智慧教育理念大学化学教学模式探索

1引言

智慧教育无疑是当前备受关注的教育理念之一，但关于智慧教育的研究大部分主要集中在理论层面。一方面学者们积极探讨智慧教育概念起源、内涵与特征[1,2]；另一方面当前的研究则不断构建智慧教育研究的理论体系与组织框架[3–7]。实际上目前关于智慧教育并没有一个明确的概念，在文献中关于智慧教育的起源有两种说法。其一便是将智慧教育追溯至1997年钱学森提出的“大成智慧学”[1,8]。另一种说法便是起源于2008年IBM公司提出的“智慧地球”的概念，并将智慧地球的理念融入各个行业，衍生出一系列智能化的解决方案，其中就包括智慧教育[4,9]。其实从IBM的智慧教育框架中我们可以看出，其智慧教育更侧重于利用当下不断涌现的新技术来分析利用信息从而做出更佳的决定、预判问题和提前解决以及协调资源高效运作，进而推动教育质量的持续改进。因此大部分学者[6,10,11]更倾向于接受黄荣怀、祝智庭等从教育信息化认识智慧教育的观点。黄荣怀教授[8]认为的智慧教育是教育信息化的高端形态的观点，而祝智庭教授[12]从教育信息化角度提出智慧教育是指运用物联网、云计算、移动网络等新一代信息技术，通过构建智慧学习环境，运用智慧教学法，促进学习者进行智慧学习，从而提升成才期望，即培养具有高智能和创造力的人。然而正如郭红霞[13]在做相关文献研究综述时指出的那样，当前关于智慧教育理论研究方面相对丰富，技术方面研究较少。在有限的智慧教育理念实践研究中大多数集中在中小学智慧课堂、电子书包的建设，相关研究属于黄怀荣教授提出的智慧教育第一境界“智慧教育环境”[8]。在大学课堂中关于智慧教育新型教学模式实践研究相对较少[14]，一线教师实际操作缺乏相应指导原则和可借鉴的案例。本文以工科大学化学课程为例，基于大学化学课堂特殊的学情分析，从教学问题分析-利用智慧教育理念与方法解决问题的逻辑，总结智慧教育在一线课堂的实践经验。

2大学化学教学中智慧教育理念的实现途径

对于一线教师而言，单纯地对智慧教育坐而论道是远远不够的，关键需要在教学实践中利用智慧教学的理念与平台去分析和解决教学中的问题，即智慧教育的实现途径。2.1大学化学课堂教学存在的问题分析。以笔者所授的大学化学课程为例，这是一门针对全校工科专业的基础课程。课程本身涉及到较多的概念理解以及公式应用，旨在教授学生一些基本的化学知识，能够用这些知识去理解分析一些化学现象，进一步地用化学学科知识、思维和方法迁移应用解决未来在工作和生活中与化学相关的问题，从而提升化学素养。然而对于绝大部分学生而言，他们以后的学习工作中不会接触化学的系统学习，因此这样一门课程学生的学习效率不高，教学效果欠佳。另外在本门课程的传统教学模式中我们主要采用了直接讲授的模式，对于知识点基本遵循PPT呈现内容、情境问题(新知识点引入)、解释以及举例说明每个重点、反复强调重点、最后概括总结的步骤和逻辑讲述(知识构建)。这样的教学模式优点非常明显，教师对于课堂和教学节奏的控制程度高，对于精心设计的课堂教学组织条理性好。然而弊端也突出，学生在整个教学过程中基本属于被动接受，主动参与程度低，另外在这样的教学模式中学生对于学习缺乏有效且及时的反馈途径。基于这样的分析，作者认为这门课程主要存在以下两方面的问题：(1)学生对课程学习的主动性差。学习缺乏主动性主要表现在两点：其一学生在课后很少或者几乎不会花时间在这门课程的学习上，因此所谓的慕课、微课等先进教学模式在学生缺乏学习主动性的情况下都会变成存储的数据而已；另一方面学生课堂内参与程度也不高，听课注意力不集中，课堂提问响应者只有少数几位学生，课堂例题练习时大部分学生都不动笔。(2)教与学之间的信息不对称。这个教与学的信息不对称对于教师而言至少体现在两个层次，第一对于所教的知识点教师不知道学生掌握了哪些以及还有哪些不清楚，第二则是对于一个教学班的学生教师不知道哪些学生掌握了、哪些学生还没有掌握。2.2问题解决方案拟定。其实这两个问题在大学化学课堂长期且广泛存在，然而受各方因素制约一直缺乏有效且高效的解决方案，一些学者尝试从教学模式[15]、教学方法[16]到试题形式[17]等不同角度推动大学化学课程的改革。随着移动设备的普及，互联网科技、云存储以及数据分析技术的发展，针对课堂互动和教学信息统计分析的智慧教学平台如雨课堂、微助教、蓝慕云等应运而生，为我们课堂革新提供了技术支撑和解决方案。在本门课程中我们基于智慧教学理念，利用智慧教学平台，尝试对传统的直接讲授模式从两个方面进行改进。首先便是尽可能增加学生在课堂教学过程中的参与程度，根据建构主义理论[18]，知识不是通过教师传授得到，而是学习者在一定的情境即社会文化背景下，借助其他人(包括教师和学习伙伴)的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式而获得。这就要求教学中讲台不再成为教师一个人的舞台，争取做到每位参与者都有可能成为课堂的主角，教师至少兼任导演与演员的双重身份。另一个方面便是提高对课堂学情的掌控度，利用智慧教学平台及时了解已有知识和新知识的构建程度，有哪些地方没有明白，有哪些学生没有明白，然后针对课堂中的学习反馈情况调整教学节奏和重点。这样即使同样的教学内容在不同的教学班由于其学习情况的差异，课堂的教学节奏、不同重难点讲述的时间都是不同的，整个课堂的教学具有一定的适配性。2.3课堂教学模式改革。出于以上目的，在大学化学的课堂教学中我们利用“微助教”智慧教学平台对传统直接教授模式具体做了以下四个方面的设计(图1)：(1)将传统直接讲授教学模式中的例题讲解改为全员参与的随堂练习。以前在讲授例题的时候通过提问的方式来促使师生间互动，然而效果不佳，一道判断题一大半的学生既不选对也不选错。至于稍微复杂的计算题或者应用题学生们有的看PPT内容的切换、有的看教师在黑板上的推导，极少数学生会拿出笔和纸跟着演练。遇到课堂积极性稍微高点的班级也总是少数几个积极分子的表演。通过将例题改为习题后，一方面通过手机答题的方式增加了新鲜感，学生不会那么排斥；另外一方面应用平台可以记录每位学生的答题情况，可以将此作为课堂参与的考核，对学生有一定的鞭策督促作用，因此随堂练提高了学生的课堂参与度。(2)通过课堂习题和师生互动合理调控教师在课堂内一个教学节段讲述的时间长度。一般情况下，一堂45分钟的课会讲述1–2个知识点，而根据传统的直接讲授模式也就是说学生会连续不断地听教师从旧知识回顾、新知识引入、例题讲解、重点归纳唠叨至少20分钟甚至更长乃至贯穿整个45分钟。实际上让学生在这么长时间段一直保持较高的注意力是相对比较困难的，而5–15分钟是一个相对合理的时间长度[19]。这也是为什么目前微课的时间长度一般都控制在5–7分钟，因为时间过长后面的时间内学习者的注意力不会那么集中。这实际上为我们在什么时候切换师生在课堂的角色提供了一个借鉴，在课堂中我们将一个知识点的教师独立讲述时间一般控制在10分钟以内，在一堂课中教师每个独立讲述时间之间我们会穿插课堂习题和师生互动。以上两方面主要都是利用智慧教学平台来提高学生在课堂上的主动性。(3)提供有针对性的师生讨论。在学生通过手机APP做完习题以后，接下来我们并不是直接讲题，一般会让部分学生站起来讲述他是怎么思考的。学生们戏谑地将课堂上的“针对性点名”总结成了一句流行广告语“哪里不会点哪里”，也就是说，做错的学生要把他们错误的思路暴露出来让全班同学引以为鉴。当然这样的操作还主要得益于智慧教学平台能够及时便捷地反馈学生答题情况，让课堂的教学信息更加透明。另外像计算题这样的题型在以前的课堂最多只能抽一位学生起来代表全班同学作答，教师根本无法了解学生的学习情况，但是通过微助教平台可以让每位学生都在练习本上完成，然后拍照上传，教师可以在1–2分钟的等待时间内通过电脑检查30–40名学生的完成情况，总结出学生的典型错误思路。(4)针对性地对知识点进行强调、阐释与归纳总结。在传统讲授模式中，我们对于一个知识点的解释几乎是固定的，也就是拿着一本教案不管哪个教学班级教师都会按部就班说完该说的话。当采用了智慧教学平台后，在引入知识点之后我们没有立马就解释，而是让学生完成精选的习题，而习题中一般都包含了对该知识点不同层次的理解。当学生完成习题后，根据学生的答题情况我们会发现不同的学生在不同的层次理解发生偏颇，这样我们会将学生犯错最多的地方着重强调和解释。在实践过程中我们也发现不同的教学班实际上学习情况是不一样的，如在笔者所带的四个教学班学习“物质的标准摩尔生成焓”这个概念后，完成了一道相应习题，除了正确答案外，另外三个选项都是针对概念中不同定义理解的考查，如图2所示，不同班级不仅学习效果(正确率)差异大，就连认知难点也是不同的。因此在随堂练习后的讨论以及针对性的讲解与强调我们都会根据不同教学班具体的学习情况随时调整讲述重点。这实际上是利用智慧教学平台解决我们设定的教学难点和学生真实的学习难点可能不一致的问题。2.4教学评价与反馈。对于本次教学模式改革实践，我们从两个层次进行了评价与反馈，第一就是是否解决或者改善了我们起初提出来的学生学习积极性差和教学过程信息不对称的问题；第二就是通过这样的改革是否能在最终提高教学质量。第一个问题我们主要通过微助教平台提供的分析数据和课程结束后对学生的调查采访来评估。从微助教平台的数据我们可以看出，几个教学班级的出勤率都达到98%以上，课堂习题的参与率基本都在85%以上，具体参与率与相关习题难度和习题形式有一定关系，但是对于上传的课件学生的查阅率只有4%左右。从学生最后的调查中也有90%的学生直接反馈感觉改革后的课堂更加有趣，自己上课更投入了。由此我们认为借助微助教进行教学模式改革后大大提高了学生在课堂上的参与度，但是对于课后的学习积极性影响不大。至于课堂教学信息对称性方面，从图2中已经可以看出信息处理与反馈是这类教学工具的优势。因此本次改革对于我们最初分析提出的问题是有较大的改善。我们还对比了教学改革的班级与传统课堂班级最终的期末考试成绩，虽然不及格的学生少了一两个，但是通过智慧教学的班级平均成绩只提高了一两分，然而期末考试成绩受多方面因素影响，因而在有限的教学班级内我们暂时没有发现教学改革后对最终考试成绩有显著提升。

3智慧教育实践总结

通过在大学化学课程中践行智慧教育理念的探索与改革，我们总结出分析问题、拟定解决思路、革新教学模式、教学评价反馈这样四个实践步骤，同时也相应地总结出四点实践经验：(1)教学问题分析。智慧教育除了是一种理念，更是一套科学的问题解决方案，因此在实践前一定要分析目前教育中是否存在明显问题，如果存在问题，分析当前能够提供的工具与技术是否能够解决这样的问题。不以解决问题为导向的对任何教育理念和教学模式的探索都是盲目的。(2)根据问题选用合适的智慧教学平台。宏观上讲大部分教学问题都源自于资源匹配不合理、教学信息不对称以及学生学习积极性差等因素。因此当前的智慧教学平台重点突出了资源共享、数据信息处理、趣味性强等特点。但不同的智慧教学平台在开发的时候对不同的功能有所侧重，有的长于资源库建设、有的长于教学过程中的数据分析、有的则突出互动功能趣味性强，在拟定解决方案的时候，一定要根据分析的问题有所侧重，选择合适的智慧教学平台来拟定解决方案。(3)教学模式改革具有特定的适配性。虽然对于智慧教育的理念与特征我们需要相对统一的认识，然而实践模式却需要呈现出丰富性。如小学教育、大学教育以及面向全民的大众教育，所面临的问题不同，需要的解决方案和技术也不一样。再如即使在大学课堂中，不同的学科其所需要解决的问题也不一样，因而智慧教育的实践模式也会存在差异。(4)通过教学评价设定教学改革反馈调整机制。当前大部分教育改革在实践过程中都缺乏相应的反馈调整机制，仿佛改革就一定会变得更好。然而实践是检验成效的唯一标准，因而我们认为在智慧教育实践过程中也应该通过教学评价建立反馈调整机制。在本案例中，我们的教学模式改革后尽管可以提高了学生学习的愉悦程度，但是学生的学习情况实际上和传统教学模式相比没有显著差异，因此还有必要进一步改进当前的智慧教育模式。

作者:郑超 单位:重庆交通大学材料科学与工程学院