教育信息化2.0视域下高校智慧教学平台的设计与研究

陆冷飞 唐伟方 王欣然

摘   要：随着互联网、大数据、云计算、物联网等新技术在教育领域的深度融合与应用，智慧教育成为高等教育领域的研究热点。智慧教育最直观的表现为课堂教学的智慧化。文章从高校课程智慧教学的特征出发，提出了“互联网+教学”的具体实践思路，即建设统一的基于新兴技术的高校智慧教学平台，并对该平台实现的总体目标、总体要求进行了分析，提出了平台的建设框架并对各子系统的功能需求做了详细的分析与研究。

关键词：智慧教学;互动教学;过程性评价;教学平台

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2020）05-0085-04

一、引言

随着新兴信息技术在教育领域应用的不断深入，引发了传统教育的重大变革，我国高等教育信息化开始进入新的发展阶段，智慧教育逐渐深入人心。《教育信息化2.0行动计划》提出“以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础，依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范，推动新技术支持下的教育模式变革和生态重构[1]。”智慧教育是不断将物联网、云计算、大数据、移动互联网、人工智能、虚拟现实等新一代信息技术手段与教育理念和实践融合，构建网络化、数字化、智能化的学习空间、学习生态以及现代教育模式和系统，旨在促进教育利益相关者的智慧养成与可持续发展，推动教育的创新与改革[2]。

笔者认为，智慧教育最直观的表现为智慧课堂教学。智慧教学与传统课堂教学的最大区别在于：首先体现在智慧教学的目标。智慧教学的目标除了传统的知识与技能传授之外，更加侧重对学生的高阶思维能力（如思辨能力、批判能力、合作能力、创造力等）以及素质的培养。其次体现在智慧教学的过程。智慧教学的过程是在先进信息技术及其平台支撑下实施的教学过程，是信息技术与课程进行深度融合的教学过程，包括学习空间的重构与延伸、教学内容和方式的变革、多种教学模式的实施等，利用技术再造教与学的全过程。再次体现在智慧教学的评价。智慧教学在信息技术平台的支撑下，将整个学生的学习过程以及教师教的过程全自动记录下来，有利于实现对学生和教师的全过程性评价，可实现评价主体多元、评价内容多维、评价方式多样，全面反映学生的学习情况以及教师的教学情况。

综上所述，建设基于物联网、云计算、大数据、移动互联网、人工智能、虚拟现实等新兴信息技术打造的高校智慧教学平台，在学校的智慧教学实践中起着关键的作用，也是《教育信息化2.0行动计划》中提出的实现智慧教育的核心环节。笔者根据所在高校的教育信息化现状及条件，提出将最新的信息技术应用于课堂教学，规划建设一套人性化、智能化的，覆盖高校教学全周期、全过程的统一智慧教学管理与支撑平台。通过打造智慧化的教学与学习环境，切实减轻实施教学改革过程中师生和管理人员的工作量，让师生将更多的精力集中于教与学，促进教学向以学生为中心的模式转变。统一高效的智慧教学平台建设将有力促进高校落实教育部相关文件要求，推动课堂智慧教学革命，重塑课堂教学形态，实现高等教育智慧化。

二、智慧教学平台的总体目标

建设智慧教学平台的目的是为高校课程教学提供先进的智慧化环境与技术支撑，实现课程智慧教学。笔者将智慧教学平台的总体目标总结为“3个四模型”，即为高校教师、学生、质量监督者、教学管理者四种角色提供人性化的教学与管理服务;为课程教学中的课前、课中、课后、结课分析四个阶段提供全过程的流程支持、數据记录与统计分析;为高校教学实现教学资源共享、教师与学生的科学评价、师生的良性互动、学生的精准学业帮扶四项功能。如图1所示，其表现如下。

（1）实现课堂教学全过程（课前、课中、课后、结课分析）网络化、智能化、个性化学习，支持多种教学模式的实施，形成“互联网+教育”的教学新形态。包括对学生学的全过程支持与管理;对教师教的全过程支持与管理;对质量评估者进行过程性教学评价的支持与管理;对教学管理者管理决策的支持;课堂互动及板书内容的记录与管理;教学资源共享及学生多元评价的支持，汇集课堂教学现场的录播视频资源，教师、学生、质量监督者、教学管理者能够随时还原课堂上课情境。

（2）促进课堂教学从传统以教为主的讲授式向以学为主的互动式、案例、翻转、小组协作等模式转变;促进从总结性评价为主向形成性评价与总结性评价等多元评价并重的教学评价模式转变;促进课程教学从以课堂教学为主向课内外结合转变。

（3）与教务系统数据对接，实现教学全周期、全过程的教育大数据分析。其分析结果将为教学管理者提供决策支持，为高校探索实施智能化精准教育、学业帮扶、教学评价以及教学和人才培养方案改革提供强有力的技术支撑。

三、智慧教学平台的总体要求

（1）技术方面要求系统多平台兼容，能够实现跨平台和分布式部署，具备高度安全的保障体系;认证方式采用学校统一认证;采用云端存储，微信小程序、APP、电脑端等多终端兼容的架构模式;以用户易用为基本原则，根据系统功能及针对用户的不同，将系统功能部署在手机微信端，客户端及电脑Web端，确保终端界面交互友好;学生和教师的使用以移动端为主，Web管理端为辅。

（2）功能总体要求为基于学校教务管理系统数据，以智慧教室录播资源平台和网络教学平台为主体，集成课堂互动教学、教师板书内容记录、视频资源、上课资源、题库建设、过程性评价、过程性成绩管理、教师与学生痕迹记录、大数据分析等功能于一体，建设成统一的覆盖教学全过程的智慧化教学平台。该平台实现课程教学全过程的智慧化支撑与管理，包括课前（教师备课，学生预习，学情分析等）、课中互动（师生互动、随堂测试、实时反馈、课堂参与度分析等）、课后（作业、复习、指导等）、考后分析及贯穿教学全周期的过程性教学评价等，为课堂教学模式向探究型、互动型、翻转型、协作学习型等转变提供技术支撑，使课堂教学全过程痕迹可寻，过程性教学评价有据可依，促进课堂互动，活跃课堂气氛，促进师生发展，不断提高教与学的质量水平。

四、智慧教学平台的功能框架设计

笔者根据学校已建设的教学楼信息化基础设施、教学信息化的现状以及教育部对高校教学的最新政策要求，规划设计了高校智慧化教学平台建设框架，如图2所示。该框架主要包括基础设施建设、服务系统建设与决策支持系统建设，以及用户端程序几个部分。该框架的核心是服务系统和决策支持系统，总体功能如下。

1.智慧教室录播资源平台

本平台通过建设教学专网，为教室（含实验室）安装摄像头、录播中控、蓝牙扩声等相关系统设备，实现对每个多媒体教室的可视化直播和录播功能，为每个教室安装至少2个高清摄像头，分别面向教师和学生，同时另两路信号录制电脑演示PPT和电子板书记录。采用云端录制模式，所有录制的课堂上课情境自动存储至云端资源平台，与网络教学平台连通。系统支持在线巡课，校领导、督导、校院管理人员能随时巡查课堂;可点播历史上课记录，完全还原过往课堂上课情境。录制的部分精品课程可以经过平台处理转入网络教学平台课程资源库，提供给重修学生进行在线学习。对部分高端智慧教室安装温度、湿度、光照等传感器，实现对教室环境的智能控制;利用摄像头人脸识别进行无感知考勤，并提供学生抬头率、前排就座率等情况分析;为支持小班化教学，提供分组教学、讨论的一体机等硬件及软件系统;录播平台的建设可与教室环境装修、桌椅改造等结合起来，打造现代化、智能化的教与学空间。

2.网络教学平台

本平臺是实现课堂教学模式从传统模式向线上线下相结合模式进行转变的重要支撑平台，主要用于SPOC教学。本系统首先应具备市场上主流MOOC平台的所有功能，包括教师备课、上传学习资源、布置作业、评价作业、答疑，学生预习、视频学习、考试、课后作业提交、课后交流、查看相关资源等。其次，除前述基本功能之外，还有如下功能要求：

（1）平台与教务系统自动对接，包括教学计划、教学安排、课表选课等信息自动同步。同一门课由课程负责人负责创立基础资源（如教学大纲、预习资源、拓展资源等）供各平行班教师共享，每学期自动生成各平行教学班的课程记录，每个任课老师能看到所带的全部教学班级信息。教师创建的教学资源可实现全平台共享。

（2）学生能够在平台进行课前、课中、课后的所有线上学习和互动。与智慧教室录播资源平台和课堂互动与学生评价系统的相关数据实现自动联通与存储。每堂课结束后，由录播系统自动记录生成教学视频，学生可以在课后复习查看，系统能自动记录复习的相关痕迹数据。教师能够查看、管理和设置全部课堂教学相关的功能。

（3）提供视频课程制作的环境。对于云录播资源平台中的精品录播资源，能直接导入作为课程学习的视频资源。提供视频编辑工具，教师可以对视频进行简单的编辑，制作类似MOOC的在线视频学习资源，供翻转课堂教学和学生重修学习使用。

（4）个性化学习资源的自动推送。平台能够利用大数据技术挖掘与分析学生学习行为数据，智能化收集和搜索与学生当前学习水平相当的课程学习资源，自动推送到学生的学习终端，实现学生的个性化学习。

3.课堂互动与学生评价系统

本系统前端基于微信小程序，管理端与网络教学平台联通，主要面向教师与学生在教学过程中的实时互动及反馈，教师和学生在教学的各环节都能够实时发送通知和消息进行互动。

系统包括课前、课中、课后、结课分析四个模块。课前模块主要是任课教师布置课前预习任务和发布各类通知等。课中模块包括随堂作业、教学互动（包括开放式和答案式）、随堂考试、抢答游戏、分组讨论、考勤情况、头脑风暴等功能，其中考勤可以做到无感知考勤，即系统根据课堂上课学生的互动情况以及摄像头人脸识别情况综合统计出学生到课情况;学生手机端可同步查看教师电脑端的PPT和板书记录，为大教室大班课坐后排同学提供方便。课后模块为教师提供复习要点及作业布置、提交和批改功能，对于纸质作业可以拍照上传，并且能够自动生成每次课程的学习小结，让教师和学生清晰了解课程的教与学情况。结课分析模块主要实现课程教学终结性评价即结课考试后的成绩统计与分析，系统根据课程的教学目标，学生的学习过程数据以及期末考试试卷、成绩分析等数据，得出该课程学生的学习目标达成度等情况，从而给教师、管理部门提供决策依据。课堂互动系统记录学生课程学习全过程的所有信息，进行全过程监测，对于异常学生可自动提示预警，教师可在后台对学生过程性评价成绩和终结性评价成绩进行处理赋权，最终得到学生的课程总评成绩。

4.教师过程性评价系统

本系统提供的功能模块包括考勤情况（可从人脸识别、上课互动等情况分析，实现无感知考勤）、督导（校领导）听课评价、同行评价、学生评价、教师自评、指标设置等模块。其中学生评价可根据管理部门的要求设置教学过程的评价频率和次数，对于多个老师上同一门课的课程，系统可根据每位老师上课周次及设定的频率自动向学生发起过程性评价活动，收集教师的过程性评价数据。教师自评是指教师可随时发起学生对自己课堂教学情况的评价，以了解自己的教学情况，也可通过查看自己的课程录像以及课堂教学整体情况进行自评。系统可综合对教师的各类评价，由管理部门设置相关的权重，统计之后得出当学期任课教师的教学评价分数，供管理部门决策使用。

5.智慧板书系统

智慧板书系统的目标为将原有的黑板粉笔板书模式升级为电子板书模式。该系统以交互式触摸一体机或电子白板为载体，使用电容笔实现无尘化板书。该系统有多种板书模式可选，板书背景范围可无限扩大，不需擦除板书内容，节省传统擦除黑板的时间，同时可对所有的板书记录进行存储（可存储为PPT或专有文件），并上传网络教学平台供学生复习使用;课堂教学过程中板书可实时同传至学生的手机端，方便学生查看，解决大课堂教学中坐教室后排同学看不清板书内容的问题;该系统兼具图片、文件、视频等多媒体材料的展示功能，可在板书的同时随时打开相关资料，任意拖拽放大进行展示;结合录音设备，还可以进行微课录制。智慧板书系统将大大方便教师的板书，节省板书时间，且将板书过程数据化，实现可编辑管理，与云录播资源平台中的课堂录播视频进行结合，确保课程教学情境中各环节的完整性，可实现课程教学全过程情境还原，方便学生复习以及教学评价。

6.教学大数据挖掘与分析系统

该系统旨在对全校课堂教学全过程记录的所有痕迹数据（包括评学、评教、录播资源、师生课堂互动、考核记录、过程性教学评价等）进行数据挖掘与分析，再结合教务系统中相关的学生学籍信息和成绩数据，根据数据分析模型得出课程教学的相关结论与图表，让学校能全面实时掌握教学的质量，为学校教学改革、人才培养、教师发展、学业支持等工作提供决策依据。观察分析的角度主要有学生、行政班、专业、年级、课程、教学班、教师等，分析的内容根据每个观察角度的不同具体确定。

五、结束语

智慧教育是信息技术与教育高度融合发展的必然趋势。智慧教育中的教与学有着高效契合的特点，主要表现为实施教学、高效互动和科学分析[2];同时也表现为信息技术对教与学全过程管理以及学习环境的有效支持，使教育中的教与学突破时空限制，实现任何人在任何时间、任何地点以任何方式有效地学习任何知识，并在整个过程中实现全过程的智能化跟踪评价。本文提出的智慧教学平台设计框架从具体实施层面为各高校智慧教学提供了参考建设方案。智慧教学平台的建设，将打造一个人性化的、功能全面的、高效的现代化智慧教学硬件和软件环境。高校可以灵活地根据课程教学规模实施探究式教学、互动教学、案例教学、翻转课堂、小组合作学习等教学模式改革，有力地促进高校教学向智慧教育迈进，提高高等教育人才培养的质量。

参考文献：

[1]教技[2018]6号.教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[Z].

[2]哈斯高娃，张菊芳，凌佩等.智慧教育[M].北京：清华大学出版社，2017：22-23.

（编辑：王晓明）