智慧教育理念大學化學教學模式探索

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1引言

智慧教育無疑是當前備受關注的教育理念之一，但關于智慧教育的研究大部分主要集中在理論層面。一方面學者們積極探討智慧教育概念起源、內涵與特征[1,2]；另一方面當前的研究則不斷構建智慧教育研究的理論體系與組織框架[3–7]。實際上目前關于智慧教育并沒有一個明確的概念，在文獻中關于智慧教育的起源有兩種說法。其一便是將智慧教育追溯至1997年錢學森提出的“大成智慧學”[1,8]。另一種說法便是起源于2008年IBM公司提出的“智慧地球”的概念，并將智慧地球的理念融入各個行業，衍生出一系列智能化的解決方案，其中就包括智慧教育[4,9]。其實從IBM的智慧教育框架中我們可以看出，其智慧教育更側重于利用當下不斷涌現的新技術來分析利用信息從而做出更佳的決定、預判問題和提前解決以及協調資源高效運作，進而推動教育質量的持續改進。因此大部分學者[6,10,11]更傾向于接受黃榮懷、祝智庭等從教育信息化認識智慧教育的觀點。黃榮懷教授[8]認為的智慧教育是教育信息化的高端形態的觀點，而祝智庭教授[12]從教育信息化角度提出智慧教育是指運用物聯網、云計算、移動網絡等新一代信息技術，通過構建智慧學習環境，運用智慧教學法，促進學習者進行智慧學習，從而提升成才期望，即培養具有高智能和創造力的人。然而正如郭紅霞[13]在做相關文獻研究綜述時指出的那樣，當前關于智慧教育理論研究方面相對豐富，技術方面研究較少。在有限的智慧教育理念實踐研究中大多數集中在中小學智慧課堂、電子書包的建設，相關研究屬于黃懷榮教授提出的智慧教育第一境界“智慧教育環境”[8]。在大學課堂中關于智慧教育新型教學模式實踐研究相對較少[14]，一線教師實際操作缺乏相應指導原則和可借鑒的案例。本文以工科大學化學課程為例，基于大學化學課堂特殊的學情分析，從教學問題分析-利用智慧教育理念與方法解決問題的邏輯，總結智慧教育在一線課堂的實踐經驗。

2大學化學教學中智慧教育理念的實現途徑

對于一線教師而言，單純地對智慧教育坐而論道是遠遠不夠的，關鍵需要在教學實踐中利用智慧教學的理念與平臺去分析和解決教學中的問題，即智慧教育的實現途徑。2.1大學化學課堂教學存在的問題分析。以筆者所授的大學化學課程為例，這是一門針對全校工科專業的基礎課程。課程本身涉及到較多的概念理解以及公式應用，旨在教授學生一些基本的化學知識，能夠用這些知識去理解分析一些化學現象，進一步地用化學學科知識、思維和方法遷移應用解決未來在工作和生活中與化學相關的問題，從而提升化學素養。然而對于絕大部分學生而言，他們以后的學習工作中不會接觸化學的系統學習，因此這樣一門課程學生的學習效率不高，教學效果欠佳。另外在本門課程的傳統教學模式中我們主要采用了直接講授的模式，對于知識點基本遵循PPT呈現內容、情境問題(新知識點引入)、解釋以及舉例說明每個重點、反復強調重點、最后概括總結的步驟和邏輯講述(知識構建)。這樣的教學模式優點非常明顯，教師對于課堂和教學節奏的控制程度高，對于精心設計的課堂教學組織條理性好。然而弊端也突出，學生在整個教學過程中基本屬于被動接受，主動參與程度低，另外在這樣的教學模式中學生對于學習缺乏有效且及時的反饋途徑?；谶@樣的分析，作者認為這門課程主要存在以下兩方面的問題：(1)學生對課程學習的主動性差。學習缺乏主動性主要表現在兩點：其一學生在課后很少或者幾乎不會花時間在這門課程的學習上，因此所謂的慕課、微課等先進教學模式在學生缺乏學習主動性的情況下都會變成存儲的數據而已；另一方面學生課堂內參與程度也不高，聽課注意力不集中，課堂提問響應者只有少數幾位學生，課堂例題練習時大部分學生都不動筆。(2)教與學之間的信息不對稱。這個教與學的信息不對稱對于教師而言至少體現在兩個層次，第一對于所教的知識點教師不知道學生掌握了哪些以及還有哪些不清楚，第二則是對于一個教學班的學生教師不知道哪些學生掌握了、哪些學生還沒有掌握。2.2問題解決方案擬定。其實這兩個問題在大學化學課堂長期且廣泛存在，然而受各方因素制約一直缺乏有效且高效的解決方案，一些學者嘗試從教學模式[15]、教學方法[16]到試題形式[17]等不同角度推動大學化學課程的改革。隨著移動設備的普及，互聯網科技、云存儲以及數據分析技術的發展，針對課堂互動和教學信息統計分析的智慧教學平臺如雨課堂、微助教、藍慕云等應運而生，為我們課堂革新提供了技術支撐和解決方案。在本門課程中我們基于智慧教學理念，利用智慧教學平臺，嘗試對傳統的直接講授模式從兩個方面進行改進。首先便是盡可能增加學生在課堂教學過程中的參與程度，根據建構主義理論[18]，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助其他人(包括教師和學習伙伴)的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式而獲得。這就要求教學中講臺不再成為教師一個人的舞臺，爭取做到每位參與者都有可能成為課堂的主角，教師至少兼任導演與演員的雙重身份。另一個方面便是提高對課堂學情的掌控度，利用智慧教學平臺及時了解已有知識和新知識的構建程度，有哪些地方沒有明白，有哪些學生沒有明白，然后針對課堂中的學習反饋情況調整教學節奏和重點。這樣即使同樣的教學內容在不同的教學班由于其學習情況的差異，課堂的教學節奏、不同重難點講述的時間都是不同的，整個課堂的教學具有一定的適配性。2.3課堂教學模式改革。出于以上目的，在大學化學的課堂教學中我們利用“微助教”智慧教學平臺對傳統直接教授模式具體做了以下四個方面的設計(圖1)：(1)將傳統直接講授教學模式中的例題講解改為全員參與的隨堂練習。以前在講授例題的時候通過提問的方式來促使師生間互動，然而效果不佳，一道判斷題一大半的學生既不選對也不選錯。至于稍微復雜的計算題或者應用題學生們有的看PPT內容的切換、有的看教師在黑板上的推導，極少數學生會拿出筆和紙跟著演練。遇到課堂積極性稍微高點的班級也總是少數幾個積極分子的表演。通過將例題改為習題后，一方面通過手機答題的方式增加了新鮮感，學生不會那么排斥；另外一方面應用平臺可以記錄每位學生的答題情況，可以將此作為課堂參與的考核，對學生有一定的鞭策督促作用，因此隨堂練提高了學生的課堂參與度。(2)通過課堂習題和師生互動合理調控教師在課堂內一個教學節段講述的時間長度。一般情況下，一堂45分鐘的課會講述1–2個知識點，而根據傳統的直接講授模式也就是說學生會連續不斷地聽教師從舊知識回顧、新知識引入、例題講解、重點歸納嘮叨至少20分鐘甚至更長乃至貫穿整個45分鐘。實際上讓學生在這么長時間段一直保持較高的注意力是相對比較困難的，而5–15分鐘是一個相對合理的時間長度[19]。這也是為什么目前微課的時間長度一般都控制在5–7分鐘，因為時間過長后面的時間內學習者的注意力不會那么集中。這實際上為我們在什么時候切換師生在課堂的角色提供了一個借鑒，在課堂中我們將一個知識點的教師獨立講述時間一般控制在10分鐘以內，在一堂課中教師每個獨立講述時間之間我們會穿插課堂習題和師生互動。以上兩方面主要都是利用智慧教學平臺來提高學生在課堂上的主動性。(3)提供有針對性的師生討論。在學生通過手機APP做完習題以后，接下來我們并不是直接講題，一般會讓部分學生站起來講述他是怎么思考的。學生們戲謔地將課堂上的“針對性點名”總結成了一句流行廣告語“哪里不會點哪里”，也就是說，做錯的學生要把他們錯誤的思路暴露出來讓全班同學引以為鑒。當然這樣的操作還主要得益于智慧教學平臺能夠及時便捷地反饋學生答題情況，讓課堂的教學信息更加透明。另外像計算題這樣的題型在以前的課堂最多只能抽一位學生起來代表全班同學作答，教師根本無法了解學生的學習情況，但是通過微助教平臺可以讓每位學生都在練習本上完成，然后拍照上傳，教師可以在1–2分鐘的等待時間內通過電腦檢查30–40名學生的完成情況，總結出學生的典型錯誤思路。(4)針對性地對知識點進行強調、闡釋與歸納總結。在傳統講授模式中，我們對于一個知識點的解釋幾乎是固定的，也就是拿著一本教案不管哪個教學班級教師都會按部就班說完該說的話。當采用了智慧教學平臺后，在引入知識點之后我們沒有立馬就解釋，而是讓學生完成精選的習題，而習題中一般都包含了對該知識點不同層次的理解。當學生完成習題后，根據學生的答題情況我們會發現不同的學生在不同的層次理解發生偏頗，這樣我們會將學生犯錯最多的地方著重強調和解釋。在實踐過程中我們也發現不同的教學班實際上學習情況是不一樣的，如在筆者所帶的四個教學班學習“物質的標準摩爾生成焓”這個概念后，完成了一道相應習題，除了正確答案外，另外三個選項都是針對概念中不同定義理解的考查，如圖2所示，不同班級不僅學習效果(正確率)差異大，就連認知難點也是不同的。因此在隨堂練習后的討論以及針對性的講解與強調我們都會根據不同教學班具體的學習情況隨時調整講述重點。這實際上是利用智慧教學平臺解決我們設定的教學難點和學生真實的學習難點可能不一致的問題。2.4教學評價與反饋。對于本次教學模式改革實踐，我們從兩個層次進行了評價與反饋，第一就是是否解決或者改善了我們起初提出來的學生學習積極性差和教學過程信息不對稱的問題；第二就是通過這樣的改革是否能在最終提高教學質量。第一個問題我們主要通過微助教平臺提供的分析數據和課程結束后對學生的調查采訪來評估。從微助教平臺的數據我們可以看出，幾個教學班級的出勤率都達到98%以上，課堂習題的參與率基本都在85%以上，具體參與率與相關習題難度和習題形式有一定關系，但是對于上傳的課件學生的查閱率只有4%左右。從學生最后的調查中也有90%的學生直接反饋感覺改革后的課堂更加有趣，自己上課更投入了。由此我們認為借助微助教進行教學模式改革后大大提高了學生在課堂上的參與度，但是對于課后的學習積極性影響不大。至于課堂教學信息對稱性方面，從圖2中已經可以看出信息處理與反饋是這類教學工具的優勢。因此本次改革對于我們最初分析提出的問題是有較大的改善。我們還對比了教學改革的班級與傳統課堂班級最終的期末考試成績，雖然不及格的學生少了一兩個，但是通過智慧教學的班級平均成績只提高了一兩分，然而期末考試成績受多方面因素影響，因而在有限的教學班級內我們暫時沒有發現教學改革后對最終考試成績有顯著提升。

3智慧教育實踐總結

通過在大學化學課程中踐行智慧教育理念的探索與改革，我們總結出分析問題、擬定解決思路、革新教學模式、教學評價反饋這樣四個實踐步驟，同時也相應地總結出四點實踐經驗：(1)教學問題分析。智慧教育除了是一種理念，更是一套科學的問題解決方案，因此在實踐前一定要分析目前教育中是否存在明顯問題，如果存在問題，分析當前能夠提供的工具與技術是否能夠解決這樣的問題。不以解決問題為導向的對任何教育理念和教學模式的探索都是盲目的。(2)根據問題選用合適的智慧教學平臺。宏觀上講大部分教學問題都源自于資源匹配不合理、教學信息不對稱以及學生學習積極性差等因素。因此當前的智慧教學平臺重點突出了資源共享、數據信息處理、趣味性強等特點。但不同的智慧教學平臺在開發的時候對不同的功能有所側重，有的長于資源庫建設、有的長于教學過程中的數據分析、有的則突出互動功能趣味性強，在擬定解決方案的時候，一定要根據分析的問題有所側重，選擇合適的智慧教學平臺來擬定解決方案。(3)教學模式改革具有特定的適配性。雖然對于智慧教育的理念與特征我們需要相對統一的認識，然而實踐模式卻需要呈現出豐富性。如小學教育、大學教育以及面向全民的大眾教育，所面臨的問題不同，需要的解決方案和技術也不一樣。再如即使在大學課堂中，不同的學科其所需要解決的問題也不一樣，因而智慧教育的實踐模式也會存在差異。(4)通過教學評價設定教學改革反饋調整機制。當前大部分教育改革在實踐過程中都缺乏相應的反饋調整機制，仿佛改革就一定會變得更好。然而實踐是檢驗成效的唯一標準，因而我們認為在智慧教育實踐過程中也應該通過教學評價建立反饋調整機制。在本案例中，我們的教學模式改革后盡管可以提高了學生學習的愉悅程度，但是學生的學習情況實際上和傳統教學模式相比沒有顯著差異，因此還有必要進一步改進當前的智慧教育模式。

作者:鄭超 單位:重慶交通大學材料科學與工程學院