基于大数据环境的智慧课堂模式设计

卢秋锦

(宁波城市职业技术学院 信息与智能工程学院，浙江 宁波 315000)

0 引言

随着大数据时代的到来，教育领域越来越注重大数据、物联网、云计算以及移动互联网等新兴信息技术的应用，促使传统课堂向具有互动化、智能化等特征的智慧课堂转变，从而满足学生的个性化学习需求[1]。这种新型的课堂模式融入了大数据技术，并将数据进行反馈分析，提升了教学效果与学生的个人学习行为，有效推动了教育信息化发展。

1 大数据与智慧课堂概念

1.1 大数据

作为近年流行起来的新词汇，国内研究学者尚没有对大数据概念作出统一界定。笔者综合学者们的观点，认为大数据主要包括一些可感知、可采集、可加工的数据，这些数据通过软件集成被收集起来，并用于后续的研究挖掘。大数据有4V特点：Volume(大量)，数据体量巨大；Velocity(高速)，处理速度快(1 s定律)；Variety(多样)，数据类型繁多；Value(价值)，合理利用数据并对其进行正确、准确的分析，将会带来很高的价值回报。在现代课堂教育中运用大数据，将提升课堂教学效果与学生的个人学习行为，在一定程度上推动教育信息化发展，是对传统教育模式的一次重大革新[2]。

1.2 智慧课堂

作为一种生动高效的教学活动，智慧课堂融合了先进的信息技术与教育教学模式，通过收集、反馈分析大数据，从而创造个性化学习环境，改进学生的课堂学习行为，其特征主要包括两个方面：①全向互动。智慧课堂借助多样的技术手段量化师生教学行为，交互式电子白板等设备为课堂互动提供现实环境，使课堂教学迸发出新的活力;②数据把脉。在智慧课堂上，教师通过交互式智能终端同步记录学习路径，追踪学习过程，为教学“把脉”。

1.3 大数据+智慧课堂教育

图1 优势特征

在信息化普及的今天，“大数据+智慧课堂教育”正主导着未来教育发展的方向，两者结合具有一定的优势，如图1所示。在智慧课堂上，所有的教学活动都与数据有关，通过数据实时化获取，教师可以对课堂教学情况进行反馈，从而使这种以数据为依托而作出的决策更加可靠[3]。同时，交互智能化是其较重要的特征，主要通过学生端与教师端的数据交互设备实现。近年来，国内主要城市都开始致力于打造“智慧教育云”，这类平台以互联网、大数据、云计算为基础，建立智能分析与决策信息发布系统,使用大数据统计与分析技术,为当地教育管理与决策提供全面准确的统计数据。

2 智慧课堂模式构建案例

2.1 教学内容

以数学教学为案例，课程教学内容选用《平行四边形的面积》，主要教授学生图形与几何的基本知识，使学生掌握平行四边形面积的计算方法以及推导过程。这部分内容旨在帮助学生分析图形之间的联系与特征，并将其与生活相联系，转数学思维为生活智慧。

2.2 功能模块

本文设计的智慧课堂主要涵盖4个功能模块：

(1)智慧管理。该模块主要实现线上线下的业务管理功能，线上让学生进行课程学习、在线作业、学习行为记录及各种测试，具体有实时学习轨迹、在线测试、教学信息发布、评教评学、成绩管理、错题管理等[4]。学生利用电脑设备或移动终端学习过程中会留下学习行为、偏好与习惯等数据信息，这些数据是每个学生的信息资源，可作为大数据教学分析的基础数据。智慧课堂平台所记录的行为数据可进行在线学习评价。线下评价依托传统教室环境进行随堂测试，主要针对学生在课堂上的学习行为做出一系列评价。线上分组学习活动内容包括合作解决问题、合作成果展示、问题探索、教师点评等等。在智慧课堂中，课堂自我评价、学习状态与学习成果构成线下教学评价。自我评价是指对学习过程的客观评价。学习状态主要包括学生在课堂上的状态，即交流、注意力、情绪、思维与结果5种状态。学习成果包括完成的作业与测试结果等。

(2)学习资源平台。学习资源是师生之间进行教与学活动的基础，指在教学活动过程中需要的信息资源与实物媒体。这里的信息资源主要涵盖信息技术、设备设施、信息生产者等信息活动要素。实物媒体则具有真实感、空间感与立体感，形象化与直观化较强，即在学习过程中所使用到的实物、标本、模型等。资源平台是智慧课堂平台建设重要的组成部分，能为学生与教师搭起交流合作的桥梁，是各种资源的集结地。该功能主要实现各类相关教学资源的整合。学生与教师通过身份验证接入系统后，不同身份可以访问各自的资源。教师端可以访问素材库、试题库、课件库、教案库、微课库等，学生端可以了解在线作业批改情况、在线考试成绩查询、在线错题及相关试题讲解与同类易错题的推送等功能。

(3)移动学习。目前，平板电脑作为移动设备在智慧课堂中的使用率非常之高，移动学习模块的即时性特点，让学生可以随时随地进行学习、作业、考试等。该功能主要面向学生用户，学生利用移动终端访问APP实现实时身份识别、行为记录。除了作业、测试、成绩查询外，还可通过搜集到的学生与教师的即时互动，评价学生学习与教师授课效果。通过大数据筛选，建立综合数学模型，量体裁衣智能化制定个性化的学习方案[5]。

(4)教育社区。该模块主要实现教育教学社区化，以实现小团体线上讨论研究。以班级为单位建立起的教育社区弥补了数字化校园缺陷，在此模块中，学生和教师可以相互讨论，甚至可以发布自己录制的微课视频。上课时间在教室，而下课时间就在社区，打破座位及班级界限，人人都可参与讨论。

2.3 辅助技术

在现代教学中，智能高效的教学辅助技术被广泛应用。这些技术融合了大数据的元素与特征，为教师与学生搭建了成熟的智慧化学习环境。本文选取云端诊断分析服务与智慧辅助系统两种技术进行智慧课堂教学案例分析。

(1)云端诊断分析服务。在大数据环境下，学生的学习行为等数据十分庞大，需要将其放置云端进行存储。借助云计算技术，教师可以将学生的随堂练习与课后的线上作业情况收集整理，并从横向与纵向两方面对云端生成的诊断报告展开分析，从而全面了解不同水平学生在学习知识过程中所遇到的困难。依托云端诊断分析服务，教师可以精准评估出学生弱点，及时调整教学内容与补救策略。而课堂效果的分析也往往来自于教师对这些云端学习数据的挖掘与积累。

(2)智慧辅助系统。在高新技术支持下，越来越多的教师开始借助多种功能丰富的智慧化教学辅助工具实施现代教学，例如互动白板、遥控器、接收器、手机平板以及实物提示机等。这些设备共同构成智慧辅助系统，对学生的学习数据进行采集与分析，并伴有教学互动，为智慧教育提供了可能[6]。本文在设计智慧课堂时，选取接收器、反馈器等智慧辅助设备改善课堂教学。将这些设备运用于智慧课堂将有助于提高学生的个人学习行为，为开展高效的课堂教学提供保障。

2.4 课堂教学

课堂教学中,将课前准备环节、课中实施环节与课后提升环节贯穿于智慧课堂的教学实践，使学生快乐学习与思考，收到意想不到的课堂效果。

(1)课前准备环节。笔者设计出“游一游”环节来导入新课(见图2)。图2呈现的主要是一处公园场景，其中包含了许多形状各异的物体与设施，例如绿化带、草坪等。在展示完场景后，教师抛出图形问题供学生课前思考，如“之前学过平面图形，大家对此也有所认识，那么图中哪些场景与物体属于此类？”将课堂教学与生活实际有机结合，把学生的课堂听觉融入到现实视觉、感觉中，使认识更加具体而清晰。在完成“游一游”之后，接下来开始“想一想”环节(见图3)。教师可以问学生“会计算图中平面图形的面积吗？动动小脑筋，想一想。”通过这类引导模式，成功地将公园转化为智慧场景，使学生在课前意识到数学与生活的联系，并通过交流互动，探索实际生活中的数学奥秘。

图2 游一游

图3 想一想

(2)课中实施环节。自始至终贯穿着反馈系统，教师课前通过智慧系统随机分小组，课中推送“数一数”任务，通过数方格的方式引导小组学生完成平行四边形草坪的面积计算。之后为了培养动手操作能力，教师应开展“割一割”环节。在这一环节中，学生动手切割手中的纸片，教师则通过HITA助教功能随机对“割一割”过程进行录制，并让学生通过屏幕观看。在观看“割一割”过程中，学生不仅体会课堂活动的快乐，还学会了新的数学知识，即平行四边形纸片如何拼成长方形，这一过程正好符合“慧”学的理念。随后引导学生将纸片进行分割，动手拼接成长方形，进而做到知识迁移，并通过拍照与所有学生分享互动，分享个别学生的作品。最后进行小组交流，随机挑选3组代表进行汇报，采用拍照推送功能，将通过数方格获知面积的过程推送到白板终端设备，在整个完成过程中，教师可以引导学生对“长方形的长和宽”“平行四边行的底和高”的关系进行思考，通过反馈器统计结论。

(3)课后提升环节。主要包括个性化推送与作业检验两项内容。

通过课堂上的各个环节活动，教师会对学生学习新知识的情况作出初步评判。之后，教师分析每个学生的学习数据(反馈器显示结果)与课堂活动情况，并通过课后作业形式进行个性化推送环节操作。线上作业收集也是智慧课堂的重要环节，通过随堂练习与课后作业两方面完整评估学习效果。教师可在虚拟班级页面提供需要学生完成的作业内容与提交时间。学生端可以接收教师的作业内容。对于到时没有提交作业的学生，教师可催交提醒。对于已交作业可将作业按照主观题与客观题区分。客观题可自动批改。主观题由教师完成批改，平台提供作业打分工具与评语模板。学生对于教师的作业评价可随时查阅。该环节极大提高了教师的工作效率，降低了工作强度。学习情况可汇总提供分析报告或以班级为单位提供作业汇总分析报告。

2.5 课堂总结

在智慧课堂模式下，课堂中的及时反馈系统发挥着重要作用。随着教学环节的开展，学生学习状况被实时以数据的形式统计出来用于教学分析。教师通过分析反馈的数据，了解每位学生的学习进展情况，并对理解能力、动手能力差的学生开展个性化辅导，提高教学效果[8]。

3 结语

随着教育信息化应用水平地不断提高，信息技术应用于课堂教学日益常态化，越来越多的教师尝试或正在利用互联网平台、智能手机等改变教学方式与方法。有的学生在教师指导下开展或自主开展了基于互联网的学习，教育信息化对教育改革发展的支撑引领作用日益凸显。大数据技术与课堂教学的深度融合造就了智慧课堂，智慧课堂有助于教师因材施教，提高教学效果，激发学生学习新知的兴趣[9]。