基于未来教育空间站的课堂生态系统研究

张立敏　金义富等

摘要：经过70多年的发展，宏观层面的教育生态学研究已经非常成熟，而在微观层面，课堂生态学的研究依然相对薄弱。为了探讨不同的教学环境对课堂生态的影响，采用实证方法研究分析了基于岭南师范学院未来教育空间站的课堂生态系统的概念、逻辑模型和生态特征。提出基于未來教育空间站的课堂生态系统区别于传统课堂生态系统，由教学群体、教学环境和知识信息共同组成，以构建形式多样、内容丰富的多功能生态教室为基础，具备了整体性、开放性、多样性和交互性等个性特征。通过教学实践证明，多功能生态教室的建设有利于构建良性发展的优质课堂生态系统，有助于提升课堂教学质量和教学效果。

关键词：未来教育空间站；课堂生态；逻辑模型；生态特征

中图分类号：G434 文献标识码：A

一、引言

1976年，Lawrence Cremin在《公共教育》一书中提出了教育生态学的概念，并且从生态学的角度分析了教育领域产生的现象和问题，从而形成了一门新的交叉学科。教育生态系统和自然生态系统一样，涉及了从宏观到微观的诸多层面，对教育质量有着极大的影响。经过80多年的探索，教育生态系统在宏观上形成了比较完整的理论框架，但在微观层面上，尤其是对于课堂教学这样的微生态系统的研究还处于起步阶段。美国教育学者Waller.W 1932年在《教学社会学》一书中首先提出了“课堂生态学”这个概念，在我国，直到2000年范国睿才在《教育生态学》一书中将课堂作为具体的生态系统进行考察和研究。课堂作为—个完整独立的教学空间，构成了完整独立的生态系统，而生态化的课堂建设将改变传统的教学模式和教学方式，有助于提升教学质量和教学效果，对整体性教育生态系统影响巨大。本文以岭南师范学院未来教育空间站在教学实践中的应用为例，对课堂生态系统的概念、逻辑模型和本质特征进行了研究，旨在探讨教学环境对课堂生态系统的影响，为建设生态化的课堂提供有益的理论支持。

二、未来教育空间站

教育空间是社会空间与学习空间的复合体，既是封闭的，又是开放的，教育的发展已经进入网络空间阶段，网络化、数字化特征越来越明显，信息化技术支撑下发展起来的教育空间站已经成为创新教师教育信息化的虚拟平台和创新课堂教学的实验平台。继华东师范大学和广西师范学院未来教师空间站建成之后，全国第三个教育信息化虚拟平台——岭南师范学院未来教育空间站于2013年初建成并投入使用，2015年开始教学试点，2016年开始师范生教育见习试点。未来教育空间站以未来教育为理念，以现代信息技术为支撑，实现了传统课堂与网络课堂、高校课堂与中小学课堂、城市课堂与农村课堂在实践、空间、内容及方式四个维度的融合。未来教育空间站共建成包括教育云数据存储与管理中心在内的4个支撑平台，以及远程实时交互网真教室在内的6个功能教室，同时与粤教云、教育大数据中心、异地网真教室、中小学多媒体教室互联互通，辐射整个粤西地区。未来教育空间站的功能结构如下页图1所示。

未来教育空间站目前以基于远程实时交互网真教室为核心开展了全校性教育见习，打破了时空间的限制，支持多个异地课堂的远程音视频高清实时互动，把物理上分割的中小学上课教室、高校师范生听课教室、教研组研讨教室等异地课堂转换成逻辑上和感观上单一的虚拟课堂，为教育见习提供了新的解决方案。与此同时，基于网络智能录播教室的精品课程的设计与制作、基于未来课堂体验室的智慧教学、基于3D制作互动体验室多维度、多角度、多感官的情景化课堂教学以及基于物联网互动学习教室的项目式教学也正在实践当中。

三、课堂生态系统的概念

1935年，英国生态学家A.G.Tansley在丹麦植物学家Eugenius Warming的影响下明确提出了生态系统的概念，随后指出生态系统是一个广义的概念，任何生物及其环境的统一体都可以构成生态系统。由教师、学生与课堂教学环境所构成的课堂生态系统，无论是广义的课堂，还是狭义的课堂，都具有生态性。课堂生态系统是以教师和学生为主体，以教学场所为环境，以教学活动为基础，动态发展的微型生态系统。这一系统在组成要素、结构和功能等方面与自然生态系统都具有很高的相似性，基于未来教育空间站的课堂生态系统符合课堂生态系统的一般特点，同时具备个性特征（如表1所示）。

基于未来教育空间站的课堂生态系统在组成成分、主体关系及空间特征等方面有别于传统的课堂生态系统，具备其个性特征，不仅仅局限于有限的课堂教学，更加注重课堂的外延与扩展，注重教学的整个过程，强调各个组成要素之间的联系和整体的有机性。基于未来教育空间站的课堂生态系统一般有如下两层涵义：一是局域的课堂生态系统，由单一教室和单一课时构成，着眼于课堂教学过程的微观层面，研究不同功能教室环境下课堂教学的教学模式和教学方法，以及对课堂教学的影响和作用；二是广域的课堂生态系统，由互联教室和延伸课时构成，着眼于整个教学过程的宏观层面，研究课堂与课堂之间的相互作用和演化机制以及对整个教育生态的影响和作用。

如图2所示，课堂教学和讨论只是课堂生态系统中的一个环节，疑点、难点问题的课后讨论、网络课堂的知识拓展以及问题反馈都会反作用于课堂教学，教学模式和教学方法也会进行相应的修正以满足教学的需要，整个生命周期不断循环演化。

四、课堂生态系统的逻辑模型

生态系统由生物与非生物环境共同组成，其中生物环境包括生产者、消费者和分解者，而非生物环境则是生态系统赖以存在的基础。课堂生态系统的非生物环境是指生态化的教学环境，由物理环境、社会环境和规范环境相互依存、相互影响共同构成，主要包括教学场地和软硬件辅助系统。课堂生态系统中教师是生产者，学生是消费者，教师和学生共同组成分解者，系统的逻辑模型如下页图3所示：

基于未来教育空间站的课堂生态系统由教学群体（包括教师、学生、教研团队和兴趣小组）、教学环境、知识信息共同构成的，他们之间经由知识信息而相互依存、共同作用，进而构成完整的生态系统。

（一）教学群体

基于未来教育空间站的课堂生态系统的主体从微观到宏观可以分为个体和群落两个层次。个体是指系统中不可分割的、可以独立完成一定功能的主体单元，包括授课教师和听课学生，他们是系统中唯一能够发挥主观能动性的单元，是系統中最活跃的因素，是教与学不可分割的两个相互联系又相互独立的部分。基于未来教育空间站的多功能教室因其开放性和外延性，主体单元之间又聚合成两个新的群落：教师教研团队和学生兴趣小组，群落与群落之间、群落与个体之间相互影响、相互作用，他们存在于课堂生态系统之外，作用于课堂生态系统之上，影响着整个系统的发展和物质转换。

（二）教学环境

教学环境不仅仅是一间教室，一块黑板，几排桌椅，而是集计算机技术、多媒体技术于一体的复杂生态环境，主要包括教学场地和软硬件辅助系统两个部分，同时还包括分布于网络空间的各种知识、信息和学习资源。未来教育空间站形式多样的教学功能室构成了丰富多彩的教学环境，不同的教学环境带来不一样的教学模式和教学方法，同时为教学群体之间的知识信息传递提供了不可或缺的基础条件。随着信息技术的飞速发展，网络学习资源日益丰富，网络学习自助功能越发强大，课堂教学向虚拟化方向不断发展，知识交互的广度和深度也在不断深入。

（三）知识信息

知识信息是指教学过程中传递的内容，它可以是来自教师的授课内容，可以是来自学生的提问和回答，还可以是来自多功能教室产生的形式多样的新媒体信息。在未来教育空间站里，这种新媒体信息形式是多样的，包括电视数字信息、3D互动信息、教学视频音频信息等等。课堂生态系统中的主体活动离不开知识信息的传递，其作用主要表现在维护课堂教学活动的平稳进行、科学知识的双向传递、师生关系的维持协调。知识信息流动是课堂生态系统的主要媒介，教师通过教学环境展示知识信息，学生通过教学环境接受知识信息，教师与学生之间通过知识信息进行交互，知识信息流动推动着教学群体和教学环境之间的相互联系，课堂生态系统中知识信息的流动是双向逐级递增的，知识信息流动越频繁、越迅速，知识信息的累积越强大。

五、课堂生态系统的特征

李森教授认为课堂生态作为一种独特的生态，具有整体性、协变性和共生性三大生态特征。美国学者Brown J.S在分析网络学习生态系统后认为其具有开放性、动态性和相互依存性等基本特点。从生态特征的角度分析，基于未来教育空间站的课堂生态系统具备整体性、开放性、多样性和交互性等特征，在相对稳定的时间和空间条件下，结构和功能都处于动态的协调发展之中。

（一）整体性

整体性是课堂生态系统的本质与核心，整体性要求系统中各个要素之间相互协调、共同作用，一方面促使系统保持良性发展，实现生态功能的最大化，另一方面实现各种教学资源的优化配置。以物联网互动学习教室开展的产品设计课为例，教师上课之初提出设计主题，学生自主构思并完成设计，设计方案通过智能终端推送到教师端，教师实时展示并提问，视情况发起全班范围内的讨论，学生均可依据自己的想法针对方案进行或细节或整体的修改，所有的修改又可通过网络发送给设计者，设计者可以接受，也可以不接受，还可以质疑提问者，学生在完成设计修改后，教师可重复上述过程直至教学结束。在课堂教学过程当中，智能终端、服务器、网络连接等硬件设备借助物联网技术和无线传感技术整合在一起构成的教学环境与教师、学生融为一体，缺一不可。课堂生态系统的发展是一个不断由低级向高级、由简单向复杂演化的过程，整体性功能展示为课堂教学的良性循环提供了必要的基础条件，为课堂生态系统的可持续发展提供了有力的支持。

（二）开放性

开放性是课堂生态系统的基本特征之一，开放性为系统中各个要素之间的联系提供了基础性的保证。开放性包括两层涵义：一是指知识信息的开放性，各种信息、知识、资源在课堂内外交互，保持系统的新陈代谢；二是指地域的开放性，多个异地实体课堂的互联互通，为参与者提供统一的虚拟学习环境。开放性维持系统与外界环境的联通，知识可以得到充分的交换和发掘，从而保证了整个系统有效的新陈代谢和旺盛的生命力。

课堂一般情况下是相对独立和封闭的，以课堂教学环境为基础的课堂生态系统一般情况下也是相对独立和封闭的，但基于未来教育空间站的课堂生态系统却是开放的、互联的。以远程实时交互网真教室开展的教育见习为例，如图4所示，课堂不再是基于单一的实体教室，而是多个异地网真教室的互联互通，学生不用踏出校园就可以参加远程教育见习，而教研组既可本地参与也可异地参与。在传统的公开课上，听课教师坐在教室的后面人手一个笔记本，偶尔低语几句，不仅给上课的老师和学生造成心理压力，而且影响了正常的教学氛围。在实践当中，中小学网真教室与教研组听课教室直接相邻，却只能通过网络互通，听课时上课教室只能单向传输，教研组与见习学生在观摩的同时可以讨论，即不影响正常教学，又有利于远程见习交流；在互动环节所有教室双向传输，上课教师和学生、教研组、见习学生之间可以互动交流，授课、见习、教研三位一体，极大地提高了教学效果。开放性的课堂是课堂生态系统的物理基础，透过开放性而建成的虚拟化课堂教学环境不仅可以为教学群体提供良好的学习和交流平台，还可以体验到虚拟化课堂教学的独特魅力。

（三）多样性

多样性是保持课堂生态系统动态平衡的必要条件，基于未来教育空间站的课堂生态系统的多样性主要体现在教学环境的多样性和教学角色的多样性两个方面，教学环境的多样性带来多样的教学模式和教学方法，教学角色的多样性带来多样的教学体验和教学效果。未来教育空间站目前建成的4个支撑平台和6个功能教室集中体现了教学环境的多样性，这些功能丰富、目标多样的功能教室为课堂教学带来了全新的体验，不仅体现在教学环境的多样化，更重要的是由教学环境的多样化带来的教学模式和教学方法的多样化，课堂教学不在是单一的模式，摆脱了原有的枯燥和乏味，进而深层次的影响教学效果。

在教学实践中我们发现，同样一门课在不同的功能教室授课会产生不一样的教学效果。以计算机文化基础课为例，概述部分在未來课堂体验室授课效果最佳，多屏之间的联动显示极好地展现了教学内容之间的对比效果，强化了知识点的记忆；办公软件部分的讲解放在未来课堂体验室则无法达到预期效果，如果放在物联网互动学习教室则效果良好，教师与学生之间的良好互动和实时双向操作的展示可以充分调动学生的积极性和兴趣，提高教学效果和质量。

在教学角色的多样性方面，未来课堂体验室的表现尤为突出。在软件项目管理课的教学实践当中，教室中课桌的摆放是按小组设定的，教师按需随时加入其中一组进行研讨，教师和学生的角色不再固定，可以实时互换，学生可以回答问题，也可以提出问题，教师不仅仅是传授知识，更多的是在进行答疑解惑。在整个课堂教学环节当中，教师和学生即可以是组长，也可以是组员，甚至是旁观者，拥有不同能力的学生可以扮演不同的角色，多种角色的设定与相互之间的转换不仅增加了课堂生态系统的多样性，而且有利于更好地满足课堂教学目标的设定，更重要的是带来的课堂的生机与活力。

（四）交互性

教学活动本身就是一个交互的过程，知识信息通过交互在教学群体之间流动，知识传授、互动讨论、提问回答这些教学环节无一不体现了交互性。课堂生态系统的交互性区别于传统生态系统，具有时限性和不可回收性，随着教学活动的结束，信息交互也随之结束。在构建基于未来教育空间站的课堂生态的过程当中发现，交互性不仅仅体现在课堂教学过程当中，还体现在课后互动交流当中。以网络智能录播教室为例，教学交互过程经过一体化录播系统自动生成教学资源，教学群体可以在课后通过网络平台进行交流互动，实现课堂知识的二次传递和共享。交互性与开放性是分不开的，只有交互的系统才是开放的，也只有开放的系统才能不断地进化，不断地完善并更好地适应环境。从功能模块看，未来教育空间站的6个功能教室和3个支撑平台均建立在实时交互的基础上，既注重单一实体课堂的内在交互，也注重异地实体课堂之间的远程实时交互，更强调深度交互与融合。

六、结束语

“互联网+”时代的课堂教学不仅具有传统课堂教学的特点，同时具备虚拟化学习场景教学的特点，笔者结合岭南师范学院未来教育空间站多功能教室的建设情况，从生态学视角分析了课堂生态系统的概念、逻辑模型和生态特征，研究认为形式丰富的多功能教室的建设有利于构建优质的课堂生态，从而提升课堂教学的质量和效果。课堂生态的进一步发展离不开多功能生态教室的建设，后续将深入挖掘未来教育空间站的教学功能，通过教学实践找出课堂生态系统发展中存在的问题，为保证课堂生态系统的良性发展提供更有力的理论支撑和更全面的技术支持。