冯康

摘要：为丰富本科高校课堂教学改革的手段，提出了一种基于学情诊断的智慧课堂。它在课前通过智慧课堂物理载体，对即将讲授的新知识和新技能做一个前置介绍，然后通过学情诊断评估学生对新知识和新技能的认知水平，并针对认知水平的薄弱之处进行有目的的资源推送及确定课堂讨论主题，课堂中利用大屏幕和移动设备端，开展课堂讨论。实践发现，由于智慧课堂独有的课堂讨论发言的并发性，可以最终解决学生学习的遗留问题，极大地提高课堂教学的质量。因此，基于学情诊断的智慧课堂是一种有效的本科高校课堂教学改革手段。

关键词：智慧课堂;学情诊断;移动设备端;并发

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）27-0129-03

智慧课堂是本科高校智慧校园的基本单元，它是以培养创新型人才为目标，依赖现代教育技术，课前通过前置学习和学情诊断，评估学生对即将学习的新知识和新技能的认知水平，并根据评估情况开展有目的的资源推送，课堂上开展基于移动设备端的课堂讨论，以学生发言和教师讲解的并发性来收集和解决学生遗留问题的新型课堂。它是本科高校进一步贯彻落实全国教育大会和新时代全国高等学校本科教育工作会议精神，全面提升本科教育教学质量，开展课堂教学改革的重要手段。智慧课堂是一种崭新的教学改革手段，刚刚在全国高校中推广，并无统一的模式，尚无成熟的经验和做法，大家都在摸索中。本文以在本科高校电子信息类专业广泛开设的课程《单片机原理及应用》为例，结合作者在本科高校智慧課堂试点质量工程案例开展的体验，拓展智慧课堂的教学内涵，并对如何科学地开展智慧课堂进行总结。

1高质量的学情诊断是保证智慧课堂质量的基础

智慧课堂是一个有向的教学过程，学情诊断是整个教学过程的起点，它是了解学生知识点的欠缺，进行有目的的资源推送，确立课堂讨论主题的依据。学情诊断开始后，教师首先通过智慧课堂物理载体，对即将讲授的新知识和新技能做一个前置介绍，并设置检验新知识和新技能认知能力的互动答题，通过学生的前置学习和互动，诊断学生对新知识和新技能的认知水平。智慧课堂的物理载体不限，如“超星”智慧课堂、科大讯飞“多媒体教学机”等，我们采用的是“易班”高校教学综合互动平台。学情诊断的开始时间应该在实际授课的前5-4天内，这样使得学生有充分的时间提前学习并互动，又不至于太早而在实际上课时对前置学习的新知识和新技能有所遗忘。学情诊断的第一步是对新知识和新技能的前置介绍，前置介绍的形式多样，可以是“微课”视频、课件，也可以是背景知识，还可以是几个链接。比如我们在《单片机原理及应用》智慧课堂的“单片机的中断优先级”教学单元中，对新知识和新技能的前置介绍的时间是课前第5天，前置介绍的内容有微课视频2个，PPT课件1个，背景知识2篇，链接2个。2个微课视频分别是“什么是单片机中断的自然优先级”和“改变单片机中断自然优先级的案例”，每个微课视频的时长平均约90秒;其中“什么是单片机中断的自然优先级”微课视频录制的是教师在单片机开发板上实现的两个外部中断，其中外部中断0的中断（单片机的蜂鸣器发出1000HZ的声音）发生时，凭借其自然优先级高的特点，中断了外部中断1正在进行的中断（偶数位发光二极管和奇数位发光二极管交替闪烁），而“改变单片机中断自然优先级的案例”微课视频录制的视频还是刚才的两个中断，但学生看到的却是外部中断1的自然优先级虽然低，但通过改变，同样可以中断正在进行的外部中断0，通过这两个微课视频让学生直观地了解了“单片机中断优先级”这一新知识;1个PPT课件详细介绍了“单片机的中断优先级”教学单元中涉及的所有知识点和技能实现，有中断允许寄存器IE、中断优先级寄存器IP、两级中断嵌套、中断的自然优先级、单片机中断优先级的编程、单片机中断优先级的改变;两篇背景知识一篇是“中断优先级在计算机中的应用”，另一篇是“微型计算机的中断优先级”，为同学们普及中断优先级在计算机控制中的重要地位;2个链接分别是“电工学习网diangon.com”和“单片机基础教程网http：//www.5lhei.com/mcuteach/”，这是两个对单片机中断优先级学习非常有帮助的网站。学情诊断的第二步是设置检验学生掌握新知识和新技能的互动答题，诊断学生对新知识和新技能的认知水平。互动答题的题目可以和前置介绍同时推出，方便学生通过前置介绍学习完新知识和新技能后立刻答题，以检验自己的认知水平，互动答题题目的设计要有原则性，既要全面又要提炼出本教学单元的关键知识点和技能，通过这些答题的答案就能区分出学生对新知识和新技能的认知程度，不能降低标准，宁可学生都答错也要体现出认知水平，这是学情诊断的关键，它是后续有目的的资源推送的参考。比如我们在《单片机原理及应用》智慧课堂的“单片机的中断优先级”教学单元中，设置检验学生掌握新知识和新技能的互动答题是10题选择题，这10题既覆盖了中断允许寄存器IE、中断优先级寄存器IP、两级中断嵌套、中断的自然优先级这4个知识点，又提炼出了单片机中断优先级的编程、单片机中断优先级的改变这2个关键的技能。互动答题答案的提交时间是课前第3天，两个合班共89名学生在规定截止时间前全部提交了答案。我们对答题情况进行了统计，统计情况见表1。

互动答题的统计结果暴露出即将开设课程的新知识和新技能对同学们来说是个难点，即使经过了前置学习，对新知识和新技能的整体掌握水平仍然不高，尤其是对一些关键技能的掌握水平低。因此，后续的有目的的资源推送变得必不可少。

2有目的的资源推送有效弥补前置介绍的薄弱之处

通过学情诊断，对前置介绍后同学们掌握不足的部分就了解得比较深了，知道了同学们的薄弱之处，下一步紧接着就要进行有目的的资源推送。这个资源推送的时间应该在学情诊断完成后立即进行，比如在课前2天进行，资源推送也不能像前置学习那样追求全面，而是要有针对性，是根据前面的互动答题的情况来选择的，如我们开展的资源推送，是在仔细分析了学生互动答题情况后精心设计的，比如互动答题的第1题和第2题是考查同学们单片机中断优先级的概念和基础知识，同学们的正确率分别为93.3%和92.1%，说明同学们经过前置介绍的学习，对这两个知识的掌握是到位的，就不需要再推送相关的资源了;第3题、第4题和第5题的互动答题是考查同学们对于中断允许寄存器IE中总中断允许EA位和串口中断允许位ES、定时器1中断允许位ET1、外部中断1中断允许位EXl、定时器0中断允许位ET0、外部中断0中断允许位EX0之间的作用关系，同学们答题的正确率虽然超过了50%，但仍有一部分同学掌握不到位，错误的原因主要是混淆了中断允许寄存器IE中总中断允许EA位和各个源中断允许位的上下级关系，部分同学认为总中断允许EA的优先级是高于各个源中断允许，只要总中断允许EA=1，各个源中断就能中断允许，而实际上总中断允许EA=I虽然是上级，若EA=0则其他源中断肯定被屏蔽，但即使EA=I若单个源中断没开放，该源中断仍然被屏蔽。为此，我们专门撰写了一篇分析文档，详细厘清了总中断允许EA位和各个源中断允许位的上下级关系，并将分析文档立即推送给同学们。第6题到第10题共5题主要考查同学们应用单片机中断优先级的专业技能水平，正确率非常低，说明同学们应用单片机中断优先级专业技能水平非常低，是最需要推送这方面的资源;而最能让同学们掌握应用单片机中断优先级专业技能的资源就是实践案例，只有通过实践案例，同学才知道自然优先级是怎么分布的，如何通过软件编程的方法强行改变单片机的中断优先级，为此我们立刻设计了应用单片机中断优先级专业技能的实践案例3个，都是软硬件结合的实践案例，既有硬件的设计的要求，又有软件的编程、编译及最后下载后的结果，比如第一个案例按照自然优先级的顺序，检验外部中断0中断优先级高于定时器0、定时器0优先级高于外部中断1，而串口中断优先级最低的单片机自然优先级;第二个案例展示如何通过编程使得自然优先级低的串口中断高于外部中断1，第三个案例展示如何通过编程使得优先级低的定时器1中断正在进行的优先级高的外部中断0，这些案例都是真实应用的实践案例，全部设计方案及软件代码均在实际上课前2天推送给同学们，使得他们有时间进行接收并消化。

3基于移动设备端的课堂讨论是收集和解决遗留问题的最佳途径

通过前面的两个工作，新知识和新技能的前置介绍及不足之处的弥补都已完成，但仍然不能保证所有同学们都已全面掌握了新知识和新技能，学生仍然有很多遗留问题，解决这些遗留问题，智慧课堂中的课堂讨论是最佳途径，因为通过前置介绍和资源推送，基础的知识和概念学生都已掌握，这使得老师在智慧课堂的实际教学中可以快速地完成教学大纲规定的教学内容，从而预留出足够的时间来进行课堂讨论。课堂讨论的主题是在教师的备课中已经提前拟好，是在学情诊断和有目的资源推送后，对学生可能存在的问题进行科学预判拟定的，是达到全面掌握本教学单元的知识和技能应该具备的知识储备和技能储备，是从另一个角度检验学生对本教学单元的知识和技能的掌握水平。所以当老师打开智慧教室里大屏幕，通过智慧课堂的综合平台展现出讨论主题后，学生利用手中的移动设备端如平板电脑、智能手机就可以立刻投入到讨论中，学生发言大致可以分为两类，一类是已经掌握了本教学单元的知识和技能的同学从他们领悟的角度阐述他们对这些知识点的理解，并从学生的角度提出掌握这些知识和技能的技巧，一类是仍然没有掌握的同学抛出他们的困惑和遗留问题。由于智慧课堂发言的并发性，所有同学的发言可以瞬间呈现在大屏幕上，老师和同学都可以看到，由于第一类的同学的发言是从学生学习的角度阐述掌握知识和技能的技巧，常常能引起没有掌握的同学的共鸣，使他们豁然开窍，于是他们立刻发言，陈述通过同学的点拨，自己糊涂的地方已经弄明白了。比如，大屏幕上有同学提问如何以另一种方式再现外部中断0的优先级高于外部中断1，立刻有同学给出了这样的方案：把外部中断0设计为蜂鸣器发出1000HZ的持续声，外部中断1发出1000HZ的断续声音，当外部中断1发出1000HZ的断续声音时，启动外部中断0，结果1000HZ的断续声音停止，取而代之的是1000HZ的持续声，这个方案不同于老师推送的方案，提问同学随即给出一个大大的赞。对于一些顽固性问题，老师立刻进行现场讲解，随着讲解的深入，同学们再次发言，表明对老现场师讲解的理解，或再抛出新的问题，老师抓住这些线索，继续引深讲解，层层解疑，讨论越来越热烈越来越深入，随着课堂讨论的进行，遗留问题越来越少，同学们的掌握水平越来越高，先进带后进，老师带学生，一次轰轰烈烈的课堂讨论达到了高潮，所有的遗留问题都展现出来，所有展现出来的问题通过同学和老师的讨论都基本上得到了解决，从而使得基于移动设备端的课堂讨论将课堂教学的质量提升到了一个前所未有的高度。

4基于学情诊断的智慧课堂的优点

这种基于学情诊断的智慧课堂的成功除了物理载体上依赖现代教育技术带来的教與学互动的便利，还在于其更符合学生学习新知识和新技能从不懂到明白的认知规律，相对传统的课堂教学有着无法比拟的优势。首先，课前的预习不再局限于教材，传统课堂教学的前置介绍，教师也只能要求学生预习教材或指定参考书的内容，无法提供更多的素材，而基于学情诊断的智慧课堂的前置介绍的素材更加广泛丰富，既有教材、参考书，还有微课、视频、课件、案例、链接等等。其次，传统课堂教学是无法诊断同学们预习的质量，对预习质量的无法掌控导致无法针对性地提供对应的资源，进而进一步提升前置介绍的质量，而基于学情诊断的智慧课堂能立刻评估出学生对新知识和新技能的认知水平，并立即进行有目的的资源推送，进而进一步提升预习的质量。最后，传统教学中教师是带着对学生预习质量一无所知走进教室的，或者教师心中已经默认同学们预习质量肯定是差，所以教师的备课仍然以传输知识和技能为主，而不是以解决学生的问题为主，更无法在备课中设计出贴合学生实际掌握程度的讨论主题，这样，很多宝贵的课堂教学时间都花费在传授同学们基础知识和技能，而这些同学们通过前置介绍和资源推送都可以掌握;特别是传统课堂教学的课堂讨论，学生的提问只能是串行的，即同学只能一个一个地提问，前一个同学的问题没有答复完，后面的同学就没法提问，同学们提问问题的质量没法筛选，有的是简单的问题，仍然占用了一个提问流程和时间，回答问题的只能是老师，同学们即使有好的解答，也无法反馈给课堂，课堂讨论的效率低;而智慧课堂的课堂讨论，依靠大屏幕和移动设备端，提问和回答可以实时互动，讨论的主题是高质量的，是贴合学生实际掌握程度的讨论主题，学生的提问是并发的，学生提问的许多问题可以同时展现在大屏幕上，这样就可以挑选出高质量代表性的问题进行解答，解答问题的可以是老师，还可以是悟出道理的学生，尤其是学生的回答都是经历了从不懂到搞明白的过程，他们的回答能展现对课堂知识和技能学习的深层次认知，这对所有同学都有启发性，他们的答案更能引起提问同学的共鸣，而且随着讨论的深人，遗留的问题会越来越少，同学们对新知识和新技能的掌握达到了一个前所未有的水平，从而提高了整个智慧课堂教学的质量。因此，因此，基于学情诊断的智慧课堂是一种有效的本科高校课堂教学改革手段。