予教学以最优化的环境

编者按：“未来课堂”项目是华东师范大学“985工程”《教师教育创新基地和优势学科平台建设》子项目“教师实践创新的主阵地”研究内容之一。该项目由华东师范大学张际平教授领衔，带领强大的研究团队，并与多家科技企业紧密合作，经过两年左右时间的研究，在课堂的理论研究、物理空间的设计、新技术新媒体的运用、多种互动形式的实现、学生座位的形态组合、教学平台的设计开发、新型教学模式的创建及教学实践的探索等方面均取得了很大成果，引起了社会各类教学机构和部门的极大关注。本文为专栏系列文章的第三篇。

课堂是学生学习的主要场所，与传统课堂设计以高效地将信息从教师传递到学生为主要目的所不同的是，未来课堂主要考虑的是为学生而设计，是为师生之间知识的交流和共同的建构而进行的环境设计，需要满足多种不同形式的知识交流，其设计的目标在于创设符合学习者学习需要的和谐的学习环境[1]，也就是说为教学提供最优化的环境。

目前已有越来越多的技术装备应用到传统的课堂中，如录音机、CD、DVD、投影仪、交互式电子白板等。然而，当课堂成为新装备的展示平台时，有一些研究者对这种课堂提出了批评，认为这是一种为设备而不是为人设计的教室。在未来课堂的设计中，首先考虑的是要基于现代教育教学理念，以“学”为中心，以促进教师的教和学生的学为目的。

● 为怎样的教学而设计

自从夸美纽斯倡导并组织实施班级授课制以来，以课堂为中心、以教师为中心的传统课堂教学模式并没有发生多大的变化。这种课堂教学忽略了学习过程的复杂性，忽略了学生个体生命的成熟过程，学生从学习主体变成教育对象，被固定在学科与知识传递的程序中，教学按科学逻辑体系进行，以知识传授与获得为价值取向，知识获得过程被等同于教学过程，等同于信息传递的模式流程。传统的课堂设计考虑到固定的桌子，狭窄的过道，只有在课堂的前方具有屏幕和黑板，这是一种以教师为中心的教学环境，课堂适合信息的单向传递。

随着技术的发展和泛在学习概念的提出，课堂的时间与空间界限逐渐模糊，课堂将不再是一个封闭的空间，教学可以超越现有的专业壁垒、教学设施及办学条件，可以不受时空限制，延伸到学生的一切空间和时间，师生将从封闭的课堂逐渐转移到一个开放的、广阔的学习空间。在这里，正式学习和非正式学习相结合，即时学习和延时学习相结合，课内学习和课外学习相结合。这种教育范式的转换需要教师更多地把精力集中于让学生更好地学、更好地进行知识建构，教师更像是学生意义建构的促进者。未来课堂的设计应体现以促进学习为目的，为教学提供最优化的环境。

当然，课堂的变革不应只围绕教学理念和方法，同时也应包括与之配套的学习空间[2]。课堂设计怎样促进学习？未来课堂设计考虑的原则主要包括：第一，课堂要促进学习者的学习体验；第二，课堂要适合情境学习；第三，课堂要促进师生之间、学生之间的多重交互；第四，课堂的范围应进一步扩展；第五，课堂要支持不同类型的学习。具体剖析如下。

1.课堂要促进学习者的学习体验。课堂要让学生有充分实践的机会。例如，在华东师范大学未来课堂的研究中，体验式学习空间的设置正是为了在师范大学的教师教育课程中，促进学生在体验学习实践中掌握教学理念和教学方法，完成不断增加的挑战性任务，而不仅仅是汲取学科概念知识。

2.课堂要适合情境学习。网络和多媒体技术的应用，使得情境学习成为可能。例如，对于学习英语的学生，与传统的坐在房间中练习中规中矩的语法和发音不同，可以在教室中通过多种方式与在异地的英国人面对面，通过手势、眼神的辅助进行交流，语速快，表达随意，学习者能够使用情境线索来理解交流的内容。

3.课堂要促进师生之间、学生之间的多重交互。当学生积极投身班级的协作和小团体的交互活动中时，我们认为这就是主动参与的标志。课堂有多种不同类型的交互原则，其中教师与学生的联系、学生与学生的协作、快速课堂反馈，高期待的沟通应用得最普遍。为了优化课堂上学生与学生、学生与教师的交互，对于课堂的设计而言，要求允许学生迅速地结对、形成小团体。这就要求课堂从传统的行、列排列的方式变为更加灵活的、允许多种组织的方式，课桌和椅子都要便于移动，进行重新排列组织。也就是说，课堂要适合于不同类型的团体活动方式，既要便于学生进行头脑风暴，也要便于教师的协助指导。当然，是教师，而不是教室，决定了课堂的教学策略，但是教室的结构可以便于策略的实施[3]。

4.扩展“课堂”的范围。学习到底发生在什么地点？虽然我们把重点放在教师和学生互动的课堂中，但是泛在学习使得课堂扩大到了更大的范围，一些研究考虑将正式学习和非正式学习结合，设计课内和课外相结合的学习方式[4]。

5.课堂要支持不同类型的学习。学生参与不同类型的学习，需要新的空间设计和支持技术，这种学习需要不同的配套环境，如设置与现实环境对应的虚拟学习支持系统、虚拟实验系统等，帮助学生进行协作和交流。

未来课堂设计的内容涉及很广，包括课堂的物理环境设计、教学的信息装备选用，以及高交互智能教学的设计。

● 未来课堂的物理环境设计

物理环境，是指研究对象周围的环境。传统课堂的物理环境，包括课堂的物理空间、讲台黑板的位置、课桌座位的摆放、教学设备的布局，甚至包括储藏室的安排等（如右图由陈卫东设计的未来课堂物理环境[5]）。对于一个成功的未来课堂设计而言，应遵照以人为本的设计原则，根据未来课堂的教学特点，需要考虑最优化的物理环境设计要素，具体包括：教室类型和用途、课堂空间布局、教室内部装修、教师移动讲台形式和摆放、学生活动桌椅形式和摆放、教室的空调与通风、教学设备的供配电、自然环境及灯光环境的照明、多媒体设备的排布、通讯网络的接入类型及信号覆盖、教室音响及扩声的声学效果等，此外还需要考虑使用的安全性、设备调整的灵活性、节能环保以及存储空间等。

1.教室的类型和用途设计。根据教室的不同类型和期望的功能用途，可以设计不同容量、座位类型的教室。在Emory学院的指导手册上[6]，教室被分为自由座位（Loose Seating）、研讨班(Seminar)、会议(Conference)、协作、固定座位、礼堂等几种类型。Cincinnati大学则将教室分为研讨班（10～22人）、一般的教室（21～199人）、礼堂（>200人）、远程学习、课堂服务和教学实验室等[7]。

2.课堂的空间布局。如果想设计具有良好视觉效果和位置分配的学习空间，课堂的设计需要由内而外而不是由外而内[8]。内部的设计需要让足够的学生有效使用教室。另外，在设计的早期，要预先考虑教室可能容纳的各种各样的设备。由于教学形式的多样性，教室的布局要能够适合多个投影仪和写字板的使用。写字板、投影仪、人员的位置需要能够灵活设置。例如，在一个小教室中，往往只需要一个投影屏幕和几个大型显示屏，中间的屏幕供投影机使用，旁边的显示屏供学生小组交流。除此之外，在大教室中，可以采用多投影的方式，以提供不同的画面和学习资源。

3.教室的内部装修。教室装修应以人为本，保证师生对教学环境的基本要求。明亮、舒适、安静、简洁，并兼顾经济实用，是教室装修的基本目标。通常，教室的墙壁、天花板，以及内部桌椅均宜采用色调柔和的哑光材料，以形成明亮、无眩光的环境。例如，墙壁四周可采用乳白色、淡黄色、浅绿色或浅蓝色等冷色调为主的哑光材料，师生桌椅则可选择浅咖啡色等暖色为主，在保持环境明亮、简洁的同时，避免色系单调、呆板。由于教室内师生活动频繁，因此墙面、桌面、地面均宜采用易清洁、耐磨损的材料。

未来课堂涉及较多的信息设备，对环境防尘、防潮、防静电以及温度、湿度等都有较高要求，考虑到绿色环保、消防安全、经久耐用等因素，在教室内部装修时，应选用绿色环保、不可燃、易擦洗的材料，对天花板、墙壁、地面进行防尘处理、防潮处理、防静电处理。

4.师生的桌椅及座位布局。教室的设计必须考虑不同用途、规模的教室本身的特点，桌子椅子是固定还是移动、排列的方式、桌椅的样式、桌椅的尺寸等都是未来教室的物理环境设计需要考虑的内容。学生的课桌历经千年的变迁，一直没有本质性的变化。随着信息技术应用的深入，原来放置书本、文具为主的课桌需要承载多种信息装备，以及师生之间、学生之间的高交互性等教学特点，使得未来课堂的课桌设计需要考虑更多的因素。目前的课桌设计围绕着如何适应多种不同的教学需求灵活变动。

5.教室的空调与新风。为了给师生营造舒适、安静的教学环境，同时保证各种信息设备持续、稳定地工作，未来课堂的教室内应温、湿度适宜，空气流通，同时还需尽量降低设备工作时发出的噪声。

为了保证空调设备在恒温、恒湿的工作条件下，提供使人感到舒适的送风量，必须计算教室内的热负荷。教室内的热负荷主要来自三个方面：各种信息设备、照明灯具、其他辅助设施产生的热；教室内师生人员活动产生的热；外部环境进入教室的热，如从墙壁、屋顶、地面导入教室的传导热，透过玻璃窗射入的太阳辐射热，从门窗缝隙而吹入的对流热，新风机等通风设备补充新风进来的热等。根据教室内设备运行的特点、教室空间的容量、室内人员的密度，并根据本地气候的情况等，计算确定该教室内空调设备的容量。

此外，由于教室人员集中，空间比较封闭，而空调仅能调节室内的温度、湿度，故教室内的空气并不清新，空气含氧量低不利于大脑思维活动。有条件的未来教室，为了保证教室内人员对新风的要求，可以考虑采用新风系统。新风机从室外吸入新鲜空气，处理后经管道送至各间教室，可以大大改善教室内的空气质量。例如，新风系统宜采用正压调节，避免负压条件下，外界的灰尘通过门窗吸入教室，不利于教室内的洁净度，影响环境清洁和计算机的运行。

6.教学设备的供配电。由于未来课堂的信息设备使用的越来越多，布局越来越分散，课堂上设备供配电的问题越来越重要。对于固定桌子的教室，为每个信息设备配备电源相对容易，成本也并不太高。对于移动课桌，供配电则是一个较为麻烦的问题。除了传统的在墙壁上预留供电插座之外，在地板上配置电源地插也是未来教室考虑的选项之一，但在地板上配置地插时，需要考虑供电的安全性、清洁的方便性。

此外，有条件的未来教室，可以考虑为计算机、投影机等关键信息设备提供UPS不间断电源集中供电。作为专业的供配电保护系统，UPS系统主要起到三个作用：一是提供后备电源，防止突然断电对计算机中未保存的重要数据造成遗失；二是消除供电“污染”，对供电线路上的浪涌冲击、噪声干扰、电压波动等予以改进，改善供电质量，使信息设备免受破坏；三是对通讯网络进行保护，提高网络的可用性。通过UPS集中供电，可以保证整个未来教室内信息设备的安全性与可靠性。

7.自然光及灯光环境的照明。自然光及灯光环境的照度是教室的基本条件，自然光和灯光的合理利用也是教室设计中的一个重要而又复杂的因素。灯光的设计取决于房间的大小、形状、白板或黑板的位置与大小、墙的高度、窗的位置等多种因素。自然光源的照度、色温、方向等都有很大变化，教室在使用投影机等设备时，较多情况下需要采用人工光源，所有窗户都可能需要用深色遮光窗帘遮挡。在使用人工光源时，应选择冷光源。液晶电视机及投影幕布等显示设备周围的环境照度应在50～80LUX之间；为了确保在讨论区域能清晰看到印刷材料上的文字、图表内容，讨论区域的环境照度应不低于300LUX。因此需要将灯光分成不同的区域进行控制。举例来说，当使用交互式电子白板时，需要将教室前面的灯光调暗一些，可使投影内容更加清楚。有条件的未来课堂可选用调光模块等集中控制设备，设定讨论模式、讲演模式等不同的情景控制模式，对教室内的电动窗帘开合、灯光亮度调节等集中控制。

8.多媒体设备排布及网络信号覆盖。多媒体设备和网络信号覆盖是未来教室有别于传统教室物理环境的最典型特征之一。多媒体设备排布及网络信号覆盖大都是根据教学形式的多样性灵活设计的，没有固定的模式。正如Cincinnati大学的学习空间设计指南中所说的[9]，如果想设计具有良好视觉效果和位置分配的学习空间，课堂的设计需要由内而外而不是由外而内。内部的设计需要让足够的学生有效使用教室。

● 未来课堂信息装备的选用

课堂的信息装备一直是教育技术关心的重点。目前，各种课堂教学装备层出不穷。例如，课堂多媒体集成控制器、交互式电子白板、电子表决器、电子书、超大型的显示屏幕等。这一问题的探讨涉及未来教育装备发展的趋势。目前，课堂信息装备可以分为两类，一类是完全局限于现有的物理环境的课堂，另一类则是虚拟现实的在线课堂。

虚拟现实的在线课堂己经初露端倪。一般的虚拟社区，只能基于文本交流，这种方式只能作为现实课堂的一种补充，并不能成为一种真正的“课堂”。而虚拟现实技术则使在线课堂变得真实可信，集成了“虚拟+现实”的优点。例如，哈佛大学因特网与社会Berkman中心的创始人Charlie Nesson等人创建了一个CyberOne的在线虚拟空间，为了使课程的参与者具有真正的哈佛课堂的体验，Charlie和他的团队决定在第二人生（Second Life）虚拟现实社区中创造一个与真正课堂平行的身临其境的三维环境[10]。第二人生与现实生活非常接近，参与者可以在其中想象真实的生活。虚拟参与者聚集在虚拟的哈佛法学院，这里有与真实环境对应的完整的建筑物、树木和道路，参与者可以参与在线课程，听实时的流媒体视频讲座，与其他参与者聊天。

信息技术的应用需要考虑两个方面的因素：一方面，课堂既要与现有的信息技术相整合；另一方面，也要为未来的技术发展预留空间。课堂设计应该尽量采用标准的技术，其中包括：计算机、数据投影、相机、硬盘录像机、影碟播放机、投影幕、交互式电子白板、显示器、接口（音频、视频、电源、网络等）、实物投影等。在运用这些技术的过程中，需要充分考虑到技术应该帮助学生集中注意力而不是分散注意力：如交互式电子白板方位的设置应便于教师与学生的眼神交流；当使用键盘和鼠标控制投影的内容时，为适合学生的视野，投影的高度要做适当的调整。

当然，教室的设计需要为未来技术的应用预留空间。虽然我们无法预计不远的将来哪一种技术将会盛行，然而我们可以判断，技术一定会朝更加灵活、个性化和便携的方向发展。在一般的课堂应用中，笔记本和PDA一定会代替台式机，无线网络一定会成为标准。课堂的设计需要考虑这种技术发展的趋势：无线高速网络将使我们在课堂上方便地获取视、音频，各种设备都将无线化，如无线投影仪；教师可以携带自己的设备到课堂中，而不必使用教室中原有的设备；交互式电子白板、表决器、手写板、平板式电脑、大屏幕显示器将会越来越多地得到应用，大型的触摸屏可能会成为小型教室的必要装备等。

● 高交互智能特性的未来课堂教学设计

高交互性是未来课堂的主要特征之一[11]，未来课堂的高交互性设计主要体现在以下几个方面。

1.对于物理课堂的装备，未来的课堂将从各种角度加强课堂的交互性，电子白板就是增强这种交互的有效工具，未来课堂的信息装备将以这种人机交互的设备为核心，辅之以电子书、表决器之类的其他设备。虽然目前的电子白板以电磁感应式为主，但这种分量重、安装麻烦的装备能否进一步发展，也是未来需要考虑的问题。

2.无线网络的发展增加了各种装备应用的灵活性，而目前电子白板和投影仪的有线连接方式约束了这些设备的使用，需要从便利性的角度对这些设备作进一步的改进。

3.由于学生手机，PDA等装备的智能化和普及化，某些装备可能将在设备中得到集成，而不是作为单独的设备出现。例如，根据协议规范，利用学生的手机作为表决器，或者设定专门的客户端软件，利用学生PDA进行师生间的交互。

智能技术进入未来课堂大大提升了教学的灵动性。移动设备和无所不在的连接使人们可随时随地学习。虽然这类技术更多地应用于泛在学习环境中，但对于课堂教学，如果能够与智能技术相结合也可以大大提高教学的灵活性。例如，具体的场景中，技术可以提醒学习者在那个环境中可以做什么，当有人走进物理空间时可提醒声音轻一点，不要吃东西，为某种课程内容做准备等。这种智能技术往往用于设计专用的、面向具体学科的学习环境，如实验室和其他技术环境，学习者能够利用网络为便携设备提供各类服务，并且能够动态加入和离开作业系统，或者与本地系统进行交互。

在国外的相关研究中设计了这样的场景[12]：根据课程网页的内容，系统自动知道哪间教室上什么课，课堂所在的大楼网络获得了相应的课程安排，知道什么人、什么时间进入大楼。当教师进入教室做准备工作时，大楼的网络登记教师的无线射频识别标签，检索具体的任务书，并通知有关设备启动，显示设备被激活，等待视频源，计算机上传计划的教案。如果课堂上进行测验，当测验一开始，路由器配置禁止房间内外的IP的边界、限制学生使用浏览器和搜索工具通过网络查找资料，这也是未来课堂设计中将要体现的应用。

● 结语

未来课堂的设计基于现代教学的需求，以“学”为中心，以促进学习为目的，进而营造最优化的教学环境，因此，未来课堂的设计意义在于用于真正的教学而不仅仅是演示。根据课堂用途、使用学生类型的不同，相应的教学方式也会有很大的差异。在未来课堂项目研究中，将进一步拓展未来课堂的应用：与中小学合作，改进课堂的设计，探讨现代课堂设计与应用的规范和标准；研究不同课堂环境下的教学方法，使之适合不同类型的教学；进行初步的虚拟课堂的教学，研究虚拟现实课堂推广的可能性等。

参考文献：

[1]张际平，陈卫东.教学之主阵地:未来课堂研究[J].现代教育技术，2010(10）:44-50.

[2]陈向东，蒋中望.现代教室的空间架构[J].现代远距离教育，2011(4):54-59.

[3]高丹丹,陈向东,张际平.未来课堂的设计[J].中国电化教育，2009(11):11-15.

[4]E Crawley,S Immrich.Process for Designing Learning Spaces,Case Study:The MIT Learning Lab for Complex Systems[R].Cambridge,Massachusetts：NLII Learning Systems Design Workshop,September 10，2004.

[5]陈卫东.教育技术学视野下的未来课堂研究[D].上海:华东师范大学博士论文，2012.

[6]Emory College.Emory College Classroom Design Guide. [DB/OL].http://www.college.emory.edu/about/planning/facilities/classroomGuidelines.pdf，2007.

[7][8][9] University of Cincinnati.Division of the University Architect Design Guidance:Learning Environments[DB/OL]. http://www.uc.edu/architect/documents/design/learnenv.pdf，2003.

[10]CyberOne:Law in the Court of Public Opinion. [DB/OL].http://blogs.law.harvard.edu/cyberone/.

[11]陈卫东，张际平.未来课堂的定位与特性研究[J].电化教育研究，2010(8）:23-28.

[12]P D Long，S C Ehrmann.Future of the Learning Space: Breaking Out of the Box[J].EDUCAUSE Review，2005，40(4):42-58.