当智慧课堂遇到大数据

文/刘邦奇

当智慧课堂遇到大数据

文/刘邦奇

课堂教学中生成了海量的教学数据，对这些海量数据进行加工、挖掘和分析，离不开大数据技术和方法。

智慧课堂是当前教育信息化研究的一个热点问题。智慧课堂的核心在于用最新的信息技术变革和改进课堂教学，打造智能、高效的课堂。随着现代信息技术的迅速发展及广泛应用，新的教育技术手段不断涌现，课堂教学模式也在不断发生变化。当今社会进入大数据时代，大数据的出现将会对学校教育领域产生深刻的影响。本文对基于大数据学习分析的智慧课堂进行专题探讨，为高校智慧课堂的构建与应用提供参考。

高校智慧课堂提出的时代背景

目前国内对智慧课堂、智慧学习的理解有多种不同的观点，有从脑科学研究提出的，有从教育视角提出的，有从信息化视角提出的等等。现在人们所说的“智慧课堂”是智能教育，主要是从信息化的视角理解的，即使用先进的信息技术实现教学手段和课堂的智能化，进而实现课堂教学的智慧化。实际上，高校智慧课堂的提出与发展有其时代背景和必然性。原因如下：

1.符合建构主义学习理论对构建理想学习环境的要求。建构主义学习理论为智慧课堂的构建提供了重要的理论依据。按照建构主义学习理论，学习者知识的获取是其在一定情境下，借助他人（包括教师和学习伙伴）的帮助，并利用一定的学习资源，通过意义建构的方式获得。理想的学习环境包括情境、协作、会话和意义建构四大要素。智慧课堂能够非常好地满足建构主义学习理论对学习环境所提出的较高要求。利用当今多种新媒体、新技术和智能设备，针对课前、课中、课后的教学闭环，能够创造和展示各种趋于现实的学习情境，增进师生间、生生间的立体化沟通交流，有利于开展协作、探究学习，帮助学习者知识意义的建构。

2.适应大数据对高校教育教学产生的深刻影响。大数据时代的典型思维是基于数据分析的决策，数据改变教育是课堂变革的核心。在课堂教学中，数据是反映教学效果的最为显著的指标，比如学生识字的准确率、作业的正确率，积极参与课堂教学的举手次数，回答问题的次数、时长与正确率，师生互动的频率与时长等。课堂教学中生成了海量的教学数据，对这些海量数据进行加工、挖掘和分析，离不开大数据技术和方法。基于大数据的学习分析，使课堂一切靠数据说话，依靠直观的数据对学生的学习行为进行判断和制定教学决策，大数据使高校课堂教学产生了深刻变化。

3.满足技术支持的“因材施教”的需要。传统课堂教学中，每位教师同时面对几十个学生开展教学，很难及时把握和照顾到每个学生的个体差异，在有限的教学时间和空间内，对学生的“因材”难以具体到每个人。在现代信息技术支持下，智慧课堂基于全过程动态学习评价和智能推送有效改变了这一状况，通过课前、课中推送富媒体学习材料和作业，进行即时测评和反馈，准确掌握每个学生的已有水平，便于有的放矢，精准教学，真正实现“因材施教”。

4.顺应从“流程颠倒”向“结构性变革”发展的趋势。翻转课堂的基本要义是基于教学视频的应用将传统教学流程颠倒过来，从“先教后学”转变为“先学后教”。大数据时代强调数据分析和应用，基于大数据、智能推送等信息技术的全面支持，从一般性观看视频转变为课前预习、测评分析及反馈，从“先学后教”向“以学定教”深化，从对课堂的控制转向基于数据的动态学习分析、即时反馈及据此实现的教学“机智”，翻转课堂已经从早期的“流程颠倒”的1.0时代转变为“结构性变革”的2.0时代，从而实现了大数据时代的“智慧课堂”。

智慧课堂的定义及内涵

要厘清智慧课堂构建的目标与路径，首先要明确智慧课堂的定义及内涵。目前对智慧课堂概念还没有明确统一的定义。当今社会进入大数据时代，利用大数据技术分析和改进学习行为、变革传统课堂已成为一种必然趋势。据此，本文提出基于大数据学习分析的智慧课堂概念。

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，通过即时的学习评价反馈、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。智慧课堂的提出是现代信息技术与课堂教学深度融合的产物，是大数据时代信息化教学不断发展的结果。

“智慧课堂”定义的核心是基于大数据学习分析和移动学习终端的运用。对教学过程中生成的海量数据，用现代化的分析工具和方法对数据进行加工、挖掘和分析，基于数据分析的教学决策区别于传统的教学评价模型和方法。同时采取基于移动互联的智能终端应用服务方式，部署智慧课堂的信息技术平台，通过教室内多种终端设备的无缝连接和智能化运用，打破了传统意义教室的黑板、讲台和时空概念，具备动态学习数据的采集和即时分析功能，实现了教与学的立体沟通与交流，使传统课堂发生了结构性变革。

智慧课堂的特征分析

在大数据时代，基于大数据学习分析的智慧课堂，在技术和教学应用上具有重要的特色和创新价值，主要包括以下几个方面的特点。

1.数据化决策。建立基于数据的课堂是智慧课堂的核心理念。传统课堂主要依靠教师的个人教学经验对课堂上学生的学习行为进行判断和制定教学决策，智慧课堂一切靠数据说话，基于海量教学数据资源的集成与共享，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，即时、精准地掌握来自学生的第一手学情资料，及时调整教学策略，实现了基于数据的课堂教学形态。

2.交互智能化。智慧课堂更加侧重于交互功能和人工智能，利用智能信息技术打造智慧学习环境，构建高效互动课堂。如依据物联网、大数据和人工智能技术，通过情境感知、数据挖掘等方法可以提前预知学习者潜在的学习需求，具备动态学习数据的采集和即时分析功能，及时了解学习者需要，通过资源订阅和智能推送的方式第一时间推送最新的学习资源，利用智能化的移动学习终端和应用支撑平台，实现教师与学生、学生与学生之间的立体化沟通与交流，大大提高了课堂互动能力。

3.动态开放性。智慧课堂是一个动态开放的系统，其主体、技术、资源、机制等主要要素灵活且动态，借助于云计算、移动互联等新兴信息技术及各种智能终端的应用，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。智慧课堂教学是一个开放、兼容、动态发展的过程，课前、课中、课后成为一体，单一的课堂教学向多元化的开放式教学发展。智慧课堂鼓励创新与开放，鼓励学生参与进来表达自己的见解，积极为学生激发潜能、发展智慧提供有利条件。

4.机智化教学。课堂教学过程是千变万化的，课前的教学设计方案不可能预见课堂上可能出现的所有情况。智慧课堂必定要求教师要有数据支持下随机应变的能力，根据教学进程中出现的各种新情况，利用动态的学习分析和即时反馈，依靠海量教学数据分析进行实时精准的决策判断，采取机智性行动，及时调整课前的教学设计、进行针对性教学，优化和改进课堂教学进程，充分体现智慧课堂教师的教学智慧和教学艺术。

5.个性化学习。智慧课堂的最终目的是实现个性化的学习，让每个学生的智慧得到充分的发展。智慧课堂通过课前预习测评分析和课中随堂测验即时分析，准确把握每个学习者掌握知识的状况，实现对学生的个性化学习能力的客观评价，使教师对每一位学生的认知度更清晰，有针对性地制定个性化教学方案，制作针对一个人的“微课”，进行个别化的“微课”辅导，真正实现以学生为中心的、“一对一”的个性化教学。

智慧课堂的体系结构

高校智慧课堂实质上是基于大数据学习分析和移动学习终端运用的新型课堂教学形态，是由平台（信息化资源、系统和工具）、人（教师和学生）及其活动（课前、课中、课后教学环节）等组成的信息化课堂教学体系。“智慧课堂”体系的总体构成如图1所示。

在图1中，“智慧课堂”体系总体上是由教学流程、移动终端、应用支持、大数据评价和资源服务五个部分构成，具体包括：

1.智慧课堂教学流程。教学流程是智慧课堂的应用表现形式，由课前、课中、课后组成螺旋上升的闭环。通常课前环节包括学情分析、预习测评、教学设计，课中环节包括课题导入、探究学习、实时检测、总结提升，课后环节包括课后作业、微课辅导、反思评价等。

2.师生智能移动终端。师生智能移动终端是智慧课堂的应用终端，提供教师的“教”与学生的“学”的应用工具，实现对课前、课中、课后教学的沟通交流和信息服务支持手段。

3.教学应用支持系统。该系统是智慧课堂的教学应用支持平台，提供智能终端的学习、管理和应用服务功能，包括微课制作、微课应用、学习资源推送、沟通交流工具、第三方APP应用等。

4.大数据评价分析系统。该系统是智慧课堂的核心子系统，基于大数据学习分析，提供对学习和教学质量的形成性评价、总结性评价和诊断性评价服务，包括测试系统、教学质量评价系统和动态学习评价分析系统等子系统。

5.教学资源管理与服务系统。该系统是智慧课堂的教学内容基础服务系统，基于课程标准、全科电子教材、各类题库系统、教学动态数据和教育管理信息等子系统，提供学习资源的管理和服务支持。

高校智慧课堂的主要应用

基于大数据学习分析的高校智慧课堂，是一种新型的课堂教学形态，综合解决了传统教学过程中遇到的问题，增强了课堂决策分析和互动能力，提升了课堂教学质量和效率。高校智慧课堂对传统教学产生了“革命性”的影响，在教学实践中具有重要的应用价值。

1.实现动态学习分析评价。利用大数据学习分析技术提供动态测评和反馈，教师能够快速地对学生的学习全过程做出动态诊断评价。例如，教师通过课前预习作业和测评，对学生已有知识水平进行诊断，优化教学设计方案；通过随堂练习及检测系统，进行实时检测、统计，快速分析与反馈学生的课堂学习效果，及时调整课堂教学进度与内容；通过课后作业数据分析和反思评价，便于对学生进行个性化的辅导，实现教学的持续改进。

图1 智慧课堂总体框架

2.构建新的课堂形态和学习环境。智慧课堂教学中现代信息技术手段的深度应用，使课堂形态发生了重大变革。新技术、新媒体和智能终端为学习者提供了丰富的认知工具与支撑环境，为师生建立了更为开放的教室和更为开放的课堂活动。例如，智慧课堂无传统的讲台与黑板，课桌以分组讨论方式摆放，在教学过程中采取多元的交互协作方式，教师面向学生教学并直接融入小组讨论；教师可以通过手中的移动终端设备（手机、PAD）实现书写并向教室内大屏幕投射，教师常用的PPT可以进行任意的手写、标注、推演等，传统的课堂已经变成了数字化的“体验馆”、“实验场”。

3.优化认知目标和教学设计。在布鲁姆教育目标分类中，将知识维度分为事实性知识、概念性知识、程序性知识、元认知知识。结合信息技术展开的智慧课堂在教学过程中，能够将传统课堂中难以描述与传递的隐性知识显性化，认知目标发生了由低阶至高阶的变革。在教学目标确定的方式上，基于大数据学习分析的智慧课堂，根据课前进行的数字化预习和预习测评情况的反馈，即时、精准地掌握来自一线学生的学习情况分析资料，据此设置教学目标，就是要基于学生的“最近发展区”设计问题，做到有的放矢，因材施教。

4.重组教学和流程结构。依托智慧课堂信息化平台，通过大数据学习分析和智能信息技术，师生、生生之间的沟通交流更加立体化，无障碍地进行即时交流互动；学习资源实现富媒体化、智能化、碎片化，根据需要推送、实时同步。教学流程从“先教后学”到“先学后教”、“以学定教”，实施分层教学，通过微课吧、分组讨论、精讲点评、分层练习等方式，组织更加个性化的课堂教学，使传统的教学结构发生了重大变革。

5.变革课堂教学方式。大数据背景下的智慧课堂教学，在教学方式上发生了重大变化，从以教师为中心、强调知识传授的传统教学转变为以学生为中心、强调能力培养，有利于实现自主学习、探究学习、协调学习。例如，依据知识构建的需要，智慧课堂中采取小组协商讨论、合作探究的学习方式，协作群组通过平台获取丰富的学习资源和信息动态，就某个问题开展深入的互动交流和探究，有利于实现对所学知识的意义建构，促进知识内化。

（作者单位为三江学院）