基于大數(shù)據(jù)環(huán)境的智慧課堂模式設(shè)計(jì)

盧秋錦

(寧波城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息與智能工程學(xué)院，浙江 寧波 315000)

0 引言

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，教育領(lǐng)域越來(lái)越注重大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)的應(yīng)用，促使傳統(tǒng)課堂向具有互動(dòng)化、智能化等特征的智慧課堂轉(zhuǎn)變，從而滿足學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求[1]。這種新型的課堂模式融入了大數(shù)據(jù)技術(shù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋分析，提升了教學(xué)效果與學(xué)生的個(gè)人學(xué)習(xí)行為，有效推動(dòng)了教育信息化發(fā)展。

1 大數(shù)據(jù)與智慧課堂概念

1.1 大數(shù)據(jù)

作為近年流行起來(lái)的新詞匯，國(guó)內(nèi)研究學(xué)者尚沒(méi)有對(duì)大數(shù)據(jù)概念作出統(tǒng)一界定。筆者綜合學(xué)者們的觀點(diǎn)，認(rèn)為大數(shù)據(jù)主要包括一些可感知、可采集、可加工的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過(guò)軟件集成被收集起來(lái)，并用于后續(xù)的研究挖掘。大數(shù)據(jù)有4V特點(diǎn)：Volume(大量)，數(shù)據(jù)體量巨大；Velocity(高速)，處理速度快(1 s定律)；Variety(多樣)，數(shù)據(jù)類型繁多；Value(價(jià)值)，合理利用數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行正確、準(zhǔn)確的分析，將會(huì)帶來(lái)很高的價(jià)值回報(bào)。在現(xiàn)代課堂教育中運(yùn)用大數(shù)據(jù)，將提升課堂教學(xué)效果與學(xué)生的個(gè)人學(xué)習(xí)行為，在一定程度上推動(dòng)教育信息化發(fā)展，是對(duì)傳統(tǒng)教育模式的一次重大革新[2]。

1.2 智慧課堂

作為一種生動(dòng)高效的教學(xué)活動(dòng)，智慧課堂融合了先進(jìn)的信息技術(shù)與教育教學(xué)模式，通過(guò)收集、反饋分析大數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)造個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，改進(jìn)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)行為，其特征主要包括兩個(gè)方面：①全向互動(dòng)。智慧課堂借助多樣的技術(shù)手段量化師生教學(xué)行為，交互式電子白板等設(shè)備為課堂互動(dòng)提供現(xiàn)實(shí)環(huán)境，使課堂教學(xué)迸發(fā)出新的活力;②數(shù)據(jù)把脈。在智慧課堂上，教師通過(guò)交互式智能終端同步記錄學(xué)習(xí)路徑，追蹤學(xué)習(xí)過(guò)程，為教學(xué)“把脈”。

1.3 大數(shù)據(jù)+智慧課堂教育

圖1 優(yōu)勢(shì)特征

在信息化普及的今天，“大數(shù)據(jù)+智慧課堂教育”正主導(dǎo)著未來(lái)教育發(fā)展的方向，兩者結(jié)合具有一定的優(yōu)勢(shì)，如圖1所示。在智慧課堂上，所有的教學(xué)活動(dòng)都與數(shù)據(jù)有關(guān)，通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)化獲取，教師可以對(duì)課堂教學(xué)情況進(jìn)行反饋，從而使這種以數(shù)據(jù)為依托而作出的決策更加可靠[3]。同時(shí)，交互智能化是其較重要的特征，主要通過(guò)學(xué)生端與教師端的數(shù)據(jù)交互設(shè)備實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)主要城市都開(kāi)始致力于打造“智慧教育云”，這類平臺(tái)以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為基礎(chǔ)，建立智能分析與決策信息發(fā)布系統(tǒng),使用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析技術(shù),為當(dāng)?shù)亟逃芾砼c決策提供全面準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2 智慧課堂模式構(gòu)建案例

2.1 教學(xué)內(nèi)容

以數(shù)學(xué)教學(xué)為案例，課程教學(xué)內(nèi)容選用《平行四邊形的面積》，主要教授學(xué)生圖形與幾何的基本知識(shí)，使學(xué)生掌握平行四邊形面積的計(jì)算方法以及推導(dǎo)過(guò)程。這部分內(nèi)容旨在幫助學(xué)生分析圖形之間的聯(lián)系與特征，并將其與生活相聯(lián)系，轉(zhuǎn)數(shù)學(xué)思維為生活智慧。

2.2 功能模塊

本文設(shè)計(jì)的智慧課堂主要涵蓋4個(gè)功能模塊：

(1)智慧管理。該模塊主要實(shí)現(xiàn)線上線下的業(yè)務(wù)管理功能，線上讓學(xué)生進(jìn)行課程學(xué)習(xí)、在線作業(yè)、學(xué)習(xí)行為記錄及各種測(cè)試，具體有實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)軌跡、在線測(cè)試、教學(xué)信息發(fā)布、評(píng)教評(píng)學(xué)、成績(jī)管理、錯(cuò)題管理等[4]。學(xué)生利用電腦設(shè)備或移動(dòng)終端學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)留下學(xué)習(xí)行為、偏好與習(xí)慣等數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)是每個(gè)學(xué)生的信息資源，可作為大數(shù)據(jù)教學(xué)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。智慧課堂平臺(tái)所記錄的行為數(shù)據(jù)可進(jìn)行在線學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。線下評(píng)價(jià)依托傳統(tǒng)教室環(huán)境進(jìn)行隨堂測(cè)試，主要針對(duì)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)行為做出一系列評(píng)價(jià)。線上分組學(xué)習(xí)活動(dòng)內(nèi)容包括合作解決問(wèn)題、合作成果展示、問(wèn)題探索、教師點(diǎn)評(píng)等等。在智慧課堂中，課堂自我評(píng)價(jià)、學(xué)習(xí)狀態(tài)與學(xué)習(xí)成果構(gòu)成線下教學(xué)評(píng)價(jià)。自我評(píng)價(jià)是指對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的客觀評(píng)價(jià)。學(xué)習(xí)狀態(tài)主要包括學(xué)生在課堂上的狀態(tài)，即交流、注意力、情緒、思維與結(jié)果5種狀態(tài)。學(xué)習(xí)成果包括完成的作業(yè)與測(cè)試結(jié)果等。

(2)學(xué)習(xí)資源平臺(tái)。學(xué)習(xí)資源是師生之間進(jìn)行教與學(xué)活動(dòng)的基礎(chǔ)，指在教學(xué)活動(dòng)過(guò)程中需要的信息資源與實(shí)物媒體。這里的信息資源主要涵蓋信息技術(shù)、設(shè)備設(shè)施、信息生產(chǎn)者等信息活動(dòng)要素。實(shí)物媒體則具有真實(shí)感、空間感與立體感，形象化與直觀化較強(qiáng)，即在學(xué)習(xí)過(guò)程中所使用到的實(shí)物、標(biāo)本、模型等。資源平臺(tái)是智慧課堂平臺(tái)建設(shè)重要的組成部分，能為學(xué)生與教師搭起交流合作的橋梁，是各種資源的集結(jié)地。該功能主要實(shí)現(xiàn)各類相關(guān)教學(xué)資源的整合。學(xué)生與教師通過(guò)身份驗(yàn)證接入系統(tǒng)后，不同身份可以訪問(wèn)各自的資源。教師端可以訪問(wèn)素材庫(kù)、試題庫(kù)、課件庫(kù)、教案庫(kù)、微課庫(kù)等，學(xué)生端可以了解在線作業(yè)批改情況、在線考試成績(jī)查詢、在線錯(cuò)題及相關(guān)試題講解與同類易錯(cuò)題的推送等功能。

(3)移動(dòng)學(xué)習(xí)。目前，平板電腦作為移動(dòng)設(shè)備在智慧課堂中的使用率非常之高，移動(dòng)學(xué)習(xí)模塊的即時(shí)性特點(diǎn)，讓學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)、作業(yè)、考試等。該功能主要面向?qū)W生用戶，學(xué)生利用移動(dòng)終端訪問(wèn)APP實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)身份識(shí)別、行為記錄。除了作業(yè)、測(cè)試、成績(jī)查詢外，還可通過(guò)搜集到的學(xué)生與教師的即時(shí)互動(dòng)，評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)與教師授課效果。通過(guò)大數(shù)據(jù)篩選，建立綜合數(shù)學(xué)模型，量體裁衣智能化制定個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案[5]。

(4)教育社區(qū)。該模塊主要實(shí)現(xiàn)教育教學(xué)社區(qū)化，以實(shí)現(xiàn)小團(tuán)體線上討論研究。以班級(jí)為單位建立起的教育社區(qū)彌補(bǔ)了數(shù)字化校園缺陷，在此模塊中，學(xué)生和教師可以相互討論，甚至可以發(fā)布自己錄制的微課視頻。上課時(shí)間在教室，而下課時(shí)間就在社區(qū)，打破座位及班級(jí)界限，人人都可參與討論。

2.3 輔助技術(shù)

在現(xiàn)代教學(xué)中，智能高效的教學(xué)輔助技術(shù)被廣泛應(yīng)用。這些技術(shù)融合了大數(shù)據(jù)的元素與特征，為教師與學(xué)生搭建了成熟的智慧化學(xué)習(xí)環(huán)境。本文選取云端診斷分析服務(wù)與智慧輔助系統(tǒng)兩種技術(shù)進(jìn)行智慧課堂教學(xué)案例分析。

(1)云端診斷分析服務(wù)。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為等數(shù)據(jù)十分龐大，需要將其放置云端進(jìn)行存儲(chǔ)。借助云計(jì)算技術(shù)，教師可以將學(xué)生的隨堂練習(xí)與課后的線上作業(yè)情況收集整理，并從橫向與縱向兩方面對(duì)云端生成的診斷報(bào)告展開(kāi)分析，從而全面了解不同水平學(xué)生在學(xué)習(xí)知識(shí)過(guò)程中所遇到的困難。依托云端診斷分析服務(wù)，教師可以精準(zhǔn)評(píng)估出學(xué)生弱點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容與補(bǔ)救策略。而課堂效果的分析也往往來(lái)自于教師對(duì)這些云端學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的挖掘與積累。

(2)智慧輔助系統(tǒng)。在高新技術(shù)支持下，越來(lái)越多的教師開(kāi)始借助多種功能豐富的智慧化教學(xué)輔助工具實(shí)施現(xiàn)代教學(xué)，例如互動(dòng)白板、遙控器、接收器、手機(jī)平板以及實(shí)物提示機(jī)等。這些設(shè)備共同構(gòu)成智慧輔助系統(tǒng)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，并伴有教學(xué)互動(dòng)，為智慧教育提供了可能[6]。本文在設(shè)計(jì)智慧課堂時(shí)，選取接收器、反饋器等智慧輔助設(shè)備改善課堂教學(xué)。將這些設(shè)備運(yùn)用于智慧課堂將有助于提高學(xué)生的個(gè)人學(xué)習(xí)行為，為開(kāi)展高效的課堂教學(xué)提供保障。

2.4 課堂教學(xué)

課堂教學(xué)中,將課前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、課中實(shí)施環(huán)節(jié)與課后提升環(huán)節(jié)貫穿于智慧課堂的教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生快樂(lè)學(xué)習(xí)與思考，收到意想不到的課堂效果。

(1)課前準(zhǔn)備環(huán)節(jié)。筆者設(shè)計(jì)出“游一游”環(huán)節(jié)來(lái)導(dǎo)入新課(見(jiàn)圖2)。圖2呈現(xiàn)的主要是一處公園場(chǎng)景，其中包含了許多形狀各異的物體與設(shè)施，例如綠化帶、草坪等。在展示完場(chǎng)景后，教師拋出圖形問(wèn)題供學(xué)生課前思考，如“之前學(xué)過(guò)平面圖形，大家對(duì)此也有所認(rèn)識(shí)，那么圖中哪些場(chǎng)景與物體屬于此類？”將課堂教學(xué)與生活實(shí)際有機(jī)結(jié)合，把學(xué)生的課堂聽(tīng)覺(jué)融入到現(xiàn)實(shí)視覺(jué)、感覺(jué)中，使認(rèn)識(shí)更加具體而清晰。在完成“游一游”之后，接下來(lái)開(kāi)始“想一想”環(huán)節(jié)(見(jiàn)圖3)。教師可以問(wèn)學(xué)生“會(huì)計(jì)算圖中平面圖形的面積嗎？動(dòng)動(dòng)小腦筋，想一想?！蓖ㄟ^(guò)這類引導(dǎo)模式，成功地將公園轉(zhuǎn)化為智慧場(chǎng)景，使學(xué)生在課前意識(shí)到數(shù)學(xué)與生活的聯(lián)系，并通過(guò)交流互動(dòng)，探索實(shí)際生活中的數(shù)學(xué)奧秘。

圖2 游一游

圖3 想一想

(2)課中實(shí)施環(huán)節(jié)。自始至終貫穿著反饋系統(tǒng)，教師課前通過(guò)智慧系統(tǒng)隨機(jī)分小組，課中推送“數(shù)一數(shù)”任務(wù)，通過(guò)數(shù)方格的方式引導(dǎo)小組學(xué)生完成平行四邊形草坪的面積計(jì)算。之后為了培養(yǎng)動(dòng)手操作能力，教師應(yīng)開(kāi)展“割一割”環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生動(dòng)手切割手中的紙片，教師則通過(guò)HITA助教功能隨機(jī)對(duì)“割一割”過(guò)程進(jìn)行錄制，并讓學(xué)生通過(guò)屏幕觀看。在觀看“割一割”過(guò)程中，學(xué)生不僅體會(huì)課堂活動(dòng)的快樂(lè)，還學(xué)會(huì)了新的數(shù)學(xué)知識(shí)，即平行四邊形紙片如何拼成長(zhǎng)方形，這一過(guò)程正好符合“慧”學(xué)的理念。隨后引導(dǎo)學(xué)生將紙片進(jìn)行分割，動(dòng)手拼接成長(zhǎng)方形，進(jìn)而做到知識(shí)遷移，并通過(guò)拍照與所有學(xué)生分享互動(dòng)，分享個(gè)別學(xué)生的作品。最后進(jìn)行小組交流，隨機(jī)挑選3組代表進(jìn)行匯報(bào)，采用拍照推送功能，將通過(guò)數(shù)方格獲知面積的過(guò)程推送到白板終端設(shè)備，在整個(gè)完成過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“長(zhǎng)方形的長(zhǎng)和寬”“平行四邊行的底和高”的關(guān)系進(jìn)行思考，通過(guò)反饋器統(tǒng)計(jì)結(jié)論。

(3)課后提升環(huán)節(jié)。主要包括個(gè)性化推送與作業(yè)檢驗(yàn)兩項(xiàng)內(nèi)容。

通過(guò)課堂上的各個(gè)環(huán)節(jié)活動(dòng)，教師會(huì)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的情況作出初步評(píng)判。之后，教師分析每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)(反饋器顯示結(jié)果)與課堂活動(dòng)情況，并通過(guò)課后作業(yè)形式進(jìn)行個(gè)性化推送環(huán)節(jié)操作。線上作業(yè)收集也是智慧課堂的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)隨堂練習(xí)與課后作業(yè)兩方面完整評(píng)估學(xué)習(xí)效果。教師可在虛擬班級(jí)頁(yè)面提供需要學(xué)生完成的作業(yè)內(nèi)容與提交時(shí)間。學(xué)生端可以接收教師的作業(yè)內(nèi)容。對(duì)于到時(shí)沒(méi)有提交作業(yè)的學(xué)生，教師可催交提醒。對(duì)于已交作業(yè)可將作業(yè)按照主觀題與客觀題區(qū)分。客觀題可自動(dòng)批改。主觀題由教師完成批改，平臺(tái)提供作業(yè)打分工具與評(píng)語(yǔ)模板。學(xué)生對(duì)于教師的作業(yè)評(píng)價(jià)可隨時(shí)查閱。該環(huán)節(jié)極大提高了教師的工作效率，降低了工作強(qiáng)度。學(xué)習(xí)情況可匯總提供分析報(bào)告或以班級(jí)為單位提供作業(yè)匯總分析報(bào)告。

2.5 課堂總結(jié)

在智慧課堂模式下，課堂中的及時(shí)反饋系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用。隨著教學(xué)環(huán)節(jié)的開(kāi)展，學(xué)生學(xué)習(xí)狀況被實(shí)時(shí)以數(shù)據(jù)的形式統(tǒng)計(jì)出來(lái)用于教學(xué)分析。教師通過(guò)分析反饋的數(shù)據(jù)，了解每位學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展情況，并對(duì)理解能力、動(dòng)手能力差的學(xué)生開(kāi)展個(gè)性化輔導(dǎo)，提高教學(xué)效果[8]。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著教育信息化應(yīng)用水平地不斷提高，信息技術(shù)應(yīng)用于課堂教學(xué)日益常態(tài)化，越來(lái)越多的教師嘗試或正在利用互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、智能手機(jī)等改變教學(xué)方式與方法。有的學(xué)生在教師指導(dǎo)下開(kāi)展或自主開(kāi)展了基于互聯(lián)網(wǎng)的學(xué)習(xí)，教育信息化對(duì)教育改革發(fā)展的支撐引領(lǐng)作用日益凸顯。大數(shù)據(jù)技術(shù)與課堂教學(xué)的深度融合造就了智慧課堂，智慧課堂有助于教師因材施教，提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知的興趣[9]。