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课堂教学新模式构建方向与途径研究

来源:中国电化教育 作者:中国电化教育 浏览数:1143 发布时间:2020-11-03

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  • 一、信息技术难以引发课堂教学革命的根源剖析
    人工智能、大数据、“互联网+”和AR/VR等技术的快速发展,给课堂教学带来了前所未有的冲击,带来了课堂教学变革与创新的机遇,课堂教学在很多方面也的确发生了令人瞩目的改变。正因如此,智慧教室、智慧校园和云平台等各种与课堂教学相关的环境建设已经大规模、快速铺开;各种智能技术在教育中应用相关的词汇,诸如智慧教育、网络学习空间、翻转课堂、微课与慕课、智慧课堂、精准教学与精准学习、个性化与自适应学习等,更是如雨后春笋一般涌现了出来。这些足以显现出在教育领域中,无论是环境建设,还是教学研究与实践等对信息化的重视程度。
    然而,尽管各种信息技术在教育领域的应用已经全面铺开,也取得了十分显著的成效,但是,在教育的主战场,课堂教学方面,还没有真正出现通过信息化带来的深层次、大规模、革命性(结构性)改变[1]。那么,为什么在其他领域和教育的其他方面,信息技术很容易带来革命性改变,而在课堂教学方面却很难带来革命性改变呢?
    要想找到真正的原因,还得从源头谈起。事实上,任何技术引入到课堂教学中应用,其目的只有一个,就是为解决课堂教学所存在问题提供有效支持。因此,判断一种技术是否能够在课堂教学中发挥作用,以及发挥作用程度大小,应从课堂教学自身所存在问题是否得到解决入手研究。
    课堂教学所存在的问题,从信息化视角看,可以分为两个层级:第一层级问题是课堂教学的思路和方法自身没有不足或缺欠,主要是由于支撑手段、条件方面存在不足所导致的效率和便捷性方面的问题;第二层级问题是由于课堂教学自身思路和方法方面存在缺欠所导致的问题。这两个层级问题的性质完全不同,相应通过信息化解决问题的做法自然也是有天壤之别的。
    通过信息化解决课堂教学第一层级问题的模式比较简单,只要按照问题实际需要建设必要的信息化环境,再开展相应的技术操作培训就可以了。所需要的设备和系统,一般情况下,技术人员能够独立研发出来。因此,从一定程度上讲,建设了环境等同于实现信息化了。
    目前,从信息技术为课堂教学已经提供的较为成熟的实际支撑情况看,成效比较显著的应用是为课堂教学提供便利有效的教学和学习支撑环境。而这些应用,大多数只是解决了课堂教学第一层级问题。诸如考试阅卷和成绩统计分析,多媒体教学设备及所配套的教学课件,交互电子教学设备(白板或电视)及配套的交互教学工具,移动终端及所使用的客观题答题与统计分析、练习上传与评价,资源云平台所提供的教师快速获得和共享资源等,这些教学应用的确给课堂教学带来了非常大的便利和实效。
    但是,课堂教学的情况是非常复杂的,很多需要通过信息化解决的问题属于第二层级问题,如果不研究清楚教学自身问题如何解决,单纯靠技术,无论技术多么先进,多么智能,应用多么全面,只能解决课堂教学第一层级问题,是无论如何也解决不了课堂教学第二层级问题的。
    课堂教学第二层级问题大多数又是较为复杂和动态多变的,在很多情况下,不可能用一种教学方法解决所有教学问题。比如,一门课程有很多知识点,一个知识点又有多个知识片段,针对同一知识片段,不同学生可能出现的问题也是动态多变的[2]。教师面对动态多变的教学过程,一方面,无法事先预见出所有可能情况,就难以将所有情况下的问题解决办法全部梳理清楚,另一方面,即使能够预见出所有可能的情况,也不可能按照无法穷尽多变情况的需要,事先准备出满足所有实际情况的信息化支撑环境。如果仅是就事论事的应用信息技术,又很难找到统一规律,也就无法将信息技术快速大规模推广出去。这些问题不仅是是影响课堂教学质量和效率的关键之所在,也正是导致信息技术难以给课堂教学带来深层次、大规模、革命性改变的根本原因。
    二、课堂教学新模式构建方向与思路
    教育信息化2.0行动计划明确指出,要充分运用人工智能、大数据、“互联网+”和AR/VR等智能等技术,建设“互联网+教育”大平台,构建解决教育教学瓶颈性问题的人才培养新模式、教育服务供给新模式和教育治理新模式,实现学生学习、教师教学和数字校园建设全覆盖,师生信息素养和信息化应用水平提高[3]。其中,人才培养新模式和教育服务供给新模式,其主要目的就是要解决课堂教学中所存在的核心问题,这也明确了人工智能等技术在课堂教学中应用的总体方向。
    要想在课堂教学中充分发挥人工智能、大数据、“互联网+”和AR/VR等技术的作用,就必须找到人工智能等技术能够带来课堂教学深层次、大规模、革命性改变的正确方向与思路,以及切实可行的途径和方法。
    (一)课堂教学新模式构建方向
    如果课堂教学中不存在任何不足和缺欠的话,就根本不需要任何信息技术。但是,常规条件下的课堂教学,由于受到教学条件、教师数量和水平等限制,课堂教学中能够选择的教学结构、可采取的教学方法和所能够使用的教具等是相对固定和受限的,课堂教学模式也是很难改进的。正是这一原因,致使课堂教学中一直存在着很多难以解决的瓶颈性问题,诸如学生厌学、疑难知识不易理解、创造性思维能力培养普遍欠缺,优秀教师不可能服务所有学生,无法实时监测教学状况并做出及时调控等。这些问题,在常规教学条件下很难找到让绝大多数教师和学生都能够采用且行之有效的解决办法。
    如果没有新的教学手段和条件出现,这些问题仍然难以很好破解。实践证明,人工智能、大数据、“互联网+”和AR/VR等技术,能够为这些问题的破解提供切实可行的条件支持。但是,即便是有了很好的信息化环境,如果仅停留在课堂教学第一层级问题的解决层次上,课堂教学的深层次问题仍然无法通过信息技术来解决。因此,人工智能、大数据、“互联网+”和AR/VR等技术支持下的课堂教学新模式的构建,应当朝着为解决课堂教学中普遍存在的瓶颈性问题提供有效支持的方向努力,应在课堂教学第一层级问题已经有了很好解决的基础上,重点是解决课堂教学第二层级问题。应充分运用人工智能、大数据、“互联网+”和AR/VR等技术,构建出使学生发自内心认同教师所安排的学习内容,引导学生找到最适合的学习路径,为学生提供最有效的支撑环境,让学生找到最佳学伴、得到最优秀教师支持开展学习活动、能够动态掌控学习状况并及时做出相应调整等的课堂教学新模式。在此基础上,构建起人网融合智慧学习新样态,培养德智体美劳全面发展的高素质人才[4]。
    (二)课堂教学新模式构建思路
    不同类别的课堂教学问题,对人工智能、大数据、“互联网+”和AR/VR等技术的支持需求也不尽相同,相应需要构建的课堂教学新模式差异也会很大。因此,在构建课堂教学新模式时,应根据课堂教学问题的实际情况和特点,有针对性地应用人工智能等技术解决问题,构建出相应的课堂教学新模式,并形成与之对应的应用方式及支撑系统。
    能否构建出有效的课堂教学新模式,一方面取决于对课堂教学问题把握的准确程度及相应问题解决办法的有效程度,另一方面则取决于可能获得的支撑技术类别与水平、成熟度及可能应用程度等[5],教学本身问题的梳理及解决方法决定着课堂教学新模式构建的方向和效度,而所能够采用的各种信息技术,则决定着信息化环境建设的层次和水平,进而影响着课堂教学新模式构建的品质。
    课堂教学中可能出现的问题是多种多样的,因此,在构建课堂教学新模式时应充分考虑到各种可能的情况,应有与之相应的处理对策和办法。由于课堂教学中所存在的问题分为两个层级,而这两个层级问题的性质截然不同,因此,在构建课堂教学新模式时,对于两个层级问题的处理对策和办法必然有很多差异。
    对于课堂教学第一层级问题,由于自身教学思路和方法方面不存在缺欠,因此不需要做教学思路和方法方面的研究,只要按照教学便利和效率方面的实际需要配备设备、软件系统和资源等,并开展技术使用方面的操作类培训,就可以解决问题了。在这种情况下,课堂教学新模式构建的基本思路是,系统梳理出课堂教学第一层级问题,确定解决每类问题所需要的支持技术和应用方式,提出相应的支撑系统功能要求,在此基础上选择合适的信息化环境,并开展有针对性的应用。如何准确判断并梳理出课堂教学第一层级问题,构建与之相应且行之有效的信息化教学模式,并选择适合的信息化手段,相对而言比较容易。具体需要研究和实证的是如何按照问题的实际需要,尽可能提供针对性强、便利有效的信息化支撑平台。比如利用考试系统完成阅卷与成绩统计分析,利用交互教学设备和多媒体课件讲课,利用资源云平台快速获得和共享教学资源等,就属于这种情况。针对课堂教学第一层级问题,所构建的课堂教学新模式,能带来的革命改变主要体现在便捷和效率方面。在这种情况下,再好的技术,也不可能直接带来课堂教学思路和方法方面的改变。因此,不可能出现课堂教学思路和方法方面的革命。
    对于疑难知识不易理解、创造性思维能力培养困难、优秀教师不可能服务所有学生、学生无法根据自己个性情况选择最佳学习路径完成学习活动等课堂教学第二层级关键问题,要想构建出人工智能等技术支持下能够有效解决所存在问题的课堂教学新模式,则应从课堂教学中可能存在的问题,相应问题的教学新思路和新方法,以及有效支撑技术等方面做深入系统研究。应首先梳理清楚课堂教学问题,并做出科学的分类。然后,在课堂教学问题分类基础上,针对每类问题分别研究出人工智能等技术支持下的课堂教学新思路和新方法,再按照课堂教学新思路和新方法的实际需要研究相应的技术支撑方式,并在应用实证中通过迭代建设和改进智能支撑环境。这项研究和实证涉及到很多方面因素[6],诸如学科图谱,群体学生共性学习规律和个体学生画像,可能的教学和学习路径集,学生学科素养图谱,可以使用的教学设备、场地和支持系统,教师教学能力与素养,教师可以获得的教研和培训支持,地域及学生家长情况,学校及地方政策导向等,都可能对课堂教学新模式的构建产生重要的影响。
    当前,课堂上可用的教学环境主要分为多媒体教室、PAD智慧教室、数字纸笔教室和学科教室等类型,课下主要是网络和学习终端。但无论哪种环境,都应从教学和学习的具体问题入手,研究适合的支撑技术及相应的支撑方式。因此,在课堂教学新模式构建时,应在教学问题梳理及解决研究基础上,从技术可能提供的支持方式角度,针对每类问题分层次构建出技术支持下的课堂教学新模式。
    三、课堂教学新模式构建途径与方法
    由于课堂教学可能出现的问题是多方面和多种多样的,因此,构建通过信息化解决课堂教学问题的新模式,应从不同教学环境、不同教学组织形式、不同教学阶段、不同教学活动类别等方面分类、分层次研究。在课堂教学新模式构建时,应着重解决课堂教学第二层级问题。
    目前,从宏观层面看,人工智能等技术支持下的课堂教学的方式角度可以分为三种类别:一是在多媒体设备、移动终端设备和网络等信息化教学环境中,利用教学资源和软件所开展的课堂教学;二是利用网络和远程互动教学支撑系统所开展的网络互动教学,包括专递课堂、网络直播课堂、双师互动课堂;三是利用网络课程(慕课)、微课等所开展的人网融合课堂教学等。
    本文在充分考虑人工智能等技术支持课堂教学的多种可能方式基础上,从基于教学工具和资源的知识学习与问题探究、基于微课和云课的人网融合课堂翻转教学、基于大数据的精准教学与精准学习等方面,分类、分层次讨论课堂教学新模式的构建途径与方法。
    (一)基于教学工具和资源的知识学习与问题探究新模式
    常规条件下的课堂教学,是由任课教师组织与讲解、指导和帮助学生完成学习活动,这也是当前课堂教学主要结构类型。因此,人工智能等技术,首先应为这种教学结构类型的课堂教学提供有效支持和帮助。
    在这种教学结构类型的课堂教学中,教学的难点主要是学生厌学、疑难知识不易理解和创造性思维能力培养普遍欠缺等。而学生厌学,很大程度上是由于疑难知识不易理解和创造性思维能力培养普遍欠缺所导致的。因此,在这种情况下,构建课堂教学新模式的重点应聚焦在如何借助信息技术有效支持知识深度理解和问题深入探究上。通过基于教学工具和资源的知识学习与问题探究新模式构建,破解“疑难知识不易理解”和“创造性思维能力培养困难”等课堂教学第二层级问题。
    不同学科、不同知识点、不同知识片段的知识理解和问题探究方式差异很大,因此,对信息技术的需求也不尽相同。目前,信息技术在这两个方面的应用,能够起到比较有效支持作用的是教学资源和教学工具。
    因此,应重点研究如何基于教学工具和教学资源,有效支持知识深度理解和问题深入探究的途径和方法,再建立相应的智能支撑系统,并按照教学路径对课堂教学所需要素材与工具、套件和路网资源等进行系统分类。应充分发挥信息技术的优势和作用,建立起备课、课堂互动教学、教研和培训一体化系统,丰富和完善素材与工具、虚拟仿真实验室、教学套件和路网等资源,为新模式构建提供有力支撑和保障。
    不同专业、不同学科的课程差异非常大,对教学工具和教学资源的需求类别和程度也不一样。总体上看,可以分为理工和文史两大类,其中,理工类更多需要工具类资源做支撑,而文史类则更需要体系化资料类资源做支撑。
    1.基于体系化集成资料的知识学习与问题探究
    在很多课程的课堂教学中,普遍存在常规条件下不易理解的学习内容或难以探究的问题,而这其中又有相当比例的内容需要精准和丰富的相关资料做支撑,才能更好地完成知识理解和问题探究活动。但是,在常规条件下学生很难快速、系统、准确获得这些资料。即便是能够做到,也要耗费学生大量时间,且在能够找到相当丰富文献资料的前提下才能够完成。而信息技术在这方面恰恰能够提供很好的支持,因此,应借助多媒体、“互联网+”和人工智能等技术,按照科学的分类体系建立体系化的资料库,将所有相关资料汇聚在一起,并建立智能检索引擎系统,使得教师和学生能够快速、便捷、精准获得所需要的资料,有效支持知识的深度理解和问题的深入探究。
    比如文史、艺术类课程的知识理解和问题探究,较为重要的学习支撑资料是能够反映出人类社会发展过程的相关信息资料,以及学科发展沿革相关的信息资料等。以《红楼梦》小说阅读为例,如果学生不知道那个年代社会的组织形态,人们的生产和生活样态,人与人之间的关系等,就很难理解小说中所描写的诸如刘姥姥、王熙凤等人物,以及刘姥姥进大观园等相关的事件,也就很难真正体会到作者写作的高明之处。针对这一问题,借助信息技术,将社会发展过程中的关键人物和事件,按照年代、地域和朝代等,建立历史沿革关键信息体系化资料库,就能够为这类语文阅读教学提供很好的支持,帮助学生深度理解知识,完成问题探究。
    2.基于教学工具和仿真实验室的知识学习与问题探究
    对于理工、农医、交通和矿山等专业类课程,除了通过体系化集成资料能够很好完成的知识理解和问题探究之外,还有很多通过资料不好理解的知识和难以探究的问题。这些知识的系统学习和问题的深入探究,不仅需要知识应用过程方面的学习支撑环境,还需要知识内涵可视化理解的学习支撑手段。以血液在人类身体中的流动为例,对于心脏供血和回血等知识的学习和相关问题的探究,如果仅借助文字、图片和音视频等资料,就很难将人体血液在所有血管中的流动情况动态清晰展现出来。这种情况下,借助人工智能技术,按照人体血液运行规律,通过计算仿真建立血液动态流动模型,再利用AR/VR技术模拟仿真出真实样态,并可交互控制流动状态等,就能够帮助学生更好地理解知识和探究相关问题。
    应当注意的问题是,这些知识的理解和问题的探究,不是将过程简单模拟出来,将知识可视化呈现出来,就一定能够很好地提供学习所需要的支撑环境、教学工具和虚拟仿真实验室了。
    对于知识理解而言,一是要能够将知识的内在机理可视化呈现出来。如果存在多种变化状态的话,则需要能够交互控制各种影响因素,并可视化呈现出相应的变化样态。二是对于存在多种变化状态的情况,要能够按照教学和学习需要,便捷选择多个状态进行比较和分析,能够记录各个特殊状态特征并做比对分析。三是要能够按照知识内在机理模拟操作过程,并能够对关键学习点进行有针对性的测试和评价。
    对于问题探究而言,一是需要计算仿真出问题探究所需要的支撑环境和各种探究支撑工具,能够根据探究方案开展探究活动,并呈现出相应的探究结果。二是能够记录探究活动过程,并能够对探究活动过程中的不同阶段状态进行比较分析。三是能够对探究活动过程进行指导和评价。
    总而言之,这种课堂教学模式的实施,需要利用人工智能等技术建模,计算仿真出符合知识内在机理的动态演化过程,利用AR/VR技术模拟仿真出真实样态并可交互,在此基础上研究开发课程虚拟仿真系统和学科教学工具等。
    (二)基于微课和云课的人网融合课堂翻转教学新模式
    当前,主流课堂教学结构还是一个教师以班级为单位组织一批学生开展教学活动。按照这种教学结构,即使配备了现代化多媒体教学设备,课堂教学仍然只能是教师统一讲授、指导或评价,所有学生只能在教师统一组织和安排下,按照单一方式开展学习活动,教师不可能单独为某个学生提供个性化教学服务。下了课后,学生也不可能有机会得到教师的个性化指导和帮助,更不可能得到其他更优秀教师的讲解、指导和帮助。课堂教学的这一实际情况,直接制约了学生的个性发展。在这种情况下,无论使用什么样先进的教学设备和手段,都改变不了学生只能通过课堂获得教师讲解、指导和帮助等的教学局面。
    而在常规条件下,无论如何也不可能打破这种教学结构,因此,也没有机会破解优秀教师不可能服务所有学生的教学瓶颈性问题了。“互联网+”和视频技术的迅猛发展,为解决优质师资个性化供给问题提供了全新的途径和机会[7]。借助视频技术,可以按照需要录制优秀教师的教学片段或完整教学活动,再通过“互联网+”技术将这些视频资源以合适的方式,供给所有需要的学生和教师。正是因为有了能够将优秀教师教学智慧无限放大的技术支持,翻转课堂等多种形式的课堂教学改革便应运而生,微课、云课、网络课程和慕课等也的确给课堂教学带来了强有力的冲击,正在逐步改变着原有课堂的教学结构,给课堂教学带来了巨大的生机和活力。
    但是,“互联网+”和视频技术等,只能提供将教师教学智慧录制和传播的技术支撑手段,还是无法保障课堂翻转教学的品质。课堂翻转教学效果的好与坏,主要取决于录制目的明确、录制内容精准有效、录制教师优秀、录制效果好等。而录制目的是否明确、录制内容是否精准有效、录制教师是否优秀,则主要取决于课堂教学问题梳理是否系统,每类问题相应解决方法是否正确,可能的教学和学习路径是否科学,每条路径所选择的教师是否恰当,是否能够持续挖掘出教师最优教学智慧,智能技术支撑教学和学习活动的融合应用是否有效等。
    优秀教师教学智慧的录制与汇聚,不能盲目进行。应根据可能的教学和学习路径,有针对性地录制。目前,教学和学习路径可以分为讲练结合、学导练和探导拓三种基本类别,因此,应按照这三种不同类别的教学和学习路径,利用“互联网+”和视频等技术录制优质教师教学视频,建立学习路网资源,在此基础上分类构建与之相应的课堂翻转教学新模式。通过课堂翻转教学新模式的构建,破解课堂教学第二层级问题“优秀教师不可能服务所有学生”,同时,为解决另一个课堂教学第二层级问题“学生无法根据自己个性情况选择最佳学习路径完成学习活动”奠定坚实基础。
    1.讲练课堂翻转教学新模式
    目前,大多数教师的课堂教学思路和方法,主体上还是采取讲练方式的。这种类型的课堂教学,学生只能在课堂上才能够听教师讲解,而且也只能按照教师的统一教学安排听讲。在课前或课后学生不可能听到教师的讲解,即便是在课堂上,也不可能随时随地按照自己的需要、适合的方式听到教师的讲解,更不可能听到其他教师的讲解。
    因此,讲练课堂教学的翻转,应着重从课前、课中和课后个性化听讲的角度展开。课堂翻转教学的基础保障是有能够支撑翻转的微课、云课或慕课,这些微课、云课或慕课,可以由主讲教师自己完成,也可以汇聚更多的优秀教师共同完成;可以按照单一教学路径录制,也可以按照多个教学路径录制。针对这一情况,我们将讲练课堂翻转教学模式分为基本型、完全型和人网融合型三种。
    (1)基本型。教师按照自己课堂上的教学路径,选择有必要的环节分片段录制成讲解或指导微视频,并提供相应的学习指导材料,制作成微课程。通过网络学习空间将这些微课程提供给学生,使得学生有机会在课前听到教师讲解,课上和课后根据学习情况进一步选择性听讲。
    (2)完全型。教师根据所教学生的实际情况,筛选符合所教班级学生共性学习情况的教学路径集,并针对一节课中的关键教学片段,按照每一条路径分别录制讲解和指导微视频,并提供相应的学习指导材料,形成微课程。在此基础上,建成学习路网资源,使得学生有机会能够按照自己适合的方式听到教师的讲解或指导。
    (3)人网融合型。不仅教师自己按照完整型做微课程,建成学习路网资源,还能够将其他优秀教师的学习路网资源汇聚到一起,形成优质的学习路网资源,共同为学生提供优质学习路网资源。所建设的学习路网资源,除了能够用于支持学生个性化听讲以外,还可以支持教师实现人网融合的课堂教学。
    通过学习路网资源,学生可以随时随地获得优秀教师的讲解或指导。对于教师而言,一方面,自己可以借鉴优秀教师的教学思路和方法,另一方面,当自己某一环节讲解或指导不到位的话,可以将最好教师的讲解或指导视频直接播放给学生,局部替代教师讲解,实现优质教师供给课堂。真正做到教师自己和学习路网有机融合,为学生供给最好的教育服务,实现人网融合的课堂翻转教学。
    从汇聚教师讲解或指导的微课程方式上看,无论是由主讲教师自己完成,还是同其他教师共同完成,微课或网络课程(名师云课)又可有两种做法:一是按照一种教学路径制作云课或微课程;二是根据群体学生共性特征,优化筛选出能够基本上覆盖群体学生总体情况的教学路径集,再按照每条教学路径分别制作云课或微课程,形成学习路网资源。一般情况下,学校常态化同步课堂的翻转教学,比较适合的支撑资源是微课程,而寒暑假、中高考或阶段性复习等,比较适合的资源则是名师云课。
    2.学导练课堂翻转教学新模式
    在学导练课堂教学中,教师主要是通过问题/任务牵引学生的学习活动,在学习活动中起到组织、引导、指导、讲解和帮助等作用,尽可能让学生自主或合作学习。在这种类型的课堂教学中所存在的主要教学难点是,学生无法按照自己的实际需要和适合的学习路径得到最好教师的个性化讲解、指导和帮助,无法快速、准确、系统获得所需要的学习资料等。
    基于微课/云课的学导练课堂翻转教学新模式,就是为解决学导练课堂教学所存在教学难点问题而提出的。该模式的构建,需要重点解决如何让学生获得教师个性化帮助和便捷获得所需学习资料等方面问题。应尽可能实现学生只能在课堂得到任课教师统一的指导、讲解和帮助,翻转为基于学习系统、微课和云课的课前、课中和课后,可随时随地获得教师个性化的指导、讲解和帮助;学生可利用的信息资料由书本为主提供翻转为由网络体系化学习资料、虚拟仿真学习工具和智能交互学习环境,与书本和学具等联合提供。
    实现学导练课堂教学的翻转,需要两个层面的基础保障:一个方面的基础保障是能够有效支持知识学习的资源与系统,具体包括学科工具、仿真实验室、专题学习网、学习资料集成引擎等;另一个的基础保障是教师指导和讲解微课程,以及学伴学习经验和思考结果微视频等。其中,微课程和云课程是核心基础保障,其建设类别与思路与讲练课堂翻转教学的类别和思路相同,也是分为基本型、完整型和人网融合型,具体制作的方法也是相同的,主要差异是教师的讲解与指导内容上有所不同。
    3.探导拓课堂翻转教学新模式
    要想大规模开展创新型人才培养活动,仅靠专门的创客或科技创新活动等来完成,是存在很大局限性的,应尽可能通过专业或学科课程来完成。这就需要在各个专业或学科课程中,尽可能将创新思维能力培养做系统的安排和部署。因此,开展探究学习活动,应是各个专业或学科课程教学的一个重要任务。
    探导拓课堂教学方式,其主要目的就是为了更好地培养学生的创造性思维能力。而探究性学习活动的开展,普遍遇到一些共性的难题,具体包括缺乏必要的探究支撑环境、探究过程中缺乏教师有针对性的及时指导、缺乏更加适合学伴的互助等,这些探究活动所需要的支持,在常规条件下很难提供。
    基于微课/云课的探导拓课堂翻转教学新模式,就是为解决上述问题所提出的。通过该模式的构建,让学生由只能在课堂上获得教师统一的探究活动引导、指导和讲解,翻转为基于探究学习系统、微课和云课的课前、课中和课后可随时随地获得教师个性化引导、指导和讲解;由缺乏必要的探究环境或只能在课堂上获得探究工具,翻转为通过网络随时随地获得智能仿真探究环境。
    在构建该模式时,需要重点解决让学生能够在探究活动过程中根据需要得到教师个性化指导和学伴互助、能够得到切实可行的探究支撑环境等问题。所构建的课堂教学新模式,应能够在探究活动过程中,为学生个性化提供教师的引导、指导和讲解微视频,以及学伴的合作探究支持微视频。在探究活动支撑环境中,应能够呈现出所探究问题与现象的初始状态,且能够随着探究活动的开展而逐步递进展开;应提供探究活动过程所需要的递进变化场景,探究活动智能计算仿真支撑工具,探究活动过程和结果等的展现与比对工具;应提供探究活动中问题与现象等内在机理的学习支撑工具,以及学习结果评价工具等。
    探导拓课堂翻转教学所需要的核心支撑,除了各种探究工具和环境外,则是微课程和云课程。其建设的类别与思路,与学导练课堂教学翻转的类别和思路相同。
    (三)基于大数据的精准教学与精准学习新模式
    我们所追求的课堂教学样态,应当是教师能够根据群体学生的学习情况,动态调控教学安排;学生能够根据自己的学习情况,及时开展有针对性的学习活动。但这样的课堂教学样态,在常规条件下几乎是不可能做到的。这种课堂教学样态的实现,涉及到课前、课堂和课后等不同阶段。要实现课堂、课前和课后精准学习,首先要完成的任务是建立起知识学习与能力形成的量化评测标准,且能够依据量化标准动态采集每个学生的学习结果和方式等学习情况大数据。在此基础上,基于所采集的学生学习情况大数据,教师才能够真正做到动态掌控课堂教学实时情况和精准调控课堂教学活动安排,学生根据所存在问题及时开展有针对性的精准学习活动。
    在常规教学条件下,教师只能通过个别提问来了解学生课堂学习情况,但通过这种方式,不可能及时采集到每个学生较为完整的学习结果和方式大数据,因此,无法实现课堂的精准教学和学生的精准学习。
    随着多媒体教室、PAD智慧教室、数字纸笔教室、学科智慧教室、创客教室等智能教室,以及云智能学习系统、网络学习空间的逐步普及和应用,为及时采集到每个学生较为完整的学习结果和方式大数据提供了切实可行的环境和手段,使得课堂精准教学有了可能。但是,仅仅有了环境和手段,没有科学、系统、量化、可操作的评价体系,还是很难实现真正意义上的精准教学。
    因此,基于大数据的精准教学与精准学习新模式的构建,应首先依据学科图谱建立课堂教学评价的量化指标体系;第二是按照量化标准动态采集每个学生的学习结果和学习路径大数据;第三是能够基于大数据分析每个学生所存在的学习问题,引导学生进一步的学习方向和路径,有针对性推荐相应的学习路网资源,并实时给出学习情况分析报告;第四是能够基于群体学生学习情况大数据,分析出群体学生共性问题,引导教师进一步调整教学方向和路径,并为教师推荐相应教学路径的优质教学套件和学习路网资源,并为教师的教学活动提供有效支撑。在此基础上,以学习路径为线索,持续迭代挖掘优秀教师教学智慧,建设智慧学习路网资源,并基于课堂教学和学生学习情况大数据,不断优化智慧学习路网资源,将优秀教师教学智慧源源不断地供给所有师生,真正实现优质教育全覆盖。通过基于大数据的精准教学与精准学习新模式的构建,破解课堂教学第二层级问题“学生无法根据自己个性情况选择最佳学习路径完成学习活动”。
    四、课堂教学新模式构建关键影响因素分析
    影响课堂教学新模式构建的因素很多,相应的影响程度也不尽相同。其中,对课堂教学新模式构建影响程度比较大的关键因素主要有学科图谱、教学与学习路径、技术赋能方式与程度等。下面,着重围绕这些关键影响因素展开讨论。
    (一)学科图谱
    衡量课堂教学效果的好与坏,应主要依据班级群体学生的学科素养水平。课堂教学的目的就是通过学科课程的学习,提高学生的学科素养,即让学生学会学科知识,并形成相应的问题解决能力;同时,在学科知识学习和能力形成的过程中,尽可能培养学生的思维能力,建立正确的情感态度和价值观等。因此,影响课堂教学新模式构建的首要因素是学科素养。课堂教学新模式的构建,应必须明确通过课堂教学让每一个学生的学科素养提高到什么水平,且应有明确的量化标准。
    学科素养应至少涵盖学科知识与技能、学科思维能力、学科精神、共性思维能力及品德修养等方面。如果所建立的量化标准不能全面、准确刻画这些方面学科素养水平的话,那么,以此为基础所构建的课堂教学新模式就可能迷失了方向。因此,必须建立起能够准确衡量这些方面素养的量化指标体系。
    但是,建立衡量学科素养的量化指标是一件非常困难的事情。诸如知识体系掌握到一个什么水平,提升了哪些方面的学科思维能力,以学科为载体在情感态度与价值观方面得到了什么样的提升等。
    无论何种能力或素养是否真正形成了,以及形成到了什么样的程度等,唯一能够精准评定的办法,是给出能够检测出能力水平的问题或任务。通过问题或任务的完成情况,评定出学生的实际能力水平。
    因此,评定学科知识及相应技能的学习水平,应通过学科问题求解和任务完成来衡量。显而易见,一个知识点或知识片段的相应能力水平评定,不是一两个题或任务就能实现的。这就需要建立完整的问题和任务体系,且数量恰到好处,多了重复了,少了不完整。这样的问题和任务集,称之为内核问题和任务集。以内核问题和任务为线索,将基本问题解决方法,复杂问题的解决策略和方法,以及基础性知识串联起来,形成完整的体系,称之为知识与能力图谱。
    在知识与能力图谱的建立过程中,非常关键的任务是如何给出内核问题与任务集。内核问题与任务集的确定思路是,应针对知识点或知识片段,从记忆、理解、应用、分析、综合、评价、创造等层面,分别准备相应层次的内核问题和任务。在确定内核问题与任务集时,应充分考虑到训练、测试等的实际需要,准备出足够数量的问题和任务;还要充分考虑到内容体系的重点程度,准备出相应层面的内核问题和任务。
    比如,以一元二次方程的解法知识点学习为例。第一层次,记忆层面的测试。检测学生是否记住了一元二次方程的解法,可以通过简答、填空、纠错等不同类别的题来测试。第二层次,理解层面的测试。不仅需要记住知识,还要理解,知道一元二次方程什么情况下有解,什么情况下没有。有解的时候,什么情况下是一个解,什么情况下有两个。第三层次,应用层面的测试。能够求解已经列出的一元二次方程。第四层次,分析层面的测试。当遇到实际问题时,能够将实际问题转化为一元二次方程,再求解。第五层次,综合层面的测试。当遇到更复杂的问题时,能够将问题转化为一元二次方程和已有知识组合能够解决的层面上,再综合应用知识解决问题。等等。
    而学科思维能力、学科精神、共性思维能力及品德修养等素养的评定,除了在学科知识与能力评定过程中完成以外,还应有专门的探究性问题或任务集来评价。我们将能够充分衡量出学科知识与技能、学科思维能力、学科精神、共性思维能力及品德修养等方面形成情况的量化标准,称之为学科图谱。学科图谱是学科教学的基石,是学生通过学科应学习的所有内容,是学科教学优劣评价的量化标准。知识图谱和能力图谱是学科图谱的核心构成内容。
    (二)教学与学习路径
    课堂教学是让学生按照知识图谱学会学科知识体系,并能够形成解决/完成学科能力图谱中分类、分层问题/任务的能力。尽管同一班级的不同学生,在同一知识点或知识片段上的学习目的一致,学习目标相同,但是,由于不同学生之间的认知能力、兴趣爱好、已有知识水平、思维能力等存在一定的差异,因此,不同学生在同一知识点或知识片段最适合的教学和学习路径就可能存在差别。显而易见,这是影响课堂教学新模式构建的最关键因素。
    教学与学习路径的选择,应在充分考虑学科图谱的特点,群体学生的实际情况,可使用的教学条件和手段,可获得教师的水平,以及立德树人对学科教学的要求等基础上完成。
    课堂教学和学生学习路径选择的逻辑起点是教学目标,因此,一节课教学与学习路径的选择,首先需要明确的是教学目标,在教学目标基础上选择适合的路径。教学目标分为多个方面,具体包括学科知识与问题解决能力、思维能力、情感态度与价值观等内容,这些内容应当源自于学科图谱。其中,最核心的是学科知识与能力图谱,其完整度和精准程度直接决定着教学与学习路径选择的正确性。从知识与能力图谱角度看,并不是讲练、学导练、探导拓和混合式等教学思路都适用于每一个知识点或知识片段,即使适用,相应的适用程度也不一定相同。因此,应将可能的教学思路做合理筛选和排序,以便于为课堂教学新模式构建提供必要的依据。
    群体学生的学习情况,是进一步筛选和优化教学与学习路径的依据。在教学与学习路径筛选过程中,应充分考虑到群体学生共性学习特点,尽可能选择数量少、覆盖度高的路径集,同时还要兼顾到立德树人的需要,特别是要尽可能安排和部署创新思维能力培养方面的活动。
    在依据知识与能力图谱、群体学生学习情况的基础上,所选择的教学与学习路径,并不等于任意一个教师都能够采用,因为教师的驾驭能力各自不同。因此,教师对于一个知识点或知识片段的驾驭能力也是课堂教学新模式构建的重要决定性因素。
    (三)技术赋能课堂教学可能的方式
    如果课堂教学不存在任何问题和欠缺的话,那就没有应用技术的理由和依据了。显而易见,这种情况下,再好的技术也没有价值和作用了。因此,要想让技术在课堂教学中发挥作用,真正赋能教学和学习的话,就必须根据课堂教学问题的实际需要,结合各类技术的优势和不足,对技术在课堂教学中的应用方式做系统分类,在此基础上,梳理出技术赋能课堂教学有效方式。
    从教育教学自身的实际需求角度看,常规教学条件下很难构建出有利于知识理解、问题探究、教学评价与调控、个性化讲解与指导等所需要的教学支撑环境,具体包括交互学习环境构建,知识汇聚与便捷使用,知识可视化学习与问题探究支持,学习情况大数据采集与分析,教师教学智慧汇聚与供给,以及教学与学习精准导引等方面的支撑系统与工具。这就需要将更多的新技术引入课堂教学中来,为解决这些问题提供有效的支持。
    目前,对于课堂教学能够发挥作用的技术非常多,有代表性的技术包括人工智能、大数据、物联网、AR/VR、“互联网+”、5G等。但是,任何一种新技术都不是万能的,都有其各自的优势和不足,对于课堂教学中所存在问题的解决,有的可能一种技术就能够很好地提供支持,有的可能需要两种或更多的技术结合起来提供支持。
    对于课堂教学所存在的问题,从技术赋能的作用上看,可以分为三大类别。一是以AR、VR和MR技术为主,结合人工智能和“互联网+”等技术,在智能建模基础上,建立智能仿真交互学习环境,将不论是肉眼看得见,还是看不见的世界及其运行过程,按照内在的规律智能仿真出来,并可以根据需要交互控制,为知识深度理解和问题深入探究提供有效支撑。AR、VR和MR等技术的这种优势,对于课堂教学和学生学习的价值和作用是非常显著的。这为将知识转化为有趣的问题或任务,能够让学生在可参与、可控制、身临其境的环境中,按照自己适合的学习路径开展学习活动。二是以大数据和人工智能技术为主,结合“互联网+”、物联网、5G等技术,建立智能感知环境,以学科图谱为依据,动态采集课堂教学情况大数据,实时分析教学状况,帮助教师调控教学活动,帮助学生完成个性化学习活动。三是以“互联网+”和视频技术为主,结合大数据和人工智能等技术,依据教学和学习路径,在教学套件资源建设基础上,录制优秀教师讲解与指导微视频,录制有代表性学生学习经验,建立学习路网资源,并基于应用效果大数据迭代优化学习路网资源,为优秀教师教学智慧供给提供有效支持。
    总而言之,物联网、5G和智能信息处理等智能感知技术,为学生学习、生活、社会活动参与等行为信息的实时、精准采集提供了强有力的技术保障。为基于大数据的精准教学和精准学习、精准教研、精准管理等打下坚实基础。而人工智能、大数据则为精准教学和精准学习、精准教研、精准管理等提供了切实可行的技术支撑。针对优质教师无法覆盖所有学生问题,学习路网则是将优质教师教学智慧供给所有需要学生和教师的切实可行、有效的途径,而“互联网+”和视频处理技术是有效支撑这一目的达成的最适合技术。
    五、结语
    课堂教学新模式构建,是在人工智能、大数据、“互联网+”、物联网和虚拟仿真等技术支持下,解决教学和学习瓶颈性问题的基础和关键。但是,课堂教学新模式的构建,绝不是技术的简单应用,而是课堂教学的变革与创新,是课堂教学的一场革命。因此,应牢牢把握以课堂教学问题解决为目的,以创新教学思路和方法为根本,以提供有效便捷手段为保障,以全面育人为目标的基本原则开展构建工作,特别是应着重关注培养高素质和有创造力的人。应以解决课堂教学问题为教育信息化的初心,以办人民满意的教育为教育信息化的使命。

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