大數(shù)據(jù)時代學校教育教學面臨新的挑戰(zhàn)和機遇，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析和改進學習行為、變革傳統(tǒng)課堂已成為一種必然趨勢。文章從智慧課堂的發(fā)展入手提出了基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析的智慧課堂概念及內(nèi)涵;分析了智慧課堂信息化平臺的架構(gòu);通過與傳統(tǒng)課堂的比較，描述了智慧課堂的教學結(jié)構(gòu)理論模型;并闡述了智慧課堂的主要應(yīng)用價值。

　　智慧教育、智慧課堂是當前教育信息化研究的一個新的熱點問題，是信息技術(shù)與教育教學深度融合的產(chǎn)物。智慧教育的核心在于用最新的信息技術(shù)變革和改進課堂教學，打造智能、高效的課堂。當今社會進入大數(shù)據(jù)時代，大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)將會對社會各個領(lǐng)域產(chǎn)生深刻影響。在教育領(lǐng)域也不例外，美國許多高校和基礎(chǔ)教育領(lǐng)域十分重視大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，2012年美國國家教育部發(fā)布了《通過教育數(shù)據(jù)挖掘和學習分析促進教與學》的報告，我國也有不少學校和教育軟件企業(yè)進行教育大數(shù)據(jù)和學習分析技術(shù)的探索。因此，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)分析和改進學習行為，變革傳統(tǒng)課堂教學，構(gòu)建基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析的智慧課堂模式，具有重要的現(xiàn)實意義。

　　人們對智慧課堂的理解總體上有兩類，一類是從教育視角提出的，另一類是從信息化視角提出的，本文所使用的概念是后一類。在英語中，關(guān)于“智慧”的表達有三種，即Smart、Intelligent或Wisdom。2008年，IBM最早提出“智慧地球(Smart Planet)”，隨后出現(xiàn)了智慧城市、智慧教育、智慧課堂等概念。IBM使用及廣泛推廣的“智慧地球”是“Smart Planet”。因此，現(xiàn)在人們所說的“智慧課堂”是智能化課堂(Smart Class)，主要是從信息化的視角理解的，即使用先進的信息技術(shù)實現(xiàn)教育手段和課堂的智能化，進而實現(xiàn)教育教學的智慧化。

　　基于信息化的視角來分析，隨著信息技術(shù)迅速發(fā)展及其在學校教育教學中的廣泛應(yīng)用，從早期的輔助手段向與學科教學的深度融合發(fā)展，傳統(tǒng)課堂向信息化、智能化課堂發(fā)展，對智慧課堂的認識也在不斷深化。目前對智慧課堂概念的定義也有多種類型。比如：有的學者定義“智慧課堂”是物聯(lián)網(wǎng)和教育云端等新技術(shù)于一體的智能課堂;有的認為“智慧課堂”重點在課堂中的應(yīng)用，是通過云計算、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、應(yīng)答系統(tǒng)等技術(shù)手段來支持個性化學習的有效展開;有的學者提出建立基于電子書包的“智慧課堂”系統(tǒng)，具有課前多媒體電子教材預(yù)習、課中互動教學、課后微課程作業(yè)輔導(dǎo)等功能，為實現(xiàn)“顛倒的課堂”和學生隨時隨地碎片化學習提供了全面支撐等等。

　　實際上，智慧課堂的概念是隨著信息技術(shù)在教學中的不斷應(yīng)用與融合而逐步發(fā)展的。當今社會進入教育大數(shù)據(jù)時代，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)分析和改進學習行為、變革傳統(tǒng)課堂已成為一種必然趨勢。這里我們結(jié)合自己的研究，提出基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析的智慧課堂概念。

　　所謂“智慧課堂”，是以建構(gòu)主義學習理論為依據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)打造的智能、高效的課堂。其目的是基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析和“云+端”的運用，實現(xiàn)教學決策數(shù)據(jù)化、評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化，全面變革課堂教學的形式和內(nèi)容，構(gòu)建大數(shù)據(jù)時代的信息化課堂教學模式。智慧課堂的提出與發(fā)展既是信息技術(shù)在教學領(lǐng)域應(yīng)用的產(chǎn)物，同時也是課堂教學不斷變革的結(jié)果。

　　對上述智慧課堂定義的理解，應(yīng)重點把握以下幾個方面的內(nèi)涵：

　　1.智慧課堂的構(gòu)建依賴于大數(shù)據(jù)學習分析技術(shù)

　　數(shù)據(jù)改變教育是智慧課堂的核心理念。對于具體的課堂教學來說，數(shù)據(jù)是反映教學效果的最為顯著的指標，比如：學生識字的準確率、作業(yè)的正確率、多方面發(fā)展的表現(xiàn)率——積極參與課堂教學的舉手次數(shù)，回答問題的次數(shù)、時長與正確率，師生互動的頻率與時長等。在課堂教學中生成了海量的數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行加工、挖掘和分析離不開大數(shù)據(jù)技術(shù)和方法?；诖髷?shù)據(jù)的學習分析，智慧課堂從依賴于存在教師頭腦中的教學經(jīng)驗轉(zhuǎn)向依賴于對海量教學數(shù)據(jù)的分析，一切靠數(shù)據(jù)說話，依靠直觀的數(shù)據(jù)對學生的學習行為進行判斷和制定教學決策，實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)的課堂教學。

　　2.智慧課堂基于全過程動態(tài)學習評價和智能推送

　　傳統(tǒng)課堂上每位教師常常要面對幾十個學生，很難及時把握和照顧到每個學生的個體差異。智慧課堂基于全過程動態(tài)學習評價和智能推送，有效地改變了這一狀況：通過課前發(fā)布富媒體預(yù)習材料和作業(yè)，進行預(yù)習測評和反饋，深化學情分析，優(yōu)化教學設(shè)計，便于精準教學;通過課中推送隨堂測驗，進行實時檢測數(shù)據(jù)分析和即時反饋，改進教學策略，調(diào)整教學進程;通過課后作業(yè)數(shù)據(jù)分析，實施針對性輔導(dǎo)，為學習者即時推送合適的個性化學習資料，實現(xiàn)個性化的學習支持。

　　3.智慧課堂采取“云+端”的教與學服務(wù)方式

　　智慧課堂的實施基于云計算技術(shù)、采取“云+端”的服務(wù)方式，部署和應(yīng)用智慧課堂的信息化平臺——智慧教室，其主體由微云服務(wù)器、端應(yīng)用工具、云平臺等組成。智慧課堂信息化平臺提供學習資源管理與服務(wù)、教育信息管理、多元化評價等功能，通過教室內(nèi)多種終端設(shè)備的無縫連接和智能化運用，打破了傳統(tǒng)意義教室的黑板、講臺和時空概念，具備動態(tài)學習數(shù)據(jù)的采集和即時分析功能，實現(xiàn)了教與學的立體溝通與交流，使傳統(tǒng)課堂發(fā)生了結(jié)構(gòu)性變革。

　　4.課堂是翻轉(zhuǎn)課堂進入2.0時代的最新成果

　　翻轉(zhuǎn)課堂的基本要義是基于教學視頻的應(yīng)用將傳統(tǒng)教學流程顛倒過來，從“先教后學”轉(zhuǎn)變?yōu)椤跋葘W后教”。大數(shù)據(jù)時代強調(diào)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用，基于大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的全面支持，從一般性觀看視頻轉(zhuǎn)變?yōu)檎n前預(yù)習、測評分析及反饋，從“先學后教”轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙詫W定教”，從對課堂的控制轉(zhuǎn)向基于數(shù)據(jù)的動態(tài)學習分析、即時反饋及據(jù)此實現(xiàn)的教學機智，已經(jīng)從早期的“流程顛倒”的翻轉(zhuǎn)課堂1.0轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖Y(jié)構(gòu)性變革”的翻轉(zhuǎn)課堂2.0，從而實現(xiàn)了大數(shù)據(jù)時代的“智慧課堂”。(傳統(tǒng)課堂、翻轉(zhuǎn)課堂與智慧課堂的關(guān)系見表1)

　　智慧課堂常態(tài)化應(yīng)用的前提是具有先進、方便、實用的工具手段。為此，需要構(gòu)建基于學習動態(tài)數(shù)據(jù)分析和“云+端”應(yīng)用的智慧課堂信息化平臺。智慧課堂信息化平臺應(yīng)用功能的基本架構(gòu)如圖1所示：

圖1

　　在圖1中，智慧課堂信息化平臺的應(yīng)用功能由從下至上的四個層次構(gòu)成，主要包括：

　　(1)資源管理與服務(wù)層：主要是進行學習資源的管理和提供服務(wù)，包括課程標準、全科電子教材、各類題庫系統(tǒng)、教學動態(tài)數(shù)據(jù)和教育管理信息。

　　(2)多元評價支持層：提供對學習和教學質(zhì)量的形成性評價、總結(jié)性評價和診斷性評價服務(wù)，包括測試系統(tǒng)、GPA綜合評價系統(tǒng)、教學質(zhì)量評價系統(tǒng)和動態(tài)評價分析系統(tǒng)。

　　(3)端應(yīng)用服務(wù)層：提供智能終端的學習、管理和應(yīng)用功能，包括微課制作與應(yīng)用、學習資源推送、端應(yīng)用工具、第三方APP應(yīng)用等。

　　(4)用戶實現(xiàn)層：提供教師的“教”與學生的“學”的應(yīng)用程序和方法，最終實現(xiàn)對課前、課中、課后的教學信息支持。

　　智慧課堂是基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)的智能、高效的課堂，是利用現(xiàn)代信息技術(shù)對傳統(tǒng)課堂不斷改進的結(jié)果。大數(shù)據(jù)及學習分析等技術(shù)的應(yīng)用，使得課堂教學結(jié)構(gòu)發(fā)生了重要的變化，我們從與傳統(tǒng)課堂教學結(jié)構(gòu)的對比來分析智慧課堂的教學結(jié)構(gòu)模型。

　　1.傳統(tǒng)課堂的教學結(jié)構(gòu)

　　傳統(tǒng)課堂教學采用的是“5+4流程”結(jié)構(gòu)，即包括教師“教”的5個環(huán)節(jié)和學生“學”的4個環(huán)節(jié)以及相互之間的聯(lián)系方式，共同組成課前、課中、課后的完整課堂教學過程，構(gòu)成了教學持續(xù)改進的過程循環(huán)。傳統(tǒng)課堂的教學結(jié)構(gòu)理論模型如圖2所示：

圖2

　　課前環(huán)節(jié)

　　(1)教師備課：教師依據(jù)上一次課學生作業(yè)和教學經(jīng)驗進行備課。

　　(2)學生預(yù)習：學生對上一次課堂上布置的預(yù)習內(nèi)容進行預(yù)習，但預(yù)習結(jié)果的反饋要到上課時間。

　　課中環(huán)節(jié)

　　(1)授課實施：教師依據(jù)備課方案進行講授，學生跟隨老師的思路進行聽課。其間，老師根據(jù)學生的學習情況進行提問，部分學生代表回答問題，實現(xiàn)了部分互動。

　　(2)布置作業(yè)：教師布置課后的作業(yè)和預(yù)習任務(wù)。

　　課后環(huán)節(jié)

　　(1)完成作業(yè)：學生在課后完成作業(yè)，第二天或下一次上課時遞交給老師。

　　(2)批改作業(yè)：老師在收到作業(yè)后完成作業(yè)批改，批改的情況往往難以及時反饋到下一節(jié)的備課中。

　　(3)評價反饋：老師將作業(yè)批改結(jié)果反饋給學生，通常需要兩三天之后。

　　2.智慧課堂的教學結(jié)構(gòu)

　　智慧課堂教學采用的是“8+8流程”結(jié)構(gòu)，即包括教師“教”的8個環(huán)節(jié)和學生“學”的8個環(huán)節(jié)以及它們的互動關(guān)系，共同組成課前、課中、課后的完整課堂教學過程，構(gòu)成了教學持續(xù)改進的過程循環(huán)。智慧課堂的教學結(jié)構(gòu)理論模型如圖3所示：

圖3

　　課前環(huán)節(jié)：

　　(1)學情分析：教師通過智慧教學平臺提供的學生作業(yè)成績分析，精確地掌握來自學生的第一手學情資料，確定本節(jié)課的教學目標;

　　(2)發(fā)布資源：根據(jù)教學目標和學情，教師向?qū)W生推送富媒體預(yù)習內(nèi)容(微課、課件、圖片、文本等)，同時推送預(yù)習檢測的內(nèi)容;

　　(3)學生預(yù)習：學生預(yù)習教師推送的富媒體內(nèi)容，并完成和提交預(yù)習題目，記錄在預(yù)習過程中的問題;

　　(4)課前討論：針對預(yù)習中的問題，學生在論壇或平臺上進行相關(guān)討論，提出疑問或見解;

　　(5)教學設(shè)計：教師根據(jù)學情分析結(jié)果，教學目標、教學內(nèi)容，學生預(yù)習檢測統(tǒng)計分析和討論的情況，修改教學設(shè)計方案。

　　課中環(huán)節(jié)

　　(1)課題導(dǎo)入：教師采取多種方法導(dǎo)入新課內(nèi)容，主要通過預(yù)習反饋(對學生提交的預(yù)習檢測統(tǒng)計分析)、測評練習和創(chuàng)設(shè)情景等方式導(dǎo)入新課程，提示或精講預(yù)習中存在的問題;

　　(2)展現(xiàn)與分享：學生展現(xiàn)課前自學成果，圍繞新課導(dǎo)入進行演講展示、分享觀點，并重點聽取在預(yù)習中理解不透的知識，積極參與課堂教學;

　　(3)新任務(wù)下達：教師下達新的學習探究任務(wù)和成果要求，并下達任務(wù)完成后的隨堂測驗題目，推送到每個學生終端上;

　　(4)合作探究：學生開展協(xié)作學習，主要包括分組合作探究、游戲教學等方式，教師設(shè)計活動，為學生分組，進行互動討論，學生開展小組協(xié)作后提交成果并展示;

　　(5)實時測評和反饋：學生課上完成課程導(dǎo)入和新任務(wù)后，進行診斷服務(wù)，完成隨堂測驗練習并及時提交，得到實時反饋;

　　(6)精講與點評：基于數(shù)據(jù)分析，教師根據(jù)測評反饋結(jié)果對知識點難點進行精講，對薄弱環(huán)節(jié)補充講解，重點進行問題辨析，通過多樣化的互動交流解決學生在新任務(wù)中遇到的問題;

　　(7)鞏固提升：學生針對教師布置的彈性分層作業(yè)和任務(wù)，對所學習的新內(nèi)容進行運用鞏固，拓展提升。

　　課后環(huán)節(jié)

　　(1)個性化推送：教師依據(jù)學生課堂學習情況，針對每個學生發(fā)布個性化的課后作業(yè)，推送學習資源;

　　(2)完成作業(yè)：學生完成課后作業(yè)并及時提交給老師，得到客觀題即時反饋;

　　(3)批改作業(yè)：教師批改主觀題，并錄制講解微課，推送給學生;

　　(4)總結(jié)反思：學生在線觀看教師所錄解題微課，總結(jié)所學內(nèi)容，在平臺或論壇上發(fā)布感想與疑問，與老師、同學在線討論交流，進行反思。

　　基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析的智慧課堂，對傳統(tǒng)教學產(chǎn)生了革命性的影響，在教學實踐中具有重要的特色和應(yīng)用價值，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

　　1.有利于構(gòu)建建構(gòu)主義理想學習環(huán)境

　　建構(gòu)主義學習理論是現(xiàn)代教育技術(shù)領(lǐng)域的核心理論，為智慧課堂的構(gòu)建奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。建構(gòu)主義認為，知識是學習者在一定情境下借助他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，通過意義建構(gòu)的方式獲得。理想的學習環(huán)境包括情境、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)四大要素。智慧課堂依據(jù)建構(gòu)主義理論設(shè)計課堂教學模式，能夠非常好地滿足建構(gòu)主義學習理論對學習環(huán)境所提出的較高要求。智慧課堂按照知識建構(gòu)螺旋上升的特點，圍繞課前、課中、課后的教學閉環(huán)，利用多種新媒體、新技術(shù)和智能設(shè)備，基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析和“云+端”的運用，能夠創(chuàng)造和展示各種趨于現(xiàn)實的學習情境，增進師生間、生生間的立體化溝通交流，有利于開展協(xié)作、探究學習，實現(xiàn)學習者知識意義的建構(gòu)。

　　2.促進課堂形態(tài)的重大變革

　　智慧課堂教學中現(xiàn)代信息技術(shù)手段的深度應(yīng)用，使課堂形態(tài)發(fā)生了重大變革。新技術(shù)、新媒體和智能終端為學習者提供了豐富的認知工具與支撐環(huán)境，為師生建立了更為開放的教室和課堂活動。例如，云端智慧教室無傳統(tǒng)的講臺與黑板，課桌以分組討論方式擺放，在教學過程中采取多元的交互協(xié)作方式，教師面向?qū)W生教學并直接融入小組討論;教師可以通過手中的任意移動終端設(shè)備(手機、PAD)實現(xiàn)書寫并向教室內(nèi)大屏幕投射，教師常用的PPT不僅僅可以一幀一幀展示用，而且可以進行任意的手寫、標注、推演等，傳統(tǒng)的課堂已經(jīng)變成了數(shù)字化的“體驗館”、“實驗場”。

　　3.創(chuàng)新課堂教學結(jié)構(gòu)和模式

　　大數(shù)據(jù)背景下的智慧課堂教學，在教學觀念、教學內(nèi)容、教學方式和教學流程上都發(fā)生了重大變化，課堂教學模式得到了“顛覆”。從以教師為中心強調(diào)知識傳授的傳統(tǒng)教學轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W生為中心強調(diào)能力培養(yǎng);從傳統(tǒng)多媒體教學的“望屏解讀”向師生共同使用技術(shù)轉(zhuǎn)變，師生、生生之間的溝通交流更加立體化，無障礙地進行即時交流互動;學習資源實現(xiàn)富媒體化、智能化、碎片化，按需推送、實時同步。課堂結(jié)構(gòu)發(fā)生了變革，教學進程從“先教后學”到“先學后教”、“以學定教”，學習與智能測評在前，教師依據(jù)課前測評分析，有的放矢，分層教學，通過微課吧、分組討論、精講點評、分層練習等方式組織更加個性化的課堂教學，課后教師能夠給每個學生發(fā)布個性化的作業(yè)，真正實現(xiàn)了個性化教學和因材施教。

　　4.構(gòu)建全過程學習評價體系

　　基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析的智慧課堂，其核心是對學生的學習全過程進行動態(tài)、實時的診斷評價和反饋。利用大數(shù)據(jù)學習分析技術(shù)提供測評練習，教師能夠快速地對學生的學習全過程做出診斷評價。例如，通過智能評測系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化作業(yè)或預(yù)習預(yù)設(shè)的問題評測，收集、判斷學生已掌握的知識和技術(shù)，自動數(shù)據(jù)分析與反饋，為教師的備課提供了及時、準確、立體的信息，據(jù)此實現(xiàn)有的放矢的備課，選擇適應(yīng)的教學策略。通過隨堂練習及評測系統(tǒng)，進行實時測評、統(tǒng)計，快速分析與反饋學生的課堂學習效果，及時調(diào)整課堂教學進度與內(nèi)容，體現(xiàn)了教師的教學機智，展示了教學藝術(shù)?；跀?shù)據(jù)的分析成為引導(dǎo)學生學習的依據(jù)，通過課后作業(yè)數(shù)據(jù)分析和反思評價，對學生進行個性化的輔導(dǎo)和實現(xiàn)教學的持續(xù)改進。

　　5.實現(xiàn)智慧課堂的常態(tài)化應(yīng)用

　　智慧課堂取得實際成效的前提是常態(tài)化應(yīng)用，常態(tài)化應(yīng)用的前提是具有先進、方便、實用的工具手段。通過開發(fā)應(yīng)用智慧課堂信息化平臺，提供“微課”制作與推送功能、動態(tài)學習評價與數(shù)據(jù)分析功能、靈活方便的智能終端應(yīng)用功能等，實現(xiàn)常態(tài)化教與學的應(yīng)用。例如，“微課制作與應(yīng)用平臺”相對于傳統(tǒng)的教學視頻制作和應(yīng)用工具來說，更加簡單、方便、實用，使得智慧課堂的實現(xiàn)，不再只是表演階段，因為技術(shù)足夠的簡單與方便，教師能快速融入到日常教學之中;隨堂錄制的微課，因為其足夠的“小”、足夠的方便，讓微課的制作與應(yīng)用實現(xiàn)了常態(tài)化。師生“端應(yīng)用工具”是具有即時通訊功能的教學工具，支持包括蘋果、安卓、windows在內(nèi)的多應(yīng)用平臺，可以實現(xiàn)師生在課堂教學中的立體溝通，同時師生間可以實現(xiàn)課前、課后的隨時隨地問答、討論與教學交流，保證了基于“端”的教與學應(yīng)用常態(tài)化。

　　(來源：《中國教育教育信息化》雜志，作者：孫曙輝等，皆成教育研究院)