大數據時代學校教育教學面臨新的挑戰和機遇，利用大數據技術分析和改進學習行為、變革傳統課堂已成為一種必然趨勢。文章從智慧課堂的發展入手提出了基于動態學習數據分析的智慧課堂概念及內涵;分析了智慧課堂信息化平臺的架構;通過與傳統課堂的比較，描述了智慧課堂的教學結構理論模型;并闡述了智慧課堂的主要應用價值。
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，是信息技術與教育教學深度融合的產物。智慧教育的核心在于用最新的信息技術變革和改進課堂教學，打造智能、高效的課堂。當今社會進入大數據時代，大數據的出現將會對社會各個領域產生深刻影響。在教育領域也不例外，美國許多高校和基礎教育領域十分重視大數據的應用，2012年美國國家教育部發布了《通過教育數據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進行教育大數據和學習分析技術的探索。因此，利用大數據技術分析和改進學習行為，變革傳統課堂教學，構建基于動態學習數據分析的智慧課堂模式，具有重要的現實意義。
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實現教育手段和課堂的智能化，進而實現教育教學的智慧化。
基于信息化的視角來分析，隨著信息技術迅速發展及其在學校教育教學中的廣泛應用，從早期的輔助手段向與學科教學的深度融合發展，傳統課堂向信息化、智能化課堂發展，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”是物聯網和教育云端等新技術于一體的智能課堂;有的認為“智慧課堂”重點在課堂中的應用，是通過云計算、網絡技術、應答系統等技術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，具有課前多媒體電子教材預習、課中互動教學、課后微課程作業輔導等功能，為實現“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在教學中的不斷應用與融合而逐步發展的。當今社會進入教育大數據時代，基于大數據技術分析和改進學習行為、變革傳統課堂已成為一種必然趨勢。這里我們結合自己的研究，提出基于動態學習數據分析的智慧課堂概念。
所謂“智慧課堂”，是以建構主義學習理論為依據，利用大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術打造的智能、高效的課堂。其目的是基于動態學習數據分析和“云+端”的運用，實現教學決策數據化、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容，構建大數據時代的信息化課堂教學模式。智慧課堂的提出與發展既是信息技術在教學領域應用的產物，同時也是課堂教學不斷變革的結果。
對上述智慧課堂定義的理解，應重點把握以下幾個方面的內涵：
1.智慧課堂的構建依賴于大數據學習分析技術
數據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，數據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、作業的正確率、多方面發展的表現率——積極參與課堂教學的舉手次數，回答問題的次數、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據，對這些數據進行加工、挖掘和分析離不開大數據技術和方法。基于大數據的學習分析，智慧課堂從依賴于存在教師頭腦中的教學經驗轉向依賴于對海量教學數據的分析，一切靠數據說話，依靠直觀的數據對學生的學習行為進行判斷和制定教學決策，實現了基于數據的課堂教學。
2.智慧課堂基于全過程動態學習評價和智能推送
傳統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學習評價和智能推送，有效地改變了這一狀況：通過課前發布富媒體預習材料和作業，進行預習測評和反饋，深化學情分析，優化教學設計，便于精準教學;通過課中推送隨堂測驗，進行實時檢測數據分析和即時反饋，改進教學策略，調整教學進程;通過課后作業數據分析，實施針對性輔導，為學習者即時推送合適的個性化學習資料，實現個性化的學習支持。
3.智慧課堂采取“云+端”的教與學服務方式
智慧課堂的實施基于云計算技術、采取“云+端”的服務方式，部署和應用智慧課堂的信息化平臺——智慧教室，其主體由微云服務器、端應用工具、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、教育信息管理、多元化評價等功能，通過教室內多種終端設備的無縫連接和智能化運用，打破了傳統意義教室的黑板、講臺和時空概念，具備動態學習數據的采集和即時分析功能，實現了教與學的立體溝通與交流，使傳統課堂發生了結構性變革。
4.課堂是翻轉課堂進入2.0時代的最新成果
翻轉課堂的基本要義是基于教學視頻的應用將傳統教學流程顛倒過來，從“先教后學”轉變為“先學后教”。大數據時代強調數據分析和應用，基于大數據等信息技術的全面支持，從一般性觀看視頻轉變為課前預習、測評分析及反饋，從“先學后教”轉變為“以學定教”，從對課堂的控制轉向基于數據的動態學習分析、即時反饋及據此實現的教學機智，已經從早期的“流程顛倒”的翻轉課堂1.0轉變為“結構性變革”的翻轉課堂2.0，從而實現了大數據時代的“智慧課堂”。(傳統課堂、翻轉課堂與智慧課堂的關系見表1)
智慧課堂常態化應用的前提是具有先進、方便、實用的工具手段。為此，需要構建基于學習動態數據分析和“云+端”應用的智慧課堂信息化平臺。智慧課堂信息化平臺應用功能的基本架構如圖1所示：
圖1
在圖1中，智慧課堂信息化平臺的應用功能由從下至上的四個層次構成，主要包括：
(1)資源管理與服務層：主要是進行學習資源的管理和提供服務，包括課程標準、全科電子教材、各類題庫系統、教學動態數據和教育管理信息。
(2)多元評價支持層：提供對學習和教學質量的形成性評價、總結性評價和診斷性評價服務，包括測試系統、GPA綜合評價系統、教學質量評價系統和動態評價分析系統。
(3)端應用服務層：提供智能終端的學習、管理和應用功能，包括微課制作與應用、學習資源推送、端應用工具、第三方APP應用等。
(4)用戶實現層：提供教師的“教”與學生的“學”的應用程序和方法，最終實現對課前、課中、課后的教學信息支持。
智慧課堂是基于動態學習數據分析實現的智能、高效的課堂，是利用現代信息技術對傳統課堂不斷改進的結果。大數據及學習分析等技術的應用，使得課堂教學結構發生了重要的變化，我們從與傳統課堂教學結構的對比來分析智慧課堂的教學結構模型。
1.傳統課堂的教學結構
傳統課堂教學采用的是“5+4流程”結構，即包括教師“教”的5個環節和學生“學”的4個環節以及相互之間的聯系方式，共同組成課前、課中、課后的完整課堂教學過程，構成了教學持續改進的過程循環。傳統課堂的教學結構理論模型如圖2所示：
圖2
課前環節
(1)教師備課：教師依據上一次課學生作業和教學經驗進行備課。
(2)學生預習：學生對上一次課堂上布置的預習內容進行預習，但預習結果的反饋要到上課時間。
課中環節
(1)授課實施：教師依據備課方案進行講授，學生跟隨老師的思路進行聽課。其間，老師根據學生的學習情況進行提問，部分學生代表回答問題，實現了部分互動。
(2)布置作業：教師布置課后的作業和預習任務。
課后環節
(1)完成作業：學生在課后完成作業，第二天或下一次上課時遞交給老師。
(2)批改作業：老師在收到作業后完成作業批改，批改的情況往往難以及時反饋到下一節的備課中。
(3)評價反饋：老師將作業批改結果反饋給學生，通常需要兩三天之后。
2.智慧課堂的教學結構
智慧課堂教學采用的是“8+8流程”結構，即包括教師“教”的8個環節和學生“學”的8個環節以及它們的互動關系，共同組成課前、課中、課后的完整課堂教學過程，構成了教學持續改進的過程循環。智慧課堂的教學結構理論模型如圖3所示：
圖3
課前環節：
(1)學情分析：教師通過智慧教學平臺提供的學生作業成績分析，精確地掌握來自學生的第一手學情資料，確定本節課的教學目標;
(2)發布資源：根據教學目標和學情，教師向學生推送富媒體預習內容(微課、課件、圖片、文本等)，同時推送預習檢測的內容;
(3)學生預習：學生預習教師推送的富媒體內容，并完成和提交預習題目，記錄在預習過程中的問題;
(4)課前討論：針對預習中的問題，學生在論壇或平臺上進行相關討論，提出疑問或見解;
(5)教學設計：教師根據學情分析結果，教學目標、教學內容，學生預習檢測統計分析和討論的情況，修改教學設計方案。
課中環節
(1)課題導入：教師采取多種方法導入新課內容，主要通過預習反饋(對學生提交的預習檢測統計分析)、測評練習和創設情景等方式導入新課程，提示或精講預習中存在的問題;
(2)展現與分享：學生展現課前自學成果，圍繞新課導入進行演講展示、分享觀點，并重點聽取在預習中理解不透的知識，積極參與課堂教學;
(3)新任務下達：教師下達新的學習探究任務和成果要求，并下達任務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：學生開展協作學習，主要包括分組合作探究、游戲教學等方式，教師設計活動，為學生分組，進行互動討論，學生開展小組協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入和新任務后，進行診斷服務，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：基于數據分析，教師根據測評反饋結果對知識點難點進行精講，對薄弱環節補充講解，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和任務，對所學習的新內容進行運用鞏固，拓展提升。
課后環節
(1)個性化推送：教師依據學生課堂學習情況，針對每個學生發布個性化的課后作業，推送學習資源;
(2)完成作業：學生完成課后作業并及時提交給老師，得到客觀題即時反饋;
(3)批改作業：教師批改主觀題，并錄制講解微課，推送給學生;
(4)總結反思：學生在線觀看教師所錄解題微課，總結所學內容，在平臺或論壇上發布感想與疑問，與老師、同學在線討論交流，進行反思。
基于動態學習數據分析的智慧課堂，對傳統教學產生了革命性的影響，在教學實踐中具有重要的特色和應用價值，主要體現在以下幾個方面：
1.有利于構建建構主義理想學習環境
建構主義學習理論是現代教育技術領域的核心理論，為智慧課堂的構建奠定了堅實的理論基礎。建構主義認為，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，通過意義建構的方式獲得。理想的學習環境包括情境、協作、會話和意義建構四大要素。智慧課堂依據建構主義理論設計課堂教學模式，能夠非常好地滿足建構主義學習理論對學習環境所提出的較高要求。智慧課堂按照知識建構螺旋上升的特點，圍繞課前、課中、課后的教學閉環，利用多種新媒體、新技術和智能設備，基于動態學習數據分析和“云+端”的運用，能夠創造和展示各種趨于現實的學習情境，增進師生間、生生間的立體化溝通交流，有利于開展協作、探究學習，實現學習者知識意義的建構。
2.促進課堂形態的重大變革
智慧課堂教學中現代信息技術手段的深度應用，使課堂形態發生了重大變革。新技術、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作方式，教師面向學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備(手機、PAD)實現書寫并向教室內大屏幕投射，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，傳統的課堂已經變成了數字化的“體驗館”、“實驗場”。
3.創新課堂教學結構和模式
大數據背景下的智慧課堂教學，在教學觀念、教學內容、教學方式和教學流程上都發生了重大變化，課堂教學模式得到了“顛覆”。從以教師為中心強調知識傳授的傳統教學轉變為以學生為中心強調能力培養;從傳統多媒體教學的“望屏解讀”向師生共同使用技術轉變，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;學習資源實現富媒體化、智能化、碎片化，按需推送、實時同步。課堂結構發生了變革，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布個性化的作業，真正實現了個性化教學和因材施教。
4.構建全過程學習評價體系
基于動態學習數據分析的智慧課堂，其核心是對學生的學習全過程進行動態、實時的診斷評價和反饋。利用大數據學習分析技術提供測評練習，教師能夠快速地對學生的學習全過程做出診斷評價。例如，通過智能評測系統實現數字化作業或預習預設的問題評測，收集、判斷學生已掌握的知識和技術，自動數據分析與反饋，為教師的備課提供了及時、準確、立體的信息，據此實現有的放矢的備課，選擇適應的教學策略。通過隨堂練習及評測系統，進行實時測評、統計，快速分析與反饋學生的課堂學習效果，及時調整課堂教學進度與內容，體現了教師的教學機智，展示了教學藝術。基于數據的分析成為引導學生學習的依據，通過課后作業數據分析和反思評價，對學生進行個性化的輔導和實現教學的持續改進。
5.實現智慧課堂的常態化應用
智慧課堂取得實際成效的前提是常態化應用，常態化應用的前提是具有先進、方便、實用的工具手段。通過開發應用智慧課堂信息化平臺，提供“微課”制作與推送功能、動態學習評價與數據分析功能、靈活方便的智能終端應用功能等，實現常態化教與學的應用。例如，“微課制作與應用平臺”相對于傳統的教學視頻制作和應用工具來說，更加簡單、方便、實用，使得智慧課堂的實現，不再只是表演階段，因為技術足夠的簡單與方便，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，讓微課的制作與應用實現了常態化。師生“端應用工具”是具有即時通訊功能的教學工具，支持包括蘋果、安卓、windows在內的多應用平臺，可以實現師生在課堂教學中的立體溝通，同時師生間可以實現課前、課后的隨時隨地問答、討論與教學交流，保證了基于“端”的教與學應用常態化。
(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)
