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智慧课堂的发展、平台架构与应用设计 ——从智慧课堂1.0到智慧课堂3.0

发布人:时间:2019-05-09浏览:10

原创: 刘邦奇  现代教育技术杂志

摘要:为了探索智慧课堂的升级发展,文章首先介绍了智慧课堂提出与兴起的背景,并详细梳理了从智慧课1.0发展到智慧课堂2.0再发展到智慧课堂3.0的历程。随后,文章探讨了这三个发展阶段分别采取的平台架构,以说明技术平台对各阶段智慧课堂运行和升级发展所起的支持作用。最后,文章立足于智慧课堂3.0的建设,从理论、数据、教学、服务、应用等五个方面进行了基于技术的智慧课堂应用设计。在智能时代背景下探索智慧课堂的升级发展,有助于推进人才培养模式和教学方式变革,促进转识成智、实现智慧发展。

关键词:智能时代;智慧课堂;平台架构;应用设计;智慧发展

随着人工智能、大数据等智能信息技术的快速发展,技术与教学的融合不断加强。而聚焦于核心素养的新课程改革的不断深入,对智慧课堂的升级发展提出了新的要求。在智能时代背景下,利用智能信息技术构建智能、高效的新型课堂,探索智慧课堂的升级发展,是推进人才培养模式和教学方式变革、促进教育信息化深化发展的重要抓手与落脚点。基于此,本研究对智能时代智慧课堂的发展、架构与应用设计进行了探讨。

一、智慧课堂的提出与兴起

 “智慧”通常包含心理学意义上的“聪敏、有见解、有谋略”和技术上的“智能化”两个不同层面的含义[1]。由此,可基于教育和信息化两种视角来理解“智慧课堂”的概念:基于教育的视角,“智慧课堂”是21世纪初随着素质教育和新课程改革的推进而提出来的,强调从注重知识传授的“知识课堂”向注重智慧发展的“智慧课堂”转变;而基于信息化的视角,“智慧课堂”是近几年随着物联网、云计算、大数据、人工智能等智能信息技术在教育教学中的应用而构建的信息化“智慧课堂”。

 1.智慧课堂的提出

从中国知网CNKI数据库中对“智慧课堂”进行文献检索和分析,可以看出早期研究者使用的智慧课堂概念乃基于教育视角。其中,靖国平[2]最早提出了“智慧课堂”概念,他认为课堂教学不仅要传授知识,更要启迪智慧,教育的根本目的在于将知识转化为智慧;成尚荣[3]指出,智慧课堂为智慧生成而教;而吴晓静等[4]提出,智慧课堂教学是指智慧课堂中的教学内容、教学方式和教学策略等以学生的智慧发展为价值追求,在教学设计、教学实施和教学评价中体现“转识成智”,旨在促进学生的智慧成长。可见,智慧的发展只有在智慧的学习环境下才能实现,故智慧课堂在推进新课程改革、促进转识成智过程中担负着重要的使命。

 2.信息化背景下智慧课堂的兴起

信息技术为构建富有智慧的学习环境提供了前所未有的条件,智慧课堂因而得以全面、快速发展。基于信息化视角的智慧课堂源于2008IBM提出的“智慧地球”(Smarter Planet)战略,此概念在全球迅速得以广泛应用,并随之引出了“智慧城市”“智慧教育”“智慧课堂”等新概念。国内最早建设“智慧课堂”的是2010年上海市虹口区推出的“电子书包”项目[5],由于电子书包改变了传统的教学模式和学习方式,故这种课堂被称为“智慧的课堂”。张彤[6]指出“智慧”技术可应用于校园的很多方面,如智慧课堂、虚拟学习、智慧图书馆等。自2013年起,研究者陆续对信息化“智慧课堂”进行了理论探索,如林利尧[7]对基于电子书包的“智慧课堂”系统进行了研究;赵辉等[8]设计了智慧课堂教与学系统;唐烨伟等[9]指出,智慧课堂有效促进了智慧能力的培养。中国知网CNKI数据库文献检索结果显示,2015年以后,基于信息化视角的智慧课堂研究成果开始多于基于教育学视角的智慧课堂,表明信息化“智慧课堂”正在快速发展。

二、智慧课堂的发展:从1.03.0

明晰基于信息化视角的智慧课堂的内涵,是构建智慧课堂理论与实践体系的前提。而从信息化的视角来看,智慧课堂的发展大体经历了三个阶段。

 1.智慧课堂1.0

笔者带领的研究团队长期从事学校信息化建设与应用研究,并自2012年起重点关注数字校园、智慧课堂、课堂教学数据挖掘与分析等领域。2014年,本研究团队基于互联网和中国知网CNKI数据库文献检索,对国内教育信息化行业和学校中使用、相关学术研究成果中涉及的智慧课堂概念进行了系统梳理,发现该概念出现了40多种提法,但大都含义相同或相近。在此基础上,笔者于2015年提出了智慧课堂的正式定义(即智慧课堂1.0[10]——所谓“智慧课堂”,是以建构主义学习理论为依据,利用大数据、物联网、移动互联等新一代信息技术打造的智能、高效的课堂;其实质是基于大数据学习分析和移动学习终端的运用,通过数据化的教学决策、即时化的评价反馈、立体化的互动交流和智能化的资源推送,全面变革课堂教学内容与结构,构建大数据时代的信息化课堂教学模式。

 2016年,本研究团队在《智慧课堂》一书中对智慧课堂1.0的定义进行了补充修订[11],进一步强调:智慧课堂可在课前、课中、课后进行全过程教学应用;利用新一代信息技术和动态学习数据分析,建设并运用“云--端”信息化平台;通过智慧高效的教与学,促进全体学生实现符合个性化成长规律的智慧发展。该定义被发布后,得到了广大学校和教师的肯定,并被行业内许多公司和客户引入相关的智慧课堂解决方案中。

 2.智慧课堂2.0

随着智慧课堂实践探索的深入,人们对智慧课堂内涵的认识也在不断深化。近年来,本研究团队在多所中小学持续开展了智慧课堂的教改实验和实践探索,就其教学体系、学科模式、教学设计与实施策略[12]、学习策略[13]等进行了系统的研究,并出版了《智慧课堂教学理论与实践》一书[14],在继承智慧课堂1.0定义的基础上提出了智慧课堂2.0的定义:以建构主义学习理论为依据,利用“互联网+”的思维方式和物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术构建智能、高效的新型课堂,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、实验过程数字化和教学呈现可视化,创设有利于协作交流和意义建构、富有智慧的学习环境,促进课堂教学结构和学科教学模式变革,实现全体学生的智慧发展。

智慧课堂2.0升级了智慧课堂1.0的内涵:①从关注技术转为关注教与学本身,适应新课程改革需要,通过创设新型课堂环境,促进全体学生的智慧发展;②在技术应用上深化发展,充分利用“互联网+”的思维方式和物联网、云计算、大数据、人工智能等智能信息技术,突出不同学科的教学特色,如物理、化学、生物等自然学科所需的实验过程数字化和教学呈现可视化要求;③构建了智慧课堂的立体化教学体系和教学流程,开展基于课堂数据分析的精准化教学和个性化学习,促进教学系统的结构性变革,探索信息技术支持下的“课堂革命”;④体现了智慧课堂的常态化应用,并基于丰富的智慧课堂实践案例,总结提炼出中小学九个学科的智慧课堂教学应用模式[15]

 3.智慧课堂3.0

1)智慧课堂3.0的定义

近年来,随着人工智能、大数据等智能信息技术的加速发展和应用,教育进入智能化时代,智慧课堂的内涵也发生了重要变化:在基本理念上,从“教学信息化”向“信息化教学”转变;在体系架构上,从信息化教学平台向智能化服务平台转型;在数据处理上,从传统数据管理转向课堂大数据的挖掘与分析;在应用场景上,从课内应用为主向全场景教学应用转变。

基于上述分析,本研究团队提出了新一代智慧课堂——智慧课堂3.0的定义[16]:是指以建构主义、联通主义等学习理论为指导,以促进学生核心素养发展为宗旨,利用人工智能、大数据等智能信息技术打造智能、高效的课堂;其实质是通过构建“云--端”整体架构,创设网络化、数据化、交互化、智能化学习环境,支持线上线下一体化、课内课外一体化、虚拟现实一体化的全场景教学应用;旨在推动学科智慧教学模式创新,真正实现个性化学习和因材施教,并促进转识成智、实现智慧发展。

2)智慧课堂3.0的主要特征

与智慧课堂1.02.0相比,智慧课堂3.0的定义得到了完善、功能实现了升级,在服务宗旨、技术策略、体系架构、应用场景和实践模式等方面具有了智能时代的全新特征,如表1所示。

1  智慧课堂3.0的主要特征

三、智慧课堂不同阶段的平台架构

智慧课堂是基于信息技术构建的智慧教学服务环境,其运行与升级发展离不开技术平台的支持。在不同的技术发展与应用阶段,智慧课堂采取了不同的平台架构。

 1.智慧课堂1.0:“云--端”信息化平台

智慧课堂1.0的平台构建利用了云计算、大数据、移动互联技术和移动终端设备等,并按照“云资源服务+网络数据传输+移动终端应用”的基本策略实施,形成了“云--端”信息化平台架构[17],如图1所示。其中,“云”即教育云平台,提供智慧课堂教育云服务,包括资源管理、微课制作与应用、教学评价系统和学习门户等;“网”即微云服务器,提供教室局域网的组建和本地化存储、计算等服务;“端”即教学端工具,包括授课工具、微课工具、动态评价工具、交流互动工具、作业工具等。

1  “--端”信息化平台架构

 2.智慧课堂2.0:“技术平台+教学体系”

智慧课堂2.0从关注技术向关注教与学转变,一方面技术平台仍采取“云--端”架构,另一方面突出学科教学需要,构建了教学应用体系,由此形成了“技术平台+教学体系”架构。其中,“教学体系”构建围绕新课程教改需要,注重创设有利于协作交流和意义建构、富有智慧的学习环境,突出不同学科的教学特色,据此构建的智慧课堂立体化教学体系[18]如图2所示。该体系由四个部分组成:①资源管理与服务,提供课程标准、电子教材、题库系统、动态数据、教育管理信息等资源服务;②动态评价与分析,支持全过程学习数据分析与评价;③教学应用支持,提供微课制作、微课应用、资源推送、沟通交流等教学应用;④教学活动流程,包括课前、课中、课后全过程教学活动。

2  智慧课堂立体化教学体系

 3.智慧课堂3.0:“云--端”智能化服务平台

智慧课堂3.0的“云--端”智能化服务平台是基于人工智能、大数据、云计算、物联网等智能信息技术而打造的智能化教学服务平台,是对智慧课堂1.02.0平台架构的智能化升级。其中,“云”即智能云服务,是基于智能云提供资源管理、微课管理、网络教研、结构化实录、在线学习、学习空间等服务;“台”即教室智能平台,设有智能教室通讯中枢、数据中心、能力中心、控制中心;“端”即智能终端,包括各类教学与管理智能终端(如教师智能端、学生智能端、管理智能端、家长智能端)和环境智能终端(包括智能硬件设施、智能软件设备等)。“云--端”智能化服务平台构建了智能化的课堂教学服务环境,提供资源服务、互动服务和教学工具,如图3所示。

3  “--端”智能化服务平台架构

四、基于技术的智慧课堂应用设计

需要指出的是,智能化的课堂教学服务环境建设本身不是智慧课堂建设的目的,而基于技术开展智慧的教与学应用、促进学生的智慧发展才是其根本目的与归宿。为此,本研究提出可从理论、数据、教学、服务、应用等五个方面进行基于技术的智慧课堂应用设计。

 1.建构主义和联通主义:指导智慧教学顶层设计

建构主义、联通主义等学习理论既是互联网时代的核心教育理论,也是智慧课堂建设的基本理论依据。建构主义认为,学习是基于一定的情境和学习资料,借助教师和学习伙伴的帮助,通过意义建构的方式而获得[19]。联通主义则强调,学习不再是一个人的活动,而是一个连接专门节点和信息源的过程,提倡基于技术中介、在与环境的联结中学习[20]。在建构主义和联通主义学习理论的指导下开展智慧课堂的教学设计,能准确把握情境创设、协商会话、信息沟通、联通共享等关键要素,有助于践行“以学生为中心”的核心思想,从而增强学生的主体地位,激发学生的学习兴趣和动机,促进学生积极参与对话交流、主动建构知识意义。

 2.课堂数据挖掘与分析:破解传统教学的难题

传统课堂教学采用工业时代的“班级授课”模式,把学校当成“工厂”,即用统一的标准、计划和流程来“加工”学生这些“产品”,缺乏精准的学情分析与教学预设、即时的评测与反馈、有效的师生协作互助等,将原本生动的课堂变成了单调的生产“车间”,这样的教学模式很难培养学生的综合素养和创新能力。而借助智慧课堂3.0的智能化服务平台,对课堂教学行为数据、过程数据、结果数据等进行全面采集和汇聚,并利用数据挖掘、智能分析等技术进行智能处理,可实现基于数据的学习分析、评价与决策,进行有针对性的学习内容推送,促进师生的交互与协作,最终有效解决上述问题。

 3.“人工智能+教学”:实现个性化学习和因材施教

人工智能、大数据等智能信息技术的出现,为实现个性化学习和因材施教提供了新的技术手段。虽然现代教学一直倡导“个性化教育”理念,但在传统课堂教学中,教师往往同时面对几十个甚至上百个学生,因此无法有效了解、掌握每个学生的个性特征和个性化学习需求,而在教学中利用人工智能等新技术可以有效达成这一目标。如基于学习行为数据、学习档案袋记录,利用智能化学习分析,智能化教学系统可以给教师提供最具个性化特点的学生信息,便于教师及时关注每个学生的学习过程、学习行为,精准掌握学生的个性化学习需求,据此开展差异化教学,真正实现全过程的个性化学习和因材施教。

 4.“--端”服务:推动课堂教学结构变革

如前文所述,智慧课堂3.0采取的平台架构是“云--端”智能化服务平台。该平台构建了智能化的课堂教学服务环境,使传统课堂的教学环境和教学形式均发生了重大变化。依托“云--端”智能化服务平台,无论是课前、课中还是课后,师生之间、生生之间均可通过接入智能终端,随时随地进行交流互动,并基于智能教室平台和智能教育云的强大服务能力,获得快捷、便利的智能教学服务。从某种程度上可以说,“云--端”服务实现了线上线下一体化、课内课外一体化、虚拟现实一体化的全场景教学应用,重构了教学形态与教学流程,使传统的课堂教学结构发生了根本性变革。

 5.“智慧化”应用:促进转识成智、实现智慧发展

从本质上来说,智慧课堂是通过创设“以学生为中心”的智能化学习环境、开展智慧化教学应用,来促进知识学习向生成智慧转变。尽管知识与智慧属于意识活动的两个不同层次,但智慧来自于知识、知识也可以转化为智慧——DIKWDataInformationKnowledgeWisdom)模型[21]便呈现了从数据、信息、知识到智慧的演变规律。也就是说,“智慧化”应用首先基于智能化环境,通过教学数据的采集、汇聚和挖掘分析,将教学数据赋予教育意义而成为有价值的教学信息;接着经过协同认知和加工,将教学信息转变为鲜活的教学知识;随后将这些教学知识在教学活动中加以灵活应用,逐渐升华为教师的教学智慧和学生的学习智慧;最终,实现以数据智慧为主导的智慧课堂的发展[22]

五、结语

在智能时代,人工智能、大数据技术与教学的融合不断加强,智慧课堂的技术手段和资源日益丰富,学科教学应用也越来越深入。但在具体的教学实践中,学校和教师仍面临许多新问题、新需求,如人工智能背景下智慧课堂技术平台如何实现升级、课堂教学中的大数据如何进行挖掘与分析、智慧课堂如何进行常态化应用、智慧课堂的教学策略与方法有哪些、不同学科的智慧课堂教学模式如何构建与应用……这些问题和需求的回应,还有待从理论上深入研究、从技术上不断创新、在实践中加以验证。期待基于已有的智慧课堂研究成果,研究者能深化研究,共同推动智能化背景下人才培养模式和教学方法改革,实现智能技术支持的“课堂革命”。

参考文献

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