用智慧学习环境破解班级授课制的个性化学习问题

■陈晓明

研究表明，学习本身就是个性化的，而个性化学习是最好的学习，因为它能够实现个人学习效率的最大化，这也是我们所有教育工作者努力的目标。班级授课制是目前学校教育的基本组织形式，智慧学习环境则是现代学校希望通过信息化手段构造的新型学习环境。本文主要探讨的就是构建什么样的学习环境，能够破解在班级授课制下实现个性化学习的问题。

一、班级授课制与个性化学习的矛盾

班级授课制又称课堂教学。就是把年龄特征、学力特征和学习基础相近的一定数量学生编成固定的班级，使每一个班级有固定的学生和课程，由固定的一组教师根据固定的授课时间和授课顺序（课程表），完成固定的教学目标和任务，对全班学生进行连续上课的教学制度。班级授课制的最大特点就是“固定”，这符合大工业生产的要求，是大工业时期的产物。

班级授课制相对于之前的师傅带徒弟、私塾等教学制度是一种进步，它极大地降低了教育成本，使普通民众能够上得起学，对普及大众教育发挥了巨大的作用。

但是我们要说的是，尽管为了适应普及教育的社会要求，班级授课制在夸美纽斯、赫尔巴特等教育家的努力下不断地进行改良，但是主要按照年龄编成的固定班级、按照固定课表的授课模式越来越无法满足教育个体日益活跃的个性化学习需求。

这个图片引自北京师范大学陈丽教授的讲稿，虽然有一些夸张，却将班级授课制的特点和问题表现得淋漓尽致，深刻地反映出班级授课制的明显缺陷。

教师说今天的学习目标是爬树，这对一些成员来说很难，对一些成员来说却很容易，甚至不用学习。当然，教师也可以说今天的学习目标是游泳、举重、飞行，等等。无论哪个学习目标，都不可能同时适应每一个学习者的个人要求。所以班级授课制的教学一定不能适应每个学生个性化的学习要求。

传统班级授课制的教学局限性主要包括以下六个方面：

一是教学目标相对统一，同一个班级的每一个学生，不论基础如何、学习能力差距多大，都要完成同样的学习目标。

二是班级授课制的教学时间、内容和进程都固定化、形式化，不能够容纳和适应更多的教学方法。

三是在同一节课上的教学活动多以教师为主，学生在学习过程中的主动性和独立性受到一定程度的限制。

四是在课堂教学中一般要求学生接受现成的知识成果，对其探索性、创造性的培养缺乏方法。

五是班级授课制很难做到让每个学生都有动手实践的机会，学生主要以听课为主，教学实践性不强，不利于培养学生的实际操作能力。

六是班级授课制以“课”为活动单元，而“课”又有时间限制，因而往往把某些完整的教学内容和教学活动进行人为的分割，以适应每一节固定时长的“课”的要求。

尽管过去一段时间，课堂教学改革也在不断地探索新的教学模式，以解决学生在学习中的主体地位，但是在班级授课制下很难改变以教师为中心的局面。

关于个性化学习，在2016年美国教育部提出的国家教育技术计划（Future Ready Learning：Reimagining the Role of Technology in Education）中这样描述，个性化学习是指学习进度和教学方法都针对每个学习者的需求进行优化的教学。这个定义更加明确地说明了个性化学习的特性，就是学习目标、教学方法和教学内容要针对每个学习者的学习状况不断地进行优化。

从技术的角度来看待个性化学习，可以理解为通过对特定学生的全方位评价，发现和解决学生所存在的学习问题，为学生个体量身定制最适合其特性的学习策略和学习方法，让学生有效地学习。这个定义不但说明了目标，即让学生更有效地学习，而且提出了方法，就是要在学习过程中通过全方位的评价，不断地了解学生的学习状况，进而实现实时地、有针对性地调整每个学生的学习策略和学习方法，以达到对每个学生都是最优的学习效果。

每个学生都是与众不同的，有自己独特的天赋特性、偏好和天生优势，也有不同于别人的弱点。学习目标、学习方法和学习内容肯定会因学习者的不同需求而有所不同。解决学生的学习问题，应该用个性化的方法去适应不同学生在学习上的个性化要求。因此，个性化学习有这样的特点：学习进度可以被调整，可以因人而异；学习目标、方法、内容和工具均可以为每个学习者不同的学习需求量身定制，并在学习过程中不断地优化；学习是由学习者的兴趣驱动的；学习者可以选择何时、何地、以什么方式进行学习。

从以上的分析中能看出，班级授课制与个性化学习存在着诸多的矛盾。一方面，班级授课制强调的是统一、齐步走，难以照顾学生的个别差异，因此无法调整学习进度，也很难为每个学习者量身定制学习目标、方法、内容和工具，并进行优化；另一方面，班级授课制缺乏真正的集体性，教师虽然向许多学生同样施教，而每个学生各以自己独特的方式去掌握，每个学生分别对教师负责，独自完成自己的学习任务，学生与学生之间并没有分工与合作，相互之间也无必然的依存关系。基于以上矛盾，传统的班级授课制很难做到因材施教，因此也就无法优化每个学生的学习效率。

我们经常看到这样的场景，教室里安装了许多现代化设施，在增加了网络多媒体设备的教室里甚至还拆除了讲桌、讲台，但在大多数常态教学中，教师仍然习惯于站在前面，仍然是课堂教学的主宰和中心。很多学校的课堂教学也在探索新型的教学模式，甚至打破面朝黑板的座位布局，采用分组布局，以便进行分组教学、小组讨论，让更多的学生参与到教学之中。虽然有时学生也会站在讲台上，但那只是他们部分地代替了教师的某些作用，教师的核心地位并没有动摇，统一的教学目标、方法、内容和进度也不会因学生的不同个体而呈现个性化。

二、智慧学习环境的组成

信息技术在突飞猛进地发展，电商平台、共享经济已经改变了我们的生活方式，已经实现了社会生活许多方面的个性化需求。通过信息化、物联网、大数据、区块链、人工智能、智慧平台等技术的应用，也应该能够破解班级授课制下的个性化学习问题。

当然，这需要在信息化环境下改进教学方法、更新教育观念，进而改变教育形态，提高学习的自主性，为学生自主发展打下坚实基础。可以说，教育信息化正在走进教育的核心领域，也能够破解班级授课制下个性化学习的时代难题。我们这里说的智慧学习环境是指在不改变班级授课制的前提下，将人工智能技术应用到课堂教学中，以此解决班级授课制下的因材施教问题，实现个性化的学习目标。

智慧学习环境按照以人为本的设计理念，注重学习空间的可重构性与灵活性，使课内课外、线上线下、现实与虚拟有机整合，从而实现了多种教学场景的融合。智慧学习环境的主要组成部分包括智能教学黑板、智能“讨论墙”、智慧教学终端、智慧教学平台、智能考勤与行为分析系统、大数据管理与分析系统、远程同步教学系统、智慧学习环境管理系统等八个部分。

1.智能教学黑板。

以联入互联网的触控一体机为核心的智能教学黑板，其不但能把网上丰富的学习资源、远端的各领域专家直接引入课堂，而且能实现远程教学，链接远端课堂。智能教学黑板还能改变板书体验——自由书写、手势控制、多人同书、无边界画面、书写自动识别、自由引入材料批注以及实时记录教学过程等。

2.智能“讨论墙”。

智能“讨论墙”作为课堂协作工具，为每一组学生提供在线讨论的场所，是小组交流的平台、资源获取的渠道，它能使讨论中的学生思维过程看得见。学生可通过各自的移动终端，以文字、图片、附件等形式，发表观点到“讨论墙”，实现边讨论边分享，意识碰撞具象化；实时分享讨论意见，让研讨更加高效。教师可通过平台关注整个班级讨论的全过程，随时掌握研讨进程，同时可以根据各组学生的参与情况实时做出评价，让互动激励贯穿整个课堂教学。讨论过程和研讨成果可以有序留存，从而实时地生成珍贵的校本课程资源。

3.智慧教学终端。

智慧学习环境的另一个重要设施是智慧教学终端，其作用是实现课堂上“端到端”的互动，从而实现师生、生生之间的多方互动。在整个学习过程中，学生终端的屏幕画面可实时地传送到平台、传送到教学大屏幕。教师终端可以按照教学进度实时地推送学习内容，可控制学生端的使用，也可根据教学需要自由组合多组学生，实现分组讨论。

智慧讲台（教师终端）可实现移动教学，实现了去权威、去中心的理念，支持移动授课，方便教师参与学生的讨论。教师可随时随地地将移动端的教学内容同步到大屏幕，可进行远程板书、拍照、直播、录播课堂上的实况等，还可以了解每个学生终端的画面。

智慧学具（学生终端）可以学习新知、参与讨论、发表观点，并参与课堂评测。课堂评测包括完成客观题、主观题等题型的作答，参与抢答及随机答题，或分组作答等多种评测形式，也能随时查看答题统计结果。目前一些产品通过人工智能技术能够识别学生的书写信息，从而在不改变学生习惯的书写方式和答题方式的前提下，自动记录学习过程，实现对学习过程的电子化记录，形成真正意义上的学习过程大数据。此外，还能快速进行网上阅卷，并在试卷上留痕评卷批语，让学生了解自己的错答信息。

4.智慧教学平台。

智慧学习平台可以将教学过程中所有学生的学习内容、过程数据、参与检测的答题数据、参与讨论的交流数据、评测数据，以及学习过程的参与度和关注度等行为数据进行采集、分析，形成学习过程大数据，进而分析每个学生的学习效果和学习品质，为智能化地制订个性化学习方案提供数据支撑。

智能学习平台通过语音转写和图像识别等人工智能技术，实现智能结构化视图和多维分享，能够快速形成校本资源。其主要包括：一键录制、公式识别、中英文智能转写、智能结构化视图、课上智能实录。这其中，课堂实录能够供学生随时复习，查看当堂讲课视频、课件及讲解文本，方便检索微课视频并准确定位，同步显示讲解内容与课件，为学生课后的高效复习创造条件；能够保存本校教师随堂教学资源，快速积累校本资源库，助力教师专业能力提升与个人财富积累，方便教师的教学反思，实时积累校本资源，使教学反思更有针对性。

知识图谱能够描绘某学科所有知识点的关联关系，通过不同的颜色标明学生各知识点的掌握程度，连线表明知识点的因果关系。学生通过自己的知识图谱，可形象地了解自己该学科的知识掌握情况、问题点和改错路径，为制订个性化学习方案提供支撑。

智能教学平台可实现对学习过程和学习结果进行智能分析，包括每个学生的个性化薄弱点、整个班级的共性问题等，从而设计相应的教学策略，对班级共性问题一起辅导，对学生个体问题单独辅导。也能够实现纵向比较，分析本学科学生各学年成绩趋势，得出对本届学生教学质量的评估结果。智能教学平台可为每个学生生成自己的错题本，为课后复习和今后的总复习作好准备。

5.智能考勤与行为识别系统。

智能考勤与行为识别系统可通过智能图像识别系统进行人脸识别、行为识别的数据采集，进行无感知自动考勤，开展课堂行为的分析。

无感知人工智能考勤系统结合学校学籍及课表数据，自动完成每节课学生的考勤情况。相对于常见的电子班牌考勤功能，学生无需排队刷脸，而且能根据学生在课堂上的存在时间定义考勤，规避学生签到后马上离开的情况。

目前，智能行为识别分析系统可以进行课堂气氛活跃度、参与度的分析与统计，学生个体活跃度、注意力的分析与统计。其获取的数据将为开展教学过程的评估和学习行为的分析积累大数据。

6.大数据管理与分析系统。

智慧教学平台的大数据管理与分析系统能够实现精准化教学和针对性教研。智慧教学平台可进行教学行为分析，平台的课堂实录数据记录了教师教学特质及优点，帮助教师全面认识个人教学特征。课堂报告分析是授课数据分析，能够帮助教师针对自己的教学过程进行教学反思，如调整授课语速、优化教学互动设计、合理提问等，从而不断提升自己的教学能力。异常波动提醒可辅助教师了解学生学习中的异常波动，提示教师进行有针对性的教学指导。

大数据管理与分析系统可以在教学过程中采集全方位学情、教情以及教学设备使用情况的全程数据，并进行大数据分析。学情数据主要包括学生考勤数据、学习行为数据、参与讨论数据、情绪分析数据、在线学习数据、课堂互动数据等；教情数据主要包括上课主讲时长、终端操作时长、教师板书时长、组织讨论数据、课堂互动数据、教学评价数据等；教学设备使用情况数据主要包括运行时长数据、启动时间数据、使用频率数据、使用周期数据、教室终端数据、终端告警数据等。

7.远程同步教学系统。

智慧教学系统支持远程同步教学，对实现教育均衡发挥着积极作用。可支持多方互动，实现多间教室同步听课；支持多点同时参与教研活动；支持一对一互动教学，通过智慧终端与远端智慧教室建立连接，实现远距离异地同上一节课。

8.智慧学习环境管理系统。

智慧学习环境采用物联网技术管理，通过末端传感控制实现对教学电脑、多块教学大屏幕、多个“讨论墙”、智能中控、智能空调、温控面板、智能电表、教室环境、智能墙插、智能设施、智能门锁、智能窗帘、智能灯光、视频监控等物联网设备进行一体化智能控制，大大地减轻了教师对智慧学习环境的管理难度。

这是一个智慧学习教室的外观形式，前面是中央视觉区，中央视觉区采用双屏智能黑板，这是核心教学内容和学生展示交流的主要渠道，同时支撑双轨教学、远程教学等教学形式，可更多地展示丰富的学习资源。开放式支架组成的移动讲台可方便推拉，灵活移动，适配不同教学场景。内嵌智能盒子，支持自携带接电装置，联网，无线投屏，多屏调度,方便分享小组成果以及多组成果对比。可灵活移动学生座椅使空间变化更加快速，加强了师生、生生间的交流与互动。智慧学习教室支持快速构造多样的个性化学习环境，如可快速、灵活地转换各种学习空间，构成协作探究型学习空间、自主交互型学习空间、课题研讨空间、开放式学习空间、极简互动型学习空间等。智慧学习教室也可以支持灵活多变的教学组织形式，构建多媒体教学，实时双向互动，实现优质课程资源共享与交流。优质资源的共享，打破了教育围墙，促进了教育均衡，实现了平等学习。任何人、任何时间、任何地点、任何接入方式，可以学习任何课程，实现泛在学习。突破地理位置限制，随时随地沟通，做到身临其境的沟通体验，实现高效沟通。智慧学习环境实现了不同形态教学模式的应用和探索实践，创新了教学形态，进一步辅助教学改革。

三、智慧学习环境的教与学

在智慧学习环境开展教学活动，学生的学和教师的教都要做出改变。

对于学生的学习来说，在学习内容上，要向以思维为主的教育转变，激发学生学习兴趣，缩短从知识的获得到知识的应用的路径；在学习方式上，要进行从知识传递向认知建构转型，运用信息技术开展高阶水平的知识建构活动，为每个学生创设智慧学习环境；在个性化学习上，对于每个学生的学习行为，要通过大数据的深度挖掘与分析，让教师认识每个最“真实”的学生，进而更具针对性地开展个性化教育，促进每个学生全面而有个性的发展。

对于教师的教学来说，在课程形态上，要数字化、立体化和整合化，实现课内课外、线上线下相融合；在教学结构上，要设计开放式的教学结构，实现将实时场景、专家连线、远程教师以及公共资源等外部优质教育资源有效地引入课堂，使课堂学习在空间上得到极大的拓展。这其中，教师的角色也要从知识的传授者转变成为每个学生实现个性化发展的指导者，成为学习活动的设计者和组织者。因此，通过“人工智能+教学”的方式，能够实现课堂教学的“减法”和“加法”，即教师的授课越来越少，学生的主动学习越来越多。

在智慧学习环境中开展教学，教师必须研究智慧教育的教学策略，要对各种教学模式在智慧学习环境中的应用形式开展深入研究，以找到最恰当的方式和策略，通过触发学生的学习动机来促进学生学习主动性的提高，从而实现个性化学习。“人工智能+教学”的智慧学习环境可以选择的教学策略非常多，如问题式学习（PBL）、小组合作式学习、探究式学习、移动学习（泛在学习）、研究型学习、创客式学习、游戏化学习、翻转课堂以及STEAM课程等，都应该可以在智慧学习环境下得以实现。

以翻转课堂为例。翻转课堂是将课上课下、课前课后的学习进行翻转，也就是将过去的课上学习新知、课后深化提高，变成了课前学习新知、课上进行深化提高。这样做极大地提高了学生自主学习的参与度，个性化学习得到充分满足。同时也能够兼顾到班级授课所要求的同步性问题。具体的做法是：学生在课前通过导学案学习基本内容，对于难点、重点可以通过观看微课程进行强化学习，为了能够了解学生基础知识的学习效果，可以让学生通过完成课前检测题的方法来检查，检测结果在上课前反馈给教师。课上，教师组织交流学习成果，对课前反馈上来的具有共性的疑难问题进行探究，也可以组织分组交流讨论，深化对问题的理解。在每一节课的结尾时进行测验，了解每个学生的不同问题，并进行解决，达到每个学生学习效果的统一，并延伸学习内容，导入新课，提出下节课的学习要求，进入下一节课的课前学习。

从这个过程看，传统的学习环境没有具有丰富学习资源的导学案，没有快速提供微课程的途径，没有进行智能评价与统计反馈的检测平台，无法实现课前的有效自主学习；没有支撑分组交流、实时监测课堂学习状态、及时反馈课堂学习效果的智慧学习平台，因此也就无法实现有效的翻转课堂。

在智慧学习环境中开展教学应用，教师和学生的信息技术应用能力和信息素养至关重要，这是发挥智慧学习环境作用、在班级授课制下实现学生个性化学习的核心要素。因此，探索基于信息技术的新型教学模式，加强对学习者认知和学习行为规律的研究，养成师生数字化教与学的习惯，促进中小学全体师生利用各种智能终端进行泛在学习、即时交流和广泛分享，是探索在智慧学习环境中班级授课制下的因材施教、个性化学习的新型教学组织方式的前提与基础。

一个必须正视的问题是，要实现在智慧学习环境中开展真正意义上的个性化学习，对于在整个学习体系中各方参与者的基本信息素养程度至关重要。信息素养一般认为包含四个层面：对信息知识的知晓、对应用能力的会做、对信息意识的想做和对信息道德的做好。

2018年5月2日，习近平总书记在北京大学师生座谈会上的讲话中指出：随着信息化不断发展，知识获取方式和传授方式、教与学关系都发生了革命性变化。这对教师队伍能力和水平提出了新的更高的要求。教育部文件在关于教育现代化的要求中指出，必须深刻认识信息技术对教育发展的革命性影响，更新教育观念，调整发展定位，把握发展重点，顺应信息社会对人才培养的新要求。在对教育信息化新定位时指出，教育信息化是教育现代化的基本内涵和显著特征，是推动教育深层次变革的内生变量，它支撑、引领着教育现代化发展。

智慧学习环境建设，必将改变学习方式，从而适应未来社会对学习者的要求。正如科大讯飞总裁吴晓如先生所说，人工智能带给教育的改变包含人工智能可以分析学生实时的学情、人工智能可以推送最适合的学习资源、人工智能可以提供个性化的学习方案，这些都是个性化学习所必须解决的关键问题。在智慧学习环境中开展班级授课，人工智能可以实时采集每个学生的学习过程数据，对学生进行全方位评价，分析学生实时的学情，发现和解决学生所存在的学习问题，推送最适合学生当前学习的资源，实时地为学生量身定制不同于别人的学习策略和学习方法，让学生在班级授课中更有效地学习。

用“人工智能+教育”构建的智慧学习环境，是要实现从以教师为中心的教到以学生为中心的学的转变。教师要充分发挥学生的主体性，改变单向传授知识的方式。学生通过自主学习发现问题、提出问题，自己去探索，或者与同伴合作，互相探讨。教师可以利用人工智能、大数据等技术优势，帮助学生的个性化学习设计科学、合适的学习方案。

人工智能、大数据还可以作为教师的有力助手，帮助教师随时了解学生的学习情况，帮助他们解决困难，帮助教师批改作业，替代教师一些机械式的劳动，减轻教师负担，使教师有更多的时间和学生接触、沟通。关于人工智能对教育的影响，在联合国教科文组织发布的报告“教育中的人工智能：可持续发展的挑战与机遇”中提出：“双教师模式”包括教师和虚拟教学助理，“助理”可接管教师的一些事务性工作，使他们有更多时间专注于对学生的指导和一对一的交流。人工智能技术能够支持包容和无处不在的学习访问，有助于确保提供公平和包容性的教育机会，促进个性化学习，提升学习成果。

“人工智能+教育”正在引起一场教育的革命，它改变着教育生态、教育环境、教育方式、教育管理模式、师生关系，等等。充分认识“人工智能+教育”的育人功能，是当前教育工作者遇到的重要机遇与挑战，智慧学习环境的构建，或将成为破解在班级授课制中实现个性化学习这一世纪难题的重要方法。