姚靜 邵子馨

摘 要：現(xiàn)代智慧課堂工具為教師監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)行為提供了可能。在調(diào)研國(guó)內(nèi)外智慧課堂先進(jìn)教學(xué)工具的基礎(chǔ)上加以實(shí)踐，利用雨課堂工具采集學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生表現(xiàn)的動(dòng)態(tài)跟蹤，得出初步的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，凝練出了將信息技術(shù)手段融入教學(xué)全過(guò)程的智慧教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：智慧教學(xué) 雨課堂 學(xué)習(xí)監(jiān)督

一、因材施教與精熟學(xué)習(xí)

“因材施教”源自孔子的教育思想，是一項(xiàng)重要的教學(xué)方法和教學(xué)原則，也是現(xiàn)代教育中積極倡導(dǎo)的做法。教育發(fā)展追求的是學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，而不是標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，世界各國(guó)的教育改革都倡導(dǎo)針對(duì)學(xué)生個(gè)體差異實(shí)施個(gè)性化教學(xué)。20世紀(jì)70年代，美國(guó)心理學(xué)家B. S. Bloom針對(duì)美國(guó)教育制度中只注意培養(yǎng)少數(shù)尖子學(xué)生，而忽視犧牲大多數(shù)學(xué)生發(fā)展的弊端，提出了“精熟學(xué)習(xí)”（Mastery-based Learning）的學(xué)習(xí)觀，他指出，學(xué)生學(xué)習(xí)成就上的差異，是因?yàn)槲覀儗?duì)每一個(gè)學(xué)生提供了相同的教學(xué)及相同的學(xué)習(xí)時(shí)間，并且沒(méi)有提供個(gè)別的補(bǔ)救教學(xué);而這種現(xiàn)象同樣也存在于目前國(guó)內(nèi)很多高校的教學(xué)之中。

要真正讀懂學(xué)生、根據(jù)學(xué)生的表現(xiàn)來(lái)施以個(gè)性化教學(xué)并不容易實(shí)現(xiàn)。舉例說(shuō)來(lái)，在大學(xué)一二年級(jí)的通識(shí)課程中，班級(jí)規(guī)模往往都達(dá)到80人甚至100人以上，即便是高年級(jí)20～30人左右的小班，如何精準(zhǔn)地掌握每一個(gè)學(xué)生的情況也都是一個(gè)難題，而這恰恰是因材施教的第一步與關(guān)鍵一步。正是教師貌似公平地對(duì)待每個(gè)學(xué)生，忽視了學(xué)生基礎(chǔ)和接受理解能力上的差異，使得學(xué)生越發(fā)分化。如果對(duì)教學(xué)情況的把握能夠從宏觀的班級(jí)群體深入到微觀的學(xué)生個(gè)體，動(dòng)態(tài)跟蹤學(xué)生的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的不足并預(yù)警，那么對(duì)于教師盡早采取干預(yù)措施或者重新分配課程資源是很有幫助的，從而最終使得學(xué)生提高學(xué)業(yè)表現(xiàn)，更好地掌握和運(yùn)用知識(shí)。

關(guān)心學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，不僅關(guān)乎教師的責(zé)任心，更需要有相應(yīng)的技術(shù)支持。觀察當(dāng)前全球教育環(huán)境不難發(fā)現(xiàn)，信息技術(shù)的迅猛發(fā)展改變了高等院校教學(xué)的方法和手段，正在引起高等教育的深刻變革。S. Khan在2015年的TED演講中呼吁“Lets teach for mastery”，并已經(jīng)將這一思想應(yīng)用于Khan Academy的課程設(shè)計(jì)中。如果說(shuō)這主要是面向K-12的學(xué)生群體，那么近年來(lái)慕課（MOOC）則在高等教育領(lǐng)域呈現(xiàn)出一種井噴式的發(fā)展態(tài)勢(shì)，關(guān)于這一新事物的思考也逐漸走向理性。在慕課中帶有明確目標(biāo)的細(xì)小步驟學(xué)習(xí)進(jìn)程設(shè)計(jì)，其實(shí)就是精熟學(xué)習(xí)理論的實(shí)際應(yīng)用，為學(xué)習(xí)者提供了個(gè)性化學(xué)習(xí)的可能。

二、智慧教學(xué)的意義與現(xiàn)狀

各種信息化技術(shù)手段已經(jīng)使得動(dòng)態(tài)跟蹤學(xué)生的表現(xiàn)成為可能。不過(guò)，獲取數(shù)據(jù)只是第一步，如何利用好這些數(shù)據(jù)，從而識(shí)別出接受較慢的學(xué)生并及時(shí)查缺補(bǔ)漏給予幫助，對(duì)接受較快的學(xué)生提出高要求并提供更深的素材和問(wèn)題，讓學(xué)生得以個(gè)性化發(fā)展，才是目標(biāo)所在。若能利用智慧課堂數(shù)據(jù)，可以在教學(xué)的“課前、課上、課后”各個(gè)環(huán)節(jié)都動(dòng)態(tài)跟蹤學(xué)生表現(xiàn)數(shù)據(jù)，必將更加全面自然地反映學(xué)生情況。大量數(shù)據(jù)的涌入，提供了更多體現(xiàn)學(xué)生狀態(tài)的信息，但同時(shí)也增加了數(shù)據(jù)處理的難度，因此必須要使用有效的數(shù)據(jù)挖掘手段才能得以盡早識(shí)別出需要幫助的學(xué)生，并及時(shí)加以個(gè)性化輔導(dǎo)。

信息技術(shù)對(duì)教學(xué)的影響是全方位的，且信息技術(shù)與教學(xué)深度融合已勢(shì)在必行。除了在線(xiàn)學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂、混合式學(xué)習(xí)等模式的發(fā)展，如何在日常課堂教學(xué)中捕捉學(xué)生的表現(xiàn)并加以監(jiān)督預(yù)測(cè)，仍然需要研究。信息技術(shù)使得教育模式從以往的“依托經(jīng)驗(yàn)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”成為可能，并且正在逐步融入到教學(xué)活動(dòng)中。近年來(lái)出現(xiàn)的“智慧課堂”理念，就是要破除簡(jiǎn)單地向?qū)W生搬運(yùn)知識(shí)的行為，而轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性、激發(fā)學(xué)生潛在素質(zhì)，使學(xué)生產(chǎn)生智慧和能力的過(guò)程。

例如，投票回饋系統(tǒng)（Clicker）在國(guó)外和國(guó)內(nèi)的使用已經(jīng)有若干年的歷史，可以讓教師在課堂上實(shí)時(shí)了解學(xué)生的表現(xiàn)，從而調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，一定程度上改變了傳統(tǒng)課堂上“滿(mǎn)堂灌”的現(xiàn)象。2015年A. Ahadi等人提出了采用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，基于學(xué)生背景數(shù)據(jù)（性別、學(xué)術(shù)成績(jī)、編程經(jīng)歷、課堂和實(shí)驗(yàn)室表現(xiàn)等），自動(dòng)識(shí)別出需要幫助的學(xué)生[1];2016年University of California， San Diego的L. Porter等人在“Computer Science 1”課程中進(jìn)行試驗(yàn)，表明學(xué)生在課程中使用投票器回答問(wèn)題的正確性與最終的考試成績(jī)具有相關(guān)性，并且這種相關(guān)性可以在學(xué)期最初的三個(gè)星期就體現(xiàn)出來(lái)[2， 3]。而國(guó)內(nèi)由清華大學(xué)研發(fā)推出的智慧教學(xué)工具“雨課堂”，則是實(shí)現(xiàn)了面向教學(xué)大數(shù)據(jù)的“全景式記錄”，可以在課堂上實(shí)時(shí)問(wèn)答互動(dòng)、進(jìn)行難點(diǎn)反饋，并覆蓋課程每一個(gè)環(huán)節(jié)，提供立體化的教學(xué)數(shù)據(jù)，從而忠實(shí)地還原真實(shí)課堂的絕大多數(shù)教學(xué)過(guò)程，目前已經(jīng)在全球超過(guò)一萬(wàn)所院校推廣使用。目前已有不少文獻(xiàn)針對(duì)具體課程利用雨課堂產(chǎn)生的真實(shí)學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)進(jìn)行了可視化分析與研究[4， 5]。這些都為監(jiān)督學(xué)生表現(xiàn)提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。利用最新的數(shù)據(jù)采集手段，可以進(jìn)一步改善數(shù)據(jù)采集的完整性，而有效的數(shù)據(jù)處理方法就成為準(zhǔn)確識(shí)別出學(xué)生對(duì)知識(shí)要點(diǎn)掌握層次的關(guān)鍵。

三、利用智慧課堂工具的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為的智慧跟蹤，需要教師對(duì)教學(xué)工作方式進(jìn)行改進(jìn)。比如，除了傳統(tǒng)教學(xué)的備課之外，需要額外進(jìn)行一些工作，舉例如下：

（1）預(yù)習(xí)課件與隨堂習(xí)題的設(shè)計(jì)：根據(jù)每一單元的教學(xué)目標(biāo)和知識(shí)點(diǎn)，除了通常授課的課件外，設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)課件，對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)。隨堂習(xí)題則要具有針對(duì)性和代表性，能夠反映出重難點(diǎn)和易錯(cuò)點(diǎn)。

（2）教學(xué)各環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備與數(shù)據(jù)采集：課前確定教學(xué)目標(biāo)，向?qū)W生推送學(xué)習(xí)資源，并收集學(xué)生關(guān)于課前問(wèn)題和預(yù)習(xí)情況的數(shù)據(jù);課上采集出勤率、隨堂習(xí)題答題時(shí)間、正確率等數(shù)據(jù)，與學(xué)生實(shí)時(shí)互動(dòng);課后師生可使用即時(shí)反饋對(duì)教學(xué)全過(guò)程進(jìn)行回顧總結(jié)和雙向評(píng)價(jià)，教師診斷每個(gè)學(xué)生可能存在的問(wèn)題和需求，支持學(xué)生的自適應(yīng)學(xué)習(xí)。這些步驟可以利用智慧課堂工具來(lái)完成。

（3）學(xué)生表現(xiàn)動(dòng)態(tài)跟蹤的可視化：通過(guò)信息圖表的形式，對(duì)課堂教學(xué)、考試測(cè)評(píng)、網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示，找出學(xué)生日常學(xué)習(xí)狀態(tài)的變化趨勢(shì)和規(guī)律。

（4）學(xué)生數(shù)據(jù)的整合：由于數(shù)據(jù)來(lái)源的差異性，多源異構(gòu)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)須在處理之前進(jìn)行整理歸一化，對(duì)格式、完整性進(jìn)行處理和驗(yàn)證，這是后期尋找規(guī)律和進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。

（5）學(xué)生行為數(shù)據(jù)的處理：包括模型算法的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)更新與迭代等，對(duì)整合后的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計(jì)算、比對(duì)、診斷，實(shí)現(xiàn)面向教學(xué)全過(guò)程的數(shù)據(jù)跟蹤、分析。需要建立合理的數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)有效的算法，并通過(guò)更新數(shù)據(jù)不斷修正模型，增強(qiáng)模型的準(zhǔn)確度和穩(wěn)

健性。

這些工作在實(shí)際操作中增加了教師在傳統(tǒng)備課以外的工作量，但是如果實(shí)施得當(dāng)，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)行為會(huì)起到很好的跟蹤監(jiān)督作用，從而在多層面、多角度和多粒度掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。如果教師能合理利用智慧教學(xué)的工具，盡早發(fā)現(xiàn)需要幫助的學(xué)生并采取補(bǔ)救，對(duì)于學(xué)生擺脫學(xué)習(xí)困境、防止學(xué)習(xí)的挫敗感和對(duì)課程的恐懼排斥、提高學(xué)習(xí)成績(jī)、以至提升對(duì)課程的興趣和素養(yǎng)都非常重要。而對(duì)于表現(xiàn)較好的學(xué)生，教師也可以?xún)?yōu)中選優(yōu)，有意識(shí)地加以拔高

培養(yǎng)。

四、學(xué)生學(xué)習(xí)行為監(jiān)督的初步結(jié)果

以理工科高校一年級(jí)必修課“線(xiàn)性代數(shù)”為例，對(duì)于這門(mén)課學(xué)生經(jīng)常會(huì)因其概念的抽象性而覺(jué)得學(xué)習(xí)困難。我們采用雨課堂智慧教學(xué)工具，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行全程跟蹤。本文以該門(mén)課程一個(gè)學(xué)期所產(chǎn)生的真實(shí)數(shù)據(jù)為例，收集學(xué)生的日常學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)（如課前預(yù)習(xí)、出勤率、隨堂測(cè)驗(yàn)與自測(cè)題完成情況等）及課后作業(yè)、習(xí)題課小測(cè)驗(yàn)、期中考試、期末考試成績(jī)數(shù)據(jù)等，并結(jié)合學(xué)生學(xué)號(hào)、性別等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。本文所分析數(shù)據(jù)涉及182人，其中女生63名，男生119名。

分析結(jié)果表明，期中和期末考試男生的平均成績(jī)分別比女生高1.88分和2.67分。然而從作業(yè)與小測(cè)成績(jī)可見(jiàn)，女生分別比男生平均高出2.4分和0.78分，即在非正式考試的表現(xiàn)中女生優(yōu)于男生。這一定程度上反映出，總體而言，女生的學(xué)習(xí)態(tài)度較好，而男女生對(duì)于理科學(xué)習(xí)存在性別差異。

此外，我們還考慮了預(yù)習(xí)行為對(duì)最終成績(jī)的影響。我們制作了預(yù)習(xí)課件并在其中包含了預(yù)習(xí)作業(yè)，之后通過(guò)雨課堂工具發(fā)布給學(xué)生，要求學(xué)生在課前完成。收集到的數(shù)據(jù)包括預(yù)習(xí)幻燈片瀏覽頁(yè)數(shù)、預(yù)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、完成預(yù)習(xí)的時(shí)間以及預(yù)習(xí)作業(yè)的得分情況。通過(guò)處理對(duì)學(xué)生以預(yù)習(xí)成績(jī)加以分組，分為A組（預(yù)習(xí)完成情況低于平均分）和B組（預(yù)習(xí)完成情況高于平均分）。對(duì)比預(yù)習(xí)情況和最終考試成績(jī)，發(fā)現(xiàn)B組學(xué)生相比A組學(xué)生，在作業(yè)、小測(cè)、期中和期末中，平均高出4.68、1.50、3.28和5.83分，該結(jié)果大致符合預(yù)期，即預(yù)習(xí)作為一種長(zhǎng)期被宣傳為有效的學(xué)習(xí)方法，在一定程度上可以提高學(xué)生成績(jī)。

結(jié)語(yǔ)

智慧課堂工具在教學(xué)過(guò)程中的應(yīng)用方興未艾，而且將會(huì)成為一個(gè)必然的趨勢(shì)。我們需要審視和考慮如何通過(guò)信息化環(huán)境下智慧課堂數(shù)據(jù)的采集和利用，動(dòng)態(tài)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而為每個(gè)學(xué)生提供恰當(dāng)?shù)膸椭?。一方面，通過(guò)先進(jìn)的技術(shù)手段和便利的網(wǎng)絡(luò)資源，將智慧課堂教學(xué)理念和方法融合到教學(xué)改革當(dāng)中，改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式，提升師生互動(dòng)體驗(yàn);另一方面，開(kāi)發(fā)先進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘手段，準(zhǔn)確對(duì)學(xué)生狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)督分類(lèi)，從而解決有些學(xué)生“消化不良”而有些學(xué)生又“吃不飽”的現(xiàn)象，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)發(fā)展。

本文以個(gè)性化教學(xué)為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)智慧教學(xué)的必要性和現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，而后給出智慧教學(xué)的初步方案設(shè)計(jì)，并利用雨課堂工具在教學(xué)過(guò)程中加以實(shí)踐。文中得到了一些初步的結(jié)果，希望可以?huà)伌u引玉。如何合理有效地利用好智慧課堂教學(xué)的工具為教與學(xué)服務(wù)，是一個(gè)長(zhǎng)期而有意義的研究方向。如此才能使得教育公平化，才能實(shí)現(xiàn)“精熟教學(xué)”，才有可能真正做到“因材施教”，提升教育質(zhì)量，讓學(xué)生更加受益。

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