信息技术环境下智慧课堂的构建研究

张艳明 桂忠艳 李巍巍

摘   要随着云计算、大数据和互联网等现代信息技术的飞速发展，信息技术与教育教学不断融合，由此诞生了智慧课堂。智慧课堂改变了传统教学模式，坚持“以学生为中心”，在学情分析、师生互动和个性化辅导等方面进行了改革，形成了科学的可行性评价体系。本文在分析智慧课堂特征的基础上，介绍了智慧课堂环境的构建和教学新形态，研究了智慧课堂在课前阶段、课中阶段和课后阶段的教学流程设计方案，以期对智慧课堂的实践应用提供参考。

关键词 智慧课堂  信息技术  教学流程  云计算

现代信息技术的飞速发展给传统教学带来了重大变革，信息技术与教育的深度融合已经成为现代教育的研究热点。《国家中长期教育改革与发展规划纲要（2010-2020年）》中重点强调了现代信息技术对教育发展的革命性影响[1]，彰显了教育信息化在教育发展过程中的重要地位。随着云计算、大数据、互联网等先进技术的迅速发展，信息技术与教育教学不断融合，智慧课堂应运而生，为学校教育教学的改革提供了新的思路。

近年来，国内外有许多学者着眼于现代信息技术下的智慧课堂，对智慧化教学、智慧教学环境的构建、学生个性化学习、数字化学习、课堂互动教学系统等进行了深入的研究和探讨[2-4]，但多数停留在理论层面，对智慧课堂的实际应用研究较少。本文在分析智慧课堂特征的基础上，对智慧课堂环境的构建、智慧课堂教学流程的设计进行了研究，以期对智慧课堂的应用提供参考。

一、智慧课堂的特征

智慧课堂由智慧教育发展而来，即将现代信息技术融合于课堂教学，构建智能化、个性化和数字化的学习环境，促进智慧的传播与发展，推动课堂改革与创新。相较于传统课堂，智慧课堂具有多样化的教学资源、立体化的交流互动和数据化的评价决策三个特征。

1.多样化的教学资源

智慧课堂中的教学资源不再局限于传统的板书和PPT，而是具有多样化的富媒体资源，如微课、慕课、网页、图像、视频、语音等，并且能够根据学生的个性化差异推送不同的学习资源，提高学习质量和学习效率。

2.立体化的交流互动

智慧课堂中师生之间、生生之间的互动更加灵活，除了传统课堂提问以外，还可以通过智能手机、ipad、电脑等智能终端登录云平台，随时随地与教师和学生进行互动交流。

3.数据化的评价决策

在传统课堂模式下，教师的教学决策和对学生的评价主要依赖于教师的教学经验，而大数据和云计算背景下的智慧课堂可以动态收集学生全过程的学习状态，包括课前预习、课中讨论、课后作业等数据，并根据这些数据进行挖掘分析，为教师的教学决策和对学生的评价提供可靠的依据。

二、智慧课堂下的“教”与“学”

1.智慧课堂环境的构建

智慧课堂的实现依赖于学校信息化教学平台的构建，信息化教学平台基于互联网、云计算和大数据等现代信息技术，打破了传统的“学校—教室—教师—学生”的教学常态，为教师和学生提供一种智能化、个性化、多样化的教学环境。信息化教学平台一般由以下四个层次构成：云终端接入层（PC机、智能手机、ipad）、虚拟实验平台层（统一身份认证、访问控制、数据分析）、资源虚拟化平台层（虚拟计算资源、虚拟存储资源、虚拟网络资源）和云基础设施硬件层（服务器集群、网络设备、存储设备）[5-6]。信息化教学平台的硬件拓扑见图1。

信息化教学平台以私有云模式为基础，在云基础设施硬件层通过光纤连接服务器集群和各类存储资源;在资源虚拟化平台层通过虚拟化技术将硬件资源如计算、网络、存储资源等映射为逻辑资源，通过CloudStack云计算管理软件实现各类资源的统一管理和分配;在虚拟实验平台层用户通过统一身份认证后，可以申请虚拟化后的计算、网络和存储资源，在虚拟机上实现实验环境的部署和教学资源的共享;在云终端接入层，教师和学生通过智能终端登录信息化教学平台，获取云平台上的计算服务、网络服务和存储服务。信息化教学平台的建设遵循“以学生为中心”的原则，充分体现了教育的自由、平等和开放原则，并且平台建设是动态的，将随着信息技术的发展不断完善。

2.智慧课堂教学新形态

在信息化教学平台的支持下，智慧课堂教学形态从传统的“以教师为中心”发展为“以学生为中心”，翻转课堂、微课、慕课和创客教育的发展为智慧课堂的发展提供了新的动力。

（1）微课

微课是利用多媒体技术就某一个知识点制作的短小精炼的在线教学视频，具有制作简单、内容精简准、吸引学生注意力等优点。近年来微课广受教育者的喜爱，它满足了移动学习时代知识的传播和学生个性化学习的要求。

（2）慕课

慕课是大规模在线开放课程。教师首先在慕课网上开设课程，通过制作资源、课程测试、布置作业等方式组织教学，最后组织考试，评定成绩。学生注册自己感兴趣的课程，通过观看慕课视频、完成作业、参加测试等方式进行自主学习。在学校教育背景下，在慕课的基础上又产生了小规模限制性在線课程SPOC（Small Private Online Course），在知识碎片化和时间碎片化的环境下，慕课有效地实现了资源共享，提高了资源利用率。2012年以来，慕课在学生人数、课程数量、参与学校数量上一直呈现稳定增长的态势。据ClassCentral统计，截止2017年，慕课的学生总数达到了7800余万人，慕课平台已经成为学习者提升专业能力和拓展职业生涯的重要切入点，在教学中发挥的作用不断增强。

（3）翻转课堂

翻转课堂改变了传统的“教→学”模式，而采用“学→教”模式。在课前，教师负责制作和上传微课等教学资源，学生在课前完成课程学习，并积极进行互动交流。在课上，教师创建学习环境并提出问题，引导学生独立探索，通过师生、生生之间的协作学习寻找问题答案。教学过程的中心是学生，学生可以随时随地进行自主学习或协作学习。

（4）创客教育

创客是指不以盈利為目的、努力把自己的创意变为现实的人。创客是“互联网+”时代的产物，鼓励动手实践和分享交流。基于创客的教学一般采取线上和线下相结合的教学模式，一方面，在线上通过信息化网络教学平台的微视频、微课和慕课等教学资源进行自主学习;另一方面，在线下通过教师的引导开展创意设计和创作。创客教育不仅注重知识的探究性和综合性，而且注重能力的应用性和多元性。创客教育以探究创新为主导，以学生完成创新型应用型任务为主线，培养学生的动手实践能力和创新能力。

微课、慕课、翻转课堂和创客教育的发展都是依托于云计算、互联网和大数据等网络信息技术，并且会随着网络信息技术的发展发挥越来越重要的作用。在学校教育背景下，微课、慕课、翻转课堂和创客教育的内在联系见图2。

3.智慧课堂教学流程设计

在传统的课堂教学模式下，教师的教学流程为备课、讲课、布置作业、批改作业，学生的学习流程为预习、听课、完成作业，教师和学生的互动交流仅限于课堂提问，这在一定程度上影响了教学效果。而智慧课堂基于学校的信息化教学平台，以云计算、大数据等信息技术为依托，通过微课、慕课、翻转课堂和创客教育等新型教学模式，坚持以“学生为中心”的宗旨，教学流程发生了巨大的变化，有效实现“教”与“学”的深度融合。智慧课堂教学流程主要分为以下几个环节：学情分析、微课预习、测评反馈、教学设计、提出问题、创建环境、独立探索、协作学习、汇报讨论、课后作业、微课辅导、反馈评价（见图3）。

（1）课前阶段

课前阶段以学情分析为核心。收集学生的学习数据，包括学生的预习情况、作业的完成情况等，然后平台对学生数据进行挖掘分析，精确掌握学生学习薄弱环节，教师根据学生薄弱环节合理推送微课预习内容，学生在平台上通过测试题等进行预习反馈，教师根据学生预习情况合理设置教学方案，实现以学定教。

（2）课中阶段

课中阶段以师生互动、生生互动为核心。教师根据学生预习情况提出问题，创建多种情景导入新课，引导学生共同探究和学习，学生重点听取感觉疑惑的知识，提高学习效率。课程学习后，全班学生通过集体讨论、分组讨论或个人汇报的方式进行反馈，教师针对课堂探究情况和学生反馈情况进行课堂总结，巩固重难点，拓展知识。

（3）课后阶段

课后阶段以个性化辅导为核心。教师可以通过大数据分析结果，智能为不同学习程度的学生推送不同难度的作业和微课辅导视频，以适合每个同学的需求。教师可以通过平台及时批改作业，学生也可在平台上进行沟通交流，教师根据学生反馈结果设置下一次的课程方案。

现代信息技术下智慧课堂的产生改变了传统“教”与“学”的形态，给教育教学改革提供了新的思路。本文分析了智慧课堂的特征，在信息化教学平台环境和智慧课堂教学新形态的基础上，提出了智慧课堂在课前、课中和课后阶段的教学流程设计方案，提高了学生的自主学习能力。目前智慧课堂的研究处于起步阶段，还有许多待解决的问题，比如如何对学生的学习态度和情感等做出客观测评，这些问题都需要在实践过程中不断探索和解决。

参考文献

[1] 中华人民共和国中央人民政府.国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）[EB/OL].http：//gov.vn/jrzg/2010-07/29/content_1

667143.htm，2013-04-29.

[2] 姜强，赵蔚，李松，等.个性化自适应学习研究——大数据时代数字化学习的新常态[J].中国电化教育，2016（02）.

[3] 孙曙辉，刘邦奇，李鑫.面向智慧课堂的数据挖掘与学习分析框架及作用[J].中国电化教育，2018（02）.

[4] 张霞霞.我国智慧学习的建设现状和发展方向[J].教学与管理，2018（30）.

[5] 张艳明，桂忠艳，李力恒.基于云计算的计算机实验教学平台建设[J].微型电脑应用，2018，34（12）.

[6] J.A.Gonzalez-Martinez，M.L.Bote-Lorenzo，E.Gomez-Sanchez，and R.Cano-Parra.Cloud Computing and Education：A state-of-the-Art Survey.Computers & Education，2015.

[作者：张艳明（1983-），女，黑龙江哈尔滨人，黑龙江中医药大学医学信息工程学院，助理研究员，硕士;桂忠艳（1987-），女，黑龙江哈尔滨人，黑龙江中医药大学医学信息工程学院，工程师，硕士;李巍巍（1982-），女，黑龙江哈尔滨人，黑龙江中医药大学医学信息工程学院，副教授，硕士。]

【责任编辑  郭振玲】