基于智慧教室的学术英语多尺度教学方法重构

李卿慧

（长安大学外国语学院，西安 710064）

0 引 言

随着我国《教育信息化2.0行动计划》的发布，高校智能学习体系的建设正在持续推进。互联网+、5G技术背景下，大数据、云计算、人工智能等现代信息化手段正改变着传统的教育方式。一方面，教学信息化使课堂容量显著增加，45 min时长的教学内容翻倍，并且教学反馈做到零等待。课堂内容从简单的概念应用到内涵外延的讲解，教师教学活动得到多模式多渠道的应用。另一方面，课堂授课从“粉笔模式”到“投影模式”再到“智慧教室”倒逼“教-学”模式的改变，如：学生上课已从手写笔记发展到了平板电脑的电子笔记，甚至可随时在课堂上随机互联。因此，信息化浪潮正在影响着传统的“教VS学”模式，新的、立体化、多模态的教学方式将会不断涌现。

学术英语（Academic English）是近年来高校响应“教育国际化”而设置的一门应用型语言课程，其介于通识英语与专业英语之间，其主要内容围绕不同主题展开，如：聆听讲座、查阅信息、定义概念、涵义解释、对比和比较、数据报告等。除此之外，学术能力和批判性思维也是本课程的重要组成部分。主要包含：①学术学习能力（从听力和阅读文本中提取意义，在口语和写作中成功传达意义等）；②独立的语言学习策略（从发现、分析和记录有用的语言，创建关键词列表等）；③批判性思维技能（从评估信息、建立概念联系以及用相关论据支持想法等）。在整个课程中，学生需要合作学习，并参与各种独立的学习任务，以提高特定语言技能的策略。

鉴于学术英语偏重于培养学生以“英语”为工具、树立科研思维的特点，国内已有部分高校将其课程置于智慧教室进行，以满足学术英语“会议式、研讨式、报告式”的课程需求。而如何有效利用智慧教室的软硬件设备为学术英语服务，目前还处于研究探索阶段。

1 智慧教室与智慧课堂

智慧教室［1］是将物联网、云计算、大数据等信息技术与物理空间相融合，通过各类智能终端获取教学资源的信息，实现多功能的数字孪生情景感知与教学全过程功能需求的优化。其目的为师生之间的信息传递提供无缝对接的互动方式，实现自由、开放、个性化交互式“教学相长”。智慧课堂［1］是在智慧教室的环境中，针对某一特定的教学目标，利用先进的数字技术打造智能、高效的课堂，其目标是实现教学数字化、知识应用及反馈答疑即时化，创建“协作交流”的“教-学”氛围，促进个性化发展。

从两者关系来看，智慧教室强调硬件设备，偏重于“有”，而智慧课堂侧重于“用”。换言之，在信息化智慧教室的基础上如何有机结合各部分功能、真正实现以人为本、使得功能发挥实现教学环节的效用的最大化，是智慧课堂的核心要素。

图1为智慧教室相关的研究趋势及成果分布图，由图可知其概念提出于2002年，自2012年后迅速成为研究热点，主要分布于教育相关行业。

图1 智慧教室研究趋势及成果分布图

（1）智慧教室的研究。王冬青等［2］针对课堂多源异构数据采集的问题提出了智慧教学数据采集模型。李康康等［3］提出了“智慧研创室”的理念，倡导由“教”向“创新培养”转变。金智勇等［4］提出了智慧教室的“三位一体”模型，涵盖了物理设施层、资源服务层、交互应用层三个方面。黄荣怀等［5］认为智慧教室的智慧性体现在内容呈现、环境管理、资源获取、即时互动与情景感知等方面。吕恋生等［6］分析了智慧教室对传统教学方式的影响，指出两者应深度融合。徐显龙等［7］对智慧教室小组合作学习进行了研究，提出了小组竞赛、学习测评、学生讨论和展示分享四种模式。刘清堂等［8］以102名本科生为对象，研究了智慧教室中不同座位布局与学习动机的关系，得出了学习动机与座位-讲台距离显著相关的结论。王天平等［9］从科学属性、技术属性及社会属性3个方面对智慧教室本质进行了剖析。张晓梅等［10］针对纸笔数字书写技术在智慧课堂的应用进行了研究，结果表明其中技术自我效能感和互动学习活动的对满意度影响最大。Kim P W等［11］通过温度感应系统监测学生在智慧教室中的学习投入度（dynamic emotional state），通过手机终端个体颜色的改变实时掌握学生的注意力水平。Guntha R等［12］针对智慧教室的硬件系统提出了控制中心的概念，设计了保证各系统之间平顺工作的流程。Dong H A等［13］针对学生学习技术英语时课外时间较少的问题，开发了相应的Andriod应用程序，融入了智慧教室系统。Yang J等［14］从技术融入教学方法的角度对智慧教室进行了评估，通过13494名学生的统计调查表明：被调查者并没有从资源或提升的角度感受到智能学习。并指出先进的设备与信息技术深度匹配才能取得良好的效果。Sevindik T等［15］针对66名在校学生进行了统计调查，结果表明：智慧课堂可显著提高学业成绩。Saini M K等［16］针对“智慧教书的智能体现？”的命题进行了179篇文献的调研，得出通信技术、机器学习、传感器网络、移动计算、硬件设施的零碎发展不成体系，并指出跨学科的协同一体化是未来的发展方向。Shen Y等［17］针对智慧教室中的人际交互模式进行了研究，建立了基于卷积神经网络的课堂氛围监测方法。Deng X等［18］指出智慧教室是未来发展方向，并提出教学应从多媒体授课向教学方案设计方向转变。杨鑫等［19］针对智慧课堂模型的实证问题，利用大规模数据调研确立了智慧课堂模型。

（2）智慧课堂研究。晋欣泉等［20］基于智慧课堂数据流动机制构建了智慧课堂生态系统，主要包含：教学主体、教学资源、课堂环境和教学数据等要素。吴晓如等［21］从系统服务理念、体系架构、平台构建、应用模式等方面构建了“云-台-端”的新模式。刘邦奇等［22］针对智慧课堂提出了四部分智能服务，内容包含资源、评测、终端。彭林华等［23］采用后序列分析法对3 161个行为样本进行了分析，映射出教师的浅层地使用、讲授式应用、导学式应用、反思性应用等4个层级的信息技术应用能力。彭红超等［24］提出了面向智慧课堂的框架，包括课堂环境分析、明确目标、确定评估、学生分析、任务设计、编列制定、绘制分布和决策预设等8个步骤。Huang Y等［25］指出智慧课堂应注重互动教学、微课、拓展教学素材等措施。朱燕华等［26］基于TPACK知识框架及深度学习理论构建了大学英语智慧课堂评价分级指标体系。李逢庆等［27］指出智慧课堂应该强调各个组成部分的关联，由教室、学生、信息资源相互联系。

从现有研究成果来看，智慧教室的研究成果多集中于系统构成，打通各个子硬件系统相互协调的环节。而智慧课堂成果多集中于系统的功能开发，即：如何发挥教师与学生两个主体的配合。针对学术英语的特点［28-30］，其课堂模式需要从“单纯讲授”向“课堂组织设计”转变，教师如何适时“入戏与出戏”、学生如何“角色切换”、两者如何相互紧密配合，有待深入研究。利用现有的研究成果建立一套适用于学术英语的课堂模式有利于该类课程的顺利开展，而这正是本文的出发点。基于此，本文从学术英语的特点出发，重新构建智慧课堂的架构，分析其内在机理与逻辑关系，为学术英语的规范化教学提供参考。

2 多尺度教学模块设计方法重构

2.1 模块设计

（1）知-情景感知。通过数字孪生技术营造虚拟现实，为学生提供真实的语言应用环境。具体包含：用户情景（属性、位置、社会地位）、时间情景（某特定时间）、计算情景（网络连接、附近资源）、物理情景（温湿度、交通、噪声）与社会情景（法律、民俗）［31］。

情景感知应根据课堂目标设定本体模型，即概念、约束、现实呈现。基于此，本文结合学术英语的特点提出“拓扑图像法”，针对目标概念以定义为中心，拓展其外延并辅以应用照片，即内涵-外延-应用本体模型。以学术英语（Academic English）中“摩擦”（Friction）的授课章节为例，本体模型的设计包含：摩擦的概念、应用条件、表现形式、学生对摩擦的共性理解与个人见解。其本体模型见图2所示。可以预见，此模型对学生的感官刺激将引导其自主思考中心词的英文表达、外围逻辑关系表达、应用场景表达等，从而唤醒其联想思维模式，跟随教师积极思考。

图2 摩擦本体模型

情景感知的目的在于，让学生在进入正式环节之前对所学内容的应用有了明确的用途理解，细化了其学习目标、理解或记忆更有针对性和目的性，从而更具有学习兴趣与动力。

（2）联-即时互联。依托互联网、大数据、云计算、人工智能等资源，为教学需求随机提供趋势、热点等信息。英语课堂需要大量的随机实例来支撑教学意图，而即时互联能够以各种形式（百科、原理动图、视频示例等）对单个目标进行辅助性解释，其核心在于搜索引擎的选择与关键词的提取，作为“网生代”的现代大学生对智能手机的熟练程度不言而喻，课堂中每个参与者都可成为“搜索引擎+关键词”的发起者，因此即时互联可在消除“随机盲点”方面可发挥巨大作用。可以预见，未来智慧教室将以人均拥有一台智能终端设备的方式提升个体对课堂交流的参与度，课堂讲授与研讨式交流的融合将更近一步，将其概括为“会议课堂”。同样以学术英语为例，例如结构的“变形”“挠度”“位移”三者概念的理解，可选单词有deformation、deflection、displacement等，在准确把握其含义、区别及应用方面可借助“情境感知+即时互联”的方法交互开展，此处本体模型略去，仅给出结论。deflection一般是指主梁的竖向挠度，displacement一般指刚体整体，或整个截面的水平位移，deformation是描述结构宏观的、广义的变形。

（3）分-分屏互动。分屏式教学模式已从传统的多黑板已发展为多投影幕、多显示器、电子白板或智能终端显示设备等，主要是为了实现多媒体内容的传输、解析、展示及控制，如图3所示。

图3 智慧教室中的分屏设置

基于“对分课堂”的理念，将学生从“学”到“用”的过渡环节在课堂上实施，分屏分组的本质是角色转换，使学生在浸入式学习环境中反思、协作并统一观点。其应用如图4～5所示。在万物皆媒的背景下，分屏分组的目标是通过不同知识背景学生之间的讨论，缩小学生对知识点的理解的差异。

图4 智慧教室设施

图5 分组讨论

互动可以是所有课堂参与者之间的交流，讨论式分屏互动模式能够激发学生的主体性和代入感，但教师仍然是课堂的“统领或主持人”，充分地组织学生参与讨论和答疑，对于提升学习效果至关重要。同时，教师在课堂教学中应该是一个“项目总工”的角色，既要统领全局也要兼顾具体问题，通过多次反复切换形成教学信息的输入与输出，形成一种无缝融合学习模式。

（4）辩-反馈监控。其含义包含监测与控制，两者都属于过程性介入行为，监测强调信息掌握，而控制则偏重误差消除。其目的在于通过检验环节的设计辨别对目标理解不到位的个体规模或偏差盲区，消除“数据孤岛”。简言之，就是掌握共性问题（整体学生的理解盲区）或个体数量（未理解某一特定概念的学生数量）。监控环节的“反馈设计”尤为重要，一般而言，对于主动性较差的学生而言，课堂上设计非正式测验环节可较好协助教师识别授课效果的盲区。从这个角度而言，本文给出实时统计法以利于课堂效果的精准识别，从而可利用“模糊综合+单项指标”评价的方法迅速为教师提供决策依据，遴选出待补充说明的具体内容。

（5）达-靶向修正。其意同“解惑”或“精准答疑”，与传统方法所不同的是精准定位，其重心是从讲课教室转移到学生本身，尊重学生个体在智商、个性、差异化发展方面（技巧型、补习形、心理障碍型等）的客观因素，从个体需求出发，在“反馈监控”的基础上将理解不到位的知识点或学生个体定位，从而实现靶向修正。从教室角度看，精准答疑是对个体知识盲点定点清除，“靶向修正”是课堂授课的重要环节，也是建议师生之间亦师亦友的重要途径，对于引导学生学习有更加积极的促进作用［32］。

2.2 逻辑关系

智慧课堂的设计属于系统构建问题，在教学目标的统领下“知、联、分、辩、达”及其相互作用构成了一个有机整体。其内在关系可以用图6来表达。

图6 知、联、分、辩、达逻辑关系

3 案例应用

案例1：雅思面试（IELTS Interview）

以学术英语中雅思面试为例进行应用说明。授课内容包括：概念介绍、视频导入、技能总结、面试禁忌、情景再现、小组互评、教师反馈、数据留存等。①在情景感知模块利用拓扑图像法建立起本体模型，其内涵为面试官的评价，外延为话题观点，应用体现为讨论环节的逻辑表达与时间掌控，具体可参照图2进行模型设计，此环节是通过任务挑战的形式对学生的心理主动性进行刺激；②即时互联环节可针对雅思面试环节的搜索词频进行实时搜索，如：雅思面试话题、答题任务卡、雅思面试陈述要点、评分标准等。学生随机提问实施关键词提取及搜索结果总结；③分屏互动则以小组数量为依据由教师布置相应的虚拟面试官，具体可通过网络资源的面试视频裁剪而成。由小组讨论准备从见面问候-自我介绍-观点交流-讨论等各个环节的应对答案，并进行组内自评，必要时进行组间评价；最后由教师进行各小组雅思面试点评，总结各组优缺点并进行量化评价。④反馈辨识可根据内容设计一定数量的在线问题进行实时的监控，此环节需要实名答题，以便教师精准掌握未知个体数量及普遍未掌握的知识点。如：面试禁忌包含内容等。⑤靶向修正可针对上一环节的统计结果进行“模糊评价”，从而决定是否将某一个问题重新讲述。同时，针对未知个体的盲区可进行定点解答。

案例2：材料力学（Mechanics of materials）

仍以学术英语中材料受各种作用力为例进行说明。授课内容包括：不同材料的力学属性、不同结构的受力及其材料、力在材料上的作用形式、材料上作用力的种类、不同材料构件受力的过程。①在情景感知模块利用拓扑图像法建立起本体模型，其内涵为力的概念，外延为拉、压、弯、剪、扭等力，应用体现为工程当中各种力的现象，具体可参照图2进行模型设计，此环节是通过力及其表现形式给学生施加感性认识；②即时互联环节可针对各种力及其应用环节的搜索词频进行实时搜索，如：内力、外力、应力、弹性作用力等。通过即时搜索获取各种力的作用形式及其计量标准；③分屏互动则以拉、压、弯、剪、扭为依据由教师布置相应的题目，如：如何从力的角度理解比萨斜塔、如何理解起重机吊装重物、如何理解鸟巢体育馆建筑等，由各小组对力的认识及其应用进行充分讨论。由小组讨论从力的应用图示-力学模型-受力说明-结论等各个环节的答案，进行课堂答辩；最后由教师进行各小组进行点评，总结各组长短处并进行量化评价。④反馈辨识可根据授课内容设计本章各种力的表达方式，仍需实名答题，以便知识盲点，消除“未知个体的数据孤岛”。⑤靶向修正可针对上一环节的统计结果进行定点说明。同时，针对未知个体的盲区可进行精确解答。本模块的实施可采用“双师型”授课模式。

案例3成绩对比。通过本文方法对授课内容相同的2组平行授课班级（每组7个班）的526份成绩样本进行了大数据统计分析，为了体现整体水平，利用μ±3σ准则对异常样本进行了剔除，最后得到有效样本523个，通过统计将不同分组及班级的均值及标准差见图7。

图7 智慧教室“智联分辨达”授课成绩与普通教室授课成绩对比

由图7可知，普通教室授课班级各班成绩均值分布于65.1～72.7之间，平均为68.7，标准差分布于4.2～9.5之间，平均为6.6；基于“知联分辩达”的智慧教室授课班级各班成绩均值分布于72.3～87.3之间，平均为78.5，标准差分布于2.2～7.2之间，平均为5.0。由此可见，本文提出的方法成绩均值提高幅度为8%～22%，且标准差普遍有所降低，平均降幅24%。由此可见，应用本文方法后成绩样本在整体提升的同时，其离散性有所下降，说明随着平均水平的挺高，学生之间的差距在缩小，进一步验证本文提出的“知联分辨达”架构能够在一定程度上促进教学效果的提升。

4 结 语

本文在现有研究现状的基础上基于智慧教室对学术英语得教学方法重构进行了研究，主要结论如下：

（1）针对学术英语“会议式、研讨式、报告式”的课程需求，本文对其授课方法进行了重构，即：知、联、分、辩、达。具体包含情景感知、即时互联、分屏互动、反馈监控、靶向修正等5个模块。

（2）对智慧课堂的5个模块进行了深入研究。情景感知可通过建立本体模型来实现，本文提出了拓扑图像法建立内涵、外延关系、应用的框架模型；即时互联的核心在于授课目标模糊边界的定位与搜索引擎与关键词的确定；分屏互动基于对分课堂与角色转换，但仍受控于教师的中枢指挥；反馈监控的核心在于确定未知个体或未通达知识点的定位，应通过非正式测验的反馈统计来实现；靶向修正本质是精准答疑。最后给出了5个模块的内在逻辑关系框架。

（3）基于本文提出的方法，对学术英语两个案例进行了“知、联、分、辩、达”实际应用。最后利用本文提出的架构对523个成绩样本进行了统计分析，结果表明按照本文提出的方法能够将整体成绩提升8%～22%，说明本文提出的方法能够取得良好的课堂效果。