中小学课题申报书智慧学习空间构建与教学应用策略研究.docx

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中小学课题申报书智慧学习空间构建与教学应用策略研究

智慧学习空间构建与教学应用策略研究

学科分类：

基础教育

课题类别：

重点课题

关键词：

智慧学习空间、教学应用策略、基础教育

预期研究成果：

研究报告

课题设计论证

　　一、问题的提出、课题界定、国内外研究现状述评、选题意义与研究价值。

（一）问题的提出

2019年6月，中共中央国务院颁布的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》中提到：

要促进信息技术与教育教学融合应用，推进“教育+互联网”发展，建立覆盖义务教育各年级各学科的数字教育资源体系[1]。

2018年教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》中也明确指出要“构建智慧学习支持环境……大力推进智能教育，开展以学习者为中心的智能化教学支持环境建设”[2]。

这种国家层面的支持，为我国的教育，特别是基础教育的发展提供了强有力的政策保障，同时也促使广大教育工作者积极投身到教育信息化的实践以及研究工作中来。

在教育信息化的众多应用领域中，“智慧学习空间”近年来逐渐被引入基础教育的教学实践，并取得了一定成效。

通过“智慧教室”、“创客空间”以及“虚拟网络学习空间”等新颖的教学形式和技术手段，学生的学习积极性和创造性获得了明显提升。

但我们也应该注意到，目前各学校“智慧学习空间”建设的发力点还较为分散，对于其中的“物理空间”、“教学资源空间”以及“网络学习空间”等子空间尚未完全打通，不能发挥其合力作用。

为了更好地促进其在基础教育中的应用，本课题以小学教育为背景，拟对智慧学习空间的构建进行研究，并就相关教学应用策略展开实践探讨。

（二）课题的界定

1.智慧学习空间

对于教学过程而言，学习空间是教与学两种活动发生的载体与支撑[3]。

在“互联网”、“大数据”以及“人工智能”技术蓬勃发展的背景下，“学习空间”与各种“智慧”技术相结合的产物即是“智慧学习空间”，它是信息技术与教育教学深度融合的产物。

鉴于表现形式的不同，“智慧学习空间”可理解为包含若干子空间，如“物理空间”、“教学资源空间”、“网络学习空间”等，它们的共同特点是以智慧化的方式衔接“教”与“学”的活动。

“智慧学习空间”一般具备无缝泛在、交互参与、情境感知、个性化以及自适应性等特征[4]。

2.教学应用策略

本课题所述的“教学应用”特指基于“智慧学习空间”的相关教学应用，例如：

利用互联网开展的基于线上线下的混合式教学、在智慧实验室中进行的STEM教育、利用丰富教学资源促使学生自主学习的翻转课堂等。

基于“智慧学习空间”的教学应用是一个开放概念，不同的学科、不同的场景以及不同的目的都可能产生不同的教学应用。

本课题对“智慧学习空间”在小学教学中的具体应用策略（包括条件、程序、注意事项等）展开实证研究，为相关理论提供实践支撑。

（三）国内外研究现状述评

智慧学习空间（SmartLearningSpace）是现代信息技术与学习空间相融合的产物，是一个发展的概念。

由于关注点的不同，目前相关文献中对其术语的表达有一定差异性。

在国外，大多使用智慧学习环境（SmartLearningEnvironment）[5-7]进行描述，更多了突出了影响学习或教学的场域因素[4]。

国内，则对智慧教室（SmartClassroom）[8-9]、智慧校园（SmartCampus）[10-11]的研究较为丰富，这些可归为“物理空间”的范畴。

此外，智慧学习空间中关于“网络学习空间”的研究，也随着互联网的发展吸引了越来越多学者的关注，例如赵呈领等对网络学习空间的场域问题进行了分析[12]，吴林静等对网络学习空间中的在线学习行为展开的研究[13]。

而教育部于2018年发布的《网络学习空间建设与应用指南》[14]，则从政策层面体现了国家对网络学习空间应用的重视。

除了“物理空间”和“网络学习空间”外，教学资源对于教学的重要性也不言而喻，王志刚等分析了中小学电子教材作为基础教育现代化核心资源的重要性[15]，王岳等对多媒体教学资源促进农村中小学课堂教学模式变革进行了研究[16]。

由此可见，“物理空间”、“网络学习空间”和“教学资源空间”可作为推动“智慧学习空间”前进的三驾马车。

如果说“智慧学习空间”是底层基础，那么“教学应用”就是上层目的。

目前，基于“智慧学习空间”可以开展多种教学应用，例如：

基于“网络学习空间”线上可与线下相结合开展混合式教学[17-18]；在智慧教室中利用智能化感知设备对学习者行为进行分析[19]，利用学习者对教学资源的使用情况开展个性化推荐[20]等。

一般情况下，基于信息技术的教学应用都与物理空间、网络学习系统或学习资源等因素密切相关。

（四）选题意义与研究价值

　　在信息技术飞速发展的背景下，“人工智能”、“大数据”以及“互联网”等技术正在以革命性的方式促进着各行业的发展。

对于教育领域而言，上到国家层面，下到教师个人对教育环境的智慧化建设都越来越重视。

课题对“智慧学习空间”构建及教学应用展开研究，对于提升教学效果、改革教学方法具有明显的现实意义。

同时，课题中翻转课堂和混合式教学的应用探索，对基础教育的发展也具有一定的理论价值。

二、课题研究目标、研究内容、研究重点和创新之处。

（一）课题研究目标

基于校情进一步构建智慧学习空间，发展和完善有效的教学应用策略。

（二）研究内容

1.研究框架

基于“智慧学习空间”，开展教学应用的实践，整个过程在逻辑上包含三个层次。

研究框架如图1所示。

（1）基础层

“智慧学习空间”作为物质基础起着底层支撑作用，它包含“物理空间”、“教学资源空间”和“网络学习空间”三个子空间。

“物理空间”的概念涵盖一切有利于开展教学活动的智慧化教学场所，例如“智慧教室”、“创客空间”、“科技体验馆”等，结合本校的实际情况，课题主要基于“智慧教室”开展研究。

“教学资源空间”建设的重点在于资源，涉及教师所录制的教学视频、教学课件、练习题、考试资源等。

“网络学习空间”包含教学过程中所使用的各种信息化系统，如人人通、教育云以及通用化的QQ、微信等。

（2）中间层

中间层处于“智慧学习空间”和“教育应用”层之间，它对下起着打通各子空间之间信息通道的作用，对上则以较为统一的接口为教育应用提供基础服务。

涉及数据的打通，软硬件功能的衔接以及对外交互等。

（3）应用层

应用层主要涉及利用信息化和智慧化手段开展的各种教学实践活动，包含线上线下混合式教学、翻转课堂、基于信息化条件的个性化教学等。

2.研究内容

（1）智慧教室的建设

进一步完善智慧教室的建设，除丰富硬件投入外，充分利用人工智能、大数据以及互联网技术加强软件层面的建设。

引入面向学科的多媒体智能辅助教学系统，例如面向图形学习识图系统，面向语言学习的动画认字系统等。

同时，将物理空间与数字空间相融合，通过数字录播系统实现优质课视频教学资源的日常积累。

挖掘智慧教室中的学习交互功能，引导学生通过合作的方式开展探究式学习。

（2）教学资源的开发

加强视频教学资源库的建设，有针对性地对课程中的知识点录制微课，并以知识图谱的形式将其串接起来，形成知识网络，为混合学习、翻转课堂等提供资源基础。

充分利用智慧教室的数字记录功能，丰富生成性教学资源的积累，实现教学资源的创造性更新。

对于学生的学习成果，进行实体化与数字化双保存，对数字化保存的资源开展知识点标注，将其融入体系化的教学资源库。

（3）网络学习系统的整合

对于现有的网络学习系统，在功能、数据以及教学活动开展方式上的整合机制进行研究。

充分挖掘通用社交软件（如QQ、微信等）的交互性优势，实现跨越时间和空间的教学交互。

将多种形式的信息系统，纳入逻辑上统一的“网络学习空间”，实现网络教学活动的维度拓展，强化教师、学生、家长彼此之间的联系纽带。

（4）智慧学习空间中各子空间的融合

对于“物理空间”、“教学资源空间”以及“网络学习空间”各子系统，研究彼此之间信息融合和功能衔接的实现机制，为上层教学应用的开展提供较为统一的接口服务。

对于构建的自有教学资源库，将其导入网络学习系统，利用系统功能充分发挥自建教学资源的作用。

对于智慧教室，通过智慧化软硬件平台，调用教学资源库中的资源，将其无缝对接到教学活动。

同时，“智慧教室”和“网络学习空间”作为物理以及虚拟空间的载体，分别记录学生的学习行为数据，融合并形成学习者画像，为个性化教学活动的开展提供数据基础。

（5）翻转课堂中的个性化指导研究

翻转课堂教学实践中，学生在课堂外利用在线学习资源开展自主学习，教师在课堂中进行问题辅导，实现课堂内外的翻转。

这种教学方式以学生为中心，充分发挥学生的学习主动性，能有效提升学习效果。

但在线环境下的自主学习相较于传统课堂教学，教师的指导和交互功能有所减弱，不能保证所有学生的自主学习都能顺利完成。

为了进一步提升翻转课堂的教学效果，可在学生自主学习阶段和课堂指导阶段分别融入个性化引导。

学生自主学习阶段，在保证学生自主学习的前提下，可通过答题交互的方式对学生的阶段性学习效果进行判断，形成学情分析报表，并向学生推送合适的个性化学习资源，该过程主要通过“智慧学习空间”中的大数据分析功能实现。

在课堂指导阶段，教师通过学情分析报表制定差异化的教学策略，实现个性化指导。

课题将对个性化指导的方式和手段展开研究。

（6）混合式教学中的多要素整合研究

混合式教学实践中，通过“线上”与“线下”教学活动的结合，使教学过程在空间和时间维度得到扩展，可以把学习者的学习由浅到深地引向深度学习。

课题除对经典混合式教学进行实践外，还将尝试对多要素进行整合研究。

“线上”学习由于脱离了课堂环境，因此教师不能有效地对学习过程进行监督。

因此，可通过多元化的信息沟通手段，将家长引入到教学过程中来，借助“智慧学习空间”中的学情分析功能，使他们及时了解孩子的学习情况，从而实现有效监督。

同时，为了拓宽学生的视野及加强学习的深度，也可邀请高校教师、专家学者以及各种社会力量参与到网络课堂的教学活动中来。

通过此类方式，使混合式教学中单纯的“线上”“线下”混合，拓展为基于线上线下的，包含教师、学生、家长以及社会力量的多要素整合。

（三）研究重点和创新之处

1.研究重点

研究重点包含两个方面：

其一：

对“智慧学习空间”的构建研究，包括“物理空间”、“教学资源空间”、“网络学习空间”各子系统的构建及彼此之间的信息融合和功能衔接。

其二：

基于“智慧学习空间”的教学应用策略研究，包括翻转课堂中的个性化指导，以及混合式教学中的多要素整合研究。

2.创新之处

研究的创新之处主要有两点：

其一：

将“智慧学习空间”的范畴由单纯的“物理空间”拓展为包含“教学资源空间”和“网络学习空间”的整体，更为全面地体现了智慧技术对学习环境影响的范围。

其二：

利用智慧化手段，开展翻转课堂中的个性化指导，以及混合式教学中的多要素整合研究。

三、研究思路、研究方法、实施步骤、预期研究成果。

（一）研究思路

与研究框架相对应，课题的研究思路也可从三个层次加以陈述。

一、对“智慧学习空间”的内涵及各子系统的功能特征进行研究。

二、综合分析“智慧学习空间”的物质基础以及教学应用的上层需要，实现承上启下的各子系统信息融合和功能衔接。

三、实现教学应用策略的拓展与完善。

（二）研究方法

本可以拟采用文献研究法、技术实现法、实证法。

（三）实施步骤

本课题研究主要分为三个阶段：

准备阶段，实施阶段，评估阶段。

1.准备阶段（2020.9-2020.11）

进行文献研究，并对现有信息化系统进行分析，了解“智慧学习空间”构建的基本条件。

同时，对现在教学应用策略进行调研，分析不足，了解需求。

2.实施阶段（2020.12-2022.7）

对已有的信息化软硬件系统进行整合，对智慧教室进行改造和扩充，开展教学资源库的构建，并实现翻转课堂以及混合式教学应用策略的优化。

3.总结阶段（2022.8-2020.12）

对“智慧学习空间”助力教学的实际效果进行评估，进行课题总结和结题。

（四）预期研究成果

1.研究报告：

《智慧学习空间构建及教学应用策略研究报告》

2.调查报告：

《智慧学习空间建设的现状调查分析》《基于智慧学习空间的教学策略现状分析》

3.论文：

《基于智慧学习空间的教学策略研究》

　　四、主要参加者的学术背景、前期相关研究成果、核心观点等

（一）主要参加者的学术背景

课题负责人为学校校长兼书记，刘明亮，中学高级教师职称，获武汉市小学语文教学科研先进个人，参与研究的课题《生活德育的理论与实践研究》荣获过市级科技成果二等奖。

视野开阔，理念先进，有较高的理论水平和研究能力，可以承担本课题研究任务。

课题组成员秦惠敏、杨雪、杜曼黎、何凤、严梦、吴芬丽、徐方雅曾于2016年-2019年参与武汉市十三五规划重点课题《以“博雅”课程体系培育学生核心素养的校本研究》，全程参与问卷调查的编制、核心素养校本化研究、课程体系开发、校本课程研讨编制，共编印校本课程50余本，期间学校曾3次就该课题相关工作进行全区推介会，以上教师均承担课程展示工作，该课题于2019年12月成功通过课题结题评审会议，评审结果为优秀。

课题组全体成员有强烈的科研兴趣和执着精神，在不同学科和领域各有所长，能取长补短，具有开放的眼界和思维能力，能有效的进行合作交流，迸发思维的火花，能熟练运用电脑进行文字、表格和数据的处理，能运用网络查阅研究资料，有足够的精力和时间进行调查、搜集第一手资料，使课题结论更有说服力，能较好的处理工作和课题研究的关系，有充分的时间按时按质完成课题研究。

（二）前期相关研究成果

　　1.对“智慧学习空间”的初步构建

　　我校在教育信息大环境下，根据学校实际情况，进行“智慧学习空间”的建设研究，初步构建一个终端，三个场景充分发挥现有设备的效率。

　　一个终端指学校开设的“智慧学习空间”以“武汉教育云”为终端。

场景一是学校每个教室及功能室配有希沃触控一体机，可以充分利用“武汉教育云”辅助教学，课堂实录、学生学习效果、学生个性化作业、作业点评讲解都可在该终端上查看。

为保证终端的使用普及，学校多次开展教育云平台使用学习，教学助手、互动课堂、移动讲台、家校帮及希沃授课助手在我们的课堂中经常使用，现在学校人人都会使用电子白板上课，且做到节节课用，学科信息化使用率100%，青年教师信息化素养高。

场景二是学校新建智慧教室，配备电子书包设备，在这一场景可实现教师、学生使用平板教学云端互动，授课具体信息统一更新“武汉教育云”。

场景三是每个教师配备电子班牌，和“武汉教育云”同步，学生可利用课余时间在电子班牌上进行复习巩固，同时教师可在终端上推送阅读、新闻等信息，学生均可查阅学习。

　　2.基于“智慧学习空间”的教学应用策略研究

　　青年教师在充分学习探索“智慧学习空间”后，进行信息技术与课堂教学深度融合的教学探索。

2017年7月，吴曦老师充分使用1个平台，2个硬件和2个软件执教《认识钟表》，获第十五届全国NOC中小学信息技术创新与实践大赛总决赛教学实践评优赛项一等奖。

该课在设计中结合了大量的操作活动来学习，将抽象的时间特性转化为学生可见、可触摸，可理解的活动，为学生创造了开放多元的学习内容。

2019年7月，杨雪老师再次出征全国教师信息素养大赛，以翻转课堂的教学形式将《倍的认识》一课分解为两个探究话题，借助平板教学进行师生、生生互动，增强了对“倍”这一概念的理解。

　　同时，学校大力开展“智慧课堂展示周活动”，促进青年教师将信息技术融入常规课堂教学中。

应学校“智慧学习空间”的教学应用恰当合时，2018-2019年连续两年承办东西湖区信息技术与课堂教学深度融合主题月活动开幕式，我校教师的现代教育理念及现代教育技术的灵活运用得到入会领导高度好评。

　　（三）核心观点

　　通过“智慧学习空间”的构建，将智能技术引入到多维度的学习环境（物理空间、资源空间、网络学习空间）之中，是教育信息化的崭新发展形式，对于提升基础教育的教学效果、改革教学方法具有明显的现实意义。

同时，在全球数字化的趋势下，开展基于“智慧学习空间”的教育应用策略研究，也是促进基础教育发展的有效路径。

　　五、开展本课题研究的主要参考文献

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课题编号：

8985