未來課堂環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)*

葉新東，陳衛(wèi)東，張際平

(1.溫州大學(xué) 教育技術(shù)系，浙江 溫州 325002；2.蘇州科技學(xué)院 傳媒與科學(xué)技術(shù)系，江蘇 蘇州 215009；3.華東師范大學(xué) 教育信息技術(shù)學(xué)系，上海 200062)

未來課堂環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)*

葉新東1，陳衛(wèi)東2，張際平3

(1.溫州大學(xué) 教育技術(shù)系，浙江 溫州 325002；2.蘇州科技學(xué)院 傳媒與科學(xué)技術(shù)系，江蘇 蘇州 215009；3.華東師范大學(xué) 教育信息技術(shù)學(xué)系，上海 200062)

以未來課堂研究為代表的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計研究，隨著新技術(shù)新媒體的引入，逐步清晰起來。該研究通過確定未來課堂設(shè)計理念與原則，提出了未來課堂環(huán)境模型和設(shè)計原則，然后針對使用者—中小學(xué)教師和學(xué)生實施了問卷調(diào)查和教師訪談，獲得了對未來課堂教學(xué)硬件環(huán)境的用戶需求，并在結(jié)合對未來課堂相關(guān)的硬件技術(shù)(無線技術(shù)和屏顯示技術(shù))的分析后提出了未來課堂環(huán)境架構(gòu)方案，進(jìn)行了硬件選型和環(huán)境構(gòu)建。該研究希望為未來課堂的設(shè)計提供一個實踐案例，為以后基于未來課堂的教學(xué)研究提供環(huán)境基礎(chǔ)。

未來課堂；環(huán)境；設(shè)計；實現(xiàn)

一、引言

教育技術(shù)是以技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)和出發(fā)點，以技術(shù)在教育中的運(yùn)用為核心內(nèi)容，以優(yōu)化教育教學(xué)過程為目的和歸宿的[1]。IT技術(shù)的發(fā)展為人類的學(xué)習(xí)方式帶來了前所未有的變革，但是由于設(shè)備的存在感越來越強(qiáng)，空間感越來越壓迫，老師需要不斷地適應(yīng)新技術(shù)的應(yīng)用，技術(shù)可能會分散學(xué)生上課時候的注意力，這可能對課堂教學(xué)活動造成負(fù)擔(dān)。我們不能只是功利地直接將各種涌現(xiàn)出來的新技術(shù)進(jìn)行堆砌，不要面對紛繁復(fù)雜的各種新技術(shù)的時候，慣性地陷入一種為技術(shù)而技術(shù)的誤區(qū)，因為教室畢竟有別于一般場所，需要的是一個寬敞、舒適和部署簡單但功能強(qiáng)大的學(xué)習(xí)環(huán)境，需要的是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和設(shè)備的整合。因此在未來課堂環(huán)境的設(shè)計時需要定位明確，找準(zhǔn)問題實質(zhì)，結(jié)合課堂教學(xué)環(huán)境的真正需求而進(jìn)行研究設(shè)計。正如情景學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“學(xué)習(xí)不是傳輸?shù)倪^程，也不是接受的過程。學(xué)習(xí)是需要意志的、有意圖的、積極的、自覺的、建構(gòu)的實踐，該實踐包括互動的意圖—行動—反思活動”[2]，構(gòu)建一個有利于學(xué)習(xí)實踐發(fā)生的課堂教學(xué)環(huán)境至關(guān)重要。當(dāng)然課堂教學(xué)環(huán)境的研究也涌現(xiàn)了不同的視角和觀點，在學(xué)習(xí)空間的研究進(jìn)展中，最近的研究強(qiáng)調(diào)能夠促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)有效模式形成的四個方面的重要性，包括：物理學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計、認(rèn)知理論的理解、技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新和教學(xué)方法論的建構(gòu)[3]。

二、設(shè)計理念與原則

校園的課堂環(huán)境包括物理環(huán)境和心理環(huán)境，前者的好壞能夠直接影響學(xué)生的課堂情感體驗，良好的課堂物理環(huán)境能給學(xué)生以舒適感、安全感和愉悅感，能激發(fā)出學(xué)生積極的情感體驗，形成樂學(xué)的心理狀態(tài)[4]。作為體現(xiàn)以人為本，關(guān)注學(xué)習(xí)者創(chuàng)新素質(zhì)及能力培養(yǎng)的“未來課堂”的設(shè)計，滿足未來課堂教學(xué)支持的需求，提升課堂教學(xué)質(zhì)量，體現(xiàn)個性教學(xué)彈性靈活，其理念應(yīng)體現(xiàn)為以學(xué)習(xí)者為中心。

(一)設(shè)計理念

本研究所涉及的未來課堂教學(xué)環(huán)境應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的設(shè)計思想。要體現(xiàn)這一設(shè)計理念，就是要積極創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)者有效學(xué)習(xí)的環(huán)境和氛圍，重視對其學(xué)習(xí)的指導(dǎo)和幫助，所設(shè)計的環(huán)境要能夠調(diào)動學(xué)習(xí)者的自主性學(xué)習(xí)、小組學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性學(xué)習(xí)的積極性，注重培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的合作學(xué)習(xí)能力；并且所設(shè)計的學(xué)習(xí)環(huán)境能夠讓學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中展示自己的想法和成果，讓其享受到學(xué)習(xí)的樂趣和成就感。

未來課堂以互動為核心，建構(gòu)一個服務(wù)和支持課堂教學(xué)主體的發(fā)展，各構(gòu)成要素和諧共存的教與學(xué)的活動及環(huán)境。未來課堂本身應(yīng)成為教與學(xué)過程的重要組成部分，無論是課堂的外在物理環(huán)境，還是課堂教與學(xué)過程中形成的心理環(huán)境，均需要關(guān)注課堂主體的用戶體驗。這些體驗包括環(huán)境體驗、活動體驗、情感體驗、思考體驗和關(guān)聯(lián)體驗[5]。其中環(huán)境體驗是指未來課堂訴諸于課堂主體視覺、聽覺、觸覺、味覺和嗅覺等感官方面的體驗。環(huán)境影響人的行為，良好的環(huán)境體驗?zāi)軌虼龠M(jìn)課堂主體良好行為的發(fā)生。情感體驗是課堂主體內(nèi)心的感覺和情感創(chuàng)造，情感體驗是在環(huán)境體驗之上的，課堂中課堂主體與課堂環(huán)境之間的相互作用會引發(fā)課堂主體情感方面的變化，這一變化會影響課堂主體的動機(jī)和行為。思考體驗是課堂主體在未來課堂中創(chuàng)造認(rèn)知和解決問題的體驗，教與學(xué)的過程是一個創(chuàng)造認(rèn)知與解決問題的過程，這個過程中形成的思考體驗會促進(jìn)課堂主體在認(rèn)知和技能等方面的發(fā)展?；顒芋w驗是影響課堂主體教與學(xué)活動的行為體驗，是課堂中主體間以及主體與客體間互動的體驗。關(guān)聯(lián)體驗則包含了環(huán)境、情感、思考與活動體驗的很多方面。然而，關(guān)聯(lián)體驗又超越了個人感情、個性，加上“個人體驗”，而且使個人與理想自我、他人、或是文化產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，這是體驗的最高層次[6]。除此之外還需滿足學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需求(促進(jìn)個體學(xué)習(xí)和社會化學(xué)習(xí))。無論是課堂空間的布局，設(shè)備技術(shù)的選擇，還是教與學(xué)資源的設(shè)計、活動的組織實施等均需體現(xiàn)良好的可用性、易用性，這些都充分說明未來課堂的設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的設(shè)計理念。

根據(jù)未來課堂的環(huán)境設(shè)計理念，我們提出了未來課堂環(huán)境模型，如圖1所示。未來課堂環(huán)境模型實質(zhì)上是一個云模型，核心為云端技術(shù)。該模型分為四個層次：物理硬件層、云虛擬化層、教育中間件層和應(yīng)用接口層。

由圖1可以看出，未來課堂環(huán)境模型的最低層為物理硬件層，包括主要的物理硬件設(shè)備，如服務(wù)器集群、存儲設(shè)備群、教室基礎(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

云虛擬化層為核心層，將會引入云計算技術(shù)，輔以虛擬化技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)等的無縫整合，將物理硬件層進(jìn)行升級和改善，打造出一個云課堂基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，即是一個云服務(wù)部署平臺，包括云數(shù)據(jù)庫、云內(nèi)容管理、云存儲、云搜索引擎、云數(shù)據(jù)分析和云計算等。

圖1 未來課堂環(huán)境模型

教育中間件層是在云應(yīng)用運(yùn)境下，實現(xiàn)綜合教育信息化功能，各種教育軟件的統(tǒng)一平臺應(yīng)用，并具有強(qiáng)大的移植性和伸縮性。未來課堂強(qiáng)調(diào)課堂學(xué)習(xí)方式的多元化，強(qiáng)調(diào)滿足學(xué)習(xí)者的自主、個性化和泛在學(xué)習(xí)需求。課堂學(xué)習(xí)資源可以達(dá)到真正意義上的最低成本的共享，同時可以將課堂直播系統(tǒng)、智能錄播系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)和課堂問卷系統(tǒng)等集成于同一個云平臺。

應(yīng)用接口層，提供強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用接口和公共的通信服務(wù)，通過網(wǎng)絡(luò)和接口將課堂空間進(jìn)行延伸，用戶可以便捷地訪問云端設(shè)備和服務(wù)。用戶可以在任何時間、任何地點、任何瘦終端教室設(shè)備(筆記本、iPad、手機(jī)、信息采集器、電子交互白板等)，通過通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)或物聯(lián)網(wǎng)等任一方式訪問云端資源。

(二)設(shè)計原則

根據(jù)對真實的未來課堂環(huán)境需求的理解，具體進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)重點關(guān)注這個場所的特定功能，關(guān)注如何利用技術(shù)改進(jìn)學(xué)習(xí)工具的使用，改善教學(xué)效能，對各個環(huán)節(jié)進(jìn)行分析和合理設(shè)計。筆者認(rèn)為，本研究的設(shè)計首先應(yīng)把握九個前提原則(如下頁圖2所示)，即新模型化、穩(wěn)定性、透明性、兼容性、交互性、友好性、方便性、先進(jìn)性。

未來課堂教學(xué)環(huán)境的九個設(shè)計原則表明：首先，必須改革傳統(tǒng)課堂模式，實現(xiàn)新模型化；其次，穩(wěn)定性、透明性和兼容性應(yīng)該是一項教育技術(shù)同時具備的條件，該研究環(huán)境中的技術(shù)應(yīng)能很好地隱藏技術(shù)細(xì)節(jié)，能長期穩(wěn)定地工作，具有符合國際和國家標(biāo)準(zhǔn)的接口；第三，交互性是教學(xué)技術(shù)服務(wù)的目標(biāo)，只有老師和學(xué)生能很熟練、很容易地使用這些技術(shù)，才能很好地達(dá)到交互的目的，它與友好性和方便性這三個原則放在了一個位置；最后，在上述原則的基礎(chǔ)上，才能去關(guān)心先進(jìn)性，如果拋開上述原則而單獨去關(guān)心技術(shù)的先進(jìn)性是沒有任何意義的。本研究認(rèn)為作為實施課堂教學(xué)活動的主要場所，未來課堂也是一個相對正規(guī)的學(xué)習(xí)空間，這個空間的設(shè)計主要考慮的維度應(yīng)包括教育理論的維度、技術(shù)應(yīng)用的維度和空間設(shè)計的維度，目的在于將未來課堂的空間環(huán)境、所使用的技術(shù)手段以及采用的教育教學(xué)內(nèi)容、方法有機(jī)結(jié)合，共同促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)與發(fā)展。

圖2 未來課堂環(huán)境設(shè)計原則

三、物理環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)

(一)需求分析

為了讓設(shè)計出來的未來課堂教學(xué)環(huán)境更加符合教師和學(xué)生的需求和愿景，本研究在設(shè)計之前，對中小學(xué)教師和學(xué)生實施了問卷調(diào)查和訪談。問卷主要從三個方面對師生進(jìn)行調(diào)查，包括：(1)學(xué)校課堂信息化教學(xué)環(huán)境建設(shè)情況；(2)現(xiàn)有課堂信息化教學(xué)環(huán)境建設(shè)應(yīng)用情況；(3)對未來課堂信息化教學(xué)環(huán)境建設(shè)的期望。訪談主要針對中小學(xué)教師對于未來課堂的看法進(jìn)行。

1.問卷調(diào)查

問卷采用了李克特5級量表，調(diào)查對象主要是溫州地區(qū)中小學(xué)教師和學(xué)生，一共發(fā)出學(xué)生問卷320份，教師問卷120份，收回學(xué)生問卷318份，有效問卷310份，收回教師問卷120份，有效問卷120份。學(xué)生問卷主要集中在初中學(xué)生，只有小部分學(xué)生是高中生和小學(xué)生。教師問卷集中在初中教師，小部分為高中教師，學(xué)科不特定，各個學(xué)科都有。

從問卷的結(jié)果可以看出，現(xiàn)在中學(xué)的信息化教學(xué)建設(shè)水平都上了一個臺階，但深入程度并不夠。很多傳統(tǒng)的教學(xué)方式在繼續(xù)沿用，教室環(huán)境改革力度也不夠。學(xué)生在這樣的教學(xué)環(huán)境下既有十分適應(yīng)的，也有很期待改進(jìn)的。教師認(rèn)為現(xiàn)在課堂信息化教學(xué)環(huán)境已經(jīng)相對成熟，在交互方面還是較令人滿意的。但是不可避免的，它還是存在許多缺陷，因此需要在未來課堂教學(xué)改革中有所完善。

學(xué)生在現(xiàn)在的課堂上，更加注重和教師之間的交流，而不是老師一味地講課。不僅希望通過老師講課獲得知識，也希望通過自己的探索獲得更多知識。另外，對小組合作和個人學(xué)習(xí)，希望有更先進(jìn)的教學(xué)媒體和技術(shù)提供支持，來提高效率、激發(fā)興趣。對一個班級人數(shù)定位在15-25人，小組合作人數(shù)也希望在4-6人，這有可能是學(xué)生比較容易接受的小班化教育和小組合作。從該部分的調(diào)查我們不難看出教師對技術(shù)的認(rèn)可，以及對使用技術(shù)設(shè)備的能力的看重。教師也希望可以通過多種技術(shù)手段與渠道拓寬學(xué)生們的學(xué)習(xí)范圍，提高他們學(xué)習(xí)的自主性及效率。

學(xué)生們對未來課堂信息化教學(xué)環(huán)境建設(shè)還是有很多期待的：有高科技媒體和技術(shù)的支持，相對舒適的教室環(huán)境，高效、互動性高的個人和小組學(xué)習(xí)環(huán)境，自主性高的自學(xué)平臺。教師們最希望改變的是學(xué)習(xí)方式，其次是教學(xué)模式維度以及人數(shù)控制。在具體的改進(jìn)過程中，肯定也離不開對其他許多方面內(nèi)容的不斷研究與探索，以期在改進(jìn)后達(dá)到他們所預(yù)期的促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的目標(biāo)效果。

本研究對調(diào)查結(jié)果中與未來課堂環(huán)境建設(shè)有關(guān)的數(shù)據(jù)項進(jìn)行了統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，其中師生對平板電腦進(jìn)入課堂成為學(xué)習(xí)設(shè)備之一(S10)、平板電腦作為電子書包對學(xué)習(xí)有好處(S11)、在未來的課堂教學(xué)中學(xué)生有更多機(jī)會和同學(xué)老師交流(S4)、合作學(xué)習(xí)方式需要有討論小組獨立的展示屏來展示作品成果(S9)、課堂學(xué)習(xí)需要隨時從網(wǎng)絡(luò)中獲取額外的學(xué)習(xí)資源(S13)、每個學(xué)生一個終端會提高學(xué)習(xí)效率(S12)、現(xiàn)在的課桌椅的排列方式和形態(tài)不利于課堂上的合作交流(T7)、技術(shù)設(shè)備在未來教室中很重要(T4)、各種終端和展示屏都要用無線互聯(lián)(T15)、平板電腦很有可能進(jìn)入課堂(T14)、未來課堂在空間和布局上更具靈活性(T3)、大型交互屏有利于教學(xué)效果(T10)、在未來的課堂教學(xué)中應(yīng)該加強(qiáng)學(xué)生個性化學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等方式(T5)等都表現(xiàn)出來較高的肯定態(tài)度。這13個調(diào)查項目的所得數(shù)值如表1所示：

表1 調(diào)查項目得分統(tǒng)計表

續(xù)表1

從對上頁表1的數(shù)據(jù)分析可以看出，給出的所有調(diào)查項目的平均值均在2.5以下，說明中小學(xué)教師和學(xué)生對于未來課堂中以上幾個調(diào)查項目所述問題還比較認(rèn)可和接受。尤其是對平板電腦進(jìn)入課堂的應(yīng)用以及多屏環(huán)境的學(xué)習(xí)給予了肯定。另外在對320位中小學(xué)生的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有近80%的學(xué)生認(rèn)為4-6人進(jìn)行小組合作最為合適，70%的學(xué)生認(rèn)為15-20人組成一個班比較合適。

2.訪談?wù){(diào)查

另外，本研究還對中小學(xué)各學(xué)科教師進(jìn)行了訪談?wù){(diào)查，一共做了16份訪談，訪談對象包括各個學(xué)科初、高中教師。由于未來課堂環(huán)境建設(shè)偏重于新技術(shù)接受方面，其中8份選擇信息技術(shù)教師作為訪談對象。對訪談結(jié)果進(jìn)行匯總后筆者發(fā)現(xiàn)，100%的教師都覺得現(xiàn)在的教學(xué)環(huán)境存在很多不足，例如教學(xué)輔助設(shè)備和教學(xué)資源利用率較低、小組合作學(xué)習(xí)過于形式、技術(shù)未起到真正作用等。

在被問到現(xiàn)在教學(xué)環(huán)境存在何種問題或不足時，教師認(rèn)為當(dāng)今的教學(xué)環(huán)境還是以基于課堂單方向的傳授式教學(xué)為主，教學(xué)環(huán)境缺乏一定的自由度，對于學(xué)生的交流合作、主動學(xué)習(xí)等還是有一定的限制。在溫州初中、高中環(huán)境下，教室布局還是傳統(tǒng)的并排式擺放，可供學(xué)生活動的空間較少，不利于小組合作學(xué)習(xí)。但在與高中老師的交流中，我們得知，教師們對此也很無奈，幾乎所有老師都知道小組合作學(xué)習(xí)、自由度大的教室對學(xué)生的學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)興趣等的培養(yǎng)有好處；但是，就當(dāng)今的高考壓力以及教學(xué)任務(wù)來說，不允許他們進(jìn)行這樣的改革。老師們覺得教學(xué)環(huán)境的根本改變，還得從教學(xué)體制的改變以及教學(xué)評價體系的改變說起，否則傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境的弊端將繼續(xù)延續(xù)下去，難以改變。

在被問及可移動的終端是否會成為主角時，老師們多數(shù)認(rèn)為可移動終端在現(xiàn)今的教學(xué)環(huán)境下的必要性不是很大，并且可移動終端存在分散學(xué)生注意力等弊端，但老師也普遍認(rèn)為可移動終端將成為一種趨勢，在未來應(yīng)該會得到普及。多數(shù)老師認(rèn)為現(xiàn)在移動終端的附加功能太多了，肯定會分散學(xué)生注意力的，合理地進(jìn)行控制才是關(guān)鍵。

在未來課堂對教師學(xué)習(xí)應(yīng)用新技術(shù)教學(xué)的負(fù)擔(dān)有何看法中，老師們覺得新技術(shù)的運(yùn)用的負(fù)擔(dān)肯定是有的，并且新技術(shù)是否能完全地、很好地應(yīng)用到教學(xué)中，這很難說，并且就一些老教師來說，已經(jīng)形成了自己的一套教學(xué)體系，如果進(jìn)行新技術(shù)的普及會存在一定的阻力。

對于未來課堂配置智能實錄系統(tǒng)記錄的課堂教學(xué)，教師們普遍認(rèn)為課堂實錄系統(tǒng)的必要性還是非常大的，課堂實錄系統(tǒng)對于教師(尤其是新教師)改進(jìn)教學(xué)方式、發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的不足等都是非常必要的，相當(dāng)于一種實時的評價體系，對教學(xué)的改進(jìn)非常有好處。

對于未來課堂實驗室為每一個學(xué)習(xí)小組配置的公用顯示屏能否促進(jìn)小組同學(xué)之間的交流和學(xué)習(xí)，老師們認(rèn)為公用顯示屏只是作為一種交流的手段，當(dāng)然，它能促進(jìn)小組間的交流與學(xué)習(xí)，但是否必要還很難說，畢竟有許多的交流形式來說比公用顯示屏可能有效、更利于普及，對公用顯示屏是否存在技術(shù)障礙存在疑慮。

課桌椅形式和排列對學(xué)生的分組學(xué)習(xí)是否產(chǎn)生影響？教師們普遍認(rèn)為在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，并列式的課桌椅擺放已經(jīng)進(jìn)行了這么多年，對于分組學(xué)習(xí)存在一定的不足。但是作為相對成熟的一種教學(xué)環(huán)境，分組學(xué)習(xí)也可以在并列式擺放下進(jìn)行，影響有但是可以克服。就現(xiàn)在的教室大小與布局來說，為了小組學(xué)習(xí)而改變教室課桌椅擺放的方法可行性倒不是很大。

通過調(diào)查問卷和訪談，整體來說，對于新技術(shù)和裝備引入課堂學(xué)生表現(xiàn)得更為期待；對于靈活的個性化學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)方式，教師表現(xiàn)得更為認(rèn)可，但是教師對于改變現(xiàn)有課堂形式和教學(xué)策略存在一定的顧慮。這對未來課堂環(huán)境的設(shè)計提出了更高的要求，技術(shù)的師生體驗度成為環(huán)境設(shè)計的重要指標(biāo)，技術(shù)的先進(jìn)性應(yīng)該建立在易用性和良好的體驗基礎(chǔ)上。

(二)設(shè)計思路和關(guān)鍵技術(shù)

1.設(shè)計思路

根據(jù)前兩節(jié)的需求分析和設(shè)計原則，從物理架構(gòu)角度看，未來課堂是個教學(xué)場所，是一個有限的教室空間，教室里越簡潔，空間使用率越高，感官舒適度越高。因此，未來課堂教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(如下頁圖3所示)，首先必須充分利用新技術(shù)新媒體的優(yōu)勢，實現(xiàn)設(shè)備集成與智能化控制、大容量的數(shù)據(jù)存儲和安全管理、不同設(shè)備間的數(shù)據(jù)與應(yīng)用無線共享、降低成本、易用性和便捷管理、快速便捷的網(wǎng)絡(luò)接入通道、友好的訪問方式。利用無線技術(shù)和觸屏顯示技術(shù)為師生構(gòu)建一個透明的技術(shù)環(huán)境，為實現(xiàn)未來課堂的多種學(xué)習(xí)和交互方式奠定了基礎(chǔ)。

未來課堂環(huán)境的系統(tǒng)架構(gòu)的所有軟硬件設(shè)施后臺支持都隱藏在云端，通過無線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和接入互聯(lián)網(wǎng)。從教育技術(shù)的特點來說，未來課堂環(huán)境要以積極配合未來課堂教學(xué)為前提，并在師生的教與學(xué)活動中發(fā)揮出環(huán)境平臺的優(yōu)勢和特色。如圖3所示。

圖3 未來課堂環(huán)境的設(shè)計思路

未來課堂環(huán)境建設(shè)應(yīng)契合未來課堂理念，要實現(xiàn)硬件設(shè)備上的集成控制和降低成本，形成強(qiáng)服務(wù)端、瘦終端的理念。充分利用自身搭建的云支持平臺和平板提供商構(gòu)建的應(yīng)用軟件服務(wù)資源庫。在教室的客戶端中要實現(xiàn)多用戶多元化學(xué)習(xí)支持的友好訪問界面，并且能夠?qū)崿F(xiàn)開放式的終端登錄，能夠定制、刪減界面軟件等，即實現(xiàn)云平臺的所有特色，并在未來課堂應(yīng)用中發(fā)揮出效果。未來課堂環(huán)境還應(yīng)提供共享資源庫、學(xué)習(xí)軟件超市、課堂錄播子系統(tǒng)、課堂遠(yuǎn)程視頻子系統(tǒng)、移動座椅、多屏組合與交互等學(xué)習(xí)支持手段。

2.關(guān)鍵技術(shù)[7]

(1)無線技術(shù)

“無線”技術(shù)正在使我們的生活逐步擺脫“線”的束縛，還給人們一個自由的空間。那么，有哪些“無線”技術(shù)可能給我們課堂帶來改變呢？簡而言之，包括：無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、無線“電力傳輸”技術(shù)和無線“視頻投影”技術(shù)。在未來課堂中，基于泛在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實現(xiàn)課堂內(nèi)各主體之間，包括人與技術(shù)、技術(shù)與技術(shù)、技術(shù)與環(huán)境等相互之間的無縫鏈接，使學(xué)習(xí)變得更為便捷和人性化。

(2)屏幕顯示技術(shù)

屏幕顯示會帶給人們更自由、豐富的想象空間，未來屏的形態(tài)功能將發(fā)生根本性的變化，將影響課堂形態(tài)的屏顯技術(shù)可能有如下趨勢：具有顯示功能的屏向具有交互功能的屏轉(zhuǎn)變、單觸屏技術(shù)向多觸屏技術(shù)發(fā)展和單屏顯示向多屏顯示技術(shù)發(fā)展。屏幕顯示技術(shù)的發(fā)展是從計算機(jī)誕生開始的，人們被慢慢地從自由空間拉到了屏幕前面，我們未嘗不是逐漸成為屏幕的俘虜?shù)?，但是未來屏幕顯示技術(shù)的發(fā)展卻會還給我們一個自由空間。顯示屏幕的未來是什么呢？自由的屏將帶給我們自由的空間，我們所能描述的是屏將無處不在而又遁于無形。我們將沉浸在顯示屏所構(gòu)建的環(huán)境中卻不需要刻意注意它的存在。屏顯示技術(shù)的發(fā)展為心流體驗的空間環(huán)境架構(gòu)提供了更多的想象。

(三)物理環(huán)境實現(xiàn)

為了架構(gòu)未來課堂物理環(huán)境，研究者在溫州大學(xué)搭建了未來課堂教學(xué)研究實驗室，為了提高教學(xué)環(huán)境的感官舒適度，實驗室利用了面積為150平米的框架空間，兩側(cè)為全落門窗，有充分的采光和空氣通透性。提供的未來課堂教學(xué)環(huán)境不同于傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境的大班教育，本研究將該環(huán)境的學(xué)習(xí)者人數(shù)定為16人，分成4小組，每組4人。根據(jù)本環(huán)境中各硬件所面向的對象不同，將本環(huán)境中的硬件設(shè)備分成四大類，如表2所示。

表2 未來課堂物理環(huán)境硬件設(shè)備清單

傳統(tǒng)的教學(xué)/學(xué)習(xí)環(huán)境(教室)主要是為黑板而建。在未來課堂教學(xué)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者每個人都配有一個學(xué)習(xí)終端(平板電腦)，并且在該環(huán)境中設(shè)置了多個顯示終端，學(xué)習(xí)者可以按照需求選擇不同顯示終端進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時教師也可以將教學(xué)內(nèi)容推送到學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)終端上。因此在未來課堂學(xué)習(xí)環(huán)境的物理空間結(jié)構(gòu)上，以活動性為主，沒有嚴(yán)格的位置固定要求，這里的學(xué)生座椅和終端，合作學(xué)習(xí)的公共屏都采用可移動方式。該環(huán)境提供了較強(qiáng)大的智能學(xué)習(xí)支持環(huán)境，主要有多屏學(xué)習(xí)展示環(huán)境、泛在網(wǎng)絡(luò)支持的拓展環(huán)境、可移動的開放環(huán)境、集中的后臺服務(wù)環(huán)境等，具體結(jié)構(gòu)配置如圖4所示：

圖4 未來課堂物理環(huán)境架構(gòu)圖

1.多屏學(xué)習(xí)展示環(huán)境

教室包括教學(xué)者使用的兩臺多功能一體機(jī)、多媒體立屏以及學(xué)習(xí)者小組合作所用的交互式電子白板。將移動學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)置成多屏學(xué)習(xí)展示環(huán)境，其目的是為了支持教學(xué)者能夠利用各種交互式顯示屏進(jìn)行多角度的教學(xué)展示，也是為每個學(xué)習(xí)小組提供的一個進(jìn)行合作、交流、展示的公共屏。

2.泛在網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境

移動學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)是一個簡潔的、人性化的、易于使用的學(xué)習(xí)環(huán)境，因此在該環(huán)境下的大量設(shè)備之間的連接和通信必然需要借助無線的連接和傳輸，包括平板電腦—展示屏、平板電腦—投影儀、平板電腦—Internet網(wǎng)絡(luò)、平板電腦—觸摸桌、一體機(jī)—Internet網(wǎng)絡(luò)等，也需要借助像網(wǎng)盤之類的網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)。泛在網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境可以實現(xiàn)移動學(xué)習(xí)環(huán)境中多數(shù)設(shè)備之間的無縫連接，并且更好地實現(xiàn)各設(shè)備之間的互動，形成交互自然的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3.可移動的開放環(huán)境

移動學(xué)習(xí)環(huán)境本著以學(xué)習(xí)者為中心的設(shè)計理念，配合可移動的node學(xué)習(xí)椅和便攜學(xué)習(xí)終端(平板電腦)以及泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，四個小組合作屏(觸摸桌)也設(shè)置成可移動。

4.集中的后臺服務(wù)環(huán)境

后臺服務(wù)環(huán)境包括遠(yuǎn)程服務(wù)器、視頻會議系統(tǒng)和錄播系統(tǒng)。由于移動學(xué)習(xí)環(huán)境運(yùn)用了云桌面學(xué)習(xí)系統(tǒng)，海量的數(shù)據(jù)傳輸和處理無法用一般的主機(jī)實現(xiàn)，需要利用遠(yuǎn)程服務(wù)器支持這部分的功能。為實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻教學(xué)以及教后反思，實驗室還在該環(huán)境下設(shè)置了四個高清攝像頭和四個置頂拾音器，配合中央控制臺的控制系統(tǒng)，對該環(huán)境下的教學(xué)者和學(xué)習(xí)者在整個教學(xué)活動中的表現(xiàn)進(jìn)行實時錄制。

四、總結(jié)與展望

對于未來課堂的研究和關(guān)注是筆者團(tuán)隊一直關(guān)注的課題，從技術(shù)層面實現(xiàn)一個較為成熟和具有教學(xué)實踐價值的未來課堂是我們的最終目標(biāo)。本研究所實現(xiàn)的是在現(xiàn)有技術(shù)條件下，根據(jù)未來課堂的設(shè)計理念實現(xiàn)的一個未來課堂設(shè)計的實踐案例，為以后基于未來課堂的教學(xué)研究提供環(huán)境基礎(chǔ)，為未來課堂設(shè)計建設(shè)提供一個實證案例。

[1] 鄭永柏.從技術(shù)的發(fā)展看教育技術(shù)的過去、現(xiàn)在和未來[J].電化教育研究,1996,(4)：8-14.

[2] 戴維.H.喬納森.學(xué)習(xí)環(huán)境的理論基礎(chǔ)[M].上海:華東師范大學(xué)出版社,2002.30.

[3][7] 葉新東,陳衛(wèi)東.多屏顯示創(chuàng)建教學(xué)的心流空間[J].電化教育研究,2011,(10):55-60.

[4] 郭成. 課堂教學(xué)設(shè)計[M].北京:人民教育出版社,2006.50.

[5] 陳衛(wèi)東.教育技術(shù)學(xué)視野下的未來課堂研究[D].上海：華東師范大學(xué),2012.

[6] 牟峰,褚俊潔.基于用戶體驗體系的產(chǎn)品設(shè)計研究[J].包裝工程,2008,(3):142-144.

葉新東：在讀博士，副教授，研究方向為新技術(shù)新媒體與教育(yxd@wzu.edu.cn)。

陳衛(wèi)東：博士，副教授，研究方向為信息技術(shù)教育應(yīng)用、未來課堂(Wdchen72@126.com)。

張際平：教授，博導(dǎo)，研究方向為網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用、教育信息化(jpz@ecnu.edu.cn)。

2013年5月18日

責(zé)任編輯：馬小強(qiáng)

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1006—9860(2014)01—0082—06

* 本文系全國教育規(guī)劃(教育部規(guī)劃)課題項目“利用可視化理念構(gòu)建高效課堂教學(xué)模式研究”(項目編號：FHB120580)、浙江省教育廳科研重點項目(項目編號：Z201120999)“學(xué)習(xí)環(huán)境因素對思維影響的腦機(jī)制研究” 和教育部人文社會科學(xué)研究一般項目青年基金項目“基于未來課堂的思維可視化策略研究”(項目編號: 11YJC880145)的研究成果之一。