钟绍春，钟 卓，范佳荣，赵雪梅，杨 澜
* 本文系2018年度教育部中国移动科研基金项目“构建‘互联网+’条件下的新型课堂教学模式创新实证研究——以宁夏石嘴山市实验中学为案例”(项目编号：MCM20180604)研究成果。
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钟绍春,钟卓,范佳荣,赵雪梅,杨澜.智能技术如何支持新型课堂教学模式构建[J].中国电化教育,2022,(2):21-29.
随着人工智能、大数据、5G、“互联网+”、AR/VR等技术的快速发展，特别是移动终端和5G技术的普及应用，催生了诸如PAD、数字纸笔、VR/AR、创客等多种类型的智能教室，以及与之配套的教学、学习和评价智能支撑系统。在各种智能教室和智能支撑系统支持下，以课堂教学及时互动、教与学资源动态选用、练习与作业实时反馈、基于数据的教学精准评价、智能工具赋能教师教学、微课支持学生个性化学习等为主要特征的课堂信息化教学已经越来越被各级各类学校所接受，并呈现出迅猛发展的良好态势，成为未来课堂教学发展的大势所趋。尽管智能技术在教学中的应用已经取得了显著成效，但是，目前的主要成效更多的体现在给教与学所带来的便利和提高效率方面。智能技术对于帮助学生更好地完成疑难知识的深度理解与应用体验、复杂问题的深入探究，精准获得优质教师个性指导，以及学习情况的量化评价等教育深层次问题的解决还没有提供较为系统和更加有效的支持。当前课堂信息化教学仍存在着很多需要进一步探索和研究的问题[1]。当前，从大多数学校课堂信息化教学的实际开展情况看，普遍实现了及时互动交流、实时精准评价、动态选择使用教学资源、实时获得教师帮助等，在很大程度上较好地解决了原有课堂教学中所存在的教学难题，极大提高了课堂教学效率和质量，给课堂教学带来了巨大改变。目前智能技术的作用和价值主要体现在快速获得学习资源、实时获取学习数据、方便交流展示、学习方式转变等方面，以提供便利、减负增效和实时评价等为主要特征[2]。在这种情况下，应用信息技术手段，对由于教学手段限制导致教师教学和学生学习活动开展不方便或效率低的情况，所起到的支撑作用还是非常明显的。但是，对教师教学思路和方法方面存在问题，进而导致学生厌学、学习效果不佳等情况，即便是应用智能教室和智能支撑系统，大多数对于教学所起到的支撑作用并不十分理想。甚至有一些校长及教师简单认为建设了PAD智能教室、VR/AR教室，教师能够在课堂教学中使用了，教学质量和效果就会提高了，就算是实现智慧教学了。在信息化教学中，普遍存在着重视技术应用，忽视教学创新的问题[3]。通过信息化手段，实现课堂教学的优化与提升，已经成为各级各类学校教学所追求和努力的方向。实现课堂教学优化的关键是教师能够根据群体学生不同情况，动态选择和优化教与学路径。目前大多数的做法是通过考试、课堂练习和作业等完成情况，帮助教师找到教学中所存在的问题，在此基础上实现教学优化和提升。找到教学问题固然重要，但更重要的是找到问题之后该如何解决。一线教师通过长期的教学实践，已经形成了自己成型的教学思路和方法。如果教师的教学思路和方法存在问题，让他自己改进和调整，特别是做较大的调整，一般情况下是很困难的事情。例如，对于概念课教学，绝大多数教师都是直接讲授概念，再引导学生应用概念解决问题，这样的教学思路导致学生失去了学习兴趣，教学效果难以达到最佳。尽管教学大数据的运用为教师改进教学活动提供了依据，但绝大多数教师没有能力自己对教学思路和方法做较大的改进及优化工作，这就导致教学优化和提升很难深入开展。教师如何优化教学活动安排进而提升教学品质，已经成为课堂信息化教学最突出的瓶颈性问题[4]。利用智能教室和智能支撑系统等，有效支撑学生个性化学习是目前课堂信息化教学中最主要亮点，也是教师在开展课堂信息化教学活动时最为关注的事情。目前，大多数个性化学习，主要是借助智能教室和智能支撑系统等，动态获得教学数据，帮助学生找到学习中的问题，并将任课教师或其他教师针对问题或知识所录制的讲解微云课、相关试题等推送给需要的学生进一步学习，或学生自己点击学习。从形式上看，这种做法的确为学生提供了很好的个性化学习支持，使得学生在独自学习时，从没有教师帮助变成了有教师帮助，这已经对学生的个性化学习产生了本质性的改变。但是，由于为学生所提供的微云课和试题等学习资源，大多数是任课教师自己准备的，对于学生的进一步个性化学习的支撑作用并不显著。如果学生在课堂上通过听教师的讲解没有听懂，除了自己不好好听讲或基础太差以外的原因，基本上是教师的讲解方式和方法不适合导致的，这种情况下通过再一次听任课教师按照课堂上的教学思路所录制的微课，基本上还是很难听明白的。即使听明白了，学生也是在非常痛苦的煎熬下完成的，必然导致学生的学习积极性受挫。如果按照这样的做法让学生开展个性化学习的话，无论是什么样的智能教室和智能支撑系统，对于学生的个性化学习都不可能真正发挥其应有的作用。能否借助教育云平台，以及交互一体机、AR/VR、PAD等智能教室建立课堂教学有效支撑环境，实现课堂教学变革与创新，关键是能否获得有效支持知识理解与应用体验、问题探究与归纳总结、能力形成诊断与指导等的智能学习工具与资源。现有的教育资源虽然丰富多样，但是，由于这些资源大多是按固定思路准备的，不仅利用这些资源可支持的教与学思路有限，而且对教与学活动支持的有效度相对较低，难以满足动态多变教学活动的实际需要。实践表明，与教学内容相配套的学科教学工具和仿真实验室等，能够为教师教学和学生学习提供强有力的支持。但是，这一类别的智能工具和仿真实验室总体上看还是相当缺乏的。主要原因不仅是技术开发难度较大，更重要的是真正符合教学和学习实际需要，且能够灵活多变的智能工具和仿真实验室模型建立困难[5]。此外，尽管在线学习系统和智能教学平台中存在海量的学习资源，但这些资源大多以简单分类的方式堆砌存储在资源库中，教师和学生为检索资源耗费大量时间，导致资源库中多数资源闲置、利用率低，也难以做到为教师和学生精准推荐适合的教学资源，普遍缺乏对资源科学分类和精准推荐的工具。对于各级各类学校而言，教师教学和学生学习情况的精准评价是至关重要的。特别是初高中学校，由于中高考的压力，考试训练仍然是教学的关键任务。精准评价的关键是所依据的试卷、练习与作业，能够系统、全面、准确测量出学生课程学习的知识与能力水平、素养形成情况等，它直接决定着评价的科学性、系统性和有效性。通过课堂练习或试卷布置、答题、自动判题和实时分析等功能，信息化教学系统很好地解决了课堂教学及时反馈问题，对于课堂教学评价起到了极大的提升作用。然而，无论是组卷，还是判题，从标准和方法方面没有改变。如果没有这些信息化应用，人工也是能够完成的。因此，这种情况下，信息化手段的应用，除了效率提高以外，并不代表着评价的质量真正发生了根本性改变。此外，目前绝大多数的精准评价，重在结果评价，更多的关注了应用信息化教学系统实现评价过程的自动和便利，忽视了学习方式、支撑工具及其作用的量化评价，对于评价依据的研究非常缺乏。概括起来讲，当前课堂信息化教学的主要问题包括，一是将课堂信息化教学主要定位在减负增效上，对于通过信息化实现教学变革和创新的重视程度不够，信息化教学创新方向不明确。二是教与学多为单一路径，缺少适合不同层次学生的教与学路径。三是信息技术手段支持教与学活动更多的使用一般性资源，缺乏能够真正支持学生体验学习、深度学习的交互式三维仿真实验室和智能学习工具等类别资源，能够引领开发方向的虚拟仿真实验室和智能学习工具模型研究不足。四是基于大数据的评价，更多的关注了结果评价，注重了技术使用，忽视了教与学方式和支撑条件的评价量化模型建立。究其根本原因是缺乏能够引导广大教师有效利用智能技术手段，解决课堂教学瓶颈性问题的途径和方法，特别是能够形成智能技术条件下可复制、可推广的稳定教学流程结构和实施方法，即新型课堂教学模式[6]。二、智能技术支持下的新型课堂教学模式构建思路与途径关于智能技术支持下的新型课堂教学模式构建，首先需要明确的是究竟按照什么样的思路构建，其次是课堂教学模式构建的具体途径是什么，然后按照所构建的新型教学模式开展教学活动，未来的课堂教学到底应该是一个什么样的样态。在智能技术支持下，原有的课堂教学，是否一定都需要重新构建新型课堂教学模式，显而易见是否定的。如果课堂教学已经很完美了，不存在任何问题或缺欠的话，那一定是不需要做任何教学改革和创新了，也不需要应用任何信息技术手段，自然更不需要构建智能技术支持下的新型教学模式了。然而，目前的课堂教学并非是十分完美，或多或少存在着这样或那样的问题或缺欠。比较典型的问题，诸如教师难以调动或激发学生学习欲望和积极性，对于疑难知识学生理解困难，学生缺乏能够提升创新思维能力和综合解决生活实际问题能力的机会，学生无法按照自己实际学习需要获得适合教师实时个性指导，教师及学生难以动态了解教与学存在问题等。这些问题，在常规条件下大多数都是很难破解的。人工智能、大数据、VR/AR、5G等智能技术的应用，为这些问题的解决提供了可能。但是，这些问题的解决，也绝不是拿来智能技术就直接能够很好地解决了。问题不同，需要的智能技术差异很大，具体技术的应用千差万别。但也绝不是没有规律可循的，从应用技术有效破解的途径和方法角度看，这些问题大致可以分为两大类：一类是教学思路和方法没有问题，主要是教学活动实施过程中缺少有效的手段和条件；另一类是教学思路和方法自身存在问题，进而导致教学效果不佳。这两种类别的问题，其在智能技术支持下的解决思路和方法有非常大的差异。对于只是教学手段和条件存在缺陷的情况，课堂教学信息化的主要任务是探索什么样的技术更有利于支持课堂教学活动的实施，重在智能技术支持教与学活动实施的应用规律。在这种情况下，新型课堂教学模式构建的基本思路是，针对既定的教与学活动安排，系统梳理出教学活动中教学手段和条件所存在的缺陷点，判断出哪些点可以通过智能技术提供有效支持手段和条件，并做出合理分类。在合理分类基础上，按照类别确定所需要的智能工具、资源及应用方式，相应的支撑系统功能要求，选择合适的信息化环境，并开展有针对性的信息化应用。在此基础上，逐步梳理总结出智能技术支撑教与学活动实施的应用规律[7]。对于教育思路和方法自身存在问题的情况，则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智能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，探索并形成智能技术支持下的新型课堂教学模式，选择相应的智能学习工具、资源与智能支撑环境，并在应用实证中迭代改进新型课堂教学模式，优化智能学习工具、资源与智能支撑环境。“互联网+”条件下新型课堂教学模式的构建，首先应做好学习逻辑设计，通过学习逻辑设计给出能够真正激发学生学习动机和兴趣，驱动学生学习全过程的分类分层次的学习任务，确定切实可行的教与学路径。其次，根据学习路径所确定的学习活动，探索出技术有效应用的规律和方法。第三，按照教与学活动的实际需要，梳理总结可能会引入名师的教学活动及引入方式，将优质教师以合适的方式引入课堂教学中，与任课教师联合完成课堂教学活动，为学生个性化学习提供精准的个别化指导，解决优质教师供给问题；第四，建立基于大数据的教学评价与优化。基于课程图谱，利用智能感知环境采集教与学过程和结果数据，动态分析每一个学生学习情况和教师教学情况，形成教与学分析报告，及时调控教与学活动，支持教师智慧教和学生个性学。智能技术支持下的课堂教学模式具体构建途径如图1所示。
三、智能技术支持下的新型课堂教学模式构建方向与类别按照前面所阐述的新型课堂教学模式构建思路，我们在全国多个地区的中小学开展了实证研究工作。特别是从2019年9月至今，在石嘴山市实验中学开展了为期两年的“互联网+”条件下新型课堂教学模式的实证研究工作，并与唐山、东营、苏州等多地学校联动研究。通过实证研究，我们发现各学科间的教学存在很大差异，但是也有很多共同之处。智能技术支持下的新型课堂教学模式，既有各学科通用的，也有各学科特色的。从总体上看，智能技术支持下的新型课堂教学模式，可以从多个不同的角度进行分类构建，诸如从知识学习和创新思维能力培养、课堂规模化教学和个性化学习有机结合、课程常态教学和特色学习、学科内和跨学科、校内和校外等不同角度构建。疑难知识理解和复杂问题探究等活动开展的有效性直接决定着课堂教学的质量。常规条件下，很多疑难知识学习和复杂问题探究等活动难以顺利开展，利用人工智能、大数据、VR/AR等技术所研究的智能工具、虚拟仿真实验室等能够很好地破解这一难题。因此，充分利用智能工具和虚拟仿真实验室等，支持疑难知识理解和复杂问题探究，实现深度学习是新型课堂教学模式应着重研究的问题。常规条件下不易理解的学习内容或难以探究的问题，一般情况下，需要两种不同类别的学习支持手段或条件。一种是能够将知识以可视化的形式呈现出来，并能够通过调整相关变量改变可视化呈现，且可通过人机交互，实现知识的应用体验和系统探究。另一种是提供丰富的相关资料，帮助理解和探究知识。对于需要精准和丰富的相关资料做支撑，才能更好地完成知识学习和探究活动的情况，常规条件下是很难做到的，信息技术在这个方面恰恰能够提供很好的支持。借助多媒体、“互联网+”、人工智能等技术，按照科学的分类体系建立资料库，将所有相关资料汇聚在一起，并开发智能检索引擎系统，使得教师和学生能够快速、便捷、精准获得所需要的资料，有效支持知识的系统学习和问题的深入探究。对于需要将知识以可视化的形式呈现出来，才能够有利于疑难知识理解和复杂问题探究的情况，不是简单将知识以可视化形式呈现出来，就一定能够很好的解决问题了。对于疑难知识学习而言，一是要能够可视化呈现知识的内在机理。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探究所需要的环境和各种工具，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。要想按照这种课堂教学模式开展教学活动，没有相应的智能学习工具和虚拟仿真实验室等支撑手段和条件是不可能的。这其中，比较关键的事情是需要借助人工智能和大数据等技术，计算仿真出符合知识内在机理的动态演化过程，并利用VR/AR等技术模拟仿真出真实样态并可交互，在此基础上，研究开发虚拟仿真实验室和学科智能学习工具等。在常规条件下，教师面对全班学生，只能选择适合大多数学生实际情况的教学模式开展教学活动，学生不可能随时随地得到最适合自己的教师指导和帮助，难以实现个性化学习。课后，当学生遇到学习困难时，更无法得到教师的个性化指导和帮助。班级统一教学情况下的个性化学习难以实现，已经成为制约教育高质量发展的瓶颈。因此，如何有效利用“互联网+”、人工智能、大数据等技术，将优秀教师按照不同学习方式，随时随地的供给所有学生是智能技术支持下的新型课堂教学模式构建时需要着重解决的问题。目前，借助网络等技术手段，构建能够有效支持学生个性化学习的新型课堂教学模式，切实可行的做法，一种是针对同步课堂教学中所存在的局部知识学习问题，以微课程的形式支持学生个性化学习；另一种是针对单元、阶段性及寒暑假等复习中所存在的知识梳理总结和系统应用等方面所存在的问题，以名师云课方式支持学生个性化复习。微课支持下的翻转学习，将知识讲授录制成微视频，让学生在课前通过学习任务单的引导进行学习，使学生能够根据自己的实际情况个性化的听讲。通过课前利用微课的个性化学习，基本上解决了基础知识的学习，将课堂更多的时间用于更高难度或复杂问题解决与任务完成，让学生有更多的深入思考和合作学习的机会，在完成复杂问题解决的同时，培养学生创新性思维等高阶思维能力。支持翻转学习的微课建设，比较好的做法是按照学习路径体系，有针对性地分类汇聚关键知识点和问题讲解的名师智慧。微课支持下的翻转学习新型教学模式构建方向如图2所示。
微课支持下的翻转学习应包括课前预习、启发指导、合作探究和梳理总结等环节。课前预习主要是借助微课进行自主学习，该阶段更加突出的是对本节课的知识内容，按照自己适合的方式选择适合自己的老师进行个性化听讲。在课上教师首先利用交流展示工具，分析学生课前自主学习情况，并针对共性问题进行讲解。在启发指导阶段，教师可以利用多媒体、VR/AR等技术，将抽象知识转化为直观生动的形态，并提供知识应用的虚拟场景，为探究提供必要的支撑。在合作探究阶段，通过师生互动、生生互助开展协作学习以达成问题解决，突破学习重难点。在梳理总结阶段，学生在教师和同伴的指导与帮助下再次内化知识与技能，不断重组、修改和优化自己的认知结构。课下，学生在单元及以上规模的阶段性复习中，如果遇到问题，很难找到高水平老师进行个别化辅导，而这种复习又直接决定着学生课程学习的质量。借助网络等技术手段，将最优秀的教师阶段性复习指导以名师云课的形式全面供给学生，是解决这一问题切实可行的途径和办法。名师云课支持下的系统复习新型教学模式构建方向如图3所示。
在构建名师云课支持下的系统复习模式时，应根据学生系统学习的不同需要，分类探索适合不同情况下的系统复习个性化学习模式。应分类研究如何汇集优秀教师，精心研磨课程体系，建设适合学生专题系统提升、模拟试题精讲、学生综合素养培养等支持学生个性化复习的课程。大数据支持下的教学精准评价与优化，应以学生为中心，在利用大数据对学生已有知识学习情况和学习方式情况进行分析的基础上，精准确定教学目标，科学设计教学活动流程，选择适切的教学资源与工具，实施教学活动。在教学活动过程中，应能够动态采集学生学习结果和方式大数据，适时分析学生学习情况，根据学生学习情况，动态选择合适的干预策略，调控教与学活动。基于教与学结果和方式大数据，建立学生学习数字画像，教师教学数字画像，实现教学的精准评价。大数据支持下教学精准评价与优化，应能够实时、动态采集多场景、全流程的学生学习结果和学习方式大数据，建立学习全过程数据档案。在课前，教师应能够充分利用大数据，精准分析个体和群体学生学习情况，了解群体学生共性学习规律，筛选出适合班级群体学生学习的共性学习路径。在课中，根据学生的学习行为表现和学习结果数据，动态监测学生学习状况，调控教学活动安排，为学生推荐个性化学习路径。在课后，基于学生学习数字画像，及时发现学生学习存在的问题，有针对性地提供个性化学习资源，安排适合的测试训练，帮助学生完成高品质个性化学习。由于单个学校的师资、场地等教学条件是有限的，任何一所学校都难以满足所有学生的个性学习需要。学校间通过相互合作，共同为学生提供优质教育服务，是解决这一问题切实可行的办法。如何充分利用“互联网+”、人工智能、大数据、VR/AR等技术手段，发挥课程提供学校教师优势，考虑学生时间、空间情况，最优化的实施课程，完成学习活动，是选课走校混合学习需要着重关注的问题。选课走校混合式学习，应根据协同学校的特色和优势，开发具有学校特色的通识课、延时课、兴趣课等，将所有合作院校的特色课程整合在一起，学生可以根据自身的个性需求选择学习内容和方式进行个性化学习，而不需要关心课程是否来自于本校。授课教师可以是校内教师与其他学校教师联合协同教学，也可以是其他学校优秀教师单独教学。选课走校混合式学习，以双赢甚至多赢为目标，以特色或优质教育资源为核心，以合作为基础，借助网络等技术所构建的教育新格局，打破传统教育在学科、教育资源、学习形式、组织结构等方面所存在的时间和空间界限，通过重新组织课程资源、调整教学组织结构等，实现学习内容、方式、方法的有效统整与融合，使学生在无边界混合式学习中实现对知识的全面系统学习，与生活实际建立更密切的联系。课程学习最终目的是培养学生问题解决能力和创新性思维能力，这些思维能力形成的最佳途径是与生活相联系，让学生在生活的社会实际场景中真实体验，真正了解知识的价值和作用，真正经历知识探索、运用，解决实际问题的过程。然而，这在当前学校教育中难以落实。因此，学校需要借助社会力量，和社区、企业、高校等有机结合，为学生提供知识融会贯通的真实应用场景，让学生有机会真实体验知识运用，在实际运用中经历真实问题解决的探究过程，提升实际问题解决的创新性思维能力，是当前教育教学改革的重要工作。由于受到时间、空间、老师等的限制，这样的培养活动通过教室中面对面的教学是难以完成的，这也正是新型课堂教学模式构建应着重解决的问题。校社联动混合式学习，通过跨越学校边界，建立学校与社区、企业、高校等社会单位的有机联系，充分发挥科研院所和高新技术企业的研发人员，企业、社区和服务机构等工作人员的作用，帮助学生建立所学课程内容与生活实际的联系，为学生建立知识综合运用体验、实际问题解决经历等的实施支撑体系，使学生能够有机会融入社会，了解社会，培养学生的实际问题意识、社会责任感、真正推动社会进步的创新能力。建立校社联动混合式学习模式时，应着重关注以项目为载体，充分利用知识综合运用体验、实际问题解决经历等的实施支撑体系，推进跨学科学习，加强各学科之间的融合，通过系列的生活实际问题把各学科知识串联起来，帮助学生形成一种多学科相互衔接、融会贯通，更加全面的生活实际问题解决能力。智能技术支持下的新型课堂教学模式构建的关键是，如何破解影响课堂教学质量的瓶颈性问题。通过对各地学校实际情况调查与分析，我们发现影响课堂教学质量的因素是多方面的，有教学资源、工具和系统方面的因素，也有学生整体情况等因素，但最为关键的因素是教师的教学思路及方法。当前，课堂教学最突出的问题是学生学习积极性和欲望调动不起来，所安排的教与学活动适切性不够，导致学生厌学、教学整体效果不理想，这些已成为制约课堂教学质量提升的主要障碍。在这种情况下，如果直接应用技术，再好的技术手段，对于教学问题的解决都是无济于事的。因此，智能技术支持下的新型课堂教学模式构建，应首先从破解学生学习积极性和欲望调动不起来及所安排的教与学活动适切性不够等瓶颈入手，找到能够真正有效调动学生学习积极性和欲望，动态调整教与学路径使之与群体学生实际情况尽可能吻合等的途径和办法。这就需要教师站在课程整体层面上，对教与学做统筹规划和系统设计，即做好学习逻辑设计。通过学习逻辑设计，一方面让学生能够明晰所要学习课程内容是为了解决什么问题、完成什么任务而安排的，这些内容与其他知识间的逻辑关系，最大限度地激活学生的学习欲望，使学生能够积极投入到学习当中。另一方面，尽可能选择适切的教与学路径，并能够根据教与学实际情况动态优化教与学活动安排，使得课堂教学的效果达到最佳程度。做学习逻辑设计，首先要明确的事情是在教学内容的多大范围内进行。广义上讲，学习逻辑设计应从学生终身发展的角度来统筹规划课程内容，要做顶层设计。实际教学中，顶层设计都是依据学科素养体系编写教材来完成的。需要做的事情是在有了教材之后，谋划在什么范围开展学习逻辑设计。有一点是明确的，就是没有太大关联关系的内容，根本没有必要放在一起来统筹考虑学习逻辑设计。原则上讲，只有知识间的关联关系太强，即它们之间耦合性非常紧密，很难割裂开组织教学活动，则有必要放在一起来统筹做学习逻辑设计。一般情况下，是以单元或某一系列知识为单位开展学习逻辑设计。在学习逻辑设计中，应让学生明晰知识间的关联关系，并在此基础上，合理安排所涉及知识的学习次序。比如小学语文课说明文阅读与写作，从教材的编写上，基本上都是以一组有代表性课文为单元来组织的。一般情况下，教师在开展教学设计时，只要按照教材的编排，就可以逐篇课文完成教学活动了。而学生基本上都能够理解说明文阅读在学习什么。但这只是让学生明白了要学习几篇课文，并不等同于学生通过这几篇文章的学习就能够完全掌握说明文的写作规律和方法，说明不同事情时的差异和应突出的内容等。学科不同，课程内容不同，相应的学习逻辑设计思路和方法差异非常大。应根据具体情况，做适合的学习逻辑设计。在学习逻辑设计方面，文科与理科的差别还是非常大的。比如，以语文阅读课为例，目前的教材基本上是以主题为线索，围绕一个主题安排几篇不同角度的课文，构成一个学习单元。这种情况下，学习逻辑设计的关键是让学生明白本单元的学习目的，包括文章类别、文章结构、写作手法等。学习逻辑设计首先要解决的问题是帮助学生搞清楚为什么要学习课程所安排的内容，即让学生明白课程学习的目的，这是教学最为关键的事情，它直接决定着学生是否有足够的欲望学习。当学生不清楚为什么而学习时，无论是课堂教学，还是课后学习，都不会有太好的效果。其次，让学生明白到底要学习哪些方面的知识，形成什么样的能力和素养。要想让学生明白为什么学习课程所安排的学习内容，从而激发学生的学习欲望，通过直接讲知识的方式是很难做到的，最好的办法是通过实际问题或任务，让学生明白学习该课程内容主要用于解决什么问题，或完成什么任务，学生自然而然就清楚了为什么要学习了。但是，在实际教学活动中，并不是什么样的问题/任务都能够很好的激发学生学习欲望的，如果所设计的问题/任务不好的话，仍然不能激发学生学习的欲望。因此，问题或任务的设计，就变得尤为重要。学习问题/任务的设计，是学习逻辑设计的核心工作。所设计的问题/任务，一方面应能够充分反映出这些问题/任务的解决或完成是十分必要的，且如果没有进一步的知识学习，就无法解决这些问题，无法完成这些任务。另一方面，应覆盖所有边界情况，且是分层递进的，能够有效引导学生由浅入深、系统全面开展学习活动。这里关键点是如何让学生从实际问题或任务入手，为了解决问题或完成任务，就必须掌握相应的知识，且知道掌握哪些方面的知识。例如，一名教师在PAD智能教室中上了全等三角形定义的一节课。教师首先利用多媒体工具，给出了两个很漂亮的三角形，通过拖拽，两个三角形完全重合了，然后告诉学生们这两个三角形就是全等三角形。接下来，教师通过教学工具给出了多个三角形，让学生们在自己的PAD上找全等三角形，并分组讨论。但课堂上实际情况是绝大多数学生都很沉闷，看上去非常不感兴趣，提问环节，没有学生愿意回答问题。就这一节课而言，出现这种问题的根本原因是缺乏学习逻辑设计所导致的。教师仅以教材本课时内容为单位安排教学活动，致使学生不知道学习这一节课的价值与意义，最终厌学。由于教师直接讲授什么是全等三角形，导致学生觉得多此一举，似乎没什么必要，一目了然的事情，还翻来覆去的讨论。这必然会引起连锁反应，致使后面的全等三角形性质学习更觉得枯燥乏味。为了解决学生不愿意学习问题，全等三角形的学习驱动问题/任务设计，至少应解决两个方面的问题，一是为什么要学习全等三角形，二是从哪些方面学习全等三角形相关的知识。因此，驱动全等三角形学习的问题/任务，必须是需要通过两个三角形全等才能够解决的问题或完成的任务，且在问题解决过程中，需要用到全等三角形的性质。基于上述思考，我们给出一个具体实例如下。某一礼堂顶部有一个三角形的装饰板，由于某种原因损坏了，需要重新制作一个并安装上去。正常情况下，需要工程人员先找到可以能够上到楼顶的梯子，上去测量三角形大小，再去制作，制作完成后再安装上去。这样就需要上去两次，比较麻烦。如果事先知道三角形尺寸的话，只需要上去一次就可以了。但是，事先掌握的三角形相关数据可能完整，有可能不完整，甚至没有。如果完整的话，就上去一次可以了。如果没有相关数据，就必须上去两次了。如果不完整的情况下，到底能不能判断出楼顶三角形的尺寸呢，什么条件下可能？ 给出这样一个问题/任务之后，可以让学生一方面明白两个三角形全等在解决实际问题是有用的，另一方面知道要想解决实际问题，至少知道三角形的什么信息就能够判定出两个三角形是否全等了。通过布置这样的一个问题/任务，学生才可能有兴趣利用学习工具通过PAD来探索出在掌握什么样的信息情况下，就可以做出和楼顶三角形板完全一样的替换板，进而知道学习全等三角形的价值和意义，以及三角形全等判定的条件。在驱动学习的问题/任务设计之后，课堂教学设计的主要任务，一方面是以知识学习为基础，如何让学生形成领域问题解决能力，另一方面是在知识学习和问题解决能力形成的基础上，如何培养学生的思维能力，特别是系统思维和创新思维能力。能否实现教学预期，完成所期望的学生能力和素养培养，关键在于教与学活动的设计与实施。教与学活动的设计与实施，直接决定着是否能够激活学生欲望，让学生全身心投入学习当中，轻松愉快地完成学习活动，在学习活动过程中思维能力得到启迪和发展，合作能力得到提升等。在常规教学条件下，通过经验积累，教师形成了相对稳定的教学思路和方法，与之相应的课堂教与学路径也较为单一、固定，难以保障对所教群体学生是最优的。有了智能技术后，尽管教学大数据的运用为教师改进教学活动提供了依据，但绝大多数教师没有能力独自筛选出适合群体学生的最佳教与学路径，这已成为课堂教学质量提升的瓶颈性问题。要想解决这一问题，最好的办法是基于教学大数据，利用深度学习技术筛选和优化切实可行教与学路径，建立完整教与学路径体系，在教与学路径体系和学习画像的基础上找到适合所教群体学生最优的教与学路径。针对某一具体类型学习内容，当对各种类别学生的情况都做了充分考虑后，选择出多种可行的教与学路径，并综合在一起，就构成了该学习内容的教与学路径体系，所有学习内容的教与学路径体系总和即为教与学路网。因此，如果建立了教与学路网体系，则对于教与学路径的设计和优化，将会起到系统、全面的引导和支持作用。一般情况下，一节课的教与学活动，可以分为两个阶段。第一阶段是完成基本知识学习，并形成相应的问题解决能力；第二阶段是在第一阶段学习的基础上，提炼归纳基于基本知识解决复杂问题的方法和应用策略，并形成复杂问题解决能力。因此，学习逻辑设计应分阶段进行，具体如图4所示。
在第一阶段，主要是完成基本知识学习和形成基本问题解决能力。在任务驱动下，基本知识的学习可以有两种途径，一是采取听讲或读懂方式让学生学会知识。在教师讲解或学生阅读基础上，通过问题解决、合作交流、教师指导等方式深化理解知识，并形成知识运用能力；二是让学生通过探究，归纳总结出问题解决的基本方法，并形成基本问题解决能力。在第二阶段，重点要完成的是在已经掌握基本知识和形成基本解决问题能力基础上，进一步学习复杂问题解决方法与策略，并形成能够解决不同层次、不同类别复杂问题的能力。在这一阶段的学习也有两种学习途径，一是在教师讲解复杂问题解决方法的基础上，学生通过进一步的多类别复杂问题解决、合作交流、教师指导等方式深入理解复杂问题解决方法，并形成不同层次、不同类别复杂问题的系统解决能力；另一种是学生在教师指导下，通过独立或者合作探索解决复杂问题的过程，归纳总结出不同层次、不同类别复杂问题的解决方法。教与学路径的设计，应充分考虑学习内容的特点，群体学生已有知识水平和认知能力，任课教师自身教学水平，可用教学条件等多方面因素，结合学生在不同时段的学习侧重，合理选择第一阶段和第二阶段应采取的教与学路径。当以创新性思维能力培养为主要导向，且学生的已有知识水平和认知能力能够较好开展探究学习，所学内容又适合采取探究学习方式时，对第一阶段和第二阶段的教学路径选择，原则上均应以学生“自主/合作探究、归纳总结”为主要学习方式。如果所学知识难度过大不适合采取探究学习方式，或者学生已有知识水平和认知能力不能足以开展探究性学习活动时，第一阶段的知识学习原则上采用第一种途径。但是第二阶段的学习，即复杂问题解决方法的学习，应尽可能采取学生归纳总结的方式完成学习活动。在当今时代，教育高质量发展体系的建设，离不开人工智能、大数据、“互联网+”、VR/AR等技术的有效应用。而教育高质量体系建设的关键在课堂教学，因此，智能技术支持下的新型课堂教学模式构建直接决定着课堂教学质量，进而影响教育高质量体系的建设。由此可见，未来借助智能技术手段构建培养高素质人才的新型课堂教学模式研究，将是信息化教学的核心工作，需要进一步的不断探索和实践。
参考文献：
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[6] 教基厅函[2019]46号,教育部办公厅关于推荐遴选“基于教学改革、融合信息技术的新型教与学模式”实验区的通知[Z].
[7] 钟绍春,钟卓等.如何构建智慧课堂[J].电化教育研究,2020,41(10):15-21+28.
作者简介：
钟绍春：教授，博士生导师，研究方向为智慧教育、人工智能。
钟卓：在读博士，研究方向为智慧学习、数字化学习环境。
范佳荣：在读博士，研究方向数字化学习环境。
赵雪梅：在读博士，研究方向为智慧教育、智慧教学。
杨澜：在读博士，研究方向为智慧教育，教学系统设计。