智慧课堂教学模式设计与实践——以《地球科学概论》为例

史集建，魏华彬，王雅春，刘吉余

（东北石油大学 地球科学学院，黑龙江 大庆）

移动互联技术迅速发展及其在教育教学中的应用，推动了新一轮课堂教学的创新与变革，传统课堂向数字化、智能化课堂发展。随着智慧教育理念的提出及发展，信息技术环境下智慧课堂的构建成为教育技术界越来越关注的研究热点。东北石油大学资源勘查工程专业是以油气地质为特色，以油气资源的勘探和开发为主要培养方向的工程专业，主要培养从事油气资源勘查工程设计、应用研究和生产管理的高级工程技术人才。《地球科学概论》是该专业大学生接触的第一门专业课程，传统的教学方法在提高学生学习兴趣，深化学生对地质知识的掌握，以及提高学生基础地质思维的培养水平等方面存在不足。为了解决传统教学方式不能满足新时代资源勘查工程专业课程目标对学生知识、能力和素质的要求的问题，有必要在当前互联网+教育背景下，依照《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中提出“推动信息技术和高等教育的合理融合，利用信息化工具和平台提升教学水平”，打造的智慧课堂，实现课前、课中和课后的全过程跟踪，建设教育信息化、智能化为目的的智慧课堂教学模式，形成学生在学习过程中的“学、练、思、创”一体化和教师教学过程的统一[1]。

一 智慧课堂内涵定义

目前学者们对于智慧课堂的内涵理解，一般分为两类，一类是从教育学视角出发，一类是从信息化视角出发。基于教育学视角的智慧课堂，是和传统灌输性的知识课堂相比的，借助智慧教育理念，注重学生全面发展，目的在于培养学生智慧。基于信息化视角的智慧课堂，则比较注重新一代信息技术的应用，强调技术与课堂的深度融合，旨在构建数字化、智能化的现代化课堂环境，从而促进学生智慧发展。以上两类相当于硬币的两面，前者强调目的性，后者强调应用性，是矛盾统一的整体，互相依赖、互相促进。因此智慧课堂的建设，主要从两方面着手：一是智慧课堂的环境构建方面，这是实现课堂教学的外部硬件条件；一是智慧课堂学习模式设计及应用方面，这是实习课堂教学的内部软件支持。总之，智慧课堂建设的核心是以学生为中心，以智慧学习为重点，利用信息化学习方式，突破课堂时空界限，拓宽学习渠道，采用多元评价方式，促进学生智慧成长[2]。

二 智慧课堂教学模式实践必要性

目前国内大量从事教育的学者对互联网+教育背景下的智慧课堂教学进行深入研究和探讨，提出了一系列新的理论，并针对特定的课程进行了应用研究。而在智慧课堂教学模式建设方面，仅有少数学者提供了有价值的理论模型与实践研究，为学生量身定制个性化、智能化、适配化的开放、民主、高效地课堂学习模式多种多样，适合资源勘查工程专业教学特征的智慧课堂模式仍需要深入挖掘。

资源勘查工程专业通过问卷调查显示：实践经历是企业最为看重的；其次为学生的学习成绩；第三为思维活跃度及社会活动的参与度。用人单位对人才的需求以及本专业的知识体系特点注定了学生的培养模式和教学性质，即在掌握扎实的基础理论知识基础上，强调对问题分析、解决、研究和实践的能力。石油与天然气等地下资源埋藏深度一般处于1000-10000m的范围，看不到、摸不着，这就需要学生一方面对理论知识的深入理解，较强的思维建模能力。而传统的教学过程，以教师在课堂上单方面的知识灌输为主，辅以课下作业和单独的实验课程，这便造成了学生学习积极性不高，课上“低头族”的出现，以及导致理论与实践过程的脱节。

为了改变传统教学方式与新时代资源勘探工程专业人才培养要求之间的矛盾，有必要在当前互联网+教育背景下，依照《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中提出“推动信息技术和高等教育的合理融合，利用信息化工具和平台提升教学水平”，打造的智慧课堂，实现课前、课中和课后的全过程跟踪，建设教育信息化、智能化为目的的智慧课堂教学模式，形成学生在学习过程中的“学、练、思、创”一体化和教师教学过程的统一[3]。

我校资源勘查工程专业自2015年开始，根据本科教学信息化形势的发展，在个别的课程内边率先开展了以“蓝墨云班课”等智能软件的应用，“翻转课堂”等新式教学手段的实施和基于学情掌握实施教学设计为主要内容的智慧课堂建设，取得了较好的效果。在此基础上，学校、学院和系三级单位对智慧课堂教学进行了大力的宣传和推动，目前大部分的理论课程均采用了智能教学工具，如“学习通”“雨课堂”等，从一枝独秀走向了百花齐放；单纯的课上教学手段拓展为课前资料推送，课中知识测验，课后习题推送、头脑风暴等跨域课堂时间和空间多维度手段；教学材料从单一的课本发展为多媒体、视频、MOOC等多方面的融合；考核方式从唯期末考试论丰富为平时回答问题、平时测验、期中测验等多角度考核；教师对学生的知识和能力掌握情况从期末考试后整体性的后知后觉蜕化为形成性评价完善后独立个体的精准教学；师生交流从课上固定时间段提升为课上课下随时交流等等。高校教学师生共建、多向互动、全程全员参与和质量控制过程考核的多元评价等一系列良性现象的出现，反应了智慧课堂建设在教学理念、教学流程、教学内容、教学方式和师生关系方面毋庸置疑的提升作用。2019年资源勘查工程专业进行了“工程教育专业认证”，入校专家对本专业的智慧课堂教学成果、完备的形成性评价和考核材料给予了积极肯定。

虽然已经取得了一定成就，但在智慧课堂教学模式改革实践方面仍存下一定不足，具体包括：（1）教学模式是指在一定的教育思想、教学理论和学习理论指导下，在一定的环境中教与学活动各要素之间的稳定关系和活动进程的结构形式。该定义突出了理论与思想、环境与资源、关系与结构三方面的紧密联系，而目前在智慧课堂教学模式建设中表现为不同程度的脱节。（2）智慧课堂教学模式建设缺少特定的教育思想或教育理论作为指导，造成建设目标不明确，体现在主讲教师对智慧课堂理解上有差别。比如个别教师仅是将智慧工具应用在课堂点名上和留作业上，没有充分认识到智慧课堂是对整个教学理念和教学方式的颠覆[4]。（3）智慧课堂教学模式建设仍未形成稳定的结构框架，体现在主讲教师对智慧课堂建设上有差别。比如个别教师对智慧工具的挖掘不充分，没有从整个课程知识体系特征、智慧工具的功能和学生的学习特点角度对授课方式进行详细的设计。（4）智慧课堂教学模式在操作过程中未体现出动态性，生搬硬套，并且没有合理地利用特定的资源和环境，体现在主讲教师对智慧课堂效果上有差别。比如出色的教师通过智慧课堂的建设，激发了学生的学习兴趣，提高学生的学习效果和满意度；个别教师的课堂上，学生认为智慧课堂只是多了一些管理他们的手段，课下时间也被老师占用，反而形成了逆反心理。

综上所述，有必要从教学模式的构成要素出发，分析智慧课堂教学模式的构成，并据此构建智慧课堂教学模式的总体框架，并逐步细化设计。教学的核心是“人”，网络、智慧软件是“工具”，只有教学模式的真正形成并完善，才能将“人”和“工具”有机地形成一个整体，从而实现教学的目标，发挥现代化教学方式的最大作用。

三 《地球科学概论》智慧课堂教学模式设计

在分析教学模式的构成要素的基础上，目的是建立适合资源勘查工程专业课程体系和学生能力要求特点的智慧课堂教学模式，并结合本专业教学课程对教学模式加以实践应用，形成不断改进的智慧课堂教学模式实施制度，提高本专业信息化教学水平和学生的综合素质。具体建设内容包括。

（一） 智慧课堂内涵定义及教学模式的分析

首先选择当前主流的教学理论和学习科学最新研究成果，总结分析智慧课堂的内涵及特征，并就已提出的教学模式从教学理念、教学流程、教学资源、教学方式、师生互动、差异化设计六个方面来深刻分析，从而为建立适合资源勘查工程专业的智慧课堂模式建立理论基础。中国拥有地质类专业的大学普遍设有《地球科学概论》或《普通地质学》的课程，该课程是地球科学教学体系中的先导性课程，但不同大学由于其面向的行业和培养人才的差别，造成在教学模式设计上也具有差异性，智慧课堂的建立也相应根据培养学生能力和素质的需求进行相应的变化。东北石油大学为一所石油类行业院校，在教学过程中要突出石油行业的需求，课程思政和教学内容设计要偏向石油地质，提升学生对从事石油行业的兴趣和自豪感，培养学生的“大庆精神”，使其具备解决石油地质问题的基本地质知识、素质和能力。

（二） 前期智慧课堂教学数据分析

对前期本专业智慧课堂建设过程中授课老师收集的大量数据进行分析，在不同课程在教学目标、教学内容、教学手段和能力要求差异化的基础上，从根本上分析当前学生学习过程中的基本规律和特征。然后通过对教师和学生的调研，了解当前不同群体和不同层面对智慧课堂的要求，从而找到智慧课堂模式建立的环境基础和需求痛点。在《地球科学概论》课程中，前期收集了大量的关于每个学生的个人综合评价数据，基于平台给出的学生在“查阅资源、头脑风暴、投票问卷、讨论答疑、测试和作业/小组任务”等方面的星形图，有针对性地分析教师教学方式，提供的教学资源和学生的学习习惯等方面匹配过程中的一般规律，为建立适应学生，并具有“高阶性、创新性和挑战度”特征的教学模式奠定基础[5]。

（三） 智慧课堂教学模式设计

综合以上分析，在教学模式的构成要素分析的基础上，从理论基础、实现条件、教学目标、教学过程和教学评价五个方面来分析智慧课堂教学模式的构成，包括模式的实现条件、教学目标、教学活动设计和教学评价设计，从而形成构建智慧课堂教学模式的整体框架，从而形成学习环境、学习活动、学习工具、学习资源、评价方式和教学策略的系统性互动。其中尤其突出实际问题训练、虚拟仿真实验和实体实验室的结合设计，增强对学生问题分析、解决和研究能力，以及实践能力的培养。比如在《地球科学概论》课程中，在介绍三大类岩石及其形成环境的知识过程中，将本专业具有的“陆相沉积体系虚拟仿真”“数字岩心虚拟仿真实验”等国家级虚拟仿真实验与“石油工程与地质实验教学中心”国家级实验教学示范中心的无缝对接，强化实践育人，实现线上线下相结合，提高学生的学习积极性和效率。

四 《地球科学概论》智慧课堂教学模式实践应用

选取本专业的《地球科学概论》为例对智慧课堂教学模式进行实践应用。实践课程以蓝墨云班课平台为依托，具体的实施路径分为五个阶段：准备阶段、理论研究阶段、模式设计阶段、模式应用阶段和研究总结反馈阶段。第一个阶段是准备阶段，主要是对研究所需要的资料进行收集。在知网上搜索下载各类文献，阅读大量有关学习理论、教学模式、互联网+教育、智慧课堂的文献资料，积累相关知识，了解国内外最新发展情况和研究成果。第二个阶段是理论研究阶段，通过对国内外文献的研读，运用文献调研法整理智慧课堂建设的国内外研究现状，并对其相关概念做出界定，总结出智慧课堂的概念及特征，并梳理教学模式建立脉络。第三个阶段是模式设计阶段，设计出智慧课堂的教学模式框架图，并从实现条件、教学目标、教学活动和教学评价四个方面进行详细设计。第四个阶段是模式应用阶段，以本专业的《地球科学概论》课程为例进行实践，收集实践中形成的数据。在第五个阶段是研究总结反馈阶段，在实践不同阶段采用问卷的形式，调查分析学生的学习体验、学习过程、学习效果和满意度等；教师的教学体验和教学目标实现等。最后，与前期智慧课堂建设时期，甚至传统教学模式实施时期的学习情况数据进行对比，为智慧课堂模式的完善提供经验基础。

目前通过《地球科学概论》智慧课堂教学模式实践，每年资源勘查工程、勘查技术工程和地质学等4个专业200多名师生参与和使用，对我校资源勘查工程和勘查技术工程两个专业通过国际专业认证起到了重要的支撑作用。具体取得的成果包括：①使教师对于智慧课堂的建设成为自发性行为，教学的最终目标真正落实到学生能力和素质的培养上，引导教师的教学行为从单纯的知识传授，提升到学生能力建设和学习态度养成的高度；②教师和学生普遍开始接受和习惯云班课、MOOC和教师推送等智慧工具和互联网资源，将课堂实录视频、 慕课知识点视频和拓展资源库融合，课程内容规范完整，在体现地球科学知识性和科学性的同时，让课程内容丰盈立体，展现较高的可学性，激发学生的学习兴趣；③训练提升了学生底层学习的能力，潜移默化培养了学生自我约束、时间规划、执行能力等底层行为能力；④基于智慧课堂的研讨式教学、小组讨论等形式，促使学生主动参与、积极思考，逐步培养学生解决问题、团队合作、沟通交流等系列能力；⑤通过智慧教学工具，实现师生的及时互动和教学数据的实时采集，构建了课前理论学习，课中交互式的案例讨论，课后实践训练“三位一体”的线上线下混合式教学模式，实现了教学评价注重过程性评价与终结性评价的统一。基于以上成果，资源勘查工程专业教学在近几年在获批“国家一流本科专业建设点”，评选省教学名师，富媒体教材建设，青年教师教学比赛中屡获殊荣等等，也反映了本专业在智慧课堂教学模式设计、实施和改进实践上的成功。

五 结语

智慧课堂教学模式实践特色是根据资源勘查工程专业的知识体系和对学生能力要求的特点出发，基于教学模式的构成要素，从理论基础、实现条件、教学目标、教学过程和教学评价五个方面来分析智慧课堂教学模式的构成，然后根据构成要素构建智慧课堂教学模式的整体框架，并进行详细设计，最后结合本专业教学课程对教学模式加以实践应用，不断跟踪学生基本情况、课程学习情况、课程学习效果及满意度，以此分析当前课堂教学模式存在的问题并加以改进，从而形成一个不断完善的闭环。此外，还在尊重课程差异化教学的基础上，基于教学模式的五方面的构成要素，包括智慧教学条件、智慧教学要求、智慧教学活动和智慧教学评价四部分，抽象化智慧课堂教学模式的整体框架，框架内的每一部分还可以在固有规律前提下进行差异化详细设计，四个部分互相联系，互相支持，形成一个统一的整体。以本专业的《地球科学概论》课程为例的智慧课堂教学模式设计实践，是体现“以学生发展为中心”理念的行动，以点带面扩大了“互联网+教育”模式在大学教师中的实际影响，显著提升了教师的教学水平，使高校课程教学的最终目标真正落实到学生能力和素质的培养上。