智慧教室的混合式教育模式在“线性代数”中运用与实践

张辉

[摘 要]为让理工科学生更好地学习线性代数，立足于智慧教室所提供的軟件和硬件教学环境，采用网络化教学和传统教学优势互补的混合式教学模式，分为四个阶段：教师前期准备、课前“热身”活动、课中“实战”教学活动、课后总结。以三个班为研究对象进行教学实践，教学效果明显，学生兴趣浓厚。

[关键词]智慧教室;混合式教育;线性代数

[基金项目]2019年度南充市社会科学研究“十三五”规划项目“智慧教育环境下的教学模式研究—以西华师范大学为例”（NC2019C098）

[作者简介]张 辉（1985—），男，四川仪陇人，硕士，西华师范大学教育信息技术中心助教，主要从事教育技术及偏微分方程数值解。

[中图分类号] G434;G642[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）28-0184-02[收稿日期] 2020-02-20

一、引言

近年来，基于新时代中国高等学校本科教育工作会议精神[1]和教育部印发的《教育信息化“十三五”规划》[2]，推动了教育与信息技术深度融合，从而使教育理念与教学模式不断更新，“智慧教室”[3]应运而生。国内外学者围绕教师如何利用“智慧教室”开展教学研究不断开展探讨。有学者[4]认为，智慧教室的出现有利于构建智能化的教学环境，更好地辅助课堂教学。有效利用该环境的智能化与交互性来实施混合式教学，能够充分发挥智慧教室的价值，提高教学水平。

混合式教学[5]是一种新的教学模式，是研究学生如何学习的问题，是基于学生角度的思考。而混合式教学是综合运用不同的教学手段、教学方法和教学资源，发挥教师的主导作用，明确学生的主体地位，达到最优的教学效果。

为让理工科学生更好地学习线性代数，本文立足于智慧教室所提供的软件和硬件教学环境，建立一种智慧教室与混合式教学结合的教学模式，并在西华师范生大学3个班级进行教学实践，从而推动教学方法改革，真正实现以学生为中心，提高教学效果。

二、基于智慧教室的混合式教育模式构建

对理工科学生来说，行列式是线性代数课程的第一章内容，是决定学习者能否学好线性代数的关键，也是后续相关专业课学习的理论基础。为激发学生兴趣，设计出基于智慧教室的混合式教学模式来进行“线性代数”教学。该模式分为如下四个阶段。

1.教师混合式教学的前期准备阶段。在智慧教室混合式教学的前期准备阶段，首先，对理工科学生的学习风格、学习起点能力、学习动机、学习态度、认知能力和专业特征等进行分析，借助问卷量表、测验、观察、访谈等方法，对教学对象的学习准备情况进行深入细致的了解，从而得知：学生都是非数学专业学生，有一定的数学基础，但是不扎实。传统教学方法利用上课时间进行高阶行列式运算并总结规律，这些运算难度很大，学生的学习兴趣不高，课堂效率较低，无法全面地让学生掌握知识。其次，根据教学目标所需的从属知识和能力对学习内容的深度和广度进行分析，明确教学内容，为教学编排教学顺序奠定基础。要加强智慧教室的软硬件建设，明确哪些内容需要学生课前结合资源自学、哪些需要讨论、哪些需要教师深入讲解等。线性代数中，如行列式具有运算繁琐，规律性强等特点。因此，可以根据该课程内容的特点，降低学生学习的梯度，充分利用课前、课中和课后的时间，让学生进行梯度、有阶段的学习，从而深入理解学习内容，实现教学目标。最后，智慧教室是近年来的一种典型的智慧学习环境，能基于物联网、云计算、大数据等新兴科学技术实施混合式教学。教师能结合新型软硬件对教学过程进行精心设计，及时掌握学生的学习动态，为探索教学改革和教学实践提供良好的环境。

2.教师结合智慧教室云平台进行混合式教学课前“热身”活动设计。教师课前将设计好的教学资源上传至云平台。这些教学资源包括新课预备知识、相应预习课件、教师录制的微视频、自主学习检测问题、分组讨论的问题等。学生可以利用这些资源进行自主学习，从而完成教师发布的学习任务。学生扫描二维码进入课前课堂，完成教师提供的教学资源，平台上记录有每个学生学习的时间、学习后检测问题的结果、讨论问题的过程等，教师可以根据学生反馈的情况进一步补充上课内容。如教师讲解行列式通用公式时，讨论能否用二阶行列式和三阶行列式的公式推广到四阶及其以上。让学生分组讨论公式中的规律，并说明原因。教师在学生讨论中设置问题情景，层层递进，引导学生思考和利用终端设备查阅资料，并找出规律。

3.教师设计课中混合式“实战”教学活动。在“实战”教学活动中，教师应该根据课前“热身”活动的反馈情况，结合分组讨论情况，适当调整重点和难点。如针对四阶行列式及其以上的公式的来源，各项之间的加减符号规律。根据课前的二阶、三阶行列式规律，进一步引导学生观测行和列的分布，结合逆序数的知识，确定行列式中的多项式的正负号的来源与每项行和列的逆序数之和的奇偶性有关，引导学生分组自行写出，教师可以列出几个特殊的高阶行列式，让学生加强练习，达到巩固和加深理解的目的。这样讲解能够层层深入，加强学生的实例练习，从具体问题中引导学生发现问题、分析问题和解决问题。

教师在“实战”教学活动中，充分利用智慧教室环境，结合云平台、国家级在线开放课程、课程中心等资源，进行线上线下教学，优化教学情境。通过设计教学问题组织学生展开讨论，总结出行列式的求解规律，从而激发学生的学习兴趣，增强学生的自主性和创造性，提高教学效率。

4.课后师生基于智慧教室混合教学总结。教师通过课前“热身”活动数据、反复观看课堂录像、课中表现、终端设备数据、云平台的数据等能够了解教学效果。根据学生的知识掌握程度和教学目标实现情况，找到教学中的不足，进而优化教学过程。教师可以在课前和课中设置游戏教学环节，根据教学内容创设教学情境并让学生充分参与，加强交流和沟通能力，让学生更好地理解教学内容，提高学习的兴趣，同时解决课程中遇到的实际问题。

三、實施效果

为检验网络化教学和传统教学优势互补的混合式教学模式的效果，以西华师范大学计算机学院通信工程专业2019级A班、B班和C班的学生为研究对象：A班实施在智慧教室的混合式教学模式;B班实施在普通多媒体教室的混合式教学模式;C班是对照组，实施传统教学模式，进行为期16周的教学实践。通过课后的小测试、调查问卷和学生的反馈对比得出：学习效果和学习兴趣对比图（见图1）和期中、期末平均成绩对比表（见表1）。

通过图1和表1可以看出，智慧教室的混合式教育模式较普通多媒体教室混合式教学模式和传统教学模式优势明显，能极大地引起学生兴趣，学生的主动性更强，师生互动更加良好，学习效果明显提升，期中和期末平均成绩都最高，学生优秀率最高，较好地实现了教学目标。从教学设计过程来看，通过学生课前的“热身”过程，能够了解学生情况。课中“实战”过程，能够增强师生互动。该模式在课前—课中—课后始终以学生为中心，从学生角度去设计问题，从学生感兴趣的教学资源入手，着力培养学生的自主性和创造性，从而促进了教学方法的改革。

参考文献

[1]周济.大力加强教学工作切实提高教学质量—在第二次全国普通高等学校本科教学工作会议上的讲话[J].中国大学教学，2005，（1）：1-6.

[2]任群，郑旭东，吴旻瑜.深度推进信息技术与教育的融合创新—《教育信息化“十三五”规划》（2016）解读[J].现代远程教育研究，2016，（5）：3-9.

[3]黄荣怀，胡永斌，杨俊锋.智慧教室的概念及特征[J].开放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[4]陈卫东，叶新东，许亚锋.未来课堂：智慧学习环境[J].远程教育杂志，2012，30（5）：42-49.

[5]余胜泉，路秋丽，陈声健.网络环境下的混合式教学—一种新的教学模式[J].中国大学教学，2005，（10）：50-56.

Application and Practice of Mixed Education Model of Smart Classroom in the Course in Linear Algebra

ZHANG Hui

（Education and Information Technology Center， China West Normal University， Nanchong，

Sichuan 637009， China）

Abstract： In order to make science and engineering students better learn the course in Linear Algebra， based on the environment of providing software and hardware teaching in the smart classrooms， a mixed teaching model that complements the advantages of network teaching and traditional teaching is adopted， which is divided into four stages： teachers' preliminary preparation， pre-class "warm-up" activity， in-class "practical" teaching activity， and after-class summary. Three classes are selected as research objects for teaching practice， and the teaching effect is obvious and the students are interested in learning.

Key words： smart classroom; mixed education; Linear Algebra