基于智慧教育的课堂学习环境设计研究

栗佳文 王维

沈阳师范大学 辽宁沈阳 110034

一、研究背景

在教育信息化2.0时代背景下，学习环境向“智慧化”趋势发展。伴随着智慧地球、智慧教育、智慧校园、智慧课堂等概念的出现，知识教育正逐渐从数字化迈向智慧化，学习环境也越来越智慧化。基于智慧教育的课堂学习环境设计目标是在创造性认知基础上提升学生的创造力，培养学生发散思维和创造力的一种智慧化课堂学习环境。

研究设计基于智慧教育的课堂学习环境，是利用现代化信息技术改变课堂学习氛围、学生学习方式、教师讲授模式等，以此改变大学生课堂学习不认真、注意力不集中等现象，还有导致学生缺乏学习的自主性和创造性、发散思维弱和专业知识点理解程度低等问题。在大学校园学习环境中，课堂是大学生接受知识的主要渠道，大学生课堂学习状态差，课堂中有很多问题影响学习效果，教学模式及软件和硬件设施都未完全跟上信息化教学的步伐，教学资源使用效率低，教学模式比较单一。所以设计基于智慧教育的课堂学习环境是必要的，可以从教室的软件和硬件设施上做出改变；也可以帮助学生改掉课堂中的一些坏习惯，使他们更专注于学习知识，提高对理论知识的探究和实践技能的操作，达到在大学的学习环境中学到专业知识和专业技能，为日后的工作实践打好基础或提供帮助。同时，教师不用占用休息时间去批改作业，也使教师课前准备的教学资源更加多元化。

本文基于智慧教育的课堂学习环境，整合了多元技术与资源，支持学习者线上线下学习，使学习者获得智慧化学习体验。

二、智慧教育理论介绍

智慧教育是指在教育信息化背景下，依托物联网、大数据、人工智能等信息技术，通过构建智慧学习环境，运用智慧教学法，促进学习者智慧学习，即培养具有创造力的人才，通过使用信息技术智慧地参与各种实践活动并不断创造价值，以适应、塑造和选择优良的学习环境[1]。我国学者祝智庭教授从教育信息化的视角对智慧教育的基本内涵进行阐释：“智慧教育是教育信息化的新兴领域，通过智慧学习环境的构建，运用智慧教学法，促进学习者进行智慧学习，描述了智慧教育、智慧环境、智慧教学和智慧学习之间的关系”[2]。杨现民教授从生物学的角度认为智慧教育是在新一代信息技术基础上所打造的教育信息化生态系统[3]。靖国平教授在研究教育理论的基础上，从教育发展目的视角出发认为传统意义上的智慧教育是理性认知能力的教育，智慧教育是一种丰富多元的教育形式，强调在教学过程中学习者个人价值的提升[4]。目前有关学术研究者已经就智慧教育的基本含义发表了自己的见解，但还未能建立明确的定义，当前智慧教育理论研究还处在初级阶段。

新一代信息技术在一些发达国家的教育领域内初步应用，对于智慧教育的研究仍处于探索阶段。美国和韩国的教育学者对智慧教育的研究较为典型，美国IBM公司最先提出“智慧地球”概念，由此衍生出“智慧教育”概念，IBM将以学习者为中心，从学生为学习主体的视角入手，利用多样化教学渠道、存储海量学习资料平台，逐步实现教学过程个性化和智能化，为学习者提供丰富多彩的教学体验；韩国的“智慧教育推进战略”中将在所有学校中建设以云技术为基础的教育环境，逐步实现自我导向的智慧教学方法[5]。目前学术界关于智能教学的研究仍面临着若干问题，过分关注于基础设施建设，而忽视了信息技术软实力的建立和发展、受到了传统的教育体制和评估体系的束缚、与智能教育重点关注于学习者的能力发展和以学习者为中心的教育建设不相适应等问题。

三、课堂学习环境的界定

学习环境是提供给学习者学习的物理空间，可以分为家庭、学校、社会学习环境。学校课堂学习环境指在课堂中影响学生学习的情景性因素，对学习者特征、学习资源的可利用性、软件技术的可交互性都有显著影响。

四、基于智慧教育的课堂学习环境设计

基于智慧教育的课堂学习环境是整合了多元技术与资源，支持学习者线上线下学习，使学习者获得智慧化学习体验。智慧化课堂环境具有令人满意的教学效果，有效调动学习者的学习积极性，具有创造多样化学习目标和产生多样化学习回报等特点，学习环境更加符合个性化培养，从而更加契合了“因材施教”的教学原则。基于智慧教育的课堂学习环境，通过智能手段去了解学习者的物理情境、明确学习情景、衔接学习社群、记录学习过程，使学生有效而又轻松地学习。

学习环境是一种教学设计，基于智慧教育的课堂学习环境设计也是营造一种智慧化教学设计和一种智慧化学习氛围。对此笔者用模型图的方式呈现课堂学习环境中的各部分。以下是基于智慧教育的课堂学习环境设计模型图。

基于智慧教育的课堂学习环境中的硬件设备图

(一)交互式电子白板系统

在基于智慧教育的课堂学习环境中，交互式电子白板系统完全展现了多媒体教具智慧化的优点，取代了多媒体投影，支持多点触控书写。交互式电子白板中有丰富的学科资源及工具，同时也支持教师自己导入教学资源。他可以与平板电脑一起使用，在基于智慧教育的课堂学习环境中允许学生自带平板电脑连入课堂学习虚拟网络环境中，平板电脑作为学生移动终端设备辅助学生学习，也可以将智能手机联入作为学习终端设备。

(二)互动学习桌

在基于智慧教育的课堂学习环境中，学生桌的摆放采用梯形方桌组合拼接成圆形的方式摆放，这样可以让学生形成小组，进行小组讨论合作学习。在研究性学习活动中，进行小组内的研究性学习，组内成员间分工明确、默契配合、合作建构知识体系，合作完成探究任务。教师可根据教案中教学活动的需要选择如何摆放互动桌。

(三)智能录播系统

在基于智慧教育的课堂学习环境中，智能录播系统实时记录下课堂学习过程中教师与学生的每一帧画面，记录学生学习的全过程。智能录播系统中主要有摄像机和定位仪供采集视频，话筒采集音频，智能录播主机进行录制、跟踪和导播。智能录播系统录制的课程可供教师进行教研交流、远程互动教学、学生自学资源等。

在基于智慧课堂学习环境中有多台摄像机，分别录制学生和教师画面，从全景到特写，记录学习过程的每一个细节，有定位仪跟踪学生和教师的行为动作。利用录播软件进行课程的录制，他可以切换不同画面，使整个课程看起来流畅完整，也可以有不同形式的画面切换，让画面转换看起来更加稳定。

(四)移动终端

在基于智慧教育的课堂学习环境中，移动终端包括教师终端和学生终端，教师通过移动终端了解学生的出勤情况，布置课前预习作业、课中互动讨论投票、随堂考试等，一系列数据会实时地呈现到教师端，教师全面掌握学生学习动态。学生在移动终端接收教师布置的作业和测验试题；学生端具有即时定位功能，在签到后位置数据马上会反馈到教师那里，能有效避免学生逃课。在学生端还可以清晰地了解教师对学生平时表现的评价，做到平时成绩可视化、透明化和公正化，这样也可以让学生进行自我反思、自我评估。

(五)资源推送平台

在基于智慧教育的课堂学习环境中学习资源是分学科专项资源，按学科、年级、教材版本等进行分类整理，为整堂课提供丰富多彩的资源。划分为基础资源、我的资源和共享资源等模块，可以高效和准确查找需要的资源。系统也会根据查找的关键词利用大数据自动推送相关资源或导学案，教师和学生可以选择需要的资源进行阅读或下载，提高资源利用率。

(六)电子书包云平台

在基于智慧教育的课堂学习环境中，电子书包云平台是关键部分。电子书包云平台是一个老师、学生实名认证的系统，具有收集数据、学科资源共享、学生实时签到等功能。电子书包利用自动监控和记录的功能主要收集在电子书包自营库中浏览相关知识点、观看教学视频、随堂测试练习和考试情况等数据。

在基于智慧教育的课堂学习环境中，反馈对于教师和学生来说都很重要。通过电子书包云平台即刻呈现出学生随堂测试结果，反馈学生的学习情况，教师和学生都能即时掌握前一阶段教学和学习的不足。学习反馈对于教学者来说，可以针对反馈结果做出针对性讲解，对于学生理解差的地方改变方法重新讲授，提高课堂教学效率；学习反馈对于学习者来说，可以让学生在期末复习中更有针对性，记录每位同学的个人学习情况，在个人学习主页中自动生成错题集等。这些记录也能让教师及时了解每位学生的近期学习情况，对于学习成绩波动比较大的学生，教师能及时找学生本人了解情况，了解班级整体的短板，可以及时修改教学策略。

(七)学习分析平台

在基于智慧教育的课堂学习环境中，学习分析平台主要是分析学习过程中学生的学习数据，学习分析平台主要依靠学习分析技术的支持。学习分析技术指对学生生成的海量学习数据进行分析，以评估学生学业质量，预测未来表现力，发现潜在问题，做出一系列科学精确的评价，提供智慧化学习建议，他是实现智慧化课堂学习环境中教与学的重要基础和技术支持。评价是在学习分析的基础上进行的，通过学习分析技术分析学习者的学习情况，进而评估学生的学习效率，优化教师的教学与学生的学习。

学习分析技术对学生数据分析的一般流程概括为：确定评价目标—建构评价模型—收集评价数据—分析评价数据—做出价值性判断—进行智能决策等环节，对学习者在课堂中产生的一些相关数据进行分析。由学习分析技术得出分析结果数据为学习者提供学习诊断，让学生可以进行自主评估与自我反思，以此来确定学生一堂课的学习效果，包括知识类、情感类、方法类等方面的学习效果，更有利于学生的学习发展。

(八)多元智能学习评价平台

在基于智慧教育的课堂学习环境中评价是关键环节，多元智能学习评价平台包括：效果评价、因素评价、环境评价。课前学生预习情况评价，帮助学生调整学习状态；课中从不同角度对学生的课堂表现进行评价，实时监测与即时反馈相结合，凸显出评价的意义；课后对教学设计进行评价，包括教学资源的选取与运用的评价，帮助教师及时调整教学策略，优化教学模式。教师可以在系统中自由选择评价方法，利用媒体技术开展多元、智能的评价，诊断教学情况、调节教学形态等。

基于智慧教育的课堂学习环境为教师和学生提供丰富的学习资源和良好的学习氛围，重塑课堂教学形态、改变课堂教学结构、构建全程学习评价体系、深层互动交流、学生间合作学习的一种新形态的课堂学习环境。

五、结论

在基于智慧教育的课堂学习环境中善用各种数字化教学媒体进行教学，教学模式变得更加智慧化，同时也使教师在课前备课收集资料、制作多媒体课件，以及课后批改作业和统计学习情况等方面花费的时间减少；学生摆脱了枯燥乏味的学习模式，对学习知识更加感兴趣，积极独立思考发表自己的想法；利用智慧化课堂学习环境中的软件设备进行记录、分析和反馈，可以得到科学的分析结果，实施更加科学的教学策略；云平台存储大量的学科资源，为教学者提供多样化的教学内容，为学习者提供丰富的学习资料。

基于智慧教育的课堂学习环境设计目的是提高学习者在课程限定时段内的高效学习能力，让他们更有效率、高质量掌握知识点的一个课堂学习平台。智慧化课堂学习平台是指运用现代计算机技术实施课堂教学，要建立有利于大学生学习的网络平台与教学资源，通过运用有效的数字化教学方法，发展学生个人的兴趣爱好，开展在线众体互动学习，通过建立高效的知识共同体来充分体现以学习者为中心的课堂教学功能，将现代计算机技术融入课堂中，充分调动学生学习的主动性和创造性，营造一种自主学习、合作探索、勇于创新的良好课堂学习环境。