智慧教室在作物栽培学教学改革中的应用探索*

刘国栋 郭璐楠

（1.扬州大学农学院；2.扬州大学旅游烹饪学院·食品科学与工程学院）

一、引言

近年来，《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》《教育信息化2.0 行动计划》等文件提出，教育现代化发展要以教育信息化作为内生变量，持续推动教育理念更新、模式变革、体系重构，高校要着重数字化、信息化的智慧教学环境建设，融合创新、系统推进、科技引领，努力构建“互联网+”环境下的人才培养新模式，探索信息时代教育治理新机制，加快信息化时代智慧教育变革[1]。课堂教学是教育教学工作的主阵地，是人才培养的中心环节。在传统的课堂教学中，教师是课堂的主体，教师依照教科书上的内容进行讲授，学生则被动地接受知识，这种教学模式往往忽视了学生的主体性，限制了学生自主学习能力和思维拓展能力的提高，不利于人才培养长期战略的实施。因此，课堂教学改革已成为当今教育改革的重点。随着物联网技术、人工智能等技术快速发展，教育改革促使智能技术与现代化教育相结合，智慧教室应运而生[2]。智慧教室配备了多种物联网信息技术和互交设备，融合先进的教育形式和教学手段，能够拓展教学活动空间，为师生提供丰富的教学资源。借助智慧教室，教师能够运用多种教学技术开展教学活动，增强师生的互动交流和趣味性[3]，促使课堂教学结构由以教师的教学为主转向以学生为主导，进而深入推动教育改革[4]。

作物栽培学作为一门综合性和实践性很强的应用学科，是扬州大学品牌专业农学的核心专业课程。该课程内容贴近农业实际生产，操作体验性强[5]。当前，传统的作物栽培学课堂教学模式已难以满足教育信息化改革的迫切需求，因此，探索如何利用智慧教室条件，结合本专业课程特点对课堂教学模式进行革新是当前高校教学改革的必然要求，对提升教学质量具有重要意义[6]。

二、智慧教室概述

（一）智慧教室概念

智慧教室是指利用物联网、人工智能、大数据等先进教育技术，提供丰富的学习资源，优化教学内容呈现，促进师生互动、学生间相互协作，充分发挥学生主观能动性和创造性的新型物理教室[7]。智慧教室配备了信息化教学设备、多屏显示器、集成3D 投影、互交式电子白板、AR/VR 等教学设备，并设置可调节的移动桌椅，方便师生通过多种方式开展教学、讨论、研究等课堂教学活动[8]。智慧教室为学生高效精准学习提供了强有力的技术支持，并促使教师不断创新教学理念，革新教学方式、方法，使高校始终保持高效性和前瞻性的人才培养模式。

（二）智慧教室特点

智慧教室具有智能化、个性化、交互性、开放性和共享性等特点。首先，智慧教室打造了一个高科技、智能化、相对舒适的教学环境，从而营造良好的学习氛围；其次，智慧教室提供了丰富的教学资源，教师能够随时获取本学科相关资源，丰富课堂内容，拓展思维，使课堂教学融会贯通，同时也满足了学生个性化自主学习的需求；再次，在智慧教室的支持下，教师能够通过翻转课堂、微课等教学形式与学生开展多元化互动，保证学生的教学主体地位；最后，智慧教室提供的信息统计功能方便教师随时掌握学生对各个教学环节的学习情况，获得精准、科学的课堂教学评价，从而及时调整教学内容和进度，提高教学质量。

（三）智慧教室在当前课堂教学中的应用现状

随着信息化课堂教学改革的推进，各大高校陆续开始了智慧教室环境的建设工作，在教育部的支持下，已建成了远程互动教室、VR 智慧教室、多屏互动教室等多种智慧教室。目前，高校智慧教室的建设工作已取得初步成效，在应用中也能够显著提高教学效率。然而，我国智慧教室的研究仍处于初始阶段，对于智慧教室在应用与普及过程中存在的问题及相应的解决方案仍需要进一步探索与研究。研究表明，智慧教室提供的课堂互动设备、教学资源、课堂评价等智慧环境能够有效地解决原本课堂中存在的互动交流环节欠缺、教学资源匮乏等问题，但是对由教师教学方法引起的教学质量不佳等问题影响甚微[9]。智慧教室的应用不仅要求教师熟练掌握智慧教室的各项功能和使用方法，还需要教师能够在智慧课堂的辅助下改进和优化教学思路及方法，实现教学模式的转型，从而提升教学质量和效果。目前，高校虽然已经配备了各种类型的智慧教室，但大多数的课堂教学仍以教师的讲授为中心，尚未实现“以学生为中心”的教学理念，对于培养学生的自主性和创新思维能力影响欠佳。此外，系统、精准、科学的教学评价体系是评估教师教学及学生学习情况的重要指标。教师运用智慧教室的自动判题、实时分析等功能能够及时获得教学反馈，对于提升教学质量具有积极的作用。然而目前的评价体系多以结果作为评价指标，忽略了对学生学习过程的评价。因此，智慧教室的教学评价机制需要根据学生学习过程，动态监测学生学习行为表现和学习结构数据，综合分析教学效果，从而精准合理的对课堂教学进行评价[10]。智慧教室建设对于推动高校课堂教学改革、培养高素质创新型人才具有重要意义，对于目前课堂教学中存在的疑难复杂问题深入理解、精准个性化指导、科学合理的教学评价等深层次的问题尚未提供较为系统和有效的帮助，仍需要进一步的研究与实践。

三、作物栽培学课程特点及教学现状

（一）作物栽培学课程特点

作物栽培学是农学专业的核心专业必修课，是一门实践性和应用性强的学科。该课程的主要内容包括作物生长发育过程、产量与品质形成规律及其与环境条件的关系以及相应的栽培技术措施。该课程既要求学生掌握相关理论知识，又要求培养学生的实践能力、创新能力和成果开发转化能力。

（二）作物栽培学课堂教学中存在的问题

近年来，随着机械、智能、生物工程等高新技术的快速发展，农业已由传统农耕转向现代智慧农业，即利用现代科学技术、现代工业及现代经济科学的指导和管理农业，打造高产、优质、低耗的农业生产体系和合理利用资源、绿色生态、高转化效率的农业生态体系。这就要求在作物栽培学的课堂教学中要与时俱进，把握学科前沿知识，适当补充先进的机械化生产技术及栽培管理技术，对于一些过时或者已淘汰的内容作适当缩略，突出重点。然而，目前课本对科技前沿内容涉及较少，部分教师未深入农业生产一线，导致在教学过程中照本宣科，内容枯燥难懂，难以激发学生兴趣[11]。虽然作物栽培学设置了第二课堂，但该课程中讲述的作物生长过程及相应的栽培配套技术具有较强的季节性和区域性，现有的实验环境和学时很难给学生展示完整的耕作体系，使得学生缺少直观的认识和实践体验，尤其是当今农学学生大多缺少农业生产的实践经历，更是对该课程缺乏感性认识[12]。此外，由于教室教学条件的局限，教师多以板书或者PPT 的形式进行灌输式讲授，教学方式单一；互动方式多以问答为主；教学质量评估方式主要以结果性考核为主要评估手段；这类课堂模式难以调动学生的积极性，教师很难科学、长期、动态地掌握学生过程性的学习进度和效果，同时也很难调动学生的主观能动性，导致课堂教学质量不佳。

四、智慧教室在作物栽培学教学改革中的应用实践

对于智慧教室在作物栽培学教学改革中的应用实践，主要从教学模式设计、教学反馈与评价两个方面进行阐述。以下为智慧教室在作物栽培学教学改革应用实践的具体内容。

（一）教学实施

教师在明确课程学习目标、教学重点和难点后，通过构建教学资源、情景模拟、互动讨论、课堂测验等模块单元，对教学模式进行设计[13-14]。以水稻种植过程及相应的栽培配套技术体系为例，采用启发式教学方法，给定“扬州市沙头镇生态农场水稻绿色高产”这一主题，引导学生思考水稻种植包括哪些步骤，水稻生长过程需要哪些关键栽培配套技术，每个生长阶段应如何进行管理，能够最终实现水稻高产、优质、绿色[15]。

教师首先综合分析学生的学习水平、学习需求和学习习惯，对学生进行智慧分组。学生通过协同合作，利用智慧教室获取教师提前上传的云端学习资料，进行自主学习、分析和讨论。整理好答案后，各小组选出代表通过移动设备远程连接投影仪，展示小组的观点，阐述水稻种植过程以及相应的栽培配套技术和田间管理措施，小组间互评、教师点评。随后，教师按照作物生长规律，通过课程讲授水稻的生长发育过程、每个阶段的生长特点以及相应的栽培配套技术和田间管理措施；进而利用虚拟仿真技术对水稻生长过程及关键的栽培技术环节进行情景模拟。学生根据自学和课程讲授内容进行虚拟操作演练，以达到熟练掌握水稻生长规律及关键栽培配套技术的目的。在虚拟仿真环节中，以水稻生长规律及相应的土壤环境、气候变化为依据，构建水稻生长发育系统，设定秧苗期、分蘖期、幼穗分化期、开花期、灌浆期、成熟期等6 个水稻生长阶段，育秧技术、移栽插秧技术、水肥管理技术、杂草防治技术、病虫防治技术等5 个关键栽培技术，在操作实践过程中，学生以第一视角进行水稻生长系统的主线任务，每个生长环节设定相应的栽培技术和田间管理任务，学生通过回答问题、知识模块选择，进入下一环节，直至最终完成主任务。学生通过身历其境的虚拟体验，进一步获得对水稻作物栽培的感性认识，同时增加学习兴趣，熟练地掌握水稻生长规律及相应的关键栽培配套技术。最后再通过参观农场和参与田间生产实践，增强学生的直观体验，巩固教学效果，提升教学质量。

（二）教学反馈与评价

在智慧课堂的教学模式下，学生是真正的主体，教师扮演着引导者和组织者的角色。在本课堂教学过程中，教师着重对小组讨论与汇报过程、虚拟仿真操作效果及实验报告进行考核，全面了解学生对水稻生长规律理论知识及作物栽培关键技术的掌握情况，弱化期末知识考试的考核比重，并加强对学生主动学习表现、综合分析能力、创新能力、实践能力等方面的考核。在课堂教学过程中，教师随时观察学生的学习状况，听取学生的反馈，并通过云平台收集学生的实时学习数据，对学生的学习状态、学习效果和知识结构进行详细分析，随时调整知识结构、教学方案和教学进度，针对学生薄弱的知识环节制定个性化学习方案，提升教学效果。

五、智慧教室在作物栽培学教学改革中的应用效果

基于智慧教室在作物栽培学教学课堂改革中的应用，学生需要在课前通过智慧教室获取课程相关资料及课外拓展知识，预习课堂内容，并对课程疑难点进行自主思考，对于难以理解的知识点做好记录，课上与教师、同学交流进行答疑。这种教学方式充分调动了学生的主观能动性和兴趣，拓展学生的视野，极大地提升了教学效率和质量。智慧教室提供了优越的教学设施设备，结合虚拟仿真环境对该课程的实践环节进行情景模拟，使学生贴近生产实际，提升了学生的创新能力和专业实践能力，为高校培养素质创新型和应用型人才奠定坚实的物质基础。

六、结语

作物栽培学是农学专业的核心专业必修课，是一门实践性和应用性强的学科。传统的课堂教学模式多采用灌输式讲授，存在教学方式单一，教学内容晦涩难懂、理论脱离实际，教学质量评估不精准等问题。随着物联网、信息技术的发展与普及，智慧教育成为当今信息化时代教育改革的焦点。智慧教室是一种能够提供智慧环境的新型物理教室，是教育信息化发展的必然趋势。

本文利用智慧教室提供的教学资源、教学设备及虚拟仿真技术对作物栽培学的教学课堂进行改革，将理论与实践相结合，使学生在学习理论知识的同时，利用所学知识对作物栽培的实践环节进行虚拟操作演练，这种教学方式充分地调动了学生的主观能动性和兴趣，拓宽学生的思维和视野，增强学生的直观体验感和创新实践能力，有助于提升教学质量。