構(gòu)建未來(lái)教室：裝備技術(shù)應(yīng)用的探討

丁書林

回眸即將逝去的2014年，人們對(duì)未來(lái)教室探究的熱情越來(lái)越高。中國(guó)教育科學(xué)研究院建立了“中國(guó)未來(lái)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室”，蘇州市開始在全市范圍內(nèi)大力推廣未來(lái)教室建設(shè)，歐盟提出的由“互動(dòng)區(qū)、展示區(qū)、探究區(qū)、創(chuàng)造區(qū)、交換區(qū)、發(fā)展區(qū)”六個(gè)學(xué)習(xí)區(qū)組成的“未來(lái)教室實(shí)驗(yàn)室”的理念在網(wǎng)絡(luò)上開始廣泛流傳。毋庸置疑，有關(guān)未來(lái)教室的探究，絕不僅僅是學(xué)習(xí)空間、手段、模式的變化，尤為重要的是在物理因素變化的過(guò)程中，促進(jìn)了基礎(chǔ)教育向著更加民主、開放、公平、協(xié)作的方向發(fā)展，帶動(dòng)了教育理念、課程形態(tài)、教育教學(xué)模式、學(xué)生評(píng)價(jià)、教師發(fā)展諸多教育內(nèi)在因素的變革。因此，我們探討未來(lái)教室中的裝備技術(shù)，不是器物的堆積，不是為了追趕所謂的時(shí)髦，最為關(guān)鍵的是在配備之后的使用過(guò)程中促進(jìn)教育更加符合未來(lái)社會(huì)所需人才培養(yǎng)的需要。

關(guān)于未來(lái)教室與傳統(tǒng)教室的功能差異的探討

未來(lái)教室與傳統(tǒng)教室不是時(shí)空觀相比較的概念，在設(shè)計(jì)、配備及使用中，至少有以下幾個(gè)不同之處。

（1）服務(wù)對(duì)象不同。傳統(tǒng)教室主要是便于教師的教學(xué)，其主要功能是教師傳授知識(shí)、學(xué)生接受知識(shí)的封閉性場(chǎng)所。盡管我們看到一些現(xiàn)代裝備技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在部分教室中，但因其本質(zhì)功能沒(méi)有轉(zhuǎn)變，因此還是穿著新鞋走老路，難以稱之為未來(lái)教室形態(tài)。未來(lái)教室的主要服務(wù)對(duì)象是學(xué)生，它不僅應(yīng)是學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的場(chǎng)所，還應(yīng)當(dāng)是學(xué)生的活動(dòng)中心、體驗(yàn)中心、交流中心。從這個(gè)意義上講，未來(lái)教室更像一個(gè)學(xué)習(xí)社區(qū)。

（2）開放性不同。傳統(tǒng)教室是封閉的，每一間教室都是孤立的個(gè)體，教師成為教室絕對(duì)的主宰，學(xué)生獲取信息的渠道也極其單一。而未來(lái)教室彼此之間是聯(lián)通的，教師的教學(xué)行為也會(huì)通過(guò)技術(shù)手段變得完全開放。學(xué)生不論是在課下還是在課上，獲取信息資源的渠道具有多樣化特征。因其開放性的變化，使得教師不再是簡(jiǎn)單的知識(shí)講授者，而演變?yōu)閷W(xué)習(xí)的輔導(dǎo)者，其大部分的時(shí)間不是在講授知識(shí)，而是引導(dǎo)學(xué)生開展討論與交流。

（3）智能化不同。傳統(tǒng)教室完全就是一個(gè)沒(méi)有智能的冰冷空間。當(dāng)然，現(xiàn)在有很多教育工作者在講智慧課堂、智慧教室，但我更傾向于智能化是未來(lái)教室區(qū)別于傳統(tǒng)教室的一個(gè)特點(diǎn)。它可以即時(shí)獲取教師與學(xué)生的各種信息，可以依據(jù)情境、環(huán)境的差異表現(xiàn)改變教室的條件，可以依據(jù)教師與學(xué)生的需求改變教室的結(jié)構(gòu)等。

（4）綜合性不同。傳統(tǒng)教室或是普通教室，或是單一的學(xué)科教室（實(shí)驗(yàn)室）。未來(lái)的學(xué)科建設(shè)在不斷強(qiáng)調(diào)學(xué)科自身特性的同時(shí)，也必須強(qiáng)調(diào)它的綜合性。因此，未來(lái)教室的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是能夠滿足學(xué)科整合、資源整合需要的。

國(guó)內(nèi)外對(duì)未來(lái)教室研究實(shí)驗(yàn)的主要模式

當(dāng)前，各種關(guān)于未來(lái)教室研究實(shí)驗(yàn)的報(bào)道很多，概述起來(lái)主要有以下幾種類型。

（1）改變教室的空間與結(jié)構(gòu)。當(dāng)前人們談?wù)撈鹞磥?lái)教室，更多的是在講裝備的配備與使用，忽略了教室作為一個(gè)空間概念的屬性。不在結(jié)構(gòu)、空間、布局上做一定的調(diào)整，難以適應(yīng)未來(lái)教育的需要。美國(guó)麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology，簡(jiǎn)稱MIT）為改善傳統(tǒng)物理學(xué)的教學(xué)方式，降低不合格率，增進(jìn)學(xué)生對(duì)抽象概念的理解，制定MIT TEAL計(jì)劃（Technology–enabled activelearning，簡(jiǎn)稱TEAL），目標(biāo)是打造一間新穎的互動(dòng)TEAL教室，以現(xiàn)代科技激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，營(yíng)造一個(gè)彼此合作、高度互動(dòng)（師生、生生間）、強(qiáng)調(diào)動(dòng)手操作的環(huán)境，教室就是實(shí)驗(yàn)室，如圖1、圖2。

MIT TEAL計(jì)劃最大的特色在于教室空間規(guī)劃，教室內(nèi)共有13張直徑約2米的圓桌，每桌可坐9位學(xué)生。每3位同學(xué)一組，配有一臺(tái)電腦，作為小組報(bào)告與老師教學(xué)之用。教師的講臺(tái)位于教室的中央，有利于學(xué)生看清楚教師在課堂上的各種教學(xué)示范，TEAL教室配有8臺(tái)投影機(jī)和13套攝影系統(tǒng)。整個(gè)設(shè)施就是為建立一個(gè)完整的實(shí)訓(xùn)與討論環(huán)境，讓溝通、互動(dòng)沒(méi)有障礙。TEAL的主要裝備技術(shù)包括：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、3D立體視覺(jué)模擬、實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)模擬等。

圖1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖2

歐盟新推出的未來(lái)教室實(shí)驗(yàn)室也是從改變空間結(jié)構(gòu)、設(shè)置不同活動(dòng)區(qū)域開始的。

（2）虛擬情境的設(shè)置。以哈佛大學(xué)“River ?City”虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)最為典型。在“River City”中，學(xué)生使用人物角色在城市里走動(dòng)、跑步與游泳，同時(shí)城市里有污染的河川與充滿蚊子的沼澤。學(xué)生成隊(duì)地在虛擬的城鎮(zhèn)里探險(xiǎn)，按下某物體就可以開啟相關(guān)主題，同時(shí)可以得到影響城市與讓居民難受的各種可能原因。在城市里，他們可以使用圖書館與其他信息——其中的每一課都與教育部規(guī)定的生物與歷史教學(xué)內(nèi)容相匹配。

在未來(lái)教室的設(shè)計(jì)與建設(shè)中，如何通過(guò)虛擬情境的設(shè)計(jì)與建設(shè)，緊密結(jié)合課程與學(xué)生生活實(shí)際，這是當(dāng)前最為欠缺的，哈佛大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒與思考。

（3）交互式、自主式學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建。這是當(dāng)前未來(lái)教室研究最為普遍的一種方式。其核心是通過(guò)豐富的多媒體設(shè)備如交互式電子白板（液晶觸控顯示屏）、學(xué)生移動(dòng)終端（如平板電腦、電子搶答器）、視頻會(huì)議系統(tǒng)等加上數(shù)字化的學(xué)習(xí)資源，在教室內(nèi)構(gòu)建一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)、即時(shí)評(píng)價(jià)的教學(xué)系統(tǒng)。新加坡南洋大學(xué)教育學(xué)院的未來(lái)教室，荷蘭的喬布斯學(xué)校，亮相于上海世博會(huì)上的澳洲“智能互聯(lián)教室”，我國(guó)的臺(tái)灣地區(qū)、蘇州市以及華東師范大學(xué)進(jìn)行未來(lái)教室的研究與建設(shè)，基本屬于這種模式。

綜上，未來(lái)教室研究在以下幾個(gè)方面的變革是最為突出的。首先是空間布局的改變，即大空間、專業(yè)化且融合化;其次是裝備技術(shù)得到廣泛使用，如計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多屏顯示技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)，等等;再次就是每一間教室不再是孤立的個(gè)體，也不再是學(xué)生獲取知識(shí)的唯一場(chǎng)所。教室與教室間、師生間、生生間等可以建立廣泛連接;最后，信息化手段的廣泛使用利于便利的收集數(shù)據(jù)，從而使得教與學(xué)的分析、診斷、評(píng)估更加清晰，可以有效地使教師對(duì)學(xué)生的終結(jié)性評(píng)價(jià)演變?yōu)樾纬尚栽u(píng)價(jià)，利于促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展。

未來(lái)教室中裝備技術(shù)的應(yīng)用

未來(lái)教室的建設(shè)是基于信息技術(shù)環(huán)境的。2014年1月，筆者曾撰文認(rèn)為基于信息技術(shù)的未來(lái)教室具有數(shù)字化、數(shù)據(jù)化、虛擬化的三大特征，現(xiàn)就這三大特征做進(jìn)一步的闡述。

1.數(shù)字化

（1）數(shù)字化的教材。學(xué)生在未來(lái)教室中使用的數(shù)字化教材主要有三種形態(tài)：一是以MPR（media print reader）為基礎(chǔ)的有聲教材。隨著這種技術(shù)的發(fā)展，不僅可以有聲，也可以有動(dòng)畫或者視頻資源的進(jìn)入。二是以學(xué)生移動(dòng)終端為使用媒介的電子教材。當(dāng)前北京和上海等地把本地教材進(jìn)行電子化的嘗試即屬此類。三是在學(xué)生教材上可以直接使用三維立體技術(shù)，學(xué)生可以通過(guò)教科書看到立體的心臟結(jié)構(gòu)、山體的不同類型、原子結(jié)構(gòu)模型，等等。

（2）數(shù)字化的課桌椅。未來(lái)教室中的課桌椅應(yīng)當(dāng)是可以拼接和自由組合的，便于師生、生生之間的交流互動(dòng)。數(shù)字化的課桌椅表現(xiàn)在：一是在課桌椅中可以配置數(shù)字化芯片，記載學(xué)生的生理變化，提示學(xué)生不正確的坐姿，等等;二是將人手一機(jī)的移動(dòng)終端展現(xiàn)在課桌上，讓學(xué)生個(gè)體之間及與教師的互動(dòng)演變?yōu)閷W(xué)生小組與小組之間及與教師的互動(dòng)。

（3）數(shù)字化的交互設(shè)備。這是當(dāng)前未來(lái)教室廣泛使用的技術(shù)，主要手段在此不必贅述。但在使用這種技術(shù)的同時(shí)，一是切忌變成教師“監(jiān)督”學(xué)生的工具，二是不能因即時(shí)、互動(dòng)，忽略了學(xué)生個(gè)性成長(zhǎng)的差異，忽視了學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的獨(dú)立性思維。

（4）數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。傳感器將被大量使用，但在使用過(guò)程中要在讓學(xué)生了解掌握測(cè)量手段的便利與先進(jìn)性的同時(shí)，也讓學(xué)生認(rèn)知最基本的實(shí)驗(yàn)原理。在互聯(lián)時(shí)代，完全可以利用數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，建立學(xué)生、班級(jí)、學(xué)校之間的實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目，把驗(yàn)證性的教學(xué)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃缘慕虒W(xué)實(shí)驗(yàn)。

（5）數(shù)字化的教室管理系統(tǒng)。利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與未來(lái)教室內(nèi)的其他數(shù)字化資源建立連接，并對(duì)教室進(jìn)行智能化管理。

2.數(shù)據(jù)化

在傳統(tǒng)的教學(xué)環(huán)境下，因?yàn)槿鄙贁?shù)據(jù)化的形成條件，我們根本無(wú)法對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行全樣本分析、全過(guò)程分析，因此所謂的過(guò)程性評(píng)價(jià)、因材施教等理念，其實(shí)更多的是一種模糊的理性分析。未來(lái)教室建設(shè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)化環(huán)境主要由三大部分組成。

（1）錄播技術(shù)。錄播技術(shù)起源于微格教學(xué)，在中國(guó)最早廣泛使用錄播技術(shù)的是高等院校。傳統(tǒng)的錄播技術(shù)主要用于教師個(gè)體的教學(xué)行為分析，為教師的專業(yè)發(fā)展提供輔助的參考。在強(qiáng)大的信息技術(shù)條件支撐下，錄播技術(shù)不僅可以用于教師個(gè)體，還可以利用它生成的大量資源，開展教師和學(xué)生的教與學(xué)行為分析，乃至從學(xué)生的考試成績(jī)總體分析中反溯求解教師群體教學(xué)行為的原因。此外，還可以利用大數(shù)據(jù)的思維方式，為政府進(jìn)行教育教學(xué)的改革提供服務(wù)。

（2）云計(jì)算技術(shù)。數(shù)據(jù)化的應(yīng)用最大的問(wèn)題之一就是數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與提取，而云計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用較好地解決了這一難題。云計(jì)算是以公開的標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)為基礎(chǔ)，以互聯(lián)網(wǎng)為中心，提供安全、快速、便捷的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算服務(wù)。它是網(wǎng)格計(jì)算、分布式計(jì)算、并行計(jì)算、效用計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)虛擬化等技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物，具有彈性服務(wù)、資源池化、按需服務(wù)、泛在接入等特點(diǎn)，使用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，用任何終端設(shè)備均可訪問(wèn)云計(jì)算提供的服務(wù)。云計(jì)算正在改變?nèi)藗兊乃季S和行為方式，學(xué)校可以把大量?jī)?yōu)質(zhì)資源上傳到云端，為更多的學(xué)校以及師生個(gè)體所使用，為教育的民主、公平、和諧創(chuàng)造新的條件。與此同時(shí)，云計(jì)算模式的存在，為泛在、移動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)境提供強(qiáng)有力支撐，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、自主化的學(xué)習(xí)。

（3）大數(shù)據(jù)技術(shù)。大數(shù)據(jù)作為云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)之后信息技術(shù)行業(yè)又一大顛覆性的技術(shù)革命。概括它的特點(diǎn)，可以簡(jiǎn)稱為“超大數(shù)據(jù)、海量存儲(chǔ)、全樣本分析、個(gè)性化的選擇”。

大數(shù)據(jù)從各種結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中，使用全新方法來(lái)獲取、存儲(chǔ)、組織、分析數(shù)據(jù)信息，并利用分析結(jié)果做出最有利的決策。由于在未來(lái)教室中數(shù)字化的手段得到廣泛應(yīng)用，使得數(shù)據(jù)的采集唾手可得，如學(xué)生的成長(zhǎng)數(shù)據(jù)、教師的教學(xué)行為分析數(shù)據(jù)、學(xué)生的學(xué)習(xí)行為分析數(shù)據(jù)，等等。利用大數(shù)據(jù)的全樣本分析手段，我們可以有針對(duì)性地對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化的指導(dǎo)與幫助，并且為政府宏觀決策提供重要的理論和實(shí)踐依據(jù)。

3.虛擬化

（1）虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，生成一個(gè)逼真的并具有視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)等多種感知的實(shí)時(shí)的三維虛擬環(huán)境，拓展只是呈現(xiàn)方式，并使學(xué)生產(chǎn)生身臨其境感覺(jué)的交互式視景仿真和信息交流，具有沉浸性、交互性、構(gòu)想性等特點(diǎn)。它可以打破時(shí)空界限，給學(xué)生提供大量逼真的感性材料，將學(xué)生很難在實(shí)際生活中觀察和驗(yàn)證的學(xué)習(xí)內(nèi)容、抽象理論和概念等以三維實(shí)景虛擬呈現(xiàn)出來(lái)，有效彌補(bǔ)教學(xué)條件不足。

（2）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展的新技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供的信息增加用戶對(duì)現(xiàn)實(shí)世界感知的技術(shù)，將虛擬的信息應(yīng)用到真實(shí)世界，并將計(jì)算機(jī)生成的虛擬物體、場(chǎng)景或系統(tǒng)提示信息疊加到真實(shí)場(chǎng)景中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)的“增強(qiáng)”。它最大的優(yōu)勢(shì)是可以在現(xiàn)代化的虛擬實(shí)驗(yàn)室中逼真地模擬現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)環(huán)境，降低實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)對(duì)客觀物質(zhì)條件的依賴，提高了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)備的利用率。此外，對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)操作的安全性具有極大的意義。學(xué)生可以放心地去做各種現(xiàn)實(shí)中無(wú)條件實(shí)現(xiàn)的危險(xiǎn)或危害人體的實(shí)驗(yàn)，操作各種精密、昂貴、容易損壞、維修困難的儀器設(shè)備，提高操作實(shí)踐的安全性、高效性，節(jié)約成本，降低實(shí)驗(yàn)室的管理難度。

（3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在未來(lái)教室虛擬化環(huán)境中建設(shè)的目的在于，幫助學(xué)生感受非本地現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的真實(shí)反映。如北方學(xué)生沒(méi)有切身體會(huì)，很難理解梅雨季節(jié)的特點(diǎn)，教師在講到該章節(jié)時(shí)，可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將正處在梅雨季節(jié)的地區(qū)的溫度、濕度、日照等一切自然條件下的數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇淌覂?nèi)，學(xué)生在與本地進(jìn)行了真實(shí)比較后，就會(huì)有更加全面而準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。

開展未來(lái)教室研究與實(shí)踐需要關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題

（1）師生的健康和安全永遠(yuǎn)是第一位的。應(yīng)當(dāng)充分考慮所涉及的環(huán)境不應(yīng)對(duì)師生造成任何不利影響，包括光環(huán)境、聲環(huán)境、空氣質(zhì)量環(huán)境、電磁兼容性環(huán)境等，還要從人機(jī)工程學(xué)、認(rèn)知心理學(xué)等角度考慮裝備技術(shù)在教學(xué)中的適應(yīng)性問(wèn)題。

（2）在正確的理念下開展探索，絕不是經(jīng)費(fèi)投入的競(jìng)賽和所謂現(xiàn)代技術(shù)的比拼。真正的未來(lái)教室研究與實(shí)踐，應(yīng)當(dāng)以投入產(chǎn)出比的效益來(lái)衡量，以是否促進(jìn)了學(xué)生全面而富有個(gè)性的發(fā)展來(lái)衡量，以是否有效推動(dòng)了教育模式的變革來(lái)衡量。

（3）在未來(lái)教室的探索中，需要不斷地豐富與加強(qiáng)課程理論、教學(xué)理論、學(xué)習(xí)理論的研究與實(shí)踐，大力開展教師的教育理念、教學(xué)行為、技術(shù)應(yīng)用的培訓(xùn)。如沒(méi)有教師這一中間載體的有力保障，未來(lái)教室的研究與實(shí)踐很可能會(huì)成為空中樓閣。

（作者單位：北京市教育技術(shù)設(shè)備中心）