智能化平台支持下有效性教学的实证研究

李海清，张 瑜，魏国福，郭丽荣，贾连军

（1.廊坊师范学院，河北 廊坊 065000；2.廊坊市第十中学，河北 廊坊 065000）

0 引言

2014年教育部印发《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》，提出“各级各类学校要从实际情况和学生特点出发，把核心素养和学业质量要求落实到各学科教学中”。2018年，教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知里强调，“信息技术和智能技术深度融入教育全过程，推动改进教学”“利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革”。在教育信息化快速推进的情况下，很多中小学进行了信息化设备的购置和智能化教学平台的搭建，这为学校智慧教学提供了基本保障。然而，很多学校具备信息化教学条件后，教学没有发生真正的变革，仍然依循传统教学的惯性，教学目标上为知识的记忆，教学方式和教学活动上依旧表现为教师讲和学生听，智能化教学平台沦为播放PPT课件的设备，不仅没有赋能教学，有时还成为教师教学的技术负担，教学效果反不如传统教学。

本研究针对此问题，总结了智能化平台误用的原因，构建了智能化平台支持教学的有效策略，并以初中化学学科为例进行教学实践，检验其效果，希望为信息技术与课程融合发展提供理论依据和实践案例。

1 智能化平台支持的教学概述

智慧教学是在教学改革背景下提升教师教学质量、变革教育深度而提出的一种教育理念。［1］而系统提出与信息技术融合的智慧教学是在2015年，智慧教学被认为是智慧教育的主要业务内容。杨现民等人将智慧教学定义为“智慧教学是教师在智慧教学环境下，利用各种先进信息化技术和丰富的教学资源开展的教学活动”。［2］由于本研究中的教学环境尚未达到理想的智慧教学环境，所以称为智能化平台支持的教学，属于智慧教学范畴。

现有研究中，智慧课堂是智慧教学主要的研究内容。而在智慧教学的设计和开展方面，主要有智慧课堂的教学结构、教学模式等，但关于智慧课堂的研究多以理论构建和理论演绎为主，实证研究尚显不足。［3］如刘邦奇等人对比传统教学得出中小学智慧教学可采用“三步十段”的结构模型。［4］聂庭芳等基于教学实践的总结构建了“三元五环五模块”教学模式。［5］但这些研究重在理论构建，缺少实证数据的支持。关于初中智慧教学的实证研究中，王月等人以初中地理学科为例，构建了智慧课堂并进行了学生满意度的验证。［6］但对初中智慧课堂现状和问题只做了描述，并未进行剖析，没有揭示智慧教学实践中出现问题的原因。

2 教学出现问题的原因

大数据等新兴信息技术在教育中得到广泛应用，教育信息化引领教育变革。学校普遍在政策与需求的推动下，购置了智能化教学平台以及终端等先进的信息化教学设备，打造了开展智慧教学的环境。然而，在实际教学过程中，对智慧教学设备只是低层次、浅层次的应用，智慧教学并未达到预期效果，究其原因如下。

2.1 教师没有充分认识智慧教学真正的价值

智慧教学是信息化教学发展新的阶段，智慧教学下的课堂是信息技术与学科教学深度融合的课堂新形态，智慧教学的目标应该是学生核心素养的实现。智慧教学不是教学过程中使用了先进的教学媒体和教学设备，不是披着先进设备外衣下的知识灌输型的教学，这种理解是技术的越位，认为课堂的技术形态超过了教育价值，而智慧教学的真正价值是技术变革教育，促进学生热爱学习、学会学习、深度学习。

2.2 教师对智慧教学中技术的误用

教师在智慧教学过程中因为没有理解智慧教学的内涵而发生了对技术的误用，在智慧教学中新的设备和技术的使用并未和课堂教学深度融合。一是为了应用技术而改变教学以适应技术的使用，技术的使用阻碍了课堂教学的进度，教学效果适得其反。二是教师课堂中技术的应用停留在浅层次阶段，例如技术只用于签到、点名、抢答等环节，这些浅层次的应用并未真正提升学生核心素养。

2.3 教师对智慧教学中学生为主体的误解

教师误解了“以学生为中心”的观念，认为课堂所有活动由学生来完成。将学生置于海量的信息海洋中，教师缺乏精选的课程资源和培养核心素养的教学活动，忽视了学生信息提炼、分析、评价能力的培养，缺少了基本的逻辑思维、辩证思维能力的训练，造成智慧课堂优势无法发挥。［7］

总之，智慧教学需要变革原有灌输式的教育思想，实施核心素养导向的教育指导思想，并在具体的教学方法中贯彻，只有这样才能实现真正的智慧教学。

3 新教学模式的构建

鉴于上述发现的问题及原因总结，本研究将从学会学习核心素养视角，基于学习科学的理论设计智能化平台支持的有效教学模式，为有效智慧教学提供参考。

3.1 教学模式构建的理论基础

智能化平台支持的有效教学是基于教学设计理论和学习科学的理论构建的。教学设计理论是“主导-主体”理论，学习科学理论包括情境认知理论和分布式认知理论。

“主导-主体”教学模式，是对以教为主的教学模式和以学生为中心的教学模式两者的优势互补的反思基础上提出的。课堂教学过程中，教师的主导作用不可或缺。如果脱离教师的主导，教学目标的达成和知识的系统性传授将受到影响。强调学生为主体，否则，学生的学习自主性、高阶思维的培养无法完成。如今的智慧教学的课堂的现实是，以“学生为中心”之名，行“教师为中心”之实。所以，“主导-主体”教学模式更适用于智慧教学的课堂。

情境认知学习理论由美国心理学家马斯洛和罗杰斯建立并发展。这一理论强调认知过程的本质是由情境决定的，情境是一切认知活动的基础。这一理论还认为，强调知识的学习应建构在真实的活动中，学习是个人与情境互动的历程。所以，在智慧教学课堂中，教师要用智慧教学设备创设真实的问题情境，内容与活动的安排要与人类社会的具体实践相联通，最好在真实的情景中，通过类似人类真实的实践情境来组织教学。情境最好来自真实生活，而不是为了教学而简化的问题情境。

分布式认知理论认为学习过程被认为是人与人之间、人与环境间交互的结果。分布式认知的交互主要包含个体之间的交互、个体与人工制品之间的交互、人工制品与人工制品之间的交互。分布式认知活动既不是单纯的内部表征，也不是单纯的外部表征，而是分布于内部表征和外部表征之间的、相互协作的分布式表征。［8］所以，智慧课堂教学要求重视教师与学生、学生与学生个体间的对话，因为认知不仅分布在个人头脑中，还发生在人与人之间的交互过程中。重视信息技术的作用，因为认知是通过内部表彰与外部高层之间的传播与转移发生的。人机结合的社会气息是现代人之世界的基本方式，重视学习共同体的构建，设计多样化的小组合作学习活动，既可以促进学习者的小组合作学习能力，又能够在小组讨论中获得思维的启迪，培养学生的创造性思维能力。

智能化平台支持下有效教学的模式具备以下特征：一是在课堂导入方面强调真实问题情境，知识迁移往往回归生活；二是组织形式方面鼓励小组协作；三是课堂活动强调互动式教学；四是课堂教学评价强调量化分析和数字驱动。

3.2 教学模式设计

综合以上理论指导，借鉴已有高效互动课堂教学模式，［9］设计智能化平台支持下的有效教学模式，如图1所示。

图1 “学会学习”核心素养导向的智能化平台支持下有效教学模式

在智能化平台支持的教学模式中，教师起到主导作用，课前以培养学生素养为目标，精细设计内容和活动；课中以知识迁移为导向，进行互动教学，在课堂教学过程中完成知识向能力、能力向素养的转化；课后以个性化学习为导向，进行分层任务的下发。学生通过自主学习、合作学习、个性学习完成知识的学习、深化、迁移，学习过程中完成学会学习的核心素养的养成。

智能化平台支持的有效教学模式中，技术应用的目标和教学活动的目标一致，起到支持教和学的作用，内化在教学活动中。通过平台上传课前微课，配合自主学习任务单培养学生在教师引导下的自主学习能力；通过平台的测试功能能够快速形成课前学情分析数据，让教师课中教学设计有的放矢；平台的多媒体呈现功能支持课堂导入环节创设问题情境，吸引学生快速进入学习状态；平台的任务下发和拍照上传功能可快速组织讨论以及成果展示。平台的资源管理功能，能让不同层次学生获得适合自己的学习资源和任务，达到个性化学习的效果。

由智能化平台支持的有效教学的一般模式，根据学科、课程类型、课程目标的不同，可以演绎为不同类型的有效教学模式。不论如何演绎，都是学会学习核心素养导向，不仅重视知识传授，更看重知识向能力的转变和知识的内化。根据具体学科的不同，可以发展为有效教学模式（图2）。根据具体有效教学模式的指导，在初中化学学科的实验班进行实践。

图2 “学会学习”核心素养导向的智能化平台支持的理科有效教学模式

4 教学有效性实证研究

智能化平台支持的有效教学模式是否能达到核心素养的培养需要对其有效性进行验证。什么是有效教学，有学者将有效教学界定为：教师在遵循教学规律的前提下，实现了预期的教学效果、效率和效益的教学。有效果即实现了预期的教学目标，有效率即教育产出与投入比率较高，有效益指实现的结果与个人及社会对教育的需求相符合。［10］

本研究将设计好的理科有效教学模式应用到初中化学学科。初中化学学科采用通过一个实验班的不同时间序列进行实验。

4.1 研究目的

研究统计学习者通过智能化平台支持的有效教学后，在学习成绩和核心素养数据上的差异。课程选择初中化学新授课堂，选取初中化学人教版九年级上册第三单元《物质构成的奥秘》中课题二《原子的结构》中的“相对原子质量”作为教学案例，来验证智能化平台支持的教学有效性。

4.2 研究对象

本研究选择廊坊市某中学初三年级A班学生为研究对象，共45人，采用单组前测后测时间序列进行实验研究。

4.3 实验环境

实验环境为该校的普通智慧教室。智慧教室配备硬件设施和软件系统，硬件设施包括交互式一体机、投影仪、移动学习终端、无线互联网等，软件包括智能教学平台，具有基本课堂活动创设工具箱、教学资源库、及时反馈系统、多屏互动系统等教学功能。

4.4 实验过程

4.4.1前、后测

为排除教学内容对实验结果的影响，由两名中学化学教师选取与本节内容难度相当的其他章节内容，以传统讲授教学方式进行讲授，并做好前、后测。本节内容以智慧课堂有效教学模式进行教授，并做好前、后测。前、后测包括相应内容知识点的测试和学会学习能力的测试。

4.4.2有效教学实施

A班按照智能化平台支持有效教学模式实施教学，教学具体流程列表如下。

教学阶段课前课中课后教学活动课前自学课前自测新知讲授随堂测试合作学习课堂总结完成课后作业拓展阅读教学流程教师上传本节内容的学习资源至智慧教学平台，如微课、自主学习任务单、学习方法指导等，供学生自学教师发放精心准备的课前测试题利用智慧黑板，通过视音频素材进行情境导入，通过问题启发学生思考课前测试出错的问题。引入基准量法学习确定原子的相对原子质量的方法，了解相对原子质量与原子中微粒的关系利用智慧教学平台对刚刚讲授的知识点进行随堂测试利用平台随机分组功能进行分组，小组根据教师在平台上发放的材料，学习查阅相对原子质量的方法利用平台拍照投屏功能，将课堂总结投屏展示智慧平台根据学生测试情况，推送相应知识点练习或资料有能力学生可进行拓展阅读学生活动观看微课，完成自主学习任务单，并与教师和同学在线交流完成课前测试学生可以通过移动教学平台进行实时提问或者进行反思完成测试小组合作、讨论、总结听讲、补充完成练习，提出疑问完成阅读教师活动解答学生疑问，根据学生自主学习任务单中的困惑或兴趣点进行教学设计根据测试结果调整教学设计教师即时反馈学生提问对于正确率低于60%的知识点进行讲解巡视，参与小组讨论点评总结查看练习结果，在线完成个性化辅导总结、反思、制定下一阶段教学计划

4.5 数据结果与分析

根据后测所得数据，对后测结果进行配对样本T检验，检验智能化平台支持的理科有效教学模式前后成绩是否有差异，获得结果见表1、表2。

表1 成对样本统计量

表2 初中化学成对样本相关系数

由上述报表可知：两次成绩的平均数各为78.58与91.56，两次成绩呈弱相关，相关系数是0.260。两次成绩检验的t（44）值为-9.116，显著性为0.000，检验结果达显著，表示这个班的两次考试成绩有显著差异。从样本平均数大小可以看出，学生实施后的成绩（91.56分）比较实施前的成绩（78.58分）更优秀，表示学生的成绩有明显的进步趋势。

由表3可知，改变教学模式前后的成绩存在统计学上的差异。可以得出，基于智能化平台的有效教学模式优于传统讲授。

表3 初中化学成对样本检验

在“学会学习”核心素养提升养成方面，参照中国学生核心素养，在学会学习的维度上分为乐学善学、勤于反思、信息意识［11］，经过操作化后的问卷进行测试，前、后测得出数据雷达图，如图3所示。可以看出各个维度上均有所提升，特别是在善学维度上，也就是学习方法上有较明显提升。

图3 “学会学习”核心素养的前后变化

综上所述，智能化平台支持的有效教学不仅能够很好实现知识识记和理解的目标，还能够在学习过程中获得学习方法以及元认知的能力，最终达到学会学习个人成长的目标，以及创新性人才培养的社会目标。

5 结论与建议

5.1 智慧教学的关键在于对智慧教学的理解

智慧教学的内涵是信息技术与课程的深度融合，智慧教学的目的是让学生进行深度学习，最终完成核心素养的养成。基于对智慧教学的理解及数据分析基础上的教学设计，教学目标的设定要以核心素养为导向，教学内容选择要以核心素养培养为依据，教学活动设计要以核心素养为指引，教学评价要以核心素养培养为标准。教学设计要求教师熟悉平台的各个功能及操作。

5.2 智慧教学的保证在于智能化教学平台的使用

教师在智慧教学过程中不只是对智慧教学设备浅层、初阶应用，要把平台作为学生学习交互的平台，教师备课、授课的平台，教学数据收集的平台。课前，教师要运用好智能化平台，将核心素养导向下设计的教学内容上传至智能化平台，以学情获取为目的利用平台功能设置好课前教学活动。学生也应该利用好平台进行课前学习、课前检测以及资源搜索。课中，智慧教学的根本仍是教学，仍然遵循教学活动的规律，即学习发生在教师与学生的交互过程中。在技术支持下，交互在数量层面上要增加，在质量层面上要提高。教师的教与学生的学要多交互、深交互，尤其是参与式互动，不仅利于学生学习，利于课程建设，而且能够实现“教学相长”的目标。［12］课后，智能化平台仍然是教师和学生发生教学交互的延续。智能化平台深度使用目的就是核心素养的落地。

5.3 智慧教学最终目标是提升学生核心素养的发展

学生核心素养的发展是智慧教学的最终目标。时代的发展对于人才培养的标准发生了变化，传统的教学无法满足对未来社会人才培养的需求。作为教育者必须要正视这样的需求，正确理解智慧教学的内涵，积极利用智能化平台进行教学，深度挖掘智慧教学培养学生核心素养的策略，将技术无缝融入到教与学的过程中，发挥技术促进学习者获取知识方式的转变，利用技术促进知识迁移应用，利用技术完成知识的创新应用。通过智慧教学中对教学方式、教学评价的变革，使学生的学习由浅层学习向深度学习转变，由知识学习转向核心素养培养。

总的来说，本研究证明了智能化平台支持教学的有效性，但还存在智慧教学环境建设不完善，教师应用智慧教学方法能力不够，研究样本单一等不足，这些不足将会是下一步关于智慧教学深度研究的完善依据。