计算机应用技术专业群智慧课堂建设模式研究与实践

石慧 张娜 吴志锐 陈培辉

收稿日期： 2023-02-17

基金项目： 2021年广东高职计算机教指委教育教学改革研究与实践项目“计算机应用技术专业群‘智慧课堂’建设模式研究与实践”（JSJJZW2021028）；2021年度广东省教育科学规划课题（高等教育专项）“职业岗位视角下高职计算机应用技术专业群模块化课程体系构建研究”（2021GXJK515）；2021年广东省高等教育学会职业教育研究会立项课题“1+X证书制度背景下高职计算机应用技术专业群课程体系研究与实践”（GDGZ21Z003）

作者简介： 石慧（1983—），女，讲师，硕士，研究方向：大数据技术、人工智能应用。

摘  要： 随着大数据人工智能技术、5G技术在教育教学中的广泛应用，教育教学领域正在向智能化方向发展，但目前围绕高职专业群开展的智慧课堂建设并没有给课堂教学带来深层次的系统性变化，不能适应教育技术的发展和未来社会需求的变化。以计算机应用技术专业群智慧课堂的建设模式为研究对象，分析智慧课堂产生的时代背景，确立专业群智慧课堂的建设目标，研究智慧课堂的教学策略，提出构建专业群智慧课堂生态的方法和路径。结果表明：通过建设“云+端”信息化平台、打造智慧课堂以创建育人新生态、构建教学评价新体系能够较好地推动智慧课堂多场景常态化、底层平台共享、多模块差异化教学、多模式智慧化应用。

关键词： 智慧课堂； 人工智能； 专业群

中图分类号： G712          文献标志码： Ａ          文章编号： １６７１－２１５３（２０23）０6-0046-05

随着大数据人工智能技术、5G技术的发展和未来社会需求的变化，学习方式和学习手段也变得丰富多样[1]。课堂教学正从数字化向智能化加速跃升，这些都为突破精准化教学瓶颈，实现“因材施教”提供了历史机遇。但由于课堂建设的复杂性、不确定性及其内涵演变，人工智能技术赋能课堂教学在空间融合、主体协同、环节汇通、模式适配等方面有待认真探索和实践，需从理论、技术应用等方面开展系统化创新。本文以广东省高职院校高水平专业群——“计算机应用技术专业群”的课堂教学为例，探索人工智能时代背景下，构建专业群智慧课堂生态的方法和路徑。

一、智慧课堂的发展背景和内涵特征

（一）智慧课堂的发展背景

伴随着数字技术的发展及其外部环境变化的不确定性和复杂性，教育领域传统的教学组织模式、管理方法较难适应信息数字化背景下学习者对知识掌握的需求。目前教育数字化转型注重即时互联、信息共享和智能交互，呈现出生态化、平台化和智能化的趋势。“智慧教育”的概念来源于IBM（国际商业机器公司）2008年提出的“智慧地球”概念，其中又以“智慧教室”为典型代表。大数据、人工智能、区块链等数字技术正塑造着智慧环境，为构建“智慧教室”提供了更多途径和工具。智慧课堂本着“个性、协同、优化、思维、精准、创新”的原则，搭建综合智能信息服务平台和管理系统，打造数字化学习生态环境，为师生提供丰富的交互式多媒体内容，促进全场景融通，从思想道德、行动能力、思维创造等方面提升受教育者的能力，从而全面提升教育教学的灵活性和适应性[2-3]。

国内很多高校也陆续开展了关于智慧课堂的研究。目前，科大讯飞、华为、百度、阿里巴巴、腾讯等知名IT企业为高校提出了智慧课堂解决方案，内容包括：在线教育平台搭建、线上培训直播、智能客服机器人等一站式教培平台搭建及营销解决方案；AI培训教练、软件定制、助教机器人、智能阅卷等多种辅助教学工具。清华大学、武汉大学、大连理工大学、中山大学、广东技术师范学院、广东工业大学等一批重点院校也开始建立基于AI技术的智慧课堂。但是，职业院校对智慧课堂的应用及研究却非常少。

以中国知网为数据获取平台，以“智慧课堂”为题名或关键词进行检索，有3405篇学术论文；以“智慧课堂”和“职业教育”为题名或关键词进行检索，仅109篇学术论文，而围绕专业群开展智慧课堂建设的论文更是少之又少。而且这些论文大多停留在智慧课堂的认识层面上，只是介绍智慧课堂在职业院校实施的必要性，从概念层面介绍了人工智能技术在教学资源整合中的应用。本文围绕“计算机应用技术专业群”的课堂教学开展智慧课堂的构建与实践研究，具有一定的实践和现实意义。

（二）智慧课堂的内涵特征

在教育领域积极推进素质教育和课程改革的背景下，特别是云计算大数据、人工智能物联网、5G等新一代信息技术在教学中被广泛应用，智慧课堂成为促进教育教学改革的有力推手。智慧课堂离不开“智慧”，传统的“智慧”包含对事物和环境的感知、理解、分析、辨别、记忆等能力，最终体现为解决问题的能力。

智慧课堂指的是利用网络、通信、云计算大数据、人工智能等信息技术构建的辅助教学的环境，可以提高教学效果。丰富多样的信息化手段的应用能更好地服务课堂内的教学和管理，有效提高学生的学习兴趣和参与度，促进师生在课堂上的互动，还能提供各种便捷的教学辅助分析功能，比如考勤、互动、学情分析、评估等[4]。具体来说，智慧课堂的特点体现在以下4个方面。（1）智能内容：包括丰富的交互式多媒体内容的准备、交付和分发。（2）智能互动和参与：包括学生之间的互动、师生之间的互动，以及课堂上学生的参与。（3）智能评估：包括对学生学习和测验的评估，以及对教师讲课质量的评价和反馈。（4）智能物理环境：包括智能教学和学习辅助工具等。因此，人工智能时代智慧课堂也提出了对智慧型人才的需求。

二、专业群智慧课堂建设的目标和思路

从学生培养的角度，以知识为导向转向以智慧为导向的培育观，代表了人工智能时代对智慧型人才培养的必然需求[5]。智能化技术和教育思维高度融合的智慧课堂，正以不可逆的趋势使得“教”和“学”关系发生深刻变革。高职院校要着眼于教育信息化这一先进教学理念对提升教育教学质量的巨大推动作用，在结合学校实际情况的基础上，确立以现代教育技术为手段促进学校教育教学质量大发展的目标。在此背景下，专业群积极探索和开展智慧课堂建设，开展校企合作，引进智慧课堂管理系统，在相关专业试点智慧课堂教学，是现代化职业教育改革的重要手段和方法。计算机应用技术专业群内主要有计算机应用技术、网络技术、软件技术、大数据技术、人工智能技术应用等专业。专业群内相关专业与智慧课堂建设的信息技术密切相关，这也给推进专业群智慧课堂建设带来一定的便利。

专业群的智慧课堂建設应立足于不断变化的时代背景，立足智慧课堂的理论基础和内涵特征，探索人工智能背景下课堂教学的升级和发展，构建计算机应用技术专业群智慧课堂的教学模式和实施策略。笔者通过分析2022年全国“双高计划”专科（高职）院校及专业的建设目标，发现：很多专业的建设目标中提到“借助智能化技术手段开展课堂教学和教学方法改革”。

智慧课堂的构建与实践能充分发挥信息技术的优势，助力信息时代以学生发展为中心的人才培养体系构建，服务专业群相关“金课”优质资源的广泛共享，以信息技术创新教学方法和推动教学模式改革。

通过智慧课堂的建设，推进专业群的课堂从以下方面进行改革和提升教育质量：教学策略数据化、学生学习个性化、教学手段协同化、测试评价过程化、交流互动立体化、资源获取便利化、情景感知真实化、学习途径泛在化、技术支持信息化。构建以数字化、研究性学习为特征的新型课堂教学形态，促进大数据模式下多维度、多主体、可量化的教学评价新体系构建，创建泛在教学空间充分利用信息技术的育人新生态。通过智慧课堂建设，促进学生深度学习行为的形成和自学能力的提高，增强学生的基本知识掌握能力、理论结合实践的能力和知识运用的能力，提升学生对计算机应用行业的认同感和师生的信息素养，提高学生对智慧课堂技术平台的体验感和智慧课堂教学参与的活跃度。

三、智慧课堂的构建与实践

（一）智慧课堂体系构建

智慧课堂建设，首先需要有课堂信息化平台和资源做支撑，在信息化平台建设的基础上，基于数据分析与评价推进个性化精准教学内容推送，对获取的数据进行信息再加工和知识重构，借助网络和多媒体技术通过教学终端进行个性化智慧输出，利用大数据人工智能技术共同推进智慧课堂教学的全学科、常态化应用。在整体规划的基础上，开展基于导学案的自主学习，激发学生学习的自主性和主动性。信息化教学范围从课中向课前、课后延展，对备课、上课、作业、考试等数据进行全程采集，即时进行数据分析、个性化推荐、精准定位，以线上线下交互实现全场景下的因材施教，不断深化基于数据的智慧教学[6-7]。

专业群的智慧课堂更要充分发挥信息技术的优势，以智慧教室、数字图书馆等推进教学环境整体改造，全面打造“云+端”一体化泛在教学空间，承载教学内容、教学方法、教学评价等各方面的系统性重塑。通过建立“智慧课堂多场景常态化”“底层平台共享”“多模块差异化教学”“多模式智慧化应用”的课堂建设模式[8-9]，提高计算机应用技术专业群人才培养质量，为本地计算机应用行业提供优秀的人才，促进本地以人工智能为代表的新一代信息技术的发展。

智慧课堂建设结构如图1所示，智慧课堂主要由三大主体构成：信息化平台、育人新生态、教学评价新体系[10-11]。（1）信息化平台：利用云计算、大数据、人工智能[12]、物联网、网络技术建设“云+端”信息化建设平台，这是支撑智慧课堂建设的基础。引入智慧“云”服务，建立课程资源管理库，提供线上课程，拓宽教学空间，为教学科研提供稳定的网络通讯能力、运算能力、数据管理能力和软硬件资源稳定的协同控制服务。学生、教师、管理者再通过各种智能教学终端进行知识和信息的交互。（2）育人新生态：通过教学策略数据化、学生学习个性化、教学手段协同化、测试评价过程化、交流互动立体化、资源获取便利化、情景感知真实化、学习途径泛在化、技术支持信息化等手段打造智慧课堂，创建育人新生态。（3）教学评价新体系：构建多维度、多主体、可量化的智慧教学评价新体系。

在信息化平台、育人新生态、教学评价新体系这三大主体构成基础上，通过智慧课堂管理软件和工具加强课堂管理，通过数字化工具灵活调整教学策略，对教学评价进行即时反馈，师生之间进行全方位立体化交流和互动，及时更新教学资源，向学生进行资源的智能个性化推送。智慧课堂通过构建课堂信息化环境、基于数据进行学习分析与评价、构建学科智慧课堂教学模式，实现精准教学，促进因材施教。在如今信息爆炸时代，安全性、易用性也成为校方选择和建设智慧课堂系统的关键。而安全、稳定、高质量的网络直播互动教学模式构建更是重中之重，“安全云课堂”在智慧课堂的建设中也不容忽视。

（二）智慧课堂教学实践

在智慧课堂的实践中发现，大数据、人工智能赋能的智慧课堂能够构建交互式、一体化的智能教学平台，同时提供教学资源服务、教学交互、过程性评价等功能的智慧课堂建设能促进因材施教。下面以计算机应用技术专业群中大数据技术专业Python深度学习综合实训课程的深度学习技术在图片分类中的应用——Keras MNIST手写数字识别为教学案例进行说明（教学过程如图2所示）。该案例教学共需要6个学时，分别围绕相关技术概念、平台安装、手写数字识别展开教学。智慧课堂智能化教学平台能够对教学全过程动态数据进行采集、存储和分析，教师能全面了解学生学情并动态调整教学思路和教学行为[13-14]。

1. 课前探索

课前活动以启发式自主学习为主，以Keras MNIST手写数字识别为例，依托智能化教学平台，教师推送课前学习资源，学生进行资料收集、课前预习，以小组互动形式，引导学生探究式学习，让学生提前了解相关任务和项目背景及主要的技术手段和方法，启发学生思考，明确学习目标。教师进行有针对性的课前辅导、答疑，并根据学生的预习情况为后续的教学做好安排。教师作为课堂的组织者和引导者，通过创设活动情境和探究条件，启发学生自主发现和提出问题，引导学生学会学习和创新思维。

2. 课中教学

围绕深度学习技术在图片分类中的应用——Keras MNIST手写数字识别典型应用案例，按照获取数据、平台安装、手写数字识别重点展开教学，强化学生对数据获取、数据分析的掌握，学会搭建深度学习平台对图片格式的数据进行处理和分析。教师在案例分析和步骤讲解的教学过程中通过即时互联环节，针对深度学习手写数字识别相关的关键词进行实时搜索，如：深度学习、神经网络、图片识别、手写数字识别等。在对学生随机提问中进行关键词提取及搜索结果总结。学生领取实训任务，以项目分组形式开展课堂实训和合作探究，促进学生知识的获取重构和实践技能的练习提升。教师积极引导学生开展合作学习和交流协作，引导并鼓励学生通过提问、演讲、辩论等形式主动学习，提升学习的能力，使课堂更加高效、学习更加有趣、教学更加精准。

教师利用智慧课堂的信息監测工具实时监测学生在课堂上的动态学习过程，包括学生的自主学习情况、小组交流协作和探究情况。利用智慧课堂的数据分析功能对学生学习过程中产生的信息浏览、点评讨论、投票反馈、作业练习等数据进行记录和分析，灵活调整教学资源和策略[15]。以人机交互探索利用智慧课堂的智能学具、智能学伴、智能助手加强教与学主体间的有效互动和协同，促进信息交互和个性化服务，引导学生实现高层次的学习发展。

3. 课后拓学

教师在智慧课程平台发布测试题，学生利用智慧课堂终端完成测试，归纳总结项目的总体实验步骤和技术手段与方法。教师通过智慧课堂的多元评价和反馈调控功能对学生的预习测评、随堂练习和课后作业完成情况进行分析，打造智慧评价平台，同时基于数据开展教育诊断、以评促学、以评促发展，创设数字化学习生态环境，以利于根据学生实际做好教学设计、决策和指导。

参考文献：

[1] 光飞. 新职业发展与高职教育智能化转型[J]. 黑龙江高教研究，2023（1）：144-149.

[2] 李逢庆，王政，尹苗. 智慧课堂的嬗变与趋向[J]. 现代教育技术，2021（9）：13-19.

[3] 刘邦奇. 智慧课堂生态发展：理念、体系构成及实践范式：基于技术赋能的智慧课堂理论与实践十年探索[J]. 中国电化教育，2022（10）：72-78.

[4] 王天平，闫君子. 智慧课堂的概念诠释与本质属性[J]. 电化教育研究，2019（11）：21-27.

[5] 王星，刘革平，农李巧，等. 智慧课堂赋能学生智慧的培育机制：内在机理、结构要素与联通路径[J]. 电化教育研究，2021（8）：26-34.

[6] 刘邦奇. 智慧课堂的发展、平台架构与应用设计：从智慧课堂1.0到智慧课堂3.0[J]. 现代教育技术，2019（3）：18-24.

[7] 刘细发. “智慧课堂”环境下的高职教学策略探析[J]. 职教论坛，2018（12）：57-62.

[8] 童慧，杨彦军. 基于多模态数据的智慧课堂教学互动研究[J]. 电化教育研究，2022（3）：60-68.

[9] 吴军其，吴飞燕，张萌萌，等. 多模态视域下智慧课堂协作学习投入度分析模型构建及应用[J]. 电化教育研究，2022（7）：73-80，88.

[10] 温彤. 基于学习性评价的智慧课堂质量评价体系研究[J]. 教学与管理，2020（27）：116-120.

[11] 余华明，龙建佑. 基于专业教学资源库的智慧课堂构建、实施和评价[J]. 中国职业技术教育，2018（8）：57-62.

[12] 李昕昕，赵春，严张凌. 基于云端人脸识别技术的智慧课堂框架研究[J]. 实验技术与管理，2020（6）：172-175.

[13] 张玲，刘家瑞，杨翠友. 现代学徒制培养模式下智慧课堂的构建与案例分析[J]. 职业技术教育，2017（5）：41-45.

[14] 张玮. 基于深度学习的智慧英语课堂设计[J]. 教育学术月刊，2019（10）：99-104.

[15] 李美凤，何飞. 智慧课堂中的“练习—反馈”环节教学行为分析：基于19节省级一等奖数学课例的视频分析[J]. 现代教育技术，2019（6）：62-68.

Research and Practice on the Construction Mode of Smart Classroom for Computer Application Technology Specialty Group

SHI Hui1，2， ZHANG Na1， WU Zhirui1， CHEN Peihui1

（1. Shanwei Institute of Technology， Shanwei 516600， China； 2. Cloud Computing and Data Center Engineering Design Institute， Shanwei Innovative Industrial Design Institute， Shanwei 516600， China）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： With the widespread application of big-data artificial intelligence technology and 5G technology in education and teaching， the field of education and teaching is developing towards intelligence. However， the current construction of smart classrooms around vocational specialty groups has not brought profound and systematic changes to classroom teaching， which is not suitable for the development of educational technology and changes in future social needs. The article takes the construction mode of smart classroom in the computer application technology specialty group as the research object， analyzes the historical background of the emergence of smart classroom， establishes the construction goals of smart classroom for the specialty group， studies the teaching strategies of smart classroom， and proposes methods and paths for constructing the smart classroom ecosystem in the specialty group. The results indicate that building a “cloud + end” information construction platform， creating smart classrooms to have a new ecosystem for educating students， and constructing a new teaching evaluation system can effectively promote the normalization of multiple scenarios， sharing of underlying platforms， differentiated teaching of multiple modules， and intelligent application of multiple modes in smart classrooms.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： smart classroom； artificial intelligence； specialty group

（责任编辑：程勇）