高校智慧课堂教学模型的构建与实施

摘   要：人工智能在教育领域的应用渗透与深入，逐步引发了高校课堂教学的一系列改革与创新。为顺应智慧课堂教学的发展趋势，高等院校可以采取校企、校校合作方式导入人工智能，升级打造智慧校园网，尝试构建一个基于云平台服务的“智慧课堂”教学模型，提质改造传统的课堂教学资源与方式，助推高校智慧课堂教学的改革与发展。文章对高校智慧课堂教学模型的构建与实施进行了研究。

关键词：人工智能;智慧课堂;教学模型

人工智能（Artificial Intelligence，AI）自问世以来就一直是世界各国关注的热点和焦点，现在已成为引领世界未来的前沿性与战略性技术。美国、日本、德国、中国均已推出各种举措抢夺未来科技发展的制高点[1]。发展人工智能需要人才，人才需要培养，培养的关键在于高校课堂教学。在基于人工智能、大数据、云计算以及新一代的互联网技术支撑下，构建“主导—主体”交互式学习的数字生态化教学空间[2]将是高校课堂未来发展的目标与方向。为适应未来的发展变化，高校可以与企业合作升级打造全覆盖的智慧校园网，构建一个基于云平台服务的“智慧课堂”教学模型，实施无纸化的混合式课堂教学，益于丰富传统的课堂教学资源，弥补传统课堂教学方式的缺陷，进一步助推高校智慧课堂教学改革的深入、发展与创新。

1    传统课堂教学存在的主要问题

高校虽然都建立了校园网和信息服务中心，搭建了多媒体教室，逐步实行了多媒体课堂教学，但是校园网络及管理信息系统建设的滞后及其存在的漏洞，使得传统的课堂教学存在以下3个问题。

1.1  教学网络不给力

现有的智慧校园网虽然能够覆盖整个校园，但是仍存在教室无网或断网的情况。教室不能在线链接播放相关的教学资料，教师只能将搜索到的教学资源先下载到自己的笔记本电脑或是U盘（移动硬盘），再到教室投放，费时又费力，难以实现高效课堂教学。

1.2  课堂教学方式单一

在智能手机游戏的诱惑下，高校教师依然单纯采用传统的“板书+多媒体”的线下课堂授课方式，越来越难让自我约束力弱且学习兴趣低下的学生集中精力抬头听课。课堂低头族的出现，让高校教师的教学热情逐渐减退，课堂氛围也随之变得沉闷、压抑。可见，传统单一的课堂教学方式改革已迫在眉睫。

1.3  课堂师生互动少

基于信息获取的不对称性，在课堂上，教师往往占主动地位，学生则处在被动位置，师生之间的这种主权不均等难以发挥学生学习的主动性、积极性、创造性，师生互动少、频率低，师生关系不融洽，难以实现因材施教与教学相长。

2    高校“智慧课堂”教学模型的构建

为了解决上述课堂教学网络不给力、教学方式单一以及师生互动少的问题，高校可以在升级改造的校园智慧网WLAN的支撑下，与企业合作开发智慧课堂教学云平台，利用师生的电脑和智能手机，将现有的人工智能技术应用在课堂教学中，便可以构成一个方便、经济、实用的“智慧课堂”教学模型（见图1）。

2.1  高校“智慧课堂”教学模型的核心模块

高校“智慧课堂”教学模型的核心是高校的智慧校园网WLAN和智慧课堂教学云平台。智慧课堂教学云平台可以将学校所有孤岛式的职能部门信息管理系统链接，师生员工可以既通过学校的门户网站进入信息门户，输入账号和密码进行注册和登录，然后查看、上传所需的文件、文档等相关信息资料，也可以通过移动校园APP进行。在校园智慧网WLAN支撑下，师生通过电脑端进入主页在线学习网站，再输入手机号码（邮箱地址）和密码进行注册和登录，选择对应的系统再次输入账号和密码进入，找到对应的信息资源，就可以在线学习、授课或是监督管理。同时，还可以进入在线学习APP随时随地进行在线学习和查看所需的课程和资料。此外，师生还可以链接超星学习通APP或是雨课堂APP，只要输入账号和密码进入超星学习通或是雨课堂，就可以利用电脑或手机创建班级，上传所需的课件或视频或文档等资源，就可以在课堂上进行投屏显示，在课堂上可以在线学习线上课程的同时还可以进行线下课堂的及时互动，让师生之间、生生之间、人机之间交互起来，在线考勤、提问、选人、分组、投票、汇报、在线讨论、在线抢答、在线测试[3]等环节很快就可以完成，并能自动生成直观的课堂教学效果图，益于师生对每一堂课的反思与改进。

2.2  高校“智慧课堂”教学模型的子模块

后台管理系统只有具有管理员身份的教师才能有此权限注册登录进入。后台管理系统设置有课程管理、课程选购、直播管理、视频管理、平台费用、基本设置、权限管理、操作日志等功能。授课教师想要查看学生学习的进度，只需点击课程管理就会出现课程列表，课程列表中就可以出现课程图片、课程名称、授课教师、助教、开课时间、操作，接下来再点击操作按钮，便可以查看学员和课程报表，具体了解到学生学习课程的进度。

授课教师注册登录进入课程管理系统后，在课程管理中心便可以编辑“教学大纲”，有序组织课程，运用简单的拖放工具快速地重新组织所创建的课程内容。接着可以按星期或学期发布课程内容。教师只需通过点击便可添加视频、课程讨论以及习题。题库除了涵盖单项和多项选择题之外，还支持数十种题型。通过多媒体、HTML和练习题等方式，帮助学生理解概念。授课教师还可与共同作者以及其他团队成员一起创建课程，即时修改问题后只需点击“保存”按钮就可以将原有的课程内容更改上线，优化课程。

学生通过设置好的账号和密码在电脑或手机端口进入在线学习系统，在该系统界面，可以发现已为学生设置好的课程，只要点击课程名称即可学习，内有课件、讨论、资料、公告等功能，点开课件，可查看视频和作业。加入讨论，可以搜索到所有的帖子，也可以创建自己的帖子，还可以回复别人的帖子，便于師生、生生互相沟通、帮助和成长。打开资料，学生可直接下载课程学习资料，以PDF的格式保存在电脑或手机里，方便学生回看与复习没有理解的内容。

3    高校“智慧课堂”教学模型的实施建议

高校“智慧课堂”教学模型实质上是一个集系统性、集成性、链接性、兼容性的全员、全过程、全方位自动化感知学习者行为表现并进行行为特征提取与预警干扰功能的嵌入智能化仿真虚拟技术的课堂教学动态管理系统。该系统可以运用人脸识别技术与大数据分析，对学生进行课堂考勤，实时了解跟踪、记录、分析学生的课堂学习状态，及时改进课堂教学方式，实现教师的差异化教学与学生的个性化学习。借助虚拟现实技术，对所设置的项目情景内容进行仿真模拟，让学生沉浸在身临其境的所设置的项目情景中，激发学生的学习兴趣。能够帮助学生在线选课、在线学习、在线考试、在线咨询、自动答疑、自动生成实训数据表、实训报告、实训成绩单以及实训成绩分析表等。还能基于学生平时学习的行为进行特征提取，实现学习资源的自动推送，引导学生自己适应学习。从长远来看，实施高校“智慧课堂”教学模型，还需要做好以下工作。

3.1  不断升级改造校园智慧网

目前，高校的校园智慧网虽然可以覆盖各个教学楼，但是仍有教室存在无网或是断网情况的发生，不能进行线上课程的收看和讲授。另外，每当师生都在用网时，网速总是特别慢，上传课件等资料时总是不停地“打圈圈”，有时甚至连网页也打不开。因此，高校要不断地升级改造校园智慧网，扩大容量，提高网速，以保证教师顺利地完成智慧课堂教学任务，进一步推进高校智慧校园和智慧课堂的建设与发展。

3.2  增强高校智慧课堂教学云平台的链接功能

高校教师在实施线上线下混合式的课堂教学过程中发现智慧课堂教学云平台的链接性较弱。（1）在使用在线学习平台进行线上收看视频后，无法利用智能手机上的在线学习APP或是超星学习通直接投屏进行章节的抢答、抽答、测试、讨论、投票、分组、汇报互动。（2）智能手机上的在线学习APP只能在校园智慧网WLAN支撑下进行观看、测试和咨询，无法与电脑端链接，进行班级创建、投屏互动、上传资料或是查找与课程相关的课堂教学资料。（3）超星学习通虽然功能齐全，可以做到智能手机与电脑的链接，但是不能直接与在线学习网站链接，运用其功能直接投屏展示在线学习网站上的课程内容，实现师生的交互式学习，基于实际实施中出现的问题，高校应不断增强智慧课堂教学云平台的链接功能，提升线上线下混合式授课的教学效果。

3.3  为教师提供相应的技术培训和服务

真正应用好高校“智慧课堂”教学模型，还需要学校为教师提供相应的技术培训和服务。教师只有通过观摩学习优秀教师的课堂教学，才能不断地创新自身的课堂教学思维方式、方法，利用好现有的智能技术，丰富完善课堂教学内容，革新课堂教学方式，提升课堂教学能力和水平，增强师生互动频率，融洽师生关系，改善课堂教学效果。

人工智能正以超出人类预想的速度发展，人工智能时代，“教”与“学”将会向“精准教育”与“终生学习”的方向发展[4]。为顺应未来的教育发展方向，高校应遵循教育教学规律，立足现实，因势利导，开展智慧课堂教学的改革与创新，促进高校智慧课堂教学的可持续发展。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）自问世以来就一直是世界各国关注的热点和焦点，现在已成为引领世界未来的前沿性与战略性技术。美国、日本、德国、中国均已推出各种举措抢夺未来科技发展的制高点[1]。发展人工智能需要人才，人才需要培养，培养的关键在于高校课堂教学。在基于人工智能、大数据、云计算以及新一代的互联网技术支撑下，构建“主導—主体”交互式学习的数字生态化教学空间[2]将是高校课堂未来发展的目标与方向。为适应未来的发展变化，高校可以与企业合作升级打造全覆盖的智慧校园网，构建一个基于云平台服务的“智慧课堂”教学模型，实施无纸化的混合式课堂教学，益于丰富传统的课堂教学资源，弥补传统课堂教学方式的缺陷，进一步助推高校智慧课堂教学改革的深入、发展与创新。

1    传统课堂教学存在的主要问题

高校虽然都建立了校园网和信息服务中心，搭建了多媒体教室，逐步实行了多媒体课堂教学，但是校园网络及管理信息系统建设的滞后及其存在的漏洞，使得传统的课堂教学存在以下3个问题。

1.1  教学网络不给力

现有的智慧校园网虽然能够覆盖整个校园，但是仍存在教室无网或断网的情况。教室不能在线链接播放相关的教学资料，教师只能将搜索到的教学资源先下载到自己的笔记本电脑或是U盘（移动硬盘），再到教室投放，费时又费力，难以实现高效课堂教学。

1.2  课堂教学方式单一

在智能手机游戏的诱惑下，高校教师依然单纯采用传统的“板书+多媒体”的线下课堂授课方式，越来越难让自我约束力弱且学习兴趣低下的学生集中精力抬头听课。课堂低头族的出现，让高校教师的教学热情逐渐减退，课堂氛围也随之变得沉闷、压抑。可见，传统单一的课堂教学方式改革已迫在眉睫。

1.3  课堂师生互动少

基于信息获取的不对称性，在课堂上，教师往往占主动地位，学生则处在被动位置，师生之间的这种主权不均等难以发挥学生学习的主动性、积极性、创造性，师生互动少、频率低，师生关系不融洽，难以实现因材施教与教学相长。

2    高校“智慧课堂”教学模型的构建

为了解决上述课堂教学网络不给力、教学方式单一以及师生互动少的问题，高校可以在升级改造的校园智慧网WLAN的支撑下，与企业合作开发智慧课堂教学云平台，利用师生的电脑和智能手机，将现有的人工智能技术应用在课堂教学中，便可以构成一个方便、经济、实用的“智慧课堂”教学模型（见图1）。

2.1  高校“智慧课堂”教学模型的核心模块

高校“智慧课堂”教学模型的核心是高校的智慧校园网WLAN和智慧课堂教学云平台。智慧课堂教学云平台可以将学校所有孤岛式的职能部门信息管理系统链接，师生员工可以既通过学校的门户网站进入信息门户，输入账号和密码进行注册和登录，然后查看、上传所需的文件、文档等相关信息资料，也可以通过移动校园APP进行。在校园智慧网WLAN支撑下，师生通过电脑端进入主页在线学习网站，再输入手机号码（邮箱地址）和密码进行注册和登录，选择对应的系统再次输入账号和密码进入，找到对应的信息资源，就可以在线学习、授课或是监督管理。同时，还可以进入在线学习APP随时随地进行在线学习和查看所需的课程和资料。此外，师生还可以链接超星学习通APP或是雨课堂APP，只要输入账号和密码进入超星学习通或是雨课堂，就可以利用电脑或手机创建班级，上传所需的课件或视频或文档等资源，就可以在课堂上进行投屏显示，在课堂上可以在线学习线上课程的同时还可以进行线下课堂的及时互动，让师生之间、生生之间、人机之间交互起来，在线考勤、提问、选人、分组、投票、汇报、在线讨论、在线抢答、在线测试[3]等环节很快就可以完成，并能自动生成直观的课堂教学效果图，益于师生对每一堂课的反思与改进。

2.2  高校“智慧课堂”教学模型的子模块

后台管理系统只有具有管理员身份的教师才能有此权限注册登录进入。后台管理系统设置有课程管理、课程选购、直播管理、视频管理、平台费用、基本设置、权限管理、操作日志等功能。授课教师想要查看学生学习的进度，只需点击课程管理就会出现课程列表，课程列表中就可以出现课程图片、课程名称、授课教师、助教、开课时间、操作，接下来再点击操作按钮，便可以查看学员和课程报表，具体了解到学生学习课程的进度。

授课教师注册登录进入课程管理系统后，在课程管理中心便可以编辑“教学大纲”，有序组织课程，运用简单的拖放工具快速地重新组织所创建的课程内容。接着可以按星期或学期发布课程内容。教师只需通过点击便可添加视频、课程讨论以及习题。题库除了涵盖单项和多项选择题之外，还支持数十种题型。通过多媒体、HTML和练习题等方式，帮助学生理解概念。授课教师还可与共同作者以及其他团队成员一起创建课程，即时修改问题后只需点击“保存”按钮就可以将原有的课程内容更改上线，优化课程。

学生通过设置好的账号和密码在电脑或手机端口进入在线学习系统，在该系统界面，可以发现已为学生设置好的课程，只要点击课程名称即可学习，内有课件、讨论、资料、公告等功能，点开课件，可查看视频和作业。加入讨论，可以搜索到所有的帖子，也可以创建自己的帖子，还可以回复别人的帖子，便于师生、生生互相沟通、帮助和成长。打开资料，学生可直接下载课程学习资料，以PDF的格式保存在电脑或手机里，方便学生回看与复习没有理解的内容。

3    高校“智慧课堂”教学模型的实施建议

高校“智慧课堂”教学模型实质上是一个集系统性、集成性、链接性、兼容性的全员、全过程、全方位自动化感知学习者行为表现并进行行为特征提取与预警干扰功能的嵌入智能化仿真虚拟技术的课堂教学动态管理系统。该系统可以运用人脸识别技术与大数据分析，对学生进行课堂考勤，实时了解跟踪、记录、分析学生的课堂学习状态，及时改进课堂教学方式，实现教师的差异化教学与学生的个性化学习。借助虚拟现实技术，对所设置的项目情景内容进行仿真模拟，让学生沉浸在身临其境的所设置的项目情景中，激发学生的学习兴趣。能够帮助学生在线选课、在线学习、在线考试、在线咨询、自动答疑、自动生成实训数据表、实训报告、实训成绩单以及实训成绩分析表等。还能基于学生平时学习的行为进行特征提取，实现学习资源的自动推送，引导学生自己适应学习。从长远来看，实施高校“智慧课堂”教学模型，还需要做好以下工作。

3.1  不断升级改造校园智慧网

目前，高校的校园智慧网虽然可以覆盖各个教学楼，但是仍有教室存在无网或是断网情况的发生，不能进行线上课程的收看和讲授。另外，每当师生都在用网时，网速总是特别慢，上传课件等资料时总是不停地“打圈圈”，有时甚至连网页也打不开。因此，高校要不断地升级改造校园智慧网，扩大容量，提高网速，以保证教师顺利地完成智慧课堂教学任务，进一步推进高校智慧校园和智慧课堂的建设与发展。

3.2  增强高校智慧课堂教学云平台的链接功能

高校教师在实施线上线下混合式的课堂教学过程中发现智慧课堂教学云平台的链接性较弱。（1）在使用在线学习平台进行线上收看视频后，无法利用智能手机上的在线学习APP或是超星学习通直接投屏進行章节的抢答、抽答、测试、讨论、投票、分组、汇报互动。（2）智能手机上的在线学习APP只能在校园智慧网WLAN支撑下进行观看、测试和咨询，无法与电脑端链接，进行班级创建、投屏互动、上传资料或是查找与课程相关的课堂教学资料。（3）超星学习通虽然功能齐全，可以做到智能手机与电脑的链接，但是不能直接与在线学习网站链接，运用其功能直接投屏展示在线学习网站上的课程内容，实现师生的交互式学习，基于实际实施中出现的问题，高校应不断增强智慧课堂教学云平台的链接功能，提升线上线下混合式授课的教学效果。

3.3  为教师提供相应的技术培训和服务

真正应用好高校“智慧课堂”教学模型，还需要学校为教师提供相应的技术培训和服务。教师只有通过观摩学习优秀教师的课堂教学，才能不断地创新自身的课堂教学思维方式、方法，利用好现有的智能技术，丰富完善课堂教学内容，革新课堂教学方式，提升课堂教学能力和水平，增强师生互动频率，融洽师生关系，改善课堂教学效果。

人工智能正以超出人类预想的速度发展，人工智能时代，“教”与“学”将会向“精准教育”与“终生学习”的方向发展[4]。为顺应未来的教育发展方向，高校应遵循教育教学规律，立足现实，因势利导，开展智慧课堂教学的改革与创新，促进高校智慧课堂教学的可持续发展。

基金項目：2018年湖南省普通高等学校教学改革研究项目;项目名称：人工智能用于生产管理课堂教学的研究与实践;项目编号：1021。

作者简介：孙从军（1975— ），女，湖南张家界人，讲师，硕士;研究方向：智能生产管理教学。

[参考文献]

[1]鞠光宇，马陆亭.发达国家高等教育如何助推人工智能发展[J].中国高校科技，2019（1）：4-7.

[2]祝智庭，彭红超.智慧学习生态系统研究之兴起[J].中国电华教育，2017（6）：1-10，23.

[3]刘清堂，冯小妹，翟慧清，等.学习分析支持下的课堂互动工具设计与实现[J].现代教育技术，2018（12）：94-100.

[4]伏彩瑞，关新，朱华勇，等.“人工智能与未来教育”笔谈（下）[J].华东师范大学学报（教育科学版），2017（5）：13-19.

Abstract：The penetration and deepening of the application of artificial intelligence in the field of education has gradually led to a series of reforms and innovations in classroom teaching in colleges and universities. In order to conform to the development trend of smart classroom teaching， colleges and universities can adopt the ways of school-enterprise and School-School cooperation to introduce AI， upgrade and build smart campus network， try to build a “smart classroom” teaching model based on cloud platform service， improve and transform traditional classroom teaching resources and methods， and promote the reform and development of smart classroom teaching in colleges and universities.

Key words：artificial intelligence; intelligent classroom; teaching model