“智慧课堂”环境在工科专业教学中的应用探究

贺媛 苑沛霖

摘 要：“智慧课堂”环境是基于互联网络、智慧教室以及智慧教学平台等手段而建立的一种新型教学环境，通过课堂环境的智慧化，解决传统课堂教学中互动、实践、数据收集、教学反馈等相关问题。本文探究了“智慧课堂”环境在工科专业课程教学中的应用方法，研究了“智慧课堂”环境对于“新工科”人才培养的影响，为“智慧课堂”环境在工科专业课程的推广使用提供合理有效的思路和建议。

关键词：智慧课堂;工科;课程设计

传统课堂教学“以教为中心”，以课堂讲授为主，存在着互动不足、学生学习兴趣很难提升的问题[1]。工科专业课程多理论重应用，学生理论学习困难，学完了应用更难，课程内理论知识需要通过实践来印证，传统教学缺少将实践与理论结合在一起的手段[2]。这众多问题存续多年，难以用传统的方式解决，迫切需要用新的视角和方法来加以改变。《教育信息化2.0行动计划》中提出“积极开展智慧教育创新研究和示范，构建智慧学习的支持环境”[3]。在这一思想指引下，我们将各类教学辅助的智能终端应用于教学中，实现教学决策数据化、评价反馈即时化、交流互动立体化、资源推送智能化;构建互动式、智能化、开放型、多样性的智慧教学空间，打造主动参与的课堂[4];将互联网与教学相融合，变革传统课堂教学结构，实现空间和时间的融合，将理论知识与实践过程紧密结合在一起，通过智慧的教与学，促进全体学生实现符合其个性化特征要求的成长和发展[5]。本文使用智慧教学平台、智慧教学环境、智慧教学信息手段等，构建了一种基于“智慧化教学”的工科专业课程教学模式，探究了“智慧”教学环境在工科专业课程中的应用方法，为工科专业课程的教学改革提供了新思路、新建议。

一、基于公开平台的智慧课堂环境的建立

目前已有多种成熟的公开免费智慧教学平台可供选择，例如学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发的雨课堂，百度教育提供的百度智慧课堂，成都思博克信息技术有限公司开发的学会学课堂等。各种智慧教学平台设备使用简单，功能强大，可以实现课前预习，课内互动以及课后数据统计及反思等，各平台功能相似又各有侧重，可以根据使用习惯以及对课程的要求进行选择。

例如学会学课堂，就将教育技术与互联网技术完美融合，追求高效、智能的教学体验，做到关注每一个个体，因材施教。使用“互联网+”课堂打破了以往老师单方面讲授的方式，为生生、师生提供了更多交流和互动的手段及方法，让学习有了新的实施、新的体验.使得教师能更有效地进行教学设计、执行教学实施，学生也乐于被带入课堂，融入课堂学习[6]。在整个课程过程中将课堂过程完整记录并对结果进行分析，判断课堂是否达到了预期的效果、是否解决了重难点问题。让教师课后可获取回顾和反思的依据。采用各种有效的手段營造并调动课堂氛围，学生乐于参与课堂，在快乐中收获成长。在课堂上，鼓励并引导学生积极思考、积极沟通、积极表现，发散、拓展自己的思维，与老师、同学相互碰撞灵感的火花。最终促成个人与群体的思维方式和技术能力的养成与提升。“学会 会学”——使学生自主学习，最终达到学会学、学会想、学会做的目的。让学习成为快乐的享受并受益终身。

再比如雨课堂，雨课堂让学生、教师和管理者知道教室里真正发生了什么。它有助于实现数据驱动的教学，帮助教师在提升教学艺术的同时，实现科学教学和教学科学[7]。它将复杂的信息技术手段融入到PowerPoint和微信，在课外预习与课堂教学间建立沟通桥梁，让课堂互动永不下线。使用雨课堂，教师可以将带有MOOC视频、习题、语音的课前预习课件推送到学生手机，师生沟通及时反馈;课堂上实时答题、弹幕互动，为传统课堂教学师生互动提供了完美解决方案。雨课堂科学地覆盖了课前-课上-课后的每一个教学环节，为师生提供完整立体的数据支持，个性化报表、自动任务提醒，让教与学更明了。

工科专业课程注重课堂内容与实际应用的结合，需要老师时刻掌握学生学习情况来调整自己的教学过程，并加强与学生之间的互动交流等，因此“智慧平台”在课前课中课后的使用就显得更加重要。作者分别使用不同的智慧教学平台运用于专业课程的教学过程中，均取得了较好的教学反馈，在智慧教学平台下，学生可以更好的与老师就预习、上课、课后复习等环节完成互动，从而部分解决了工科专业课程内容多、学习困难、上课枯燥等问题。不同智慧教学平台有不同的侧重点，适用于不同的教学课程和教学内容，可以通过综合利用各种智慧课堂平台来更好的完成工科专业课程的教学。

二、基于智慧教室的智慧教学环境设计

教育部《关于加快建设高水平本科教育 全面提高人才培养能力的意见》（简称“新时代高教40条”）指出“以学生发展为中心，通过教学改革促进学习革命，积极推广小班化教学、混合式教学、翻转课堂，大力推进智慧教室建设，构建线上线下相结合的教学模式。”[8]其中智慧教室正是基于当前信息数据化时代的一种新的教室模式，通过智慧教室构建新型的“以学为中心”的教学模式。

智慧教室为学生提供了先进的技术设备，灵活性、可移动的桌椅，多元化的教学工具等，通过空间的设计和信息技术手段的引入实现学习者主动积极的课堂学习，创建师生之间有效、及时的交流，打造舒适与安全的教学环境，促进学生的综合素养的发展与提升[9]。通过智慧教室的设计实现普通授课、录播直播、智能控制、多屏互动、虚拟现实教学、智能控制等多个功能的综合实现，满足新工科人才能力培养对教学环境的要求，使小班教学、分组讨论、互动教学、翻转课堂的实现更加的容易。在智慧教室这些功能的综合作用之下，我们打造了一种更为积极主动的学习环境。教师可以运用更多的学习策略促进学生能力提升，让学习者在达成课程学习目标的基础上，提升学习能力，创新能力，在问题解决方面具有更好的批判性思维，达成 “新工科”要求，“培养造就具有创新创业能力、跨界整合能力、高素质的各类交叉复合型卓越工程科技人才”。

三、基于互联网络的远程实践活动开展

工科类专业课程一个重要的特点就是与实践的紧密结合，几乎所有的专业核心课程都会配备相应的实践环节课程，只有通过实践才能让学生对课本的内容有更为全面的理解和认识，也只有足够的实践课程才能确保学生在整体学习结束以后达到本科培养目标的要求。但是传统的实践教学环节存在着三个问题：首先，传统的教学过程中专业课程的理论教学和实践教学是分开的，在学完理论课程以后，单独前往工厂或者实验室开展相关的教学实践，这样会造成理论课程与实践环节相脱离，学生在理论课堂上看不到实践部分，无法感同身受，让学习效果大大降低，而在后期实践环节时，学生已经忘记很多理论课程内容，实践效果也得不到保证;其次，一些学校身处内地或者一些经济欠发达地区，学校离工厂很远，学生去工厂实习都具有一定的困难，因此实习实践机会较少，疫情也会影响很多学校的出外实习[7];第三，传统实验室建造本钱高，实验设备和教育环境需求继续的经费和人力投入进行保护，这给学校的财务及师资带来不小的压力，这些都影响着工科专业课程的教学效果。

当前是信息化时代，网络大大缩短了人们之间的距离，让相聚千里的人可以摆脱时间和距离的束缚，实现面与面之间的交流，通过通信软件实现远程的交流互动，可以较好的解决我们教学实践的部分问题[9]。例如，请工程师为学生进行工厂的实地授课，可以打破时间和空间的壁垒，让学生身处教室，却可以达到工厂实地考察的效果，这种方法大大的节约了时间和费用，可以较为容易的让这种授课方式从偶然变为常态，从而成为平常教学中的一个基础环节，丰富教学模式以及授课内容。同时通过这种方式，我们可以实现理论课程和实践过程的实时结合，在理论课上直接穿插实践环节，让实践环节与理论内容融合一起，真正让实践服务于课程教学。

仿真模仿实验共享服务是解决工科专业课程实践问题的又一有力手段[10]。学生可以在电脑上做“实验”、从网络上进“工厂”，虚拟仿真实验成为了传统实验实践教育的有利弥补。在国家多年支持之下，虚拟仿真模拟实验项目和相关实验室建设已趋于成熟，很多学校都建立了自己的虚拟仿真实验室，很多企业也开始提供众多的实验共享项目。通过虚拟仿真实验的开展，降低了实验室成本，为学生提供了更多的实践和实验机会，优化了试验教育资源，营建了多样化的教育环境，增强了实验教育的互动性，战胜了现实环境中的许多约束，营建愈加安全的实验教育空气，激起了学生自主学习的活跃性，对于运用型立异人才的培育具有活跃的含义。

通过互联网还可以实现不同学校、不同地域甚至不同国家之间的远程教学活动。目前四川大学，广东财经大学都已尝试开展国际互联课程，通过互联网实现外国老师给中国学生上课，中国老师给外国学生上课，打破空间壁垒，实现教师资源的共享，达成中外学生的交流，学生在这种新型教学模式下，开拓了国际视野，学习了国外先进技术理论，有助于我们培养具有先进思想，具有应用能力和创新能力的“新工科”人才。同时还可以通过这种方式实现云参观、云实习、云讲座、云交流等，实现高校间，学生间，工厂与学校间更好的交流，最终培养具有实践综合能力的工科人才。

总之，在当前这个人工智能、互联网、信息化的时代，传统的教学过程已不能满足国家对于工科专业人才培养的需要，我们需要用“智慧”的教学方法来进行教学，这是学生的需要，是社会的需要，同样也是时代的需要。“智慧”的教学过程包括智慧的平台工具，智慧的教学环境，智慧的实践方式，通过智慧的教学方式改革，我们可以获得更加生动有趣，互动性强，将实践与理论相结合的课堂，培养出具有专业知识以及实践创新能力的社会主义建设者。

参考文献：

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[2]卞金金，徐福荫.基于智慧课堂的学习模式设计与效果研究[J].中国电化教育，2016（02）：64-68.

[3]任友群，冯仰存，郑旭东.融合创新，智能引领，迎接教育信息化新时代[J].中国电化教育，2018，（ 1） ： 7-14，34.

[4]刘邦奇.“互联网+”时代智慧课堂教学设计与实施策略研究[J].中国电化教育，2016（10）：51-56+73.

[5]韩 怡，王 飞.智慧教育背景下高校课堂教学改革探索—以教育技术学研究方法为例[J].科技風，2021 .4 ：95-97.

[6]陈燕，张琳，李文凤.手机与教学平台相结合的高职英语信息化教学的实证研究[J].成都航空职业技术学院学报.2017，33（04）：32-34.

[7]王佑镁，吴永和，祝智庭，等.教育信息化开放生态系统模型建设策略[J].现代远程教育研究，2009，（ 1） ： 58-62.

[8]胡旺，杨成.基于智慧教室的教学模式设计研究[J].广东开放大学学报，2015，24（04）：87-92.

[9]廖惠瑛. 基于“互联网+”的智慧课堂教学改革实践研究[J]. 中国培训，2019（ 12） ： 79-80.

[10]王宝华，张杰，周瑞，等 . 虚拟仿真实践教学在制药工程类课程中的应用初探 [J]. 中医教育 ECM，2019（2）： 19-22.