智慧课堂的核心技术与应用模式分析
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作者:胡卫星 崔晓雪 沈晶 王馨悦
摘 要：随着新兴智能技术的发展，传统课堂越来越不适应现代教育理念的发展和学生全面发展的个性化需求，信息技术与教学深度融合的智慧课堂应运而生。智慧课堂是信息时代学校教育聚焦于课堂和师生活动的必然结果。文章通过研究发现，现有智慧课堂主要有五种核心技术——智能化学情分析技术、实时化课堂互动技术、常态化智能录制技术、可视化教学管理技术和便捷化设备操控技术。而且在具体的教学实践应用过程中，已经形成了六种基本的模式——讲授教学模式、直播教学模式、分组研讨模式、互动教学模式、考试应用模式和沉浸式教学模式。各智能技术在教学应用方面的不断成熟和应用实践模式的不断创新，预示着智慧课堂有着广阔的发展前景和应用潜力。
关键词：智慧课堂;核心技术;应用模式
中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2019）21-0025-04
随着“互联网+”时代的到来，传统课堂过多强调以知识为本和以教师为中心的弊端日益显露，信息技术给教育带来的冲击呼唤人们打造新型的智慧课堂来实现对传统课堂教学的变革。智慧课堂成为当前乃至未来一段时期内学校教育信息化聚焦于教学、聚焦于课堂和聚焦于师生活动的必然选择。智慧课堂将教学场景与应用实践场景深度融合，积极建设个性化的智慧学习环境，是学校教育信息化实践到深层次发展的重要标志。依托新兴信息技术营造的智能化教学环境，通过新型课堂教学结构的重构，智慧课堂促进教学内容、教学模式与教学方式等的全方位改革，实现信息技术与学科课程教学的深度有机融合，最终实现高素质创新型人才的培养。
一、智慧课堂的认识与理解
传统课堂是一种以知识为本位的教学活动形式，强调教授知识的系统性，缺少对学生个体的个性化人文关怀。[1]在传统教学过程中，教师往往是教学的“绝对”支配者，学生是教师教学的服从者，在家长、学生和学校的潜意识中，只有遵从教师安排的学生才是好学生，只有能管住学生的教师才是好教师。因此，在传统课堂中，教师与学生之间的相处是“不平等”的，学生总以“弱者”的姿态被动接受教师传递的系统知识，因而在整个教学活动中极易形成重结果轻过程或重教师轻学生的现象。具体来讲，传统课堂的不足主要体现在三个方面：一是传统课堂教学中教学活动流程安排过于单一。由于教师在讲课过程中具有绝对领导权，因而极易造成课堂氛围沉闷、学生学习积极性越来越低的局面。此外，单一还表现为学生学习过程的程式化和学生对知识掌握应用的弱化。二是传统课堂无法及时有效应对学生的各种学习行为。在传统课堂教学中教师对学生的听课状态更多采用的是经验判断的形式，不能做客观的科学分析。尤其是传统课堂对学生学习过程与经历缺乏细节上的分析，也就很难为每个学生的学习情况做个性化分析。三是传统课堂缺乏即时动态的教学监督手段。由于缺乏各种即时动态的直观手段，所以对学生的学习进程和教师的教学活动流程就无法进行全面的监督管理，对学生学习状态的了解需要从教师的口中得知。传统教学方式既不能全面了解学生的学习状态和教师的教学行为情况，又不能及时有效地对整个教学活动流程进行调控。总之，上述问题，决定了传统课堂教学有必要进行改革，只有改革才有创新，只有改革才能发展。
智慧课堂是指利用先进的信息技术手段，为实现课堂教学的信息化、智能化和个性化而构建的富有智慧的新型教学环境。[2]当今智慧课堂具有如下特征：一是情感性，在教学过程中，教师需要用其激情感染学生，点燃学生智慧的火焰，注重师生之间的交互，注重过程中情感的交流与融合;二是智能化，智慧课堂中所应用的智能化技术，使个性化学习、沉浸式学习和情境式学习得以真正实现;[3]三是参与性，教师要引导学生调动多种感官积极参与到课堂活动中来，使他们有所思有所想、有所创新;四是智慧化，即教学要求以促进学生为主体的智慧发展为目标，由单一地探求知识上升到思维发展;五是实践性，智慧课堂倡导从做中学，让学生在同伴协作的过程中共同体验、共同实践创新、共同发展。同时，也要求教师能够参与到学生的成长过程中，见证他们的不断提升与发展。综上，虽然智慧课堂是一个新事物，但由于其鲜明的特点和独特的教育实践性，给广大一线教育实践工作者带来了强大的冲击和无限的发展空间。
二、智慧课堂的核心技术
与传统课堂相比较，基于大数据、云计算、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术建立起来的智慧课堂，在优质教学资源的共享共建与信息化教学手段的应用整合创新上具有显著的优势，其核心技术主要包括以下五个方面。
1.智能化学情分析技术
基于各种先进的信息化设备，智慧课堂可对学生的学习情况进行详细分析，如学生的课程信息、落实度以及课堂学习状态等方面。在课程信息方面，智慧课堂支持移动设备一键查询功能，学生可以通过在线网络及时掌握课程的动态更新。在课程签到方面，学生可以直接利用移动设备一键签到。智慧课堂中，学生的签到信息和到课率可通过数据方式直观呈现，一线教师可通过数据信息精准掌握学生的课程实施情况。在课堂学习状态方面，智慧课堂可利用人脸检验识别技术来达到。安装在教室内的摄像机不仅可以自动识别教室内的学生人数，为教室使用率和学生出勤率的统计提供依据，而且还可以通过分析表情来了解学生的实时学习兴趣和对学习内容的掌握程度。总之，教师可以依据各种学生数据精准地掌握学情，并依据数据进行决策，方便教师有针对性地及时调整教学活动。
2.实时化课堂互动技术
智慧课堂的互动方式样式多且更加灵活，教师和学生、学生和学生之间的互动方式具有浓厚的信息化和多元化特点。教师用移动设备下发测验试题，在学生的答题过程中，教师可以马上看到学生提交的结果以及正确率等情况信息。智慧课堂即时反馈的功能让教师能够更轻松更完整地了解学生的学习情况，针对存在的学习問题对症下药及时校正。除了可以课内互动之外，还可以利用网络实现远程在线互动，智慧课堂支持借助云平台进行远程授课、远程教学观摩以及研讨等视频互动活动。此外，智慧课堂也支持专题课堂，跨区跨级的互动教学研讨与互动培训。尤其是跨校名师教学经验共享，可实现对优质教育资源的最大化整合与运用，进而能够有效地推动区域内教育公平的实现，达到“共上一优课、共享一优师”的目标，实现师生、师师和生生在任何时间、任何地点都能进行无障碍的信息互动交流。 3.常态化智能录制技术
智慧课堂可以提供多样式教学情境数据的全自动智能化信息采集与加工处理工作，这样可有效保证教学视频资源充足的制作供应，使教师的优质课堂教学过程能够得以完整保留。智慧课堂提供的智能录制技术有直播和录播两种形式：直播可应用于课堂直播、活动直播、公开课或会议等多种场景，教师可以根据自身需求自由选择任意一种方式;移动课堂的录播技术改变了传统录课方式的烦琐弊病，教师成为自己课程教学的“录制师”和“导控者”，这样可有效激发教师使用视频教学的主动性与参与感。尤其需要说明的是，利用移动设备可实现一键式录制、截图和在线分享，避免了传统教育视频内容制作的冗杂繁重缺点，使教育视频资源录制、加工处理和分享流程大幅缩短，大大节约了教育教学投入的人力和物力成本，使课程录制变得更加智能化和常态化。
4.可视化教学管理技术
现有智慧课堂普遍都提供多种可实现智能控制管理的可视化系统，可全面监控实时课堂情况，并将结果以可视化的数据形式呈现。通过可视化管理平台的应用，教学管理者可远程观看，对授课教师和学生上课情况进行教学评估，实现远程在线巡课听课。同时基于大数据、人工智能和云计算等技术，智慧课堂能够以图片视频或数据的呈现方式对学生听课状态、签到情况及教师的授课状态等进行可视化实时分析。一方面可方便教育管理者对学校的管理，优化教育资源，提高教学管理工作效率;另一方面，也提高了教师的授课热情和学生的学习积极性，营造出良好的学习氛围，有助于学生学习效率的提高。
5.便捷化设备操控技术
智慧课堂作为一个拥有众多媒体设备的综合交互式教学环境，其必然会涉及复杂的设备操作工作。如何使教师简单方便快捷地完成各种操作，是其能否得到广泛应用的关键，因此，各种智慧课堂或教室都重视设备操作的快捷化设计。一般地，教师通过触摸屏即可掌控教室内各个教学设备功能开关，可方便迅速地实现不同模式的功能切换。智慧课堂所有的数据资源都需要进行云端分析与统计，便捷的操作有助于打造强大高效的智慧环境，实现智慧教学和智慧管理。此外，智慧课堂还拥有教学设备物联化技术，依托功能强大的多媒体教学终端、高度融合的录播系统、友善协同的互动系统、简约集成的中控系统和完美契合的多媒体教学系统，一线教师的辛勤工作必将能满足教学过程、教学监督管理与教学评价的全部需求。
三、智慧课堂的应用模式
区别于各种传统的课堂教学模式，智慧课堂的教学应用模式主要将智慧课堂中的人（教师、学生）与技术有机关联，达到学生智慧发展的主旨目标，关注智能化技术对学生智慧发展的促进与增强作用，致力于构建理想形态的课堂。[3]目前智慧课堂建设得到越来越多人的关注，且其在各高校的应用数量也呈现较为显著的上升趋势。具体来讲，智慧课堂的教学应用模式主要包括以下六种：
1.讲授教学模式
智慧课堂基于无线互动终端技术，适用于普通的课程讲授，教师和学生可按照传统的“传递—接受”方式来安排教学活动流程。不仅可大大方便教师正常授课活动的顺利有序开展，而且还可大大有利于学生对知识和技能的理解与掌握。此外，智慧课堂中普遍都配置有教学视频录制系统，学生与教师的教学活动均可清晰呈现在可视化的管理平台上，这不仅有利于学校管理者对教学过程的管理和安全的远程监管，而且还可以使优质的课堂教学资源得以保存和共享。
2.直播教学模式
智慧课堂的直播模式让教师可录制自己的课程视频并共享，由于智慧课堂采用各种先进的媒体技术，一线师生的教学视频直播或录播操作往往都极为便捷，尤其是使用手机或平板电脑等各种移动设备可实现一键式教学直播式录制，可以轻松实现教学活动画面的截屏和分享，同时，各种教育短视频的观看方式也十分便捷，通过微信扫一扫即可在移动端观看。此外，教育视频录制完后，也可将其传送到网络上的各种教学资源平台，供其他地区或学校的一线广大教师和学生学习或观摩。智慧课堂的教学直播应用模式可充分调动教师与学生的教学参与积极性，增添学习与教学的乐趣，提高教学的效果与效率。
3.分组研讨模式
智慧课堂中还可以采用小组研讨教学模式。在课堂教学过程中充分体现学生的学习主体地位。桌椅以小组制形式摆放，在小组讨论过程中，每组桌子中间都放有可进行360度旋转的摄像设备以方便记录每组成员的讨论交流过程。教师既可在操作主机上观察每组学生的讨论过程，又可融入到學生的分组讨论之中，帮助进行疑难解答，也可在小组成员讨论完毕后取典型的小组研讨视频画面显示到大屏幕上，让小组成员代表在全班同学面前进行汇报总结。另外，课堂上也可将学生的学习过程和成果录制成微课形式，生成即时性教学资源以供学生课后观看，或让学生家长充分了解学生课堂情况。
4.互动教学模式
智慧课堂的互动教学模式并不是要完全改变教师和学生传统的教学习惯，而是要在传统媒体技术上融入新技术，将传统课堂升级为智慧教学活动。在智慧课堂中，学生之间进行交流互动，并将交流中的知识记录在学习平板上，移动学习平板可根据学生记录的碎片知识点自动生成思维导图模型，有利于学生掌握系统化知识，加深学生对知识的理解。教师可以调取任意一个学生的学习过程视频，展示每位学生完成任务的相关细节，并对其进行点评和个性化辅导，这样既可在全班展示榜样示范学习，又可具体指导学生学习过程中的具体细节。
5.考试应用模式
智慧课堂的教学考试应用模式提供了新型的各种考试应用的实践场所，可服务于笔试与面试两种形式。在笔试中，教室内安装的人脸识别系统能够对每位考生进行面部识别签到，并可在纳米黑板上生成考生图片，试卷的发放与回收均可由考生独立完成。笔试过程的一切行为均可被投放到由教学管理者掌控的可视化平台上。如果考生出现不恰当行为，可视化平台上会立即显示，并自动对相关考生进行提醒或协助考官完成相应的处理工作。在面试时，教室内的人工智能系统可语音提醒学生进入到相应的环节，学生的面试过程也会生成视频信息并被直接录入到考试系统中，这样既方便相关教师对考试信息的整理，又可实现对成绩的科学准确评定。 6.沉浸式智能教学模式
智慧课堂的沉浸式智能教学模式主要是基于智能手机、控制平板、交互讲台与沉浸式大屏等VR设备套餐的有机结合，形成可为学习者提供接近于真实情况的虚拟现实环境，让学习者有一种类似于在真实情境操作的沉浸式体验过程或感受的应用模式。其中，师生可利用智能手机、控制平板等，通过手势操控来对教学内容和场景进行控制设计。智慧课堂的沉浸式智能教学模式可以实现社会人文知识的AR仿真教学，如红军长征模拟、法律案件在线等等，也可实现地理或物理应用场景的教学，如模拟银河系和地球运动等，其在医学和心理学若干方面也有着广泛的应用场景。智慧课堂的沉浸式智能教学模式可实现教育教学过程由知识灌输向感受体验转变，实现知识技能的原始性产生成为最终实践应用过程的有机进化。
总之，在当前教育信息化快速发展的进程之中，传统课堂教学的更新速度已远远赶不上知识裂变创新的速度，死記硬背的传统学习方式也不适应如今社会对课堂教学的新要求。所以，当下需要在各学科课程的课堂教学中，积极融入各种新兴的信息技术手段，打造并发展成教学支持服务功能强大的智慧课堂，在其中实现培养学生信息素养、问题解决能力和创新实践结合等素质教育目标。
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（编辑：王天鹏）
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