“智慧课堂”教学模式创新与实践

周欣欣 徐纯森 李红彪 郭树强 张翠芳

摘  要：随着5G时代的到来，在新一代信息技术支持下构建智能、高效的“智慧课堂”条件已较为成熟。构建“智慧教学”总体模型框架，基于该框架提出了“智慧课堂”新型教学模式设计。以单片机原理课程为例，实施了新的教学模式。教学实践结果表明，新型教学模式促进了课堂教学结构的变革，提高了学生自主学习能力，实現了全体学生的智慧发展，教学效果显著提高。

关键词：智慧教学;单片机原理;对分课堂;教学模式

中图分类号：G642     文献标识码：A    文章编号：2096-3769（2021）06-067-05

随着5G的大规模商用，大数据、人工智能、云计算、物联网等新一代信息技术正不断地深入教育领域，对传统教学方式产生了深刻影响，促使传统的“知识型教学”正在向数字化、智能化、泛在化的“智慧型教学”转变[1]。所谓“智慧教学”是指通过构建智慧的学习环境，运用智慧的教学方法，让学生用智慧方式解决问题的教学，是促进学生全面发展的教学[2][3]，它强调强调移动智能终端的应用，采用智能信息技术，实现教学资源的智能推送、教学决策的智能评估、即时性的教学反馈以及多元化的交流互动，全面变革传统课堂教学的形式与内容，是新型的信息化、智能化课堂[4][5]。本文首先提出5G视域下的“智慧教学”模型框架，然后基于该模型构建了“智慧课堂”新型教学模式。以单片机原理课程为例，实施了新型教学模式，实践结果显示，新型教学模式显著增强了课堂教学智能化水平，课堂互动能力得到大幅提升，促进了课堂教学模式的创新和学生智慧的发展。

一、“智慧教学”模型总体框架

5G通信具有超高的数据传输速率、极低的网络延迟、良好的泛在性等特点，可以满足大数据量传输的各类应用，这就为实现智慧教学提供了可靠的技术支持[6]。“智慧教学”是以5G通信技术为基础，以人工智能、大数据、云计算等技术为支撑，以智能教学服务一体化平台为载体，实现线上线下交互并行、课前中后全程跟踪、采用多种互动交流方式、师生高度参与、充分互动的开放型教学过程。相比传统教学，智慧教学依托更加多样化的智慧教学平台，提供更加丰富的教学服务，对教学过程进行实时的数据采集，以及为学习者提供学习新知、互动交流的学习体验，且其提供服务的强度会随着学生学习能力的实时反馈而进行自动调节。本文对“智慧课堂”从底层到顶层进行了详细设计，提出了5G视域下的“智慧教学”模型框架，如图1所示，该模型自下而上包括三个层次，分别为智能资源层、智能服务层、智能应用层。

（一）智能资源层

智能资源层是集软硬件设施、资源、数据于一体的基础层次，主要为智慧教学过程提供各类资源及相关服务，具体包括教学服务、学习服务、交互服务等。其中，教学服务主要面向教师，教师可上传教学大纲、数字化教材、电子教案、多媒体课件、习题库、案例库等教学资源，为学生开展自主学习、泛在学习提供各类学习资料;学习服务主要面向学生，为学生提供在线学习、单元测试、在线考试等功能模块，同时还可以为学生提供各种学习工具与应用系统;交互服务则面向教师和学生，提供师生交流、学伴交流、即时通信、在线直播等多种交流方式。智能资源层强调资源及服务的完备性，充足的教学资源及服务可以满足教师、学生在智慧教学、智慧学习过程中的个性化需求。

（二）智能服务层

智慧服务层能够对教学全过程的实时数据进行采集，这些数据包括学生数据、学习过程数据、考试数据等，然后利用数据挖掘、统计分析、可视化技术、智能算法等人工智能、大数据技术，对学生学习兴趣、学习进度、学习特点等数据进行深层次智能分析，最终实现信息智能推送、学情智能分析、数据智能统计以及智能评价等功能，从而为学生开展高质量、个性化自主学习、为教师进行因材施教提供智能支持。智能服务层为智慧教学的实施提供了重要的智能技术支持。

（三）智能应用层

智能应用层是在智能资源层、智能应用层支撑基础上，依托各类移动智能终端设备以及各类教学及应用软件，面向学生和教师以及管理者等不同层次用户，针对教学环节、学习过程、教学管理等多种场景，提供各类教学、学习、管理等功能，通过优化各个场景中的应用流程和服务模式，在提高教师教学效率的同时，实现个性化教学和辅导，从而实现智能技术与课堂教学深度融合，实现“智慧”的教与学。

二、基于“智慧课堂”的新型教学模式设计与实践

（一）基于“智慧课堂”的新型教学模式设计

基于所提出的“智慧教学”模型总体框架，对课堂教学结构重新设计，提出了基于“智慧课堂”的新型教学模式。新型教学模式将对分课堂与对分易教学平台深度融合，将一个教学单元安排在两次课上完成，教学过程分为讲授、独学、讨论、总结四个环节，实现教师与学生的“对分”[7][8]。所谓“对分”，是指将课堂时间对半分开，一半时间留给教师讲授，一半时间留给学生讨论，其重点是要将教师讲授的时间和学生讨论的时间相错开，让学生在课后有时间安排个性化自主学习。新型教学模式教学结构，如图2所示。所采用的对分易教学平台，是一款为配合对分课堂而开发的教学软件，可以方便的在电脑、平板、手机上使用，操作简单，功能完备。下面，对新型教学模式进行具体阐述。

1.讲授环节

第一次课第2小节，教师讲授本教学单元的基本框架、基本概念等，指出重点、难点，不讲授知识细节。与传统课堂讲授不同的是，采用的是提纲挈领式讲解，而不是对授课内容的全部精讲细讲，是一种“精讲-留白”的讲授方式。然后，教师通过对分易发布有关学习内容的资料、问题及任务。学生在第一次课堂上，需要明确本教学单元的整体框架、能够把握住该部分的重点和难点、并且明确课后自主解决的问题。

2.独学环节

第一次课后，即进入“内化吸收”的独学阶段，以学生自主学习为主，通过阅读教材、借助对分易平台上教师提供的学习资源及相关文献，对课程内容进行独立思考，对教学单元所涉及的概念和理论进行主动探索，形成自己的认识和理解，独立完成作业，充分发挥学习的自主能动性。在这一阶段，教师主要是答疑和引导，通过对分易平台，教师还可以及时了解学生的自学情况，并对其给出个性化指导。

3.讨论环节

第二次课第1小节，进入讨论环节。此环节有两个阶段，分别是小组讨论和全班讨论。教师首先通过对分易平台中的学生分组功能对学生随机分组，然后进行小组讨论。学生根据第一次课教师精讲的内容以及学生课后自主学习的结果，分享学习成果和体会，或者提出自己困惑的问题，小组成员间相互答疑。小组讨论意见可随时上传到“对分易”教学平台，教师和全班同学都可以查看。小组讨论阶段主要解决低层次问题，小组讨论之后，进入全班交流环节，各组可自由发言，将小组讨论结果分享给全班同学。

4.总结环节

讨论结束后，马上进入教师总结阶段。首先，教师针对学生自学情况和课堂讨论情况进行答疑和总结，查漏补缺，解答共性问题，对教学内容的重点、难点进行深入讲解，对于学生提出的其他问题，教师可通过对分易、面对面等方式进行答疑解惑。其次，教师通过对分易布置习题，让学生在做习题的过程中进一步加强对知识的掌握和理解，并最终把要学的理论和知识变成自己的智慧，至此，一个授课单元全部完成。

“智慧课堂”新型教学模式强调先教后学。教师讲授在先，保留了传统讲授方式对知识传递的系统性、准确性和有效性。学生学习在后，鼓励学生课后开展个性化自主学习，学习主动性得到发挥，学习能力和学习水平得到大幅提升。讨论阶段，学生带着问题有备而来，相互协作共同解答，既强化了团队合作意识，又建立了立体式多维度生生、师生交流互动模式。在教学过程中，与对分易教学平台深度融合，教师可以通过该平台发布学习资源、作业、在线批阅、互动答疑，分组讨论、点名签到、数据统计与学情分析等，学生可以通过平台进行自主学习、单元自测、在线考试、互动交流等。“智慧教学”新型教学模式通过多样的教学手段，丰富的互动交流，提升学生自主学习的能力，促进学生智慧的生成与发展。

（二）“智慧课堂”新型教学模式实施

为检验“智慧课堂”新型教学模式的教学效果，结合本校实际情况，选取了计算机专业单片机原理课程作为试点，采用对分易教学平台，重构课堂教学结构，对新型教学模式进行了教学实践。

1.单片机原理课程教学现状

单片机原理是高等院校计算机等专业的必修课，是一门技术性、实践性都很强的课程，其目的是让学生掌握单片机的基本原理和软硬件开发技术，为从事计算机、通信等相关领域的实际工作打下坚实基础。目前，该门课程实际教学现状是学生虽然学完了该门课程，但当面对实际应用系统开发时，仍无从下手，存在知识运用能力和解决实际问题的能力较差等问题，分析原因主要有：（1）学生处于被动接受的地位。目前大部分学校单片机课堂仍采取“满堂灌”的教学方式，这种模式虽然具有传授知识系统、高效的特点，但本质仍然属于被动学习，这种教学方式让学生没有时间、没有机会去思考问题，扼杀了学生的创造性思维。（2）学生学习兴趣不高。由于单片机课程本身具有理论性强，内容繁杂等特点，教学内容相对枯燥、抽象，难以理解，许多学生甚至才刚刚开始学习本门课程就已经失去了学习兴趣，不利于学生主动学习能力的培养。为解决这一教学现状，在本校计算机科学与技术专业卓越工程师班进行了新型教学模式的试点应用。

2.新型教学模式在单片机原理课程的实施过程

我校单片机原理课程总学时是40学时，其中理论32学时，实验8学时。首先，在备课阶段，对课程内容进行整合，将其整合为五大单元模块，分别为基础知识及硬件结构、基本器件仿真与应用、中断系统、定时/计数器、串行口。其次，教师在对分易教学平台上建立授课班级和课程，教师根据不同单元模块，将教学资源上传到相应模块的文件夹中，面向授课班级开放。第三，教师根据单元模块进行对分教学设计。例如，以定时/计数器这一单元模块为例，本单元主要内容包括两部分，分别是定时器/计数器基本原理及工作方式，以及定时器/计数器编程与应用。根据该单元模块的内容，设计了两次“智慧课堂”新型教学模式。下面，以定时器/计数器基本原理及工作方式为例，阐述一个完整教学单元的教学过程。（1）在第一次课的第2小节，教师首先对定时/计数器的两个重要的控制寄存器以及四种工作方式进行“概要式”精讲，只强调四种工作方式的区别和应用范围，而各工作方式的具体细节以及例题并不在课堂内讲授。精讲完毕后，教师通过对分易教学平台发布学习通知，给出本单元的学习任务、方法和要求，课堂上一定要让学生明确自主学习时的任务和达到的目标。（2）第一次课后，学生利用课外时间，结合对分易平台上给出的学习任务与学习资源，开展自主学习，并完成“亮考帮”作业。所谓“亮”即亮闪闪，即学生将自主学习、吸收内化后的对本单元内容收获最大、理解最透彻的知识点写出来（至少2条）;“考”即考考你，即学生针对自己已经学懂但别人可能存在疑惑的地方写出来（至少2条）;“帮”即帮帮我，即学生将自己不懂需要别人帮助的地方写出来（至少1条）。学生做完的作业上传到对分易平台，教师根据作业完成情况，给出分数。（3）第二次课的第1小节，教师用对分易对学生进行随机分组，4人一组，然后开始时长为10～15分钟的小组讨论。教师在小组讨论的时候，不加入任何一组的讨论中，只是从旁聆听。小组讨论结束后，立即进入全班交流阶段。每个小组选出代表，分享该组讨论的心得与体会，也可以提出组内无法解决的问题。教师选择关键性、共性的内容进行解答。对于其他问题，可以课下进行有针对性地辅导。（4）讨论交流结束后，教师预留15～20分钟的时间对本单元进行总结，主要是对本單元知识点进一步梳理，针对重点难点进行有针对性讲解与点评，对学生分析不到位或存在理解偏差的知识点进行补充与纠正，使学生深入理解与领会知识点，从而完成了整个单元的教学全过程。

3.单片机原理课程的考核方式

采用新型教学模式的单片机课程改革了考核方式，采取平时成绩+实验成绩+期末成绩，各部分成绩分别占20%、15%和65%。新的考核方式加大了平时成绩的占比，平时成绩主要由每个教学单元的1次到2次“亮考帮”作业组成。“亮考帮”作业不仅促进了学生对知识的深入理解，更有助于学生解决实际问题能力的培养。

（三）新型教学模式实施效果分析

新型教学模式经过一个学期的教学实践后，对学生进行了问卷调查。其中，85.7%的学生支持这种教学模式;90.4%的学生认为新的课堂组织形式比传统教学方式更有吸引力;80.9%的学生认为自主学习能力得到提升;80.9%的学生认为对对分易教学平台功能非常认可;95.23%的学生对该课程非常满意。

实施新型教学模式后，在以下几方面得到了明显的改观。首先，学生学习主动性得到了大幅提升。在传统课堂上，教师采取“满堂灌”的授课模式，学生难有发挥余地，属于被动接受知识的过程。而在新模式上，教师有引导，学生有吸收内化的探究学习过程，给学生很大的主动探索空间，学习主动性得到了加强。其次，交流互动得到了加强。在传统课堂下，教师满堂讲，课堂缺乏师生、生生交流机会。而在新课堂模式下，为学生提供了多种交流机会，生生、师生交流得到大幅加强。在交流过程中，学生的语言表达能力得到锻炼，学会了相互启发、相互分享。第三，对分易教学平台与传统教学深度融合，使课堂教学方式呈现多样化，课堂效率更高，增强了课堂活力，有助于进一步提升学生学习兴趣与自主学习能力。新的教学模式，使师生间关系更加密切，平等协作体现的更好，同时，课堂氛围更加轻松、自由、积极向上。

三、结论

伴随5G时代的到来，融合新一代信息技术构建的“智慧课堂”已成为高等教育的重要发展方向。“智慧课堂”通过深度融合智能、高效的智能化教學平台，采取灵活的课堂组织形式，多样的交流方式，教师可以更好的因材施教、推送教学内容，学生能更好的共享资源、交流互动，开展自主性、探究性学习，从而实现创新型人才培养目标。

参考文献：

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[6]马卉芳. 5G赋能场景教学项目的应用策略研究[D].北京邮电大学，2020.

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[8]王树芬.基于蓝墨智慧课堂在计算机组成原理教学中的应用与实践[J].创新创业理论研究与实践，2019，2（7）：53-55.

On Teaching Innovation and Practice in Smart Classroom

ZHOU Xin-xin， XU Chun-sen， LI Hong-biao， GUO Shou-qiang， ZHANG Cui-fang

（School of Computer Science， Northeast Electric Power University， Jilin 132012， China）

Abstract： In 5G era， it is feasible to build an intelligent and efficient "smart classroom" with the support of a new generation of information technology. This paper proposed the overall model framework of "smart teaching"， based on which a new teaching mode in "smart classroom" was designed in the course of Single-chip Microcomputer. The teaching practice shows that the new teaching model has promoted the reform of the course' structure， improved students' autonomous learning ability and the goal of overall development of students' intelligent abilities can be achieved thus the teaching effect has greatly enhanced.

Key words： Smart Teaching; Principle of Single Chip Microcomputer; PAD Class; Teaching Model

收稿日期：2021-08-21

作者简介：周欣欣（1977），女，吉林延边自治州人，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为计算机科学与技术。

本文为以下项目的研究成果：吉林省高等教育教学研究课题“5G视域下的计算机专业硬件类课程教学模式创新与实践”（ST202005），吉林省教育科学规划重点课题“基于‘智慧课堂的单片机课程教学模式研究”（ZD19044），东北电力大学教学研究课题“基于‘智慧课堂的单片机课程教学模式创新与应用研究”（J201909）的研究成果。