基于數(shù)字化學(xué)習(xí)空間拓展智慧課堂的設(shè)計(jì)模型

陳衛(wèi)東，戴超凡，譚樹人

（1. 湖南交通工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 衡陽(yáng) 421001；2. 國(guó)防科技大學(xué) 系統(tǒng)工程學(xué)院 信息系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410073）

1 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間與智慧課堂

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，也稱為數(shù)字化學(xué)習(xí)共享空間、數(shù)字化學(xué)習(xí)協(xié)同空間，是以學(xué)習(xí)者為中心的協(xié)同與交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)不同教學(xué)保障機(jī)構(gòu)（或部門）協(xié)調(diào)合作，支持學(xué)習(xí)者利用各種資源進(jìn)行學(xué)習(xí)、研究，以提高學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)習(xí)效益，是信息化的知識(shí)空間[1-2]。

智慧課堂，相對(duì)于傳統(tǒng)課堂教學(xué)，更多地利用先進(jìn)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)的信息化、智能化，構(gòu)建富有智慧的教學(xué)環(huán)境[3]。

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間與智慧課堂關(guān)系密切。首先，數(shù)字化學(xué)習(xí)空間可為課堂教學(xué)提供形式多樣的知識(shí)內(nèi)容，豐富課堂教學(xué)的形式與手段；其次，可通過(guò)數(shù)字化學(xué)習(xí)空間拓展課堂教學(xué)，將教學(xué)過(guò)程延伸到課前課后，有效拓展和補(bǔ)充課堂中的學(xué)習(xí)內(nèi)容；最后，將數(shù)字化學(xué)習(xí)空間融入課堂教學(xué)過(guò)程，為學(xué)習(xí)者構(gòu)建情境化、智能化、互動(dòng)化的課內(nèi)與課外智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題、創(chuàng)造性地解決問(wèn)題并最終促進(jìn)學(xué)生智慧成長(zhǎng)。

2 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間維度、結(jié)構(gòu)與功能

學(xué)術(shù)界對(duì)數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的構(gòu)成要素存在不同見解，但公認(rèn)數(shù)字化學(xué)習(xí)空間包括實(shí)體空間和虛擬空間兩方面[4]。實(shí)體空間整合多種實(shí)體資源配置，把圖書館、教室、實(shí)驗(yàn)室、網(wǎng)絡(luò)等諸多學(xué)習(xí)和支撐場(chǎng)所進(jìn)行最佳組合，構(gòu)建個(gè)人、小組學(xué)習(xí)與研究的協(xié)作共享空間，為學(xué)習(xí)者提供一個(gè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。虛擬空間依托實(shí)體空間配置的計(jì)算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等信息設(shè)備，以數(shù)字圖書、音像、動(dòng)畫、網(wǎng)頁(yè)以及各種相關(guān)教案、課件、展示、練習(xí)等多種形式存儲(chǔ)與組織的數(shù)字化知識(shí)，并以學(xué)科專業(yè)、知識(shí)層次、難易程度、適用對(duì)象、知識(shí)應(yīng)用等多角度、多維度，形成相互交織的知識(shí)空間，為學(xué)習(xí)者提供豐富的學(xué)習(xí)知識(shí)和內(nèi)容[5-6]。

2.1 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的維度

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的維度是指其涵蓋范疇的要素構(gòu)成。各維度從不同側(cè)面描述數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的特性與功能，共同刻畫其內(nèi)涵與外延。數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的維度可由6個(gè)方面的要素組成，分別是參與者、設(shè)施、資源、組織、管理和使用（如圖1所示），6個(gè)維度相互作用、交叉，為參與者提供一個(gè)引人入勝、溫馨而又充滿活力的學(xué)習(xí)環(huán)境和服務(wù)保障體系。

（1）參與者：與數(shù)字化學(xué)習(xí)空間相關(guān)的各類主體，包括學(xué)生、教師、教輔、教管以及學(xué)校、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)等相關(guān)團(tuán)體。

（2）設(shè)施：數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的物理實(shí)體、場(chǎng)所等，如圖書館、教室、實(shí)驗(yàn)室、研討廳等；計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等信息化設(shè)備，提供硬件環(huán)境與條件保障。

（3）資源：集成與存儲(chǔ)大量數(shù)字化的資源，以數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字圖書、音像、文檔、網(wǎng)頁(yè)、教案等多種形式存在。

（4）組織：對(duì)資源數(shù)據(jù)內(nèi)容的再組織，形成相互交織關(guān)聯(lián)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，成為科學(xué)、系統(tǒng)、完整、規(guī)范和易用的資源。組織方式多種多樣，可以按照學(xué)科、專業(yè)、課程、講授、知識(shí)點(diǎn)等方式組織，也可以按難易程度、適用對(duì)象、側(cè)重方面來(lái)組織。

（5）管理：為資源的集成和組織提供手段與方法，管理資源和內(nèi)容。通過(guò)檢索、關(guān)聯(lián)、更新、發(fā)布等方法和功能，豐富完善資源。

（6）使用：為使用主體提供學(xué)習(xí)、研討、協(xié)作、分享和交流的一體化使用環(huán)境。

圖1 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的維度組成

2.2 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的結(jié)構(gòu)

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間總體上是相互支撐的層次結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。實(shí)體空間作為數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的物質(zhì)基礎(chǔ)，提供必要的硬件條件與環(huán)境。經(jīng)過(guò)多年投入和建設(shè)，目前，高校的硬件條件大都滿足基本要求。

虛擬空間是核心與主體，容納了形式、內(nèi)容、組織和方式4個(gè)維度，其中，各種形式的學(xué)習(xí)資料通過(guò)信息集成將各種學(xué)習(xí)資源進(jìn)行整合集成，成為可資組織的數(shù)據(jù)資源。這些海量資源本質(zhì)上是高價(jià)值的教育大數(shù)據(jù)，需要將傳統(tǒng)的信息技術(shù)與新興的大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)相結(jié)合，對(duì)資源進(jìn)行再整合和再組織，形成豐富完善、關(guān)聯(lián)易用的知識(shí)資源體系。資源的組織通過(guò)資源管理提供的強(qiáng)有力功能實(shí)現(xiàn)，不斷積累和豐富，同時(shí)，以各種交互協(xié)作方式與手段為參與者提供諸如討論、學(xué)習(xí)、協(xié)作、分享等多種形式的使用場(chǎng)景和功能，充分發(fā)揮數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的作用。

圖2 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的結(jié)構(gòu)

2.3 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的功能

借助數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，學(xué)習(xí)者不僅可以便捷地獲取各種教學(xué)資源，還可在科學(xué)研究、課程教學(xué)與學(xué)習(xí)實(shí)踐中得到導(dǎo)師、專家的幫助，參與豐富的在線教學(xué)活動(dòng)。教師則可以利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間準(zhǔn)備豐富的教學(xué)材料，安排教學(xué)內(nèi)容，拓寬教學(xué)范圍，引導(dǎo)學(xué)生了解和進(jìn)入學(xué)科前沿，評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)情況。研究者利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間獲取研究領(lǐng)域各時(shí)期各方面的文獻(xiàn)資料及最新進(jìn)展，還可與領(lǐng)域?qū)W者進(jìn)行在線互動(dòng)交流和研討。

3 智慧課堂設(shè)計(jì)

隨著智慧教育、智慧學(xué)習(xí)等新理念的出現(xiàn)以及大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用的深入，智慧課堂、智慧教室將是未來(lái)課堂教育的發(fā)展方向，學(xué)界也進(jìn)行了廣泛深入的探討[7-10]。筆者認(rèn)為，智慧課堂不僅僅是先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和內(nèi)容的講授，還更多的是“劇本、情節(jié)”的編排、設(shè)計(jì)與組織，通過(guò)數(shù)字化學(xué)習(xí)空間或者未來(lái)的智慧學(xué)習(xí)空間提供手段、內(nèi)容、組織、展現(xiàn)等強(qiáng)有力的方式，服務(wù)于課堂，拓展課堂，達(dá)到“學(xué)浸其中”。

由此可以推斷，所謂智慧課堂是數(shù)字化學(xué)習(xí)空間給予了在有限空間和時(shí)間的課堂教學(xué)以設(shè)計(jì)、展示與使用的需要，并能夠延伸到課外。簡(jiǎn)言之，智慧課堂是數(shù)字化學(xué)習(xí)空間所營(yíng)造的“智慧教室”的使用實(shí)例。在這間“教室”中，開展教學(xué)并結(jié)合一系列教學(xué)活動(dòng)，打造的就是智慧課堂。二者之間，數(shù)字化學(xué)習(xí)空間是“本源”，智慧教室與智慧課堂是“本源”的局部具體體現(xiàn)，是教育教學(xué)的應(yīng)用形式。

智慧課堂需要充分發(fā)揮課堂教學(xué)過(guò)程各個(gè)要素（人、技術(shù)、資源、環(huán)境、方法等）的作用，開展教與學(xué)的活動(dòng)。教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)緊密與數(shù)字化學(xué)習(xí)空間結(jié)合，智慧課堂設(shè)計(jì)模型如圖3所示。

面向課堂教學(xué)的課前、課中和課后3個(gè)階段，依托數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，智慧課堂設(shè)計(jì)應(yīng)包括環(huán)境、資源、活動(dòng)、過(guò)程以及服務(wù)設(shè)計(jì)5個(gè)要素。

3.1 環(huán)境設(shè)計(jì)

環(huán)境設(shè)計(jì)更多的與設(shè)施和資源相關(guān)，用以構(gòu)建智慧課堂的實(shí)體和信息化環(huán)境，主要包括教學(xué)場(chǎng)所、布局以及信息化裝備。教學(xué)場(chǎng)所是獨(dú)立或開放的空間，通過(guò)創(chuàng)意空間、人性化布局，根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)行組合，以利于學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展。信息化設(shè)備有效支持學(xué)習(xí)資源的獲取、處理和呈現(xiàn)，通過(guò)信息終端，開展教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)互動(dòng)交流可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

3.2 資源設(shè)計(jì)

資源設(shè)計(jì)需要數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的資源、組織、管理、使用等有利支持，是智慧課堂的重要組成部分，提供教學(xué)內(nèi)容的編排與“情節(jié)”，覆蓋課前、課中、課后全過(guò)程。資源設(shè)計(jì)覆蓋范圍廣，包括教材、教案、課件、參考書目、案例、演示、實(shí)驗(yàn)、拓展讀物、前沿發(fā)展等多個(gè)方面。

資源設(shè)計(jì)以課堂內(nèi)容和知識(shí)為主線，利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間提供的各種資源，進(jìn)行再組織和設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)結(jié)果又作為數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的資源，不斷豐富完善學(xué)習(xí)資源。①針對(duì)“知道—了解—掌握—熟練”不同程度的要求，設(shè)計(jì)深入淺出的教學(xué)內(nèi)容；②組織典型生動(dòng)的案例演示，提升感知度，加深認(rèn)識(shí)；③將課程的發(fā)展脈絡(luò)、實(shí)際應(yīng)用、學(xué)科前沿等也作為資源設(shè)計(jì)的重要組成部分，開闊視野；④設(shè)計(jì)在線小練習(xí)、小作業(yè)、大作業(yè)鞏固學(xué)習(xí)成果，反饋教學(xué)效果；最后，設(shè)計(jì)定性定量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，為客觀評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

圖3 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間智慧課堂設(shè)計(jì)模型

資源設(shè)計(jì)是全方位與全視野的，不僅對(duì)資源的數(shù)量和質(zhì)量有要求，而且對(duì)資源的組織方式和水平有更高的要求。圖4所示是一般意義上的資源設(shè)計(jì)組成，將各方面資源整合形成一套完整的資源體系。將大量的資源進(jìn)行濃縮、整合、優(yōu)化，不僅需要長(zhǎng)期教學(xué)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，還需要數(shù)字化學(xué)習(xí)空間提供強(qiáng)有力的支持。

圖4 智慧課堂資源設(shè)計(jì)組成

3.3 活動(dòng)設(shè)計(jì)

教學(xué)活動(dòng)的選擇與設(shè)計(jì)是課堂教學(xué)的關(guān)鍵。講授、討論、報(bào)告、演示、實(shí)踐等諸多類型的活動(dòng)需要設(shè)計(jì)支撐?；顒?dòng)的設(shè)計(jì)需要考慮的方面和因素眾多，如培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生基礎(chǔ)、內(nèi)容深淺、活動(dòng)方式等，目的是有效引導(dǎo)學(xué)習(xí)者積極參與，找到適合自己的學(xué)習(xí)方法，收獲最有效的學(xué)習(xí)成果。

拋開教學(xué)活動(dòng)中的主觀因素，客觀上，智慧課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)也是數(shù)字化學(xué)習(xí)空間拓展支撐課堂設(shè)計(jì)的重要手段。教師課前確定課堂活動(dòng)目標(biāo)與方式，組織并發(fā)布活動(dòng)資源，引導(dǎo)學(xué)生了解、學(xué)習(xí)和參與；課中利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間展現(xiàn)資源，開展互動(dòng)與啟發(fā)教學(xué)；課后通過(guò)群體互動(dòng)學(xué)習(xí)、個(gè)人自主學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，反饋掌握情況，評(píng)估學(xué)習(xí)效果。

3.4 過(guò)程設(shè)計(jì)

過(guò)程設(shè)計(jì)是課堂教學(xué)過(guò)程中課程整體和細(xì)節(jié)的安排與設(shè)計(jì)，在有限的時(shí)間和空間內(nèi)取得最佳效果。過(guò)程設(shè)計(jì)必須有資源和活動(dòng)設(shè)計(jì)的有力支持，涉及整體內(nèi)容安排、重點(diǎn)內(nèi)容、演示與拓展內(nèi)容等諸多方面。過(guò)程設(shè)計(jì)是傳統(tǒng)課堂的延續(xù)，也是智慧課堂的重要組成，需要將大量的信息傳遞給學(xué)習(xí)者，不僅需要教師課前的大量準(zhǔn)備與仔細(xì)安排，還需要教師個(gè)人的風(fēng)采和魅力，既要深入淺出、內(nèi)容豐富，又要生動(dòng)活潑、興趣盎然。

借助數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，可將講授過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的信息和資料實(shí)時(shí)推送到學(xué)習(xí)者終端，學(xué)生在聽講的同時(shí)，能夠直接獲得與內(nèi)容相關(guān)的要點(diǎn)、參考、拓展等輔助信息，也可以實(shí)時(shí)參與互動(dòng)與反饋，跟得上、聽得懂、學(xué)得會(huì)、有興趣。將灌輸式、題海式教學(xué)，改變?yōu)閱l(fā)式、探究式、擴(kuò)展式教學(xué)，可以讓學(xué)習(xí)者自主參與，獲取和掌握知識(shí)。

3.5 服務(wù)設(shè)計(jì)

拓展智慧課堂的范圍，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)，包括但不限于答疑解惑、作業(yè)互動(dòng)、興趣培養(yǎng)。利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，隨時(shí)隨地獲取資源，遇到問(wèn)題可以很快找到與問(wèn)題密切相關(guān)的知識(shí)與內(nèi)容，輔助學(xué)習(xí)者解決問(wèn)題。通過(guò)服務(wù)設(shè)計(jì)，整合和創(chuàng)造一個(gè)具有豐富資源的知識(shí)空間，為師生提供一個(gè)能隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)的環(huán)境。

4 設(shè)計(jì)示例

依托國(guó)防科大“夢(mèng)課”平臺(tái)，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，我們應(yīng)用了本設(shè)計(jì)模型。按照課程大綱要求，圍繞每次課程的教學(xué)環(huán)節(jié)，分別從環(huán)境、資源、活動(dòng)、過(guò)程以及服務(wù)5個(gè)方面，組織、梳理課程資源內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)。以最小生成樹教學(xué)為例，5個(gè)方面的內(nèi)容及相互關(guān)系如圖5所示。

實(shí)際課程教學(xué)中，采取5要素設(shè)計(jì)模型進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)，可以更加充分利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，有效提升課堂教學(xué)效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間形成的共享協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境，不僅有技術(shù)與資源的整合，還為教育教學(xué)提供新的方法與手段。智慧課堂5要素設(shè)計(jì)模型為“互聯(lián)網(wǎng)+智慧課堂”的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可以遵循的基本方法，為構(gòu)建個(gè)性化、智能化、數(shù)字化的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，形成有效促進(jìn)智慧能力培養(yǎng)的智慧課堂奠定了基礎(chǔ)，但目前各種平臺(tái)（如MOOC）僅能支 持資源的“淺度”組織，即內(nèi)容以文件形式存儲(chǔ)，通過(guò)分類目錄組織文件，提供操作導(dǎo)航，無(wú)法對(duì)文件包含的內(nèi)容進(jìn)行“深度”組織?！吧疃取苯M織應(yīng)包括語(yǔ)法、語(yǔ)義和語(yǔ)用3個(gè)層次。語(yǔ)法層次支持按內(nèi)容的字面相同或相似來(lái)組織，語(yǔ)義層次支持按內(nèi)容含義的密切程度來(lái)組織，語(yǔ)用層次支持按含義能夠發(fā)揮的作用和達(dá)到的目的來(lái)組織。希望未來(lái)能提供更為智能的智慧學(xué)習(xí)空間，助力智慧教育的普及與實(shí)現(xiàn)。

圖5 智慧課堂設(shè)計(jì)示例圖