大数据时代智慧课堂的构建与应用

孙曙辉 刘邦奇 李新义

摘要： 智慧课堂是当前教育信息化研究的一个新的热点问题。本文对利用大数据等新兴信息技术开展动态学习评价，建立基于学习数据分析的智慧课堂进行专题探讨。提出和分析了智慧课堂的定义和特点，描述了智慧课堂的信息化环境构成，探讨了智慧课堂的教学流程，并分析了智慧课堂应用实例。

关键词： 智慧课堂；大数据分析；结构性变革

中图分类号：G632 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）13/14-0112-04

从基于物联网技术构建的智慧教室，到利用电子书包开展智慧学习，以及基于云计算和网络技术搭建的智慧课堂，信息技术增强了课堂互动交流，提升了课堂教学效率。大数据时代，开展基于大数据技术的动态学习评价，建立基于学习数据分析的智慧课堂，为现代学校智慧课堂的构建与应用提供了新的思路。

● 智慧课堂的定义

目前对智慧课堂的定义总体上有两类：一类是从“智慧”的语义学上定义，与“智慧课堂”对立的是“知识课堂”；另一类是从信息化视角定义的。本文的定义是基于后者。从信息化的视角来看，随着信息技术不断发展及其在学校教育教学中的应用，信息技术从早期的辅助手段向与学科教学的深度融合发展，传统课堂向信息化、智能化课堂发展，对智慧课堂的认识也在不断深化。

目前基于信息化视角对智慧课堂概念的定义有三种。一是基于物联网技术应用的。这一定义强调基于物联网的“智能化”感知特点。二是基于电子书包应用的。这一定义强调基于电子书包的“移动化”智能终端特点。三是基于云计算和网络技术应用的。这一定义强调课堂中的“个性化”学习应用特点。

这里我们结合实际开发应用，提出基于动态学习数据分析的智慧课堂概念。即智慧课堂是指利用大数据、云计算、物联网等新一代信息技术打造的智能、高效的课堂，是基于动态学习数据分析和“云+端”的运用，实现评价反馈即时化、交流互动立体化、资源推送智能化，全面变革课堂教学的形式和内容，构建大数据时代的信息化课堂教学模式。

● 智慧课堂的主要特点

基于动态学习数据分析和“云+端”运用的智慧课堂，与传统课堂相比，在技术和教学应用上具有重要的特色和创新价值。主要特点有：

①基于数据的课堂：一切靠数据说话，依据学生学习行为大数据挖掘分析与决策，用直观的数据了解学生对知识掌握的水平，精准地掌握来自学生的第一手学情资料。

②高效互动的课堂：利用智能化的移动学习工具和应用支撑平台，教师与学生、学生与学生之间的沟通与交流更加立体化，能无障碍地进行即时交流和互动。

③动态开放的课堂：借助于新兴信息技术及各种智能终端，课堂系统超越了时空限制，实现更为开放的教室、更为开放的课堂活动，让课前、课中、课后融为一体。

④合作探究的课堂：采取小组协商讨论、合作探究的学习方式，协作群组服务能够帮助有相同学习需求和兴趣的学习者自动形成学习共同体，教师可以通过平台对小组合作进行实时的数字化评价和及时的反馈。

⑤个性化学习的课堂：通过课前预习测评分析和课中随堂测验即时分析，实现对学生的个性化学习能力的评估，有针对性地制定教学方案和辅导策略，真正实现“一对一”的个性化教学。

⑥教学机智的课堂：教师基于动态学习数据分析和即时反馈，采取机智性行动，及时调整课前的教学设计，优化和改进课堂教学进程，充分体现教师的教学智慧和教学艺术。

● 智慧课堂的信息化环境

智慧课堂常态化应用的前提是具有先进、方便、实用的工具手段，为此，需要构建基于学习动态数据分析和“云+端”应用的智慧课堂信息化环境。智慧课堂信息化环境的基本架构如图1所示。

智慧课堂信息化环境的总体架构包括三大部分，其主要功能是：

①微云服务器：提供本地网络、存储和计算服务，可以方便、直接地将即时录制的当堂课程进行本地化存储；构建无线局域网，教师和学生可以通过多种移动设备，在无需互联网的状态下，实现任意点对点的通讯与交互，节省大量互联网资源的占用；当连接互联网时，可以实现教室的跨越空间的直播。

②端应用工具：包括教师端和学生端。教师端实现微课制作、授课、交流和评价工具，导入PPT并实现动画及视频的插入，电子白板式任意书写，实现发布任务、批改作业、解答问答等。学生端可以接收并管理任务（作业），直接完成作业，进行师生交互、生生交互。

③云平台：提供云基础设施、支撑平台、资源服务、教学服务等，如构建完整的教学资源管理平台，可以进行结构化与非结构数据的各种教育教学资源管理，支持各种教育教学资源的二次开发与利用，实现多种教育教学资源综合应用。

● 智慧课堂的教学流程

在教学实践运用中，智慧课堂的教学流程为“3+10”模式，即由3个阶段和10个环节组成。这些阶段和环节包括了教师“教”和学生“学”的共同活动以及它们的互动关系。智慧课堂的教学流程如下页图2所示。

1.课前环节

学情分析：教师通过智慧课堂信息化平台提供的学生作业成绩分析，精确地掌握来自学生的第一手学情资料，预设本节课的教学目标，并向学生推送微课或富媒体预习及检测的内容。

预习测评：学生预习教师推送的富媒体内容，完成和提交预习题目，并可在论坛或平台上进行相关讨论，提出疑问或见解，记录在预习过程中的问题。

教学设计：教师根据学情分析结果和学生预习检测统计反馈的情况，以学定教，确定教学目标、内容、方法等，优化教学方案设计。

2.课中环节

课题导入：教师采取多种方法导入新课内容，主要通过预习反馈、测评练习和创设情境等方式导入新课程，学生展现课前自学成果，围绕新课导入进行演讲展示、分享观点。

探究学习：教师下达新的学习探究任务和成果要求，学生开展协作探究学习，主要包括小组合作探究、游戏教学等方式。教师设计活动，为学生分组，进行互动讨论，学生开展小组协作后提交成果并展示。

实时测评：学生完成学习探究任务后，教师将随堂测验题目推送到每个学生终端上。学生完成随堂测验练习并及时提交，教师进行实时诊断和反馈。

总结提升：教师根据实时测评反馈结果对知识点、难点进行总结和点评，对薄弱环节补充讲解，重点进行问题辨析。学生针对教师布置的弹性分层作业和任务，对所学习的新内容进行运用巩固、拓展提升。

3.课后环节

课后作业：教师利用平台发布个性化的课后作业，学生完成课后作业并及时提交，得到客观题即时反馈。

微课辅导：教师依据学生课堂的学习情况，结合批改作业，录制、讲解微课并有针对性地推送给学生，进行个性化辅导。

反思评价：学生在线观看教师所录解题微课，总结所学内容，在平台或论坛上发布感想与疑问，与教师、同学在线讨论交流，进行反思评价。

● 智慧课堂教学应用实例

我们研究与开发的“基于动态学习数据分析的智慧课堂”，已经在全国各地许多学校进行实际应用并取得良好成效。2015年1月10日，由蚌埠市教育局主办的“蚌埠首届智慧课堂观摩研讨会”在蚌埠二中举行，来自安徽、上海、江苏、深圳、武汉等省市的1000多名中小学教师前来观摩6节课，《中国教育报》专题报道了这次观摩活动。在观摩会上，蚌埠第二实验学校基于“智慧课堂信息化平台”开展了一堂教学实践课“认识三角形”。该堂课利用信息技术的优势，使学生课前学习微课；课堂上根据学生的认知特点，创设“金字塔闯关”的游戏情境，并进行实时测评和资源推送，结合任务驱动教学法展开深入的探究活动。

1.观摩课名称

认识三角形。

2.课程描述

“认识三角形”是苏教版《数学》第八册的教学内容。

3.教学目标

①利用生活经验，通过观察、操作等学习活动，认识三角形的基本特征，了解三角形两边之和大于第三边。

②在认识三角形的活动中，体会认识多边形特征的基本方法，培养观察、比较、抽象、概括能力。

③体验并掌握自主学习的形式和方法，培养学习兴趣，培养合作交流的意识和创新精神。

4.教学模式

（1）课前环节

发放资源：在微课平台发放学习资源，学生在家自主学习三角形的相关知识，并完成教师在作业平台发放的作业包。

微课学习内容：①三角形的基本特征；②三角形的三边关系。

（2）课中环节

集体分享：利用平台观看学生作业平台中的“生活中的三角形”。

游戏教学：利用三角形的相关知识，与同学合作探究，巩固深化学习内容。

①自主创造。学生可以自己独立创造一个三角形，或与同学合作，创造一个三角形拍照并上传。教师展示学生作品并点评。

②分组探究。小组合作，从4根小棒中任意选3根，围成一个三角形，写出所有选法。教师巡视指导并展示学生上传的数据记录，进行分析，使学生进一步理解“三角形两条边的和大于第三条边”。

③自主学习。学生完成作业平台中的测评练习。教师借助数据分析平台提供实时反馈图，针对问题展开讨论。

④巩固练习。依据所学内容，教师提出问题（把20厘米长的吸管截成3段，每段长是整厘米数，围成一个三角形，思考：最长的一条边最多是多少厘米？）和要求，学生先独立思考，再动手操作。

（3）课后环节

总结讨论，教师提出课后任务：通过今天的学习活动，你有什么感受？

5.效果评价

这是一节充分展示“智慧课堂”技术与教学深度融合的课。教师在没有“刻意”应用“技术”的痕迹下，以极其自然的方式，通过大数据分析、小组协作以及“云+端”设备的应用，实现了“探究学习、主动学习、游戏化学习”等一系列传统课堂难以实现的教学理念和方法。这是一节形式与内容均发生了深刻变化的高效课堂，充分展现了教师基于动态信息反馈的教学机智。

参考文献：

[1]王盛之，毛沛勇.基于数字化教学案的智慧课堂互动教学系统实践研究[J].教学月刊（教学管理）中学版，2014（4）.

[2]林利尧.中小学智慧课堂建设与应用研究[J].中国现代教育装备，2013（10）.

[3]邓光强.“智慧课堂”中的学生个性化学习[J].教育信息技术，2013（12）.

[4]孙曙辉.蚌埠智慧教育：启迪学生心灵，课堂不再死气沉沉[N].中国教育报，2015-1-31.