中学地理智慧课堂五边形模型关键要素分析

张一诺 张宇辰 路紫

摘要：智慧课堂是指以新一代ICTs为支撑进行直观灵动教学、精准及时跟踪和个性化自主探究学习的课堂体验形式。以中学地理教学为例，界定了智慧课堂关键要素和实施领域并将其归纳为一个紧凑统一的五边形系统，即基于硬件、软件条件以及大数据平台、云平台、媒介平台环境，组织课前-课上-课下-课外循环闭合教学，实施评价-调节一体化的新型教学管理。同时面对当前存在的问题，还须采取多途径综合解决方法以完善智能化教学的秩序。

关键词：五边形模型;智慧课堂;中学地理教学

智慧课堂即依托数字设施组成的智能技术平台创建情景感知、推送学情信息、支持师生交互，以直观分析教学效果，并为自主性学习和远程学习提供各种资源载体和智能应用。其在教学方面的三大支柱分别为技术支持、教学行为和学生个体发展[1-3]。由新一代ICTs应用于智慧教学的相关实践可见，智慧课堂系统的关键性成功要素主要包括硬件域、软件域、环境域、组织域和管理域，我们将这种五维复杂关系称为智慧课堂五边形模型。本文尝试以中学地理教学为例，结合智慧课堂创建工作及建设标准分析其关键要素的内涵与应用，以适应现代社会开放教育的新变化。

一、硬件域

中学地理智慧课堂硬件域是指为帮助学生完成自主学习而使用的各种可触知的硬件设备[4]，包括常用电子设备（笔记本电脑、手机、iPad等）和新型电子设备（VR/AR器材、3D打印机等），为改变地理信息表达形式、丰富地理学习方式、支持个性化学习体验、服务师生信息流动等提供了物质基础条件。

iPad辅助地理教学是一种不脱离传统教学又融合网络（媒体）技术的教学方式。北京市已有一批中学常态使用iPad授课或自主学习。如利用学校Wiki平台上传-下载地理课程资源包;利用Apple Store中大量可运用的地理学App资源开发地理实践课（天文观测等）;利用iPad开展自主探究性教学活动（地图绘制、多媒体剪辑、电子书阅读、文稿演示等）。

VR/AR辅助地理教学是从学生体验入手，借助Google Cardboard观察地理现象，解释课程内容，配合多种手机应用程序（如360°photos、地球相机、Google Expeditions App、Quiver、Geocam Free、Landscap AR）支持虚拟环境中对真实感受的触知[5]。如在地理教室通过数字化操作（打印-着色-扫描）将抽象的紙面地图进行立体转化;利用360°照片探索著名景观和典型地标模拟虚拟旅行;将实时地理信息（GPS坐标、方向、距离等）覆盖至相机视图全方位显示区域地理特征。

3D打印辅助地理教学旨在将二维平面转化为三维立体，从而改变传统地理教学活动形式和地理知识呈现方式，如通过绘制等高线图并调整已有等高线的形状和疏密程度制作各式三维山体模型等。

当集中精力于硬件域时，我们特别注意到新一代ICTs已快速渗透到地理教学中并促使了教学系统潜力的发挥。但也不难发现，过分强调信息传输能力建设（如综合设施网）难免忽视普及和使用等方面的规划与规范，致使设施配备（如移动终端类型）与教学相互联系的统一化和标准化不足，反过来阻碍对智慧课堂的广泛实践。这些问题均需在今后的智慧课堂建设中予以关注和解决。

二、软件域

中学地理智慧课堂软件域是指通过硬件设备控制操作的智能软件，包括信息系统、数据库系统和引导系统以及支持快速创建的各类应用程序[6]。当前软件域的主要表现形式是基于手机App设计各类地理教学活动，将其本身呈现的和实操获取的地理数据与教学内容相结合实现智慧教学。

目前可获得的地理特色手机App十分丰富：地球运动模拟类有谷歌地球、地球仪3D、全球3DVR、太阳测量师等;气象气候类有气象雷达、智慧农气象、Meteosphere、MeteoEarth等;天象观测类有Star Walk、Solar Walk、Star Chart、星图等;环境监测类有碳足迹计算器、墨迹天气、蔚蓝地图等;地图类有Google Earth、ArcGIS、高德地图等;户外地理类有户外工具箱、形色、地质测绘记录仪等;地理资信类有NASA、中国国家地理、National Geographic系列软件等;地理知识游戏类有疯狂地理、Geo Expert-世界地理、地理拼图等。其在教学中的典型应用包括：运用太阳测量师演示星球运动，运用MeteoEarth分析气压带风带，运用星图/Solar Walk观察天文景观，运用碳足迹计算器记录生活碳排放，运用Google Earth开展区域地理实习，运用形色识别植物，运用户外助手区分地貌，运用地质测绘记录仪了解岩石矿物等。这些与地理教学密切相关的软件蕴含大量实时动态信息，与中学地理教材中“宇宙中的地球”“地球上的大气”等章节匹配良好，具有补充教学资源、模拟实践活动、助力知识自动更新的优势。

当前软件域存在的主要问题是：各软件的配合与协调尚不能保证智慧校园课堂的普及化发展。如众多制图软件虽开创了交互式地图以及地理空间应用的新形态，但仍缺乏切合地理教学需要的系统化专属地图;地理类教学App主要集中在地球运动、气象气候和天象观测方面，在其他地理教学章节对教育消费者和软件开发商均有益的尝试较为有限;同时在软件产品和信息服务领域还存在国内和国际层面上的差异。此外，对尖端软件使用热情的缺乏也是不容忽视的问题，这导致开发商难以实施新的举措。从某种意义上说，克服智慧课堂所面临的阻碍，关键是解决以移动终端为导向的软件服务问题。

三、环境域

中学地理智慧课堂环境域是指由大数据平台和媒介平台等构建的智能化学习、交流环境[7]。通过嵌入各类平台的专门化观察量表，采集、整理、分析、传递表现性数据，从而把传统封闭式学习环境变成面向网络的开放式学习环境。

新一代ICTs与地理门户网站相结合架构了智慧课堂的大数据平台，所提供的地理数据不仅具有实时性、直观性、可叠加性和可操作性，而且具有结构性与非结构性、定性与定量的统一，还通过资源整合在新知识衍生方面提供了科学设计，如自然地理地形地貌识别与地图处理相结合、人口地理与人文地理相结合深入学习体验。

云平台支持地理学习内容及成果的无限容量存储、多平台接入访问和多方协作，其实质是地理数据的获取更新、伸缩转换以及使用方式发生根本变化。在师资配置不均衡或短缺地区尤为适用，实现了地理教育资源的最大化合理分配。

媒介平台指依托微信、Moodle、AI School等集分析技术与交流互动于一体的教学媒介应用，着眼于学生自主解决问题的过程以及师生间教学情感、态度和效果的及时沟通。当前依托媒介平台进行智慧地理教学实践的途径主要有开通班级公众号、建立微信群、推送订阅号，利用聊天室、论坛、互动评价、在线测验、教学游戏等整合各种交互学习活动。

当前环境域存在的主要问题是：所应用的教学平台系统和数据库系统在结构上、功能上均是相对独立和割裂的，地理虚拟平台和仿真模拟平台的供给也明显不足。这些缺欠不利于教学数据的整合分析、不利于教学形态创新与流程重构、不利于海量资源有效利用。今后还须搭建便捷的大数据—云存储—媒介平台，实现线上线下一体化的全场景教学应用以及校内外区域性地理教学资源的传播和共享。

四、组织域

中学地理智慧课堂组织域是指课前-课上-课下-课外循环闭合教学过程中所提供的智能化处理与传送、显示与控制，旨在减少可避免的实施障碍。由于智慧地理教学过程中设计了大量学生活动环节，这对组织域提出严格要求，应制定信息化资源利用与地理课程整合相适应的策略[8]。

课前-课上-课下-课外循环闭合组织是智能课堂的基本体现。课前策略包括利用多媒体移动终端基于云平台中指向知识学习的课件、微视频、互动答疑功能等获取/发布学习资源，针对课程重难点梳理地理知识，基于媒介平台进行多种类、多层次的作业设计并完成自主预习。课上策略包括基于课前问题的释疑解惑、观看视频导入虚拟情境、引入地理知识点、基于知识理解的自主探究、基于地理现象实验的小组实操研讨、基于地理新知的成果展示，衔接课前自学与课上学习完成地理知识更新。课下策略包括建立交流群公布练习任务进行作业延伸、实时检测内容与进度、推送练习答案及选取错误率较高的题目进行针对性解析、多元双向量化地理教学评价（通过投票、问卷等方式）。课外策略包括绘制地理要素海报等完成知识补充、应用地理知识解决生活中遇到的问题、分析显性隐性教学特征（如挖掘开发地理课程兴趣点）并为下一节课的地理教学提供精准学情支撑。

目前组织域遇到的相关难题包括：设计、使用、操作该循环闭合系统的组织体系欠缺，教学规划与服务欠缺（如开设拓展课程提升学习参与度与体验度不足），运用范围与特定目的脱节（如VR使用在地球运动、气候气象、地质地貌等以外即应适量）。考虑到规则和程序等环节，通过组织域支持以上循环闭合过程无缝对接的核心是供需关系的构建与调节，即硬件域、软件域、环境域这些外部性元素在不同层次上的内在组织。

五、管理域

中学地理智慧课堂管理域是指从认知、情感和行为上以发展学生能力为目标构建开放的教育教学基本规范和保障体系，其关键组成部分包括常态化采集和分析教学数据[9]、识别诊断学习者个体属性和学习行为特征，在此基础上动态评价学习内容与教学过程、制定自主选择和随机应变的学习策略。从狭义上说，智慧课堂的管理域集中体现在对

学生的学习活动数据进行综合分析，作出多元、个性的评价和反馈。如Moodle或AI School平台对所有教学活动都有完善的评价功能和可设置的评价标准，应用该平台结合学生界面，控制学习轨迹，防止学生跳过某些规定的学习内容，教师也可以方便地在一个屏幕上看到所有学生的学习进度，并进行学习自主性和学习态度的定量与定性评价，使地理教学评价从仅注重学习能力转向为知识与情感态度的呼应。再如利用这些平台建立个人案例库，将分等级评价记录（评语）根据需要及时反馈给学生，并通过情境交流实现师生间立体化交互。从广义上说，智慧课堂管理域还包括规章制度以及各方协作行为两方面，即当前硬件域、软件域、环境域存在的各种约束以及组织障碍均与智慧课堂管理域尚不完善有关。

未来管理域的建设不应仅仅局限于单纯知识获取/传授效果的评估，还要加强信息理解和应用等方面的度量以及师生在不同主题和领域上交互程度的考核，以改变传统教学模式下课程管理流程繁琐、数据孤岛林立、师生难以形成紧密交互的状态。这样看，智慧课堂的实施不再是简单的技术问题，而本质上是一个体制与机制问题，包括一整套用于地理教学的技术标准、协议以及对政策的共同态度，以使教育者的思路和师生逻辑关系得到优化。

基于以上研究，应用新一代ICTs的智慧课堂使体验形式发生根本变化，更加符合信息资源感知共享、网络化与数字化有机结合的新型教育思想与学习模式。然而从智慧课堂五边形模型一些连接关系缺失中可以看到至今仍然较少运用综合解决方法而是较多求助于单一解决方案。其问题的产生在于：一是各地区教育机构努力维护各自的运行计划，致使难以从协作战略上看待智慧课堂的广阔市场和长远潜力[10];二是与高速快捷的联通网络、系统化处理平台、广泛的终端应用相比较，教育团队的集体知识创新尚且不足;三是物质基础设施与规划间缺乏协调，致使一味强调设施和资金增设而较少考虑供需平衡。未来在智慧课堂建设中，应将中心议题置于五维要素中，使之高效交融，切实提高智慧课堂的质量。

参考文献：

[1]   刘邦奇.智慧课堂的发展、平台架构与应用设计———从智慧课堂1.0到智慧课堂3.0[J].现代教育技术，2019，29（03）.

[2]   陈琳，王蔚，李佩佩，等.智慧校园的智慧本质探讨——兼论智慧校园“智慧缺失”及建设策略[J].远程教育杂志，2016，34（04）.

[3]   裘伟将“.互联网+高中地理教学”的实践研究[J].地理教学，2017，17（12）.

[4]   肖翠翠.基于Pad教学的地理智慧课堂的构建及案例研究[J].地理教学，2016，16（23）.

[5]   DefantiA.Using augmented and virtual reality to bring your geography classes to life[J].Interaction，2016，44（03）.

[6]   彭清思，范泰阳，黄文斌.手机APP在中学地理教学中的应用——以IOS操作系统为例[J].地理教学，2018，18（01）.

[7]   IfteneA，TrandabD.EnhancingtheAttractivenessofLearning throughAugmentedReality[J].ProcediaComputerScience，2018，126（04）.

[8]   刘璐，曾素林.国外中小学研学旅行课程实施的模式、特点及启示[J].课程·教材·教法，2018，38（04）.

[9]   郑友强，贺志康.在线街景地图在高中地理教学中的应用[J].地理教学，2018，18（12）.

[10] 于长虹，王运武，马武.智慧校園建设的现状、问题与对策[J].教学与管理，2015，31（06）.

【责任编辑 王颖】