未来教室的构建及应用探讨

　　摘要：本文通过对国内外未来教室项目及相关文献的分析，对未来教室进行初步界定，并将未来教室划分为硬件、软件、资源、环境四大构成要素；初步提出未来教室的构建方案并探索基于未来教室的应用模式。
　　关键词：未来教室；构建；应用
　　
　　21世纪是一个以信息、知识为标志的数字化时代，快速增长的海量信息及新技术的广泛使用，使得社会对人才的培养提出了越来越多的要求。当前的课堂虽然已经由教师“以教为主”的单向传输式教学转向了“学生主体，教师主导”的双主模式，但是由于传统教室的束缚，仍然很难充分发挥学生的主体地位，很难满足创新人才培养的需求。这就需要我们研究和建构适合于未来社会人才培养的教学环境。教室作为教学的主阵地，是最为重要的学习环境之一。因此，对未来教室进行理论与实践方面的研究，对未来教育的发展有着十分重要的意义。
　　● 国内外研究现状
　　1.国外研究现状
　　发达国家对未来教室的研究较为成熟，他们将先进的科学技术融入到教室的设计与建设中。据统计，英国教育部2009年拨款750万英镑在金斯代尔中学重点实施“未来教室”，并耗费巨资支持中小学采购交互式电子白板（以下简称“电子白板”），到2007年已有98%的中学及100%的小学拥有电子白板。新加坡国立教育学院设立BackPack.Net中心，积极打造“未来教室”，该未来教室主要传递一种“处处是学习场所，不受时间、空间限制”的理念，学生人手一个电子书包，将学习与生活融合在一起。未来教室里设置了五个情境，无论是教室或社交场合，桌面都设置有触控式的大屏幕，学生只要将电子书包放置于桌子附近，电子书包就会自动连结到大屏幕上，方便与其他学生交流、互动、组成小组；在学习过程中学生还会收到教师传递的任务。美国麻省理工学院为改善传统物理学的教学方式，促进学生对抽象概念的理解，于2000年提出MIT TEAL（Technology–Enabled Active Learning，简称TEAL）计划，目标是打造一个新颖、互动的TEAL教室，并以现代科技激发主动学习，营造一个彼此合作、高度互动、强调动手实践的环境，教室就是实验室。日本东京大学的“未来教室”基于一种理想的自由式教育理念，该教室配备有豆型课桌（使用这种课桌可以进行2至6人的不同自由组合）、手写式的智能电脑、电子白板、应答器、四台无线投影仪等，这些先进配置能有效支持多种有意义的主动学习，如讨论、小组工作及展示汇报等。另外，值得一提的是亮相于2010年上海世博会的澳洲“智能互联教室”，该智能互联教室的核心是拥有种类丰富的多媒体设备，包括电子白板、装有学习资源和软件的微型电脑、视频会议系统、摄像头、投影系统以及桌上触摸屏等先进设备。智能互联教室的设计重点在于为教师、学生创建灵活且多用途的场所。
　　2.国内研究现状
　　随着对未来教育思考的逐步深入，未来教室也引起了我国教育界的关注并取得了一定的进展。其中，华东师范大学软件学院院长何积丰院士领衔的研究团队研发的“数字互动教室”也在上海世博亮相，该“数字互动教室”主要由电子讲台、手写液晶屏、电子白板和电子书包四大核心设备构成。上海卓越电子也推出了以全自动监控与实时录播为目标的智能教室，清华大学也提出了建设增强真实感的远程教学环境的智能教室。台湾经济主管部门技术处为推动“创新教育科技研发计划”也开始发展“未来教室”，负责规划与研究未来教室的“资策会”表示，未来教室的硬件包含教师端的电子白板、实物投影机、触控笔记型计算机和学生端的电子书、小笔电、数字笔等；软件则由博客，实时追踪、补救教学等系统与硬件进行无缝整合；各科目的多媒体互动数字教材更是未来教室的灵魂角色，而无线的宽带网络环境则是未来教室的基础建设。
　　对国内外研究现状的分析可见，国内外对未来教室的研究多侧重于利用先进媒体技术、网络技术等创设人性化、开放性、智能性、真实的学习情境，以支持学生为主体、互动交流为核心的教与学。在现代教育教学理念的指导下，随着现代媒体、物联网等技术的发展，未来教室的建设将越来越多地体现出漂亮、激发灵感、可适应、可持续、安全、灵活、多用户、有趣、令人愉快、不断成长、自然的特征。
　　● 未来教室的构建
　　1.未来教室的界定
　　未来教室并不是一种具体的物理形态，它是相对于传统和现代教室而言的，是随着教育理念和技术进步而不断发展的。目前关于未来教室的定义，国内外文献中并不多见，主要有以下几种。
　　Clayton M．Christensen，Michael B．Horn and Curtis Johnson在Disrupting Class一书中提出，未来教室是一个集成了技术与软件，给学生提供一些替代方法和选择，以达到预定目标的课堂。它鼓励形成一个让学生一起工作、分享经验和教训并进行概念化的学习，而不是单纯记忆一些信息的环境。
　　台湾《启动学习革命》一书中认为，“未来教室=无所不在的学习环境+电子书包+随意教室+远距实验室+高互动教室+相连教室”。在未来教室里，学习无处不在，还可以进行班际、校际甚至国际交流。
　　台湾的陈昱萃认为，所谓未来教室，是指这样一种教室环境，教学上，希望由过去单向的讲述教学，转变成为师生有趣与互动的学习模式，引发及提高学生的学习兴趣，并进而启发学生的创意与思考；同时让学生有更大的自由可以依自己的喜好选择学习及探索的方式，以多元的管道汲取知识，包括使用各类硬件载具，如计算机、学习机、电视、手机、电子书等。
　　华东师范大学张际平、陈卫东等认为，未来课堂将以人本主义、互动、环境心理学等相关的理论和信息、智能、人机交互等技术为支持，充分发挥课堂组成各要素（人、技术、资源和环境等）的作用，以互动为核心，构建能充分发挥课堂主体的主动性、能动性，和谐、自由发展的教与学的环境与活动。
　　笔者通过对国内外未来教室项目以及文献的研究，结合现代教学媒体，认为未来教室是一种利用电子白板技术、投影技术、智能空间技术、无线射频技术、物联网技术等手段，在现代创新教育理念的指导下，构建出的以培养学生21世纪创新技能为目的，以互动为核心，能够激发学生学习兴趣，促进学生协作、探究学习的一种教室环境。
　　2.未来教室的构成要素分析
　　（1）硬件
　　硬件设备是教室物理环境的重要组成部分，也是未来教室中创设学习情境、开展教与学活动、进行互动交流的重要工具。未来教室中的硬件设备除了普通教室具有的基础设备之外，主要包含对教室全自动监控与录播的智能录播系统：录播服务器、视音频信号采集系统（含教师摄像机、学生摄像机、板书摄像机、教师与学生声音采集麦克风）、摄像跟踪定位系统；教师端设备：电子白板、实物投影机、触控笔记本电脑等；学生端设备：内置有各种学习资源和学习软件的电子书包/平板电脑、应答反馈系统等。
　　智能录播系统是一套功能强大的录制和直播设备，能够将现场摄录的视频、音频、电子设备的图像信号（包括电脑、视频展台等）进行整合同步录制，生成标准化的流媒体文件，用来对外直播、存储、后期编辑、点播。录播系统主要用来实现对教室中学习者的学习过程，包括自我学习、小组协作学习和探究学习等过程的记录，通过智能自动编辑系统生产流媒体文件，存储在教学资源平台中，可供学习者及教师课后复习、反思；亦可以供家长或社会人员通过课堂实录对教师教学过程进行观摩、评价。
　　
　　电子白板是未来教室中的主要设备之一，它是一种以计算机技术为核心，并和信息通讯技术、电子技术、感应技术等深度整合的媒体技术，是集软件系统、硬件系统、资源系统为一体的集成化平台。电子白板为教学提供了一个便于整合各种信息技术及媒体资源的环境，支持课堂教学使用不同方式的调用，无缝支持各种教学行为。电子白板的突出特性是对交互的支持，包括人-机交互、人-人交互，以教学应用为主的资源-资源交互等多种形式。在未来教室的教学中，教师利用电子白板调用资源创设情境，学生自主或合作探究、讨论，观察、发现问题，教师协助并围绕学生提出的疑问参与讨论，学生利用电子书包/平板电脑等学习终端将自己的发现或观点通过无线网络呈现在白板上。
　　电子书包/平板电脑是未来教室的重要组成部分。电子书包内置有丰富的数字化教学资源和学习软件，是致力于提高教育信息化，提高家庭、学校和社会之间协同教学的新型移动学习终端。电子书包引入未来教室为学生开展自主学习、小组协作学习及探究学习提供了资源、工具等支撑，为最大发挥学生自主性、能动性提供了可能。
　　（2）软件
　　软件部分则包含无线广播系统、教学资源库平台、实时追踪系统、补救教学系统等，实现教与学的过程中，软件与硬件设备的无缝整合。
　　教学资源平台是未来教室中实现软件和硬件的无缝连接，为教师和学生的教与学提供丰富资源与交流的平台。同时，通过教学资源平台，学生可以利用学习终端设备（电子书包）随时随地点播、浏览由智能录播系统上传的课堂实录，进行复习、反思；教师通过平台可以发布学习资源，上传学生优秀作品，布置作业，提供在线辅导等；家长亦可以通过资源平台了解学生在校学习情况，教学安排，甚至参与学习活动等。教学资源平台的应用不仅为教师的教、学生的学提供了丰富的资源，也成为家庭、学校的协同教育教学的重要通道。
　　（3）资源
　　除了基本的软硬件配置，资源更是未来教室不可缺少的重要部分。包括电子教材（互动教材）、题库、教学资源库、课堂生成性资源，动漫教学资源、维基百科等网络资源以及各种学习工具等。
　　（4）环境
　　未来教室应具备无线宽带网络服务，为师生、生生互动交流、信息传递提供稳定优质的信息流通渠道。
　　3.未来教室的构建方案
　　根据对上述未来教室四大组成要素的分析，参照台湾未来教室范畴与定义图式，本文初步提出未来教室的一种构建方案（如下页图1）。
　　● 未来教室的应用探讨
　　1.简述
　　与现代课堂教学相比，未来教室环境中的教学更重视学生探索知识的过程；关注学生自主探索和协作学习；关注学生的学习情感和情绪体验，使学习与现实生活紧密结合，培养学生的创新精神与实践能力。未来教室中的教学应可以适应于不同学科课程，根据学科特征、学习者能力培养需求的不同选择相应的教学模式，但是无论何种具体的模式，都应该体现以人为本、学生主导、自主、探究、互动等特点。现代课堂中所用的讲授型、合作式、探究式、基于问题解决等信息化教学模式在未来教室这一新型交互教学环境下将被赋予新的意义，而且在未来教室中的教学实践中，也将衍生出更多的应用模式。
　　2.基于主题的探究式课堂互动教学应用模式
　　本文根据未来教室的设计理念与特点，初步构建了一种基于主题的探究式课堂互动教学应用模式。该模式是指在未来教室环境下，学习者围绕一个主题，通过充分发掘和利用各种信息技术手段以及教学资源，并遵循科学研究的一般规范和步骤而进行的一系列探究活动的教学模式，其目的是为了激发学生的学习动机，提高学习者问题解决、探究、创新等能力。
　　基于主题的探究式课堂互动教学应用模式一般包括如下程序：明确主题任务、确定探究方向、组织探究活动、收集资料、形成问题解决方案、交流展示（如图2）。
　　基于主题的探究式课堂互动教学应用模式充分利用了未来教室的媒体技术创设情境，并提供充足的资源方便学习者进行自我探究和协作探究，探究的过程将由智能录播系统记录，探究过程和成果也将保存在学习者的电子学档中，作为评价学习者学习的依据。
　　● 结束语
　　本文在对国内外未来教室项目及相关要素进行分析的基础上，初步提出未来教室的构建方案。并根据21世纪所需人才特点，结合未来教室的设计理念及特点，探索了未来教室的一种应用模式。但是这些工作还远远不够，正如张际平教授所说，未来课堂的设计是教育技术的一个前瞻性的领域。当然，对未来教室的研究不仅仅是未来课堂的设计，还需要在实践中不断总结经验，以课堂教学模式的创新推进人才创新培养模式的创新。