智慧课堂的个性化教学设计：构架、模型及策略

蔡宝来

(海南师范大学 初等教育学院，海南 海口 571158)

新一代信息技术与教育教学深度融合创新发展，人工智能技术驱动和赋能的教育变革和课堂革命，正在由内向外重构教育的形态和模式，重建课堂的生态和场景，重设学习的环境和空间，教育信息化2.0时代的新教育形态——智慧教育已喷薄而出。(1)《教育部.教育信息化2.0行动计划》(2018年4月13日)，https:∥baike.baidu.com/item/教育信息化2.0行动计划/22501991?fr=Aladdin.智慧教育催生智慧课堂、个性化教学和个性化学习，在智慧课堂环境下开展个性化教学，其实质是实现学生的个性化学习和个性化发展，智慧教育的根本目标是培养学生的创新思维和创新能力。审视智慧课堂-个性化教学-个性化学习的实践逻辑和实施路径，如何基于智慧课堂开发设计出科学的个性化教学方案，是智慧教学落地和实现个性化学习的关键。基于此，本文在分析和阐释教学方案设计的前导组织和辅助策略——教学构架的概念、功能和要素的基础上，建构和诠释了个性化教学设计的模型和流程，提出了个性化教学的实施要求和策略，为智慧课堂的个性化教学落地提供可参考的思路框架、设计流程和策略建议。

一、智慧课堂环境下的个性化教学构架

(一)智慧课堂(Wisdom Classroom)与个性化教学(Personalized Instructional)

智慧课堂是基于学为中心、能力为先、教学创新和个性化学习的智慧教育理念，桥接和应用5G移动网络、大数据分析技术、人工智能等新一代信息技术产品，从而为教和学行为数据的自动采集与深度分析、智能感知学习情境、自动识别学习者个性特征、按需推送学习资源、自动评估学习结果的智慧教学实现技术赋能，是为创新教学和个性化学习而搭建和架构的网络化、数字化和智能化教学环境和学习空间。(2)蔡宝来 ：《教育信息化2.0时代的课堂教学变革:实质、理念及场景》， 《海南师范大学学报(社会科学版)》2019年第4期，第82-88页。智慧课堂环境由5G移动网络、学习大数据、教育人工智能产品搭建构成，是新一代信息技术产品落地课堂的硬件系统集成。可以说，基于新一代信息技术创设和架构的智慧课堂，实质是由技术赋能实现教学环境和空间的智慧化，也可称之为技术赋能的智慧课堂。

个性化教学是智慧课堂环境下，教师针对学习大数据进行个别化学情分析，即因应个体的学习动机、兴趣、风格、习惯、进度等个性化学习特质，精确制定阶段学习目标和单元学习任务，并将课堂学习任务与学习资源、教学技术、组织形式、学习方式合理匹配和创新融合，以实现对学生的个性化指导和差异化发展的智慧教学模式。(3)黄荣怀 ：《智慧教育的三重境界：从环境、模式到体制》,《现代远程教育研究》2014年第6期，第38-39页。

个性化学习(Individualized Learning)是智慧教育背景下学生有个性地全面和谐发展的教育理念，是智慧课堂环境下的教学目标，是智能化时代的一种全新学习方式。个性化学习是学生有个性地全面和谐发展的必然追求,是学生创新能力培养的前提条件。作为智慧课堂环境下的全新学习理念和学习方式，个性化学习不是概念化和口号化的炒作，而是智能化时代追求创新人才培养目标的逻辑必然。(4)蔡宝来 ：《教育信息化2.0时代的智慧教学：理念、特质及模式》 ，《中国教育学刊》2019年第11期，第56-61页。

(二)教学构架的概念与功能

教学方案设计既是高效个性化教学的前提,也是智慧课堂教学创新的难点和痛点。笔者在长期参与一线教师的教学设计培训中发现，教师即便参加过系统的教学设计能力培训，当具体开展一节课的个性化教学设计时，由于对智慧课堂环境和技术应用场景缺乏感知和想象，设计方案总是偏离真实的课堂情境，从而使得教学方案的可行性大打折扣。基于此，经过教师培训实践验证，基于奥苏贝尔“先行组织者” 策略(Advance organizer strategy)(5)先行组织策略源于奥苏伯尔的意义学习理论，主要实施步骤为：准备预备性材料、设想学习进程、呈现预备性材料和新材料、从预备性材料中抽象出新信息，运用活动加以强化。参见乐国安，韩振华 ：《认知心理学》，南开大学出版社，2011年，第165-169页。和斯坦福EDIPT设计模型中“构想” (Ideate)(6)[美]斯坦福EDIPT设计模型由五个部分构成：即同理心(Empathy)、定义问题(Define)、构想(Ideate)、原型(Prototype)、测试(Test)。参见[澳大利亚]尼尔·安德森，[澳大利亚]卡洛琳·蒂姆斯，[伊朗]卡林·哈吉哈希米 ：《使用设计思维方法提高在线学习质量》,肖俊洪泽，《中国远程教育》2014年第9期，第5-12页。原理的启发，我们探索并提出了“教学构架”(Teaching Framework)的前导组织解决策略：即在教案设计前，通过现场观摩智慧课堂和观看视频课例，引导教师展开对课堂教学实施过程和场景的构想，并从课堂环境、技术和组织方式等关键要素入手，对课堂教学过程进行情景化创设和构思。

“教学构架”是在个性化教学设计前，教师根据先前的教学设计知识和当下的智慧教学观摩学习，对学为中心的智慧课堂环境、学习资源、教学技术、教学组织和学习方式等构成的教学过程，进行结构化、情景化创设和构思的前导组织，是支持教师清晰梳理教学设计思路的辅助策略。因此，教学构架是智慧课堂环境下，教师开展智慧教学方案设计的前导组织和辅助策略，是智慧教学设计创新落地课堂的前提条件。

(三)教学构架的结构要素

个性化教学构架的情景创想和构思由五个要素构成：智慧课堂、线上资源、智能辅助学习系统、能力分层、个别化学习。具体构架思路如下。

1.智慧课堂环境创设。熟悉和掌握智慧课堂环境是教学设计的前提条件，也是个性化教学的痛点和难点。个性化教学的智慧课堂环境构思应从操作系统、浏览器和智能终端选择开始，熟悉电子互动白板的教学优势、课堂管理、互动问答、学习组织和作品展示等功能，回忆个性化学习过程大数据的自动生成、导出与应用分析方法，分析和选择基于内容和性能的人工智能辅助学习系统等，机器人教师的选择要兼顾个性化学情和实用性。(7)蔡宝来 ：《教育信息化2.0时代的课堂教学变革:实质、理念及场景》， 《海南师范大学学报(社会科学版)》2019年第4期，第82-88页。

2.线上资源的学习导入。互联网知识系统和线上网络教学资源，为教学设计提供了海量的资源和无限的想象空间，但也给教师带来了如何获取和有效利用的难题。为此，教师应熟练掌握网络课程平台和线上资源网站的登录、管理、问题答疑、练习测验等个性化学习资源的获取途径和应用操作程序，了解所教学科的课程平台、内容及模块构成，为教案设计准备丰富的在线资源与素材。同时，教师应建好自己的云资源库，实时更新和持续完善,使之成为教学设计的在线强力助手。

3.智能辅助系统的学习衔接。智慧课堂为个性化教学提供各种智慧教学产品和智能教学辅助系统，智能化学习产品应用集成和人工智能技术赋能是智慧课堂的典型特征。对智慧课堂的教师来说，掌握智慧课堂的环境创设和智能化教学软硬件的结构、内容及应用操作程序固然重要，但更重要的是熟悉和掌握智慧课堂创设思路、智慧教学的理念原理、智能化教学辅助系统与教学衔接的情境、条件和要求。(8)杨现民 ：《信息时代智慧教育的内涵与特征》，《中国电化教育》2014年第1期，第29-34页。通过智慧课堂的教学能力实训、观摩直播课堂和智慧教学视频的案例分析，教师应了解并掌握智慧教学辅助系统的功能构成，构想智能管理、智能代理、智能搜索、智能仿真教学系统、自适应学习系统、智能评测等智能化教学产品与个性化学习任务的匹配引入及应用场景。

4.学情分析与能力分层。学情分析是个性化教学设计的难点和痛点，原因有二：一是传统的教学设计中的学情分析，是以班级为单位进行总体的权衡和判断，并对学生学习的现状和能力水平等方面给出结论，基本只是以学习成绩和排名作为判断的标准和依据；二是个性化学情分析是以个体学生作为对象，判断的标准和依据远比以班级为单位的学情分析复杂。为此，积极参加学习科学和学习分析技术等方面的信息化教学能力培训，成为个性化教学设计的条件保障。从教学构架和教学设计准备的角度出发，目前的个性化学情分析仍可以班级为单位，同时进行能力分层。但能力分层不仅仅以成绩作为判断指标，同时应增加兴趣、态度、思维特质和学习习惯等主要的个性化学习维度指标。(9)[美]普莱斯顿·D.菲德恩，[美]罗伯特·M.沃格尔 ：《教学方法：应用认知科学，促进学生学习》，王锦等译，上海：华东师范大学出版社，2006年，第30-32页、第311-313页。为此，教师需预先查阅先前的学习过程大数据，思考能力分层的维度指标是否合理，基于个性化学习的能力分层的准确性及是否需要调整。

5.个别化学习条件及要求。在个性化教学设计中，最难处理和最关键的问题就是满足个别化的学习需求。个别化学习是指单个学生自主发起、持续维持和不断进阶的深度学习。在时空受限的传统课堂中，个别化学习经常被有意无意忽视。智慧课堂的网络化、数字化和智能化背景，为个别化学习需求提供了强大的环境、技术、时间和空间的多维支持。教师应充分利用移动互联网、大数据和人工智能技术，突破课堂时空的限制，创想线上线下、课内课外、学校家庭和社区一体衔接的的个别化学习资源提供和推送途径，构思个别化学习环境条件下可能需要的教师指导、家长帮助和技术支持；基于先前的学习大数据，对能力分层的个案取样和学习进度进行分析，预想个性化学习可能出现的普遍性问题，并提前设想解决策略。

二、智慧课堂的个性化教学设计模型

基于前导组织的创想和构架完成后，教师对即将进行的教案设计有了清晰的思路和框架，个性化教学设计已具备了坚实的前提条件和基础。综合K12教育已经推出的几种重要智慧课堂解决方案及智慧教学实践，结合智慧化教育示范区的智慧教学实践，基于“以学为主”的教学设计模型和流程(10)何克抗，李文光 ：《教育技术学》，北京：北京师范大学出版社，2009年，第168-172页。(见图1)，本文分析和建构了个性化教学设计模型。

图1“以学为主”的教学设计流程图

教师在进行一个单元或一个主题的个性化教学设计时，应注意把握三个关键要素：一是分阶段设计，环环相扣、首尾衔接；二是明确教学目标和任务，在学习出现疑难时给予精准指导；三是技术支持的教学活动时间与学习任务匹配。在具体的个性化教学方案开发设计时，教师应熟练掌握教学设计的核心构件与模型(见图2)，并从六个环节来展开设计。(11)蔡宝来 ：《教育信息化2.0时代的智慧教学：理念、特质及模式》 ，《中国教育学刊》2019年第11期，第56-61页。

(一)个性化学情分析

个性化学习需要对学习者的动机、兴趣等学习心向、思维品质、认知方式、学习风格、能力倾向性和学习水平等有精准的分析和研判，该环节是个性化教学设计的起始环节。

由于涉及到个性化学习的多个要素，初期的教学设计可以将重点放在个性化学习兴趣培养和自主学习的发起与保持两个维度上。同时，对于一个中等规模的班级(45人)而言，个性化学情的研判可以引入“7-2-1”和“8-1-1”分层模型，即依据自动生成的学习大数据，将班级学生学习水平仍划分为优秀生、中等生和后进生三个层次，并假设两种班级学情：一种班级中三类学生占比为7(中等生):2(后进生)：1(优秀生)；一种为8(中等生):1(后进生)：1(优秀生)。(12)蔡宝来，张诗雅，杨伊 ：《慕课与翻转课堂：概念、基本特征及设计策略》，《教育研究》2015年第11期，第82-90页。这种学情分类的优势是便于教师对班级学情的基本判断，并能第一时间做出将个性化教学指导的重点放在两端(优秀生和后进生)学生上，从而简化和节省了后续环节的学情分析时间。因此，基于学习水平的分层是根据先前课堂问题解决和学习结果大数据对班级学习者的简单分类，在此基础上，教师可从学习大数据中抽取典型个案展开深度分析，以确定课堂学习在目标任务呈现、提问与互动、资源与技术提供、学习方式支持等个性化学习需求方面给予重点指导和帮助的对象。

(二)确定学习目标及任务

个性化学习目标确定和学习任务分配是教学设计的第二个环节。基于第一环节，教师会对确定学习目标和任务有更清晰的体认：不仅要注重学时目标，更要注重阶段目标和学期目标；不仅要注重当下的个性化学习目标达成，更要注重未来的个性化发展目标实现。将学习的过去、当下和未来有机结合，基于已有的发展水平确定当下的学习目标，依据当下的学习目标确定未来的发展目标，从而实现个性化学习和个性化发展的总目标。基于阶段目标、单元目标，分解并确定学时目标，将学时目标进一步具体化为导学案(或学习任务单)。在制定导学案(学习任务单)时，根据第一环节确定的重点指导学习对象所代表的不同水平的学习者，在任务的难易程度表述上应有明确的区分。如可适度减少(降低)或增加(加大)完成任务的数量(难度)。

(三)资源导入和智能辅助系统引入

智慧课堂中，资源为王，创新是魂。智慧课堂即创新课堂，个性化教学即创新教学。创新教学包括教和学双方的创新，而创新教学的关键是教学设计，因为，设计理念和设计思维必然包涵创新理念和创新思维。卓越教师是具备强大教学设计能力的创新型教师。在5G移动网络和智能化时代，教师必须具有网上教学资源搜集、整理、分析应用的信息化教学能力，资源驱动、应用创新是个性化教学设计的核心理念。因此，智慧课堂的教师不必从课程标准和课程目标开始写教案，而是从课程标准和目标的深度解读和准确把握开始准备各种教学资源。建立自己的网络教学资源库，是教学设计的充要条件。教学资源库的内容可从课程资源、学习资源、教学方式和反馈评估四个方面建构，并以云盘保存。(13)黄荣怀，胡永斌，杨俊锋等 ：《智慧教室的概念及特征》，《开放教育研究》2012年第2期，第22-27页。在具体的应用设计时，教师可根据学习内容和学习进度匹配导入学习资源和引入智能辅助系统。一般来说，当学生进行知识学习时，应提供在线学习资源，而当学生在应用知识解决问题时，根据需要适时引入智能辅助系统。问题解决过程的学习支持，可以根据具体的学习任务和问题解决的需要，从智能搜索、智能仿真教学系统、机器人教师和智能学伴中选取。

(四)任务分组和匹配活动时间

自主学习、小组合作学习与探究学习是个性化学习的主要方式。个性化教学不只是针对单个学生个体组织开展的个别化教学，更重要的是根据不同学生的学习特点、风格等个性化学习特征而实施的扬长型教学。因此，因应教学内容和学习任务的分组合作学习与探究型学习，成为课堂的重要学习方式。学习分组的设计应把握四个要素：内容与任务(根据完成任务需要考虑小组成员的角色和分工)→分组(组间同质和组内异质的分组原则)→合作探究活动(针对完成任务的活动，匹配资源导入和智能辅助系统引入)→根据学习任务切分课堂时间，精确计划和分配活动时间。(14)[美]普莱斯顿·D.菲德恩，[美]罗伯特·M.沃格尔 ：《教学方法：应用认知科学，促进学生学习》，王锦等译，第30-32页、第311-313页。

(五)个别化学习诊断和差异化精准指导

根据不同学习任务设计组织学习活动和学习方式，活动设计中应预留同重点对象互动、问答和给予学习指导的时间，提前预判学习中可能存在的问题，并提供问题解决思路和方案。一般来说，重点指导对象应从优秀生和后进生两个群体的学习数据库中抽样确定，一节课抽样确定的重点指导对象应达到这两个群体总数的一半左右。教师可设计引入智能评测系统和智适应学习系统，辅助教师对学生知识漏洞和知识掌握程度进行诊断。智适应学习系统为学生提供自适应的测试，并在系统知识空间里定位学生知识点漏洞，AI算法依据学生能力水平和兴趣点为学生提供定制化的学习路径——分配学习时间、学习内容的难度、做题的数量，动态跟踪学生学习目标与进展。(15)蔡宝来 ：《教育信息化2.0时代的智慧教学：理念、特质及模式》 ，《中国教育学刊》2019年第11期，第56-61页。

(六)基于学习大数据的进度评估和改进策略

个性化学习评估更多的指向学生个性化发展目标，因此，基于个性化学习指标的综合素质评价和成长预测是学习评价的关键目标。基于学习过程大数据，学习进度的评估更加客观和准确。在个性化学习进度评估中，基于目标达成度和任务完成水平的智能化判断与结论得出故然重要，但记录个体学习兴趣、态度、情绪、习惯等的情感类学习数据，却隐含着指向未来学习改进策略的更重要信息。(16)蔡宝来 ：《教育信息化2.0时代的智慧教学：理念、特质及模式》 ，《中国教育学刊》2019年第11期，第56-61页。也因此，基于大数据的学习改进策略的提出应区分长期、中期、短期和课堂四个时间单位，对应学年、学期、学周和学时，四个阶段要既有区分也有关联，每个阶段的改进策略要针对每个阶段学习存在的主要问题，而每个阶段的学习过程会形成个性化学习大数据库，教师应基于学习大数据进行深度分析并提出个性化学习指导策略和个性化成长预案。关注学生学习记录，对学生进行个性化学习评价，包括学生的学习习惯、学习方式、学习优势和弱项等内容。以此，教师就可以根据不同学生的学习记录信息分析学生的学习困难、学习需求提出有针对性的学习改进指导和建议。

图2个性化教学设计流程图

三、个性化教学要求及策略

教学要求是指完成个性化教学构架、方案设计和实施教学的过程中，教师和学生应具备的信息素养和信息化教学能力。

(一)教学要求(Teaching Requirement)

1.个性化教学对教师信息素养和信息化教学能力提出明确的要求，主要包括：①掌握学习分析技术；②具备在线课程资源的建设、获取和应用能力；③经过信息化教学能力的系统培训；④教学反馈与评估能力。基于大数据的课堂学习任务与目标达成反馈总结；学习分析与诊断、个别化教学与差异化指导精准度评估；教学方案设计与个性化学习改进策略。

2.个性化学习对学生信息素养和信息化学习能力提出明确要求，主要包括：①明确学习进度及个体差异；②明了阶段学习目标和课堂学习任务；③掌握线上资源的获取、整合和应用能力；④具有好奇心、合作学习意识和自主探究创新能力。

(二)教学策略(Instructional Strategies)

教学策略是指为达成特定的个性化学习目标和任务而采用的活动计划、技术、资源、程序、方式和措施等因素的总和。(17)简明国际教育百科全书:《教学》(下)，北京：教育科学出版社，1990年，第261-262页。个性化教学策略具有针对性和指导性，不具有规定性。就个性化教学而言，没有任何单一的策略能适用于所有学习目标，因此，个性化教学需要有可供选择的策略系统，高效教学应具备针对学习目标达成而选择采用的一整套教学策略体系。个性化教学设计只有根据不同学习目标和任务采取不同的策略，才能因“学”制宜地创造性设计出科学合理的教学方案。

1. 导学案策略。导学案即教师开发设计的、引领和引导个性化学习的方案，是针对个性化学情而精确设计的、旨在达成学习目标与完成学习任务的学习引导方案，导学案也是一个结构化的学习任务清单。导学案一般由目标、任务、重点和难点、学习方式和学习活动时间五个部分构成，上述五个部分之间是互相衔接、紧密连接的关系，呈现出从知识到实践、由抽象到具体、从目标到活动的逻辑过程。导学案的发布标志着个性化学习的正式发起，学习过程由导学案引导，学习评估基于导学案所确定的目标和任务来实施和进行。

2.数据支持策略。学习过程大数据是个性化学情分析、学习目标与任务确定、学习诊断和精准指导，以及学习评估和改进的依据，是支持个性化学习和个性化发展的大数据库。大数据将学科知识体系逻辑切割、改造和制作成碎片化学习资源，建成个性化云课程资源体系，便于学习者利用碎片化时间完成跨平台学习，促成智慧教室和云课程一体化学习评测体系，实现规模化学习与个性化学习的完美结合。教师通过分析线上线下的互动答疑、学习行为、学习进度、测试成绩等数据，了解学习者的知识掌握、能力提升和情绪态度等深层次信息，给予学生个性化精准指导，帮助学生个性化问题解决和个性化成长发展。

3. 自主学习策略。个性化学习必然是自主性学习，个性化学习应该也必须由学生自主发起和自我维持。自主学习策略也是以学为中心和教学创新的智慧课堂理念的逻辑诉求。智慧课堂中，教师应始终秉持学为中心的理念，将学生的学习置于教学设计和教学过程的首位，引导学生开展自主发起、自主合作、自主发现和探究等自主型学习。教师应坚持学生的学习主体地位和作用，发挥学生学习的自主性、主动性、独立性和创造性，教学生学会自主学习，让学生做自己学习的主人。(18)蔡宝来，张诗雅 ：《SDP课程与课题研究型学习：关系、条件及策略》，《全球教育展望》2015年第7期，第21-30页。当下，个性化教学和自主学习的落地，主要面临三大技术难题：即教育情境可计算、学习主体可理解与学习服务可定制。在突破人技新型学习环境、学习数据感知与融合、教育场景边缘计算等技术瓶颈和难题后，深度挖掘数字化环境下的学习机理，实现数据驱动的学习者建模与学习者群体动力学理论建构，为自主学习资源供给、个性化精细服务、智能化精准导学等提供关键理论与技术支撑，从而真正实现教学设计科学化、学习个性化、学习评价数字化和自主学习服务智能化。

4.支架式策略。在教学设计中，教师应始终坚持为学生自主创新学习和个性化学习搭建和提供各种学习支架，这也是个性化教学设计的目标追求。支架式策略，即学生在完成知识或技能学习任务时所提供的必要的学习辅助与支持。支架式策略主要包括活动支架、互动支架和资源支架。

活动支架是指在高质量的学习任务完成中，教师不仅要讲授新知和技能, 更要将新知识技能与学生的生活经验、活动体验和问题解决等实践操作相结合，注重对学生动手操作和创新能力的培养, 因此, 在设计学习活动支架时, 应以培养和提升创新思维和创新能力为目标，从激发学习兴趣和灵感、引导学生探究发现、激励学生质疑创新的角度，为自主学习、个性化学习活动搭建和提供学习支持。

互动支架是指在个性化教学中，为完成学习任务，教师设计、组织开展的师生之间、生生之间、人机之间的有效交流、对话与互动。智慧教学目标实现和个性化学习任务的完成，皆离不开合理设计的有效交互活动，互动能够促进师生情感交流、提高人机协作感知和对话效率，还能促成学生自主建构知识体系、深度参与合作学习，最终实现向高阶学习和深度学习的转进。教师可以设计和组织小组合作、分组讨论和在线学习共同体开展互动，也可以利用弹幕、抢答器、及时反馈等工具来加强与学生互动，这些互动设计在提高教学交互效率，促进师生之间、生生之间、人机之间的深度交流互动的同时，也为高质量达成学习目标奠定了基础。

资源支架是指在个性化教学中，教师将学习目标和任务相关的文本、 图像、 音频、视频素材，网络学习资源和智能辅助系统进行有机整合，以学习者为中心来设计、安排、组织与引导学生的个性化学习，从而为学习提供网络化、数字化、智能化的多元化学习资源选择, 以满足学习者个性化和多样化的学习需求，帮助学习者获得完美学习体验，并高效优质完成学习目标和任务，实现学生的个性化发展。

同时，在进行个性化教学设计时，教师也可以灵活应用合作学习策略、分层指导策略，以及基于数据的精准评估策略等常用的一般教学策略，为智慧课堂的个性化学习开发和设计最优化的教学方案，限于篇幅，本文不再赘述。