徐蘇麗，章艷珍，陳建敏

（黃山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 黃山245000）

隨著計算機(jī)不斷更新?lián)Q代，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，高等教育乃至整個社會趨向智能化方向發(fā)展。信息技術(shù)對教育的革命性影響日趨顯著，變革傳統(tǒng)教學(xué)模式亟待解決。智慧課堂作為信息技術(shù)與教育深度融合的新形態(tài)，促使傳統(tǒng)課堂變革，向智能化方向發(fā)展，實現(xiàn)對傳統(tǒng)課堂模式的升級與創(chuàng)新，為課堂教學(xué)的變革提供了條件和思路。隨著神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)的深入研究，智慧課堂與人工智能的結(jié)合必然是未來的發(fā)展趨勢。

一、智慧課堂研究的現(xiàn)狀

“智慧教育”源于2008年IBM公司提出的“智慧地球（ASmartPlanet）”，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能（ArtificialIntelligence,AI）等技術(shù)的發(fā)展，促使智慧教育進(jìn)入大家的視野，隨后出現(xiàn)了“智慧城市”、“智慧課堂”等?！爸腔邸眰?cè)重于信息化和智能化以及感知化。

智慧課堂的研究國外主要關(guān)注以下兩種模式，一是基于促進(jìn)學(xué)習(xí)的智慧課堂，有人提出在課堂上利用無線智能終端來提高學(xué)生的參與熱情[1]。二是立足于關(guān)注學(xué)習(xí)本身的智慧課堂模式，倡導(dǎo)個性化和自主化結(jié)合的課堂學(xué)習(xí)模式[2]。

目前，國內(nèi)學(xué)者對智慧教學(xué)進(jìn)行了深入的研究和探索，但多數(shù)停留在理論研究層面，對于現(xiàn)實的應(yīng)用轉(zhuǎn)換仍存在不足。祝智庭教授從翻轉(zhuǎn)課堂的分析，提出了智慧課堂的使用方法、設(shè)計思路和智慧學(xué)習(xí)空間的概念[3]。智慧課堂起步晚，發(fā)展跟不上信息化的速度，自出現(xiàn)到現(xiàn)在處于穩(wěn)步發(fā)展。

二、智慧課堂的內(nèi)涵與特征

“智慧課堂”，是指利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能以及相關(guān)計算機(jī)技術(shù)對課堂內(nèi)外的學(xué)習(xí)、教學(xué)等所有資源進(jìn)行整合和數(shù)字化[4]。

（一）智慧課堂的內(nèi)涵。構(gòu)建智慧課堂主要是需要將整個的教學(xué)過程，包括課內(nèi)外師生互動信息整合并全面數(shù)字化，根據(jù)學(xué)生的情況有智能推送相關(guān)學(xué)習(xí)資源，全面顛覆傳統(tǒng)課堂模式，讓每個學(xué)生都能參與到課堂學(xué)習(xí)之中并且還能及時獲取適合自己的學(xué)習(xí)資料和學(xué)習(xí)方法。對于上述的理解，從以下三個方面的內(nèi)涵入手。

1、智慧課堂的構(gòu)建依賴于人工智能分析技術(shù)。智慧課堂的核心理念是教育由數(shù)據(jù)決定并改變。大數(shù)據(jù)時代，將課堂中的信息全面數(shù)字化后成為數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)分析依賴于人工智能中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)。一切以數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，從依賴教師的從教經(jīng)驗轉(zhuǎn)向以人工智能對數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，對學(xué)生的行為進(jìn)行判斷和制定教學(xué)決策。

2、基于深度學(xué)習(xí)的動態(tài)學(xué)習(xí)評價和智能推送。在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，教師在課堂上無法顧及到每個學(xué)生，對于學(xué)生掌握的程度更是無法控制，只能籠統(tǒng)地按照常規(guī)進(jìn)度進(jìn)行授課和互動。基于人工智能的智慧課堂，將使用深度學(xué)習(xí)精準(zhǔn)分析出每位學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和掌握知識情況，有針對性地推送相關(guān)學(xué)習(xí)資料和視頻，差異化、個性化、智慧化地推送所有資料，使得不同程度的學(xué)生都能達(dá)到預(yù)期的效果。課前發(fā)布預(yù)習(xí)資料，根據(jù)不同喜好不同程度學(xué)生推送有關(guān)的材料和視頻，課中推送的測試也是按照每個學(xué)生的差異發(fā)布的，學(xué)生所有的行為、測試的結(jié)果以及反饋的內(nèi)容均被納入深度學(xué)習(xí)算法基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中去分析，為每一位學(xué)生實時推送合適的資料，實現(xiàn)了個性化的支持。

3、基于人工智能的教與學(xué)。搭建基于人工智能的智慧課堂平臺，通過相關(guān)計算機(jī)技術(shù)，變革傳統(tǒng)教師黑板板書，投影儀PPT講解的模式。實時采集課堂學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)數(shù)據(jù)并即時分析，實現(xiàn)了教與學(xué)的全方位溝通。

（二）智慧課堂的技術(shù)特征。智慧課堂的建立與實施，離不開計算機(jī)技術(shù)。利用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)和硬件設(shè)備來打造出一個智慧化的課堂環(huán)境，保證了師生實時動態(tài)互動交流和學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的目的。只有計算機(jī)軟硬件發(fā)展到一定程度才能利用相關(guān)設(shè)備和技術(shù)采集到整個課堂內(nèi)外的所有的信息，并轉(zhuǎn)化為有用的數(shù)據(jù)。

1、資源分層共享?；谏疃葘W(xué)習(xí)的算法，建立多維度特征，對課堂有關(guān)資源自動獲取并關(guān)聯(lián)存儲，多種媒體資源融合在一起，給學(xué)生帶去豐富的學(xué)習(xí)資源庫，師生所上傳下載的資源又能被平臺自適應(yīng)存儲，隨后，能根據(jù)不同的學(xué)生實現(xiàn)資源的實時個性化分配。

2、學(xué)習(xí)情景采集。采集學(xué)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括其行為特征、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)情況等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，動態(tài)采集學(xué)生的認(rèn)知、情感狀態(tài)和注意力狀態(tài)等狀態(tài)數(shù)據(jù)。根據(jù)大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，分析出每個個體可能存在的問題和需求，從而能給教師提供可靠的決策依據(jù)，并能夠支持學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)。

3、智能學(xué)習(xí)分析。依托深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和Tensorflow等技術(shù)，利用大量的學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的所有數(shù)據(jù)以及所有歷史成功的全數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)應(yīng)該包括教師活動、學(xué)生活動、課堂教學(xué)情況、練習(xí)測試結(jié)果等過程數(shù)據(jù)，通過人工智能算法綜合分析，輔助教師去實現(xiàn)教學(xué)決策。

4、動態(tài)交互和即時反饋評價。智慧課堂打破了傳統(tǒng)課堂的限定于時間、地點的交流和反饋，能讓教師實時了解學(xué)生的需求并能根據(jù)學(xué)生需求及時調(diào)整教學(xué)策略。

5、移動通信互聯(lián)。基于移動通信互聯(lián)技術(shù)，智慧課堂終端形式多樣，師生能迅速掌握，為師生之間提供了多種實時交互，使得學(xué)生和教師之間、學(xué)生與學(xué)生之間，無論課上還是課下，能實時在線聯(lián)系，實現(xiàn)即時通信。

三、基于人工智能的智慧課堂模式探究

（一）構(gòu)建基于人工智能的智慧課堂平臺。 根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)智慧課堂模式的研究及理論分析，利用先進(jìn)、方便、實用的技術(shù)工具手段，本文提出構(gòu)建基于人工智能的智慧課堂平臺（見圖1）。

圖1 基于人工智能的智慧課堂平臺

（二）基于人工智能的智慧課堂平臺分析。該平臺主要由兩級兩層構(gòu)成，主要包括：

1、兩級。一級屬于人工智能綜合平臺及智慧學(xué)習(xí)空間；一級數(shù)據(jù)智慧課堂實施過程。人工智能綜合平臺提供智慧課堂信息化所有的技術(shù)，與智慧課堂全過程實時交互，智慧學(xué)習(xí)空間，構(gòu)建智能的學(xué)習(xí)空間，讓師生之間、生生之間交流暢通無阻，實時選擇適合自己的學(xué)習(xí)資料。

2、兩層次。第一層是資源服務(wù)、動態(tài)評價層：提供學(xué)習(xí)資源，智能終端的學(xué)習(xí)和管理，收集教學(xué)信息、學(xué)生狀態(tài)數(shù)據(jù)，提供多元化動態(tài)評價服務(wù)，包括測試、綜合評價、動態(tài)評價分析等；第二層是用戶實現(xiàn)層：提供眾多應(yīng)用程序，以便教師與學(xué)生形成動態(tài)的“教”與“學(xué)”，并監(jiān)測這個過程產(chǎn)生的所有信息存儲為數(shù)據(jù)，形成全方位、全覆蓋的智慧化服務(wù)。

四、智慧課堂的應(yīng)用——以《中藥鑒定學(xué)》課程為例

基于人工智能的智慧課堂，變革了傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式，具有很大的應(yīng)用空間和價值。主要體現(xiàn)在以下三個方面。

（一）基于人工智能的大數(shù)據(jù)分析與評估，創(chuàng)新課題教學(xué)模式。人工智能的興起，教學(xué)觀念、教學(xué)方式方法上都發(fā)生了很大變化，課堂教學(xué)模式更是發(fā)生了翻天覆地的變化，利用人工智能對課堂教學(xué)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出關(guān)于學(xué)生和教學(xué)過程的信息，學(xué)習(xí)資源實現(xiàn)了多元化、智能化、碎片化，師生之間的溝通交流不再受課堂的局限，交流得更加立體和無障礙，交流隨時隨地可以進(jìn)行。課程結(jié)構(gòu)從“先教后學(xué)”向“先學(xué)后教”和“以學(xué)定教”的模式轉(zhuǎn)變。通過智慧學(xué)習(xí)空間和人工智能綜合平臺，可以讓學(xué)生分層練習(xí)，測試和作業(yè)更加個性化，真正實現(xiàn)智慧教育的目的?！吨兴庤b定學(xué)》建立了智慧學(xué)習(xí)空間，讓學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)，通過深度學(xué)習(xí)算法對學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)分類，分層傳送學(xué)習(xí)資料。

（二）提供個性化服務(wù)，構(gòu)建全過程學(xué)習(xí)評價?；谌斯ぶ悄艿闹腔壅n堂，實時監(jiān)測和評估教學(xué)的全過程，并實時反饋給師生。利用人工智能技術(shù)分析學(xué)生基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，個性化提供測評練習(xí)，教師能快速掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的全過程。例如，在《中藥鑒定學(xué)》智慧課堂建設(shè)過程中，對學(xué)生的基礎(chǔ)信息、前期學(xué)習(xí)情況特征（包括學(xué)習(xí)成績、中藥鑒定知識測試結(jié)果等）、學(xué)生學(xué)習(xí)情況特征（學(xué)習(xí)注意程度、學(xué)習(xí)投入時間、練習(xí)情況等）和學(xué)生反饋信息等進(jìn)行分析，對每個學(xué)生動態(tài)分析，每天收集數(shù)據(jù)后分析并給出反饋，及時調(diào)整課堂教學(xué)進(jìn)度和內(nèi)容，體現(xiàn)了智慧課堂教學(xué)的目的。

（三）提升學(xué)生學(xué)習(xí)激情，有利于實現(xiàn)智慧課堂的常態(tài)化應(yīng)用。通過構(gòu)建基于人工智能的智慧課堂平臺，利用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，實時監(jiān)測整個教學(xué)過程，真正實現(xiàn)因材施教的目的，大大提升學(xué)生學(xué)習(xí)激情。例如，《中藥鑒定學(xué)》這門課通過智慧課堂建設(shè)，利用深度學(xué)習(xí)相關(guān)算法對每個學(xué)生情況進(jìn)行分析，不再是原先課堂上少部分學(xué)生互動的效果，實現(xiàn)了教師能關(guān)注到每個學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，學(xué)生成就感和受關(guān)注度得到了很大提高，學(xué)生的學(xué)習(xí)激情得到了很大提高，與此同時，帶來的就是學(xué)生學(xué)習(xí)的效率得到了大大提高。利用手機(jī)等客戶端工具，學(xué)生和教師在課堂教學(xué)中實習(xí)了立體的溝通，課前、課中還是課后，師生之間可以隨時隨地進(jìn)行即時的問答、交流，給智慧課堂的常態(tài)化提供了有效的保障。