設計的特點是：一、“名師答疑”系統(tǒng)對于學生線上的交流和溝通具有重要作用，為許多學子解決了大量的疑惑；二、每天都有大量的問題提出并被解答，任何學生都可以查看解答的過程和結果，老師和學生都有較高的積極性。

5. 備課和授課。一課一網備課系統(tǒng)是為學校教師的備課和授課研發(fā)的一套整體解決方案。云端系統(tǒng)針對每一節(jié)課、每一個知識點都提供了大量的備課素材和精心設計的備課模板。老師通過線上完成課堂備課，并把教案實時保存在云端服務器。上課時，老師打開授課網站便能實現在線授課，并與學生進行交流互動。

該項設計的優(yōu)點是：一、一課一網，在線備課，在線授課，所有數據都實時保存在云端服務器，只要接入服務器隨時都能授課；二、依托強大的云端資源，能展示更多優(yōu)秀的教學視頻、音頻、圖形，系統(tǒng)還能與學生進行交流互動（在學生使用授課平板時能進行課上實時演練、趣味搶答等），增加教學趣味，更能吸引學生的學習興趣。

6. 智能終端設備。當前，翻轉課堂難以廣泛推廣的原因之一就是受設備限制。發(fā)達國家的翻轉課堂多依托PC終端和一些開放智能設備，但這些設備一般都是價格昂貴并且功能繁雜，在應用上也會受到限制。價格昂貴，體積較大的PC設備在學校和個人家庭難以作為翻轉課堂的終端而有效推廣開來，新興的智能手機等設備雖然攜帶方便但一般售價較高。并且PC、智能手機等功能繁雜，這些設備上的游戲、影視等對學生可能更有吸引力，很容易讓自制力不強的中小學生受到分心。

翻轉課堂綜合解決方案中，我們計劃打造專門的個人移動終端——教學管控平板電腦。平板電腦由專用硬件（由合作廠商提供）和定制系統(tǒng)（教學管控平板電腦系統(tǒng)）組成。系統(tǒng)由當前流行的開源操作系統(tǒng)--Android系統(tǒng)定制開發(fā)而來，對系統(tǒng)進行底層的定制和管控，去除一些不必要的與教學無關的模塊（例如包安裝模塊，用于apk安裝包的解析和安裝），避免學生用設備玩游戲觀看無關影視，并開發(fā)一系列配套的教育實用軟件。為學生提供一個功能強大的翻轉課堂專用個人學習終端。

平板電腦整合翻轉課堂相關系統(tǒng)的各個模塊，為學生學習微課視頻、在線習題練習、解惑交流、上課授課、作業(yè)考試、個人學習分析等提供最有效的幫助。

該項設計具有以下特點：

第一，自主定制的系統(tǒng)，整合在線教育的各個方面，優(yōu)秀的用戶體驗。軟件和硬件都是專門定制，因此具有較高的系統(tǒng)整合度，能夠獲得較好的用戶體現，平板電腦從系統(tǒng)層去除了游戲、無關影音等功能實現的可能性，有助于學生專注于學習。在移動互聯網高度發(fā)展的今天，ARM架構的移動設備在價格和性能方面都有較好的表現，平板電腦在保持高質量的同時能做到較低的價格，使得絕大多數學生都能用得起。

第二，ARM架構的平板電腦功耗較低，續(xù)航時間長，體積較小，方便學生隨身攜帶，隨處學習。

第三，平板電腦的研發(fā)將使得翻轉課堂個人終端得以廣泛應用，為翻轉課堂的實施提供了硬件保障，是廣泛推行翻轉課堂的重要一步。

四、翻轉課堂技術支持體系的發(fā)展趨勢

當前信息技術的發(fā)展進入了新的發(fā)展階段，大數據、移動互聯網、超級計算、傳感網、腦科學等新理論新技術日新月異。尤其是人工智能加速發(fā)展，呈現出深度學習、跨界融合、人機協同、群智開放、自主操控等新特征，推動經濟社會各領域從數字化、網絡化向智能化加速躍升。[6]人工智能浪潮的興起也為翻轉課堂提供了新的操作平臺，重塑翻轉課堂的新形態(tài)，進一步促進教育教學的個性化、精準性、自適應性和普適性發(fā)展，推動翻轉課堂從“教學流程的顛倒”轉向“技術支持的教學系統(tǒng)結構性變革”。[7]這種變革將至少體現在以下幾個方面：一是智能化。支持翻轉課堂的技術平臺將越來越具有智能化，在線學習環(huán)境將與生活場景無縫融合，人機交互更加便捷智能，智慧教學將給學習者帶來新的學習體驗；二是個性化?；趯W習者的個人信息、認知特征、學習記錄、位置信息、媒體社交信息等數據庫，翻轉課堂可以借助人工智能程序構建學習者模型，針對學習者的個性化需求，實現個性化資源、學習路徑、學習服務的人個推送；三是融合化。翻轉課堂和MOOC、微課的融合化趨勢將日趨明顯，微課是連接MOOC和翻轉課堂的橋梁，而MOOC 既可以作為翻轉課堂教學的資源平臺，又可以成為翻轉課堂網絡學習協作平臺，翻轉課堂又深化了微課和MOOC作為教學資源的屬性，使其在教學中得到充分利用，發(fā)揮更高的價值。三者的融合也是信息化環(huán)境下教育教學創(chuàng)新的一種重要形式。

參考文獻：

[1]張萍，DING Lin，張文碩.翻轉課堂的理念、演變與有效性研究[J].教學學報，2017，02.

[2]趙興龍.翻轉課堂的先進性與局限性[J].中國教育學刊，2013，04.

[3]卜彩麗，孔素真.現狀與反思：國內翻轉課堂研究評述[J].中國遠程教育，2016，02.

[4]劉邦奇.翻轉課堂的技術特征及發(fā)展趨勢[J].中國教育信息化，2015，09.

[5]杜俊俐，李曉楠.基于現有信息化資源的操作系統(tǒng)課程反轉課堂實踐[J].大學教育，2016，02.

[6]曾貞.反轉教學的特征、實踐及問題[J].中國電化教育，2012，07.

[7]周麗娜，李全龍，劉旭東.基于MOOC等網絡開放資源的數據庫系統(tǒng)課程混合式教學模式研究[J].計算機教育，2017，07.