PST视角下主动学习教室的演进

杨 鹤，蔡 进，熊 思

（湖北第二师范学院 a.计算机学院；b.基础教育信息技术服务湖北省协同创新中心，武汉 430205）

1 引言

过去的二十年间，教室作为典型的正式学习空间，在布局与技术应用上都发生了本质的变化。这种变化的驱动力来源于新的社会环境下教学方式变革，而教室的改变又成为教学方式进一步变革的推动力。

信息技术是新世纪经济发展与社会进步的主要推动力量，在信息技术的支持下，社会生产呈现出高度机械化和智能化的特征，因此对人才的需求由能从事重复性工业化生产转变为具有批判精神、能从事创造性工作、具备沟通和协作能力。上述高阶思维能力客观上要求通过更深入的学习（深度学习）获得，这意味着以传统的以教师为中心的教学方法必须向以学生为中心转变。

以学生为中心的教学方法以建构主义为理论基础，将教学重点从教师转移到学生，主动学习是实现该教学方法主要策略之一。以学生为中心的主动学习方式客观上要求传统矩阵式布局的教室作出调整，以支撑团队学习、基于项目的学习等各种主动学习活动的开展。主动学习教室正是在这一客观需求下诞生的。

近二十年来欧美高校掀起的主动学习教室运动，是主动学习空间发展的重要标志。从灵活的桌椅布局到可移动白板与交互式显示屏，从计算机、Wifi接入到虚拟仿真技术的应用，主动学习教室以多元化的表现形式解构与增强传统教室的功能，反向推动以学生为中心的主动式学习方式广泛普及。技术与空间的深度融合，一方面使主动学习教室更“智慧”，另一方面使教室突破时空限制，向网络空间外延，支持更深层、更大范围主动学习活动的开展。

2 PST视角下主动学习教室的演进

2.1 从被动学习到主动学习

主动学习（Active Learning）被广义地定义为能让学生除了看、听、做笔记外，积极参与学习任务并反思自己的工作的任何一种教学方法。[1]因此它是一系列能让学生主动、亲身参与到学习过程的教学方法的集合。一般认为主动学习教学法包括基于项目、基于问题、基于探究、基于案例和基于发现的学习五大类。[2]

教室（Classroom）是一种学习空间，它为学习活动的开展提供了不受外界打扰的场所。主动学习教室（Active Learning Classroom）是为优化主动学习实践，并扩大其对学习者积极影响而专门设计的学习空间。[3]David Radcliffe 等人在实施“下一代学习空间”项目中提出的PST框架（PST，Pedagogy，Space，Technology）是以问题驱动的方式，综合文献研究和世界各国关于学习空间的创新实践得出的指导性框架。[4]该框架的特征在于把教学方法、空间和技术作为整体考虑，解释了三者的相互作用关系。教室作为学习空间的一种，受教学法的驱动而改变，教室的改变反之又促进教学法的实现和发展。随主动学习教学法应用领域的改变，主动学习教室的规模从小到大，功能从单一到多元，不断演进。在此过程中，新技术的涌现和应用使教室的规模、边界和功能不断延展。与此同时，技术的应用为教学提供了更多新颖工具，使教学法得以增强。从PST视角出发，主动学习、主动学习教室和技术间的关系如图1所示。

图1 PST框架下的主动学习与主动学习教室

社会对学习者能力的需求决定了采用什么样的教学法，教学法是驱动学习空间发展的动力，学习空间需要与教学法相匹配，支持教学活动的开展。传统的教室是工业化的产物，工业社会对劳动力的需求使得当时的教育侧重知识的传授和反的复技能训练。在行为主义学习理论的主导下，学习被认为是反应的强化，知识被视为可传递的物品，教师是传递知识的工具，因此普遍采用的教学方法是以教师为中心的教学法，即教师讲、学生听，教师是课堂的主导者和教学活动的中心，学生是被动的知识接收者。为了契合这种教学方法的需求，教室采取的是矩阵式布局，所有的座椅都面向讲台且固定，便于知识的单向传输，在以教师为中心的教学法中，教室的功能就是促进知识的“强化”和“传递”。[5]

信息时代，生产条件高度数字化甚至智能化，大量的经由训练即可掌握的重复性工作被代替，强调创新能力、沟通能力、解决问题能力以及信息调控能力的专业型以及脑力型服务需求增加这些能力无法通过传递的方式获取，而必须经由学生主动思考、探究和交流建构，对应的是分析、评估、创造等高阶学习目标。

在这一客观环境下，以教师讲授为主的被动式学习方式严重制约了学生的学习积极性，互动性差、参与度不高成为传统以课堂最为典型的弊端之一。教师讲、学生听的课堂授课方式同质化倾向严重，所有的学生都聆听同样的授课内容，学生的个体化差异和个性化需求得不到充分尊重。这些问题导致学生的批判性思维能力、创新能力难以充分发挥，沟通协作能力得不到充足施展。

在对新学习方式的探索中，杜威提出了“从做中学”的观点，皮亚杰则更进一步提出建构主义思想。在建构主义理论指导下，以学生为中心的主动学习方式产生，在这一新的学习方式中，教师是意义建构的帮助者、促进者，而不是知识的传授者与灌输者；学生是信息加工的主体、是意义的主动建构者，而不是外部刺激的被动接受者和被灌输的对象。主动学习以学生为中心，注重反思、交流、情境驱动与参与，矩阵式的座位和以讲台为中心的传统教室布局客观上制约了主动学习的开展，为适应新的教学方法，传统教室布局开始向支持主动学习教学法转变。教学方法从被动学习转向主动学习驱动教室从传统向主动学习教室发展，其驱动模式如图2所示。

图2 学习空间变革的驱动力

主动学习教室是为最大化支持主动学习、合作学习和多模式教学而配置的学习空间，它与传统以讲授为主的教室布局完全不同。主动学习教室最早以工作坊的形式诞生于小班化教学的物理实验课中，从20世纪90年代中期开始，陆续向大班教学的理论课渗透，到目前为止，主动学习空间已经在北美和欧洲的很多地区普及，其从诞生，到规模扩大，再到多元化发展的过程如图3所示。

图3 主动学习教室的演进过程

2.2 PST视角下的主动学习教室

在PST模型中，教学法是驱动空间演进的动因，空间的改变又反向推进教学法的创新应用。主动学习教学法在小规模、实验课中的尝试性应用导致了工作坊教室的诞生。工作坊教室的成功使大班教学的大学物理公共课开始关注主动学习这一新颖的教学方法。为了使教室适应大规模理论课中的主动学习，北卡罗来纳州立大学的物理学教授Robert Beichner等人以工作坊教室为雏形设计了SCALE-UP教室，以便在100人左右的本科生大课堂中推广主动学习，与SCALE-UP教室类似的还有明尼苏达大学的ALC教室。SCALE-UP和ALC教室将学习教学法的应用领域拓展到大班理论课教学场景中。主动学习教室从工作坊教室到SCALEUP教室的演进过程明显体现了教学法驱动学习空间改变，学习空间的改变又进一步促进教学法发展的双向关联。

技术通常以设备为载体内嵌于教室中，提升教室的功能并延展教室的空间边界。尤其在大型课堂中开展主动学习活动，布局和技术共同实现了空间的重新分割和连接，例如SCALE-UP 教室中配备的手提电脑、可展示和共享信息的大屏幕以及手持式白板等设备，[6]有效连接了大课堂中的个体和小组。技术作为教学的辅助工具，能增强教学法的应用效果，扩大教学法的应用范围，麻省理工学院的TEAL教室加入虚拟现实技术提升学生对枯燥电磁学概念的感性认识，增强主动学习的效果，同时也使主动学习教室空间能在更大范围延展，将实体空间扩大到虚拟空间。在技术的支持下，主动学习教学法同样得以演化为适应不同教学需求的灵活形式，例如爱荷华大学的TILE教室和印第安纳大学的Mosaic教室在设计时重点关注空间的灵活可变性，并特别强调对教师应用主动学习教学法的岗前培训，这一措施强调了学习空间为教学法服务的本质。

PST设计和评估框架列出了在该框架下探讨教学法、空间和技术所需要考虑的要点，如表1所示。从PST视角审视主动学习教室的演进过程，可归纳为表2。

表1 PST框架下的教室设计理念

表2 PST视角下主动学习教室的演进

2.3 主动学习教室运动的成果

始于20世纪90年代的这场对传统学习空间的大规模改造引发了美国高校持续近二十年的主动学习教室运动，在这场运动中主动学习教室在全美各高校推广普及，大规模替代了以矩阵式固定排列为特征的传统教室，加速促成了学习方式的变革。主动学习教室运动之后，美国各大高校基本完成以教师为中心的学习向以学生为中心学习的转变，在这场运动中，主动学习教室的广泛应用，引发了业内对学习空间前所未有的关注。

2004 年10 月，美国高等教育信息化协会EDUCAUSE 发布的国家学习基础设施倡议白皮书《Leading the Transition From Classrooms to Learning Spaces》中特别指出学习空间对学习方式的影响。2006年，《学习空间》（Learning Space）一书出版，提出“空间，无论是物理的还是虚拟的，都会对学习产生重大影响。”该书认为学习空间研究应关注的是学生的需求如何影响空间变化，在学习空间研究中，应该从促进学习以及从创造学习环境的人（教师，学习技术人员，图书馆员和管理人员）的角度来看技术的作用。该书的面世迅速推动了学习空间研究的开展，具有里程碑式的意义。2011 年，北卡罗来纳大学创办的《学习空间杂志》（Journal of Learning Spaces）一刊，则标志着学习空间已成为独立的研究领域。

3 我国主动学习教室的发展

主动学习教室的概念进入我国的时间在2010-2012 年之间，对应美国ALC 演进的第三阶段，在TEAL、TILE和Mosaic教室改造完成之后。因此主动学习教室引入我国时，就具有技术增强的特征，且这一时期正值IBM提出“智慧星球”理念，这种富技术化的主动学习教室在我国多被称为“智慧教室”。与ALC在美国引起一场学习空间的革命类似，智慧教室在我国也受到广泛关注，我国两千余所高校，大多改造和兴建了不同数量、规模和功能的智慧教室，与教室改造相同步，从2012年开始，有关主动学习教室的中文文献量呈快速上升趋势。但因为发展时间短，我国的主动学习教室并没有像国外主动学习教室一样呈现出清晰的纵向演进脉络，而是在横向上表现出教室的改造和技术的应用促进教学方式变化等特征。

3.1 我国主动学习教室的研究概况

在中国知网以“主动学习教室”为主题词检索到的记录只有22 条，大多为对国外主动学习教室的评述。而以“智慧教室”或“智慧教室”为主题词检索，可搜索到文献1683篇，其中与以“智慧教室”为主题词的1258篇。可见相对于“主动学习教室”来说“智慧教室”在我国接受面更广。横向上看，智慧教室在我国近十年间的发展包括：教室本身的设计、教室中技术的应用、智慧教室中教学的改变等。以“智慧教室”“智能教室”“未来教室”、“未来课堂”为主题词，以中国知网为来源数据库检索，未限定文献发表时间，文献来源设定为“教育学/教育事业，师范教育、教师教育”和“高等教育”类中文核心期刊，共检索到107条结果，筛选去掉相关性不高及综述、评述类文献，共得到记录76条。将文献按PST框架归类，得到研究主题分布如表3所示。

表3显示，总体上我国学者的关注重点是智慧教室作为一种创新学习空间对教学的改变与促进作用（SP），此外，智慧教室本身的设计（S）和智慧教室中各教学要素间的关系及其交互影响（P）也是关注的重点。其中，有关智慧教室的结构、特征与应用模式的探讨在2010-2013年间大量集中出现，这一时期恰好是智慧教室的概念进入我国之初，此后，关于空间的研究则侧重在面向特定需求的学习空间设计与实施。对技术本身的关注和对技术与空间的双向关系的关注并不多。值得注意的是，虽然与教学法相关的研究占大多数，但对教学法驱动空间变革的研究只有1篇，说明目前关注的重点仍是智慧教室作为一种富技术化的主动学习空间对教学法的影响，侧面反映现阶段技术和空间的更新速度远大于教学创新的速度，因此当前面临的状态是主动学习教室在技术和空间上的创新倒逼教学法创新。是否所有空间和技术层面的创新都能正向驱动教与学？事实上很多教育工作者同样心存疑虑，这也是国内学者重点关注智慧教室环境下学习要素间的关联、影响各要素变化的因素的原因。在智慧教室发展的当前阶段，教学需求及教学法的改变不足以驱动学习空间的再次跨越式演进，教学驱动空间变革的动力尚未出现。

表3 教育类中文核心期刊智慧教室研究主题分布

3.2 我国主动学习教室改造的典型案例

我国的主动学习教室大多以智慧教室的形式出现，总体呈现出富技术化的特点，根据教室原有条件、用途和建设资金的差异，教室改造的侧重点各不相同，可以归纳为强调空间的改造、强调技术的应用和强调教学方法的改变三种类型。

3.2.1 强调空间布局的小班研讨教室

强调空间布局的主动学习教室关注的重点是教学方法的变革对空间的驱动作用，为满足小组学习、探究式学习等主动学习法的需求，教室空间在改造过程中重点满足特定教学规模和小组研讨的需求，强调教室在课外主动学习中功能。典型代表包括清华大学和北京大学主动学习教室的改造。北京大学是较早开始教室改造的高校之一，针对校园内自由研讨空间不足和学校小班制教学教室稀缺的问题，2006年完成了对文史楼27间研讨教室的改造，正式将教室划分为研讨课教室和讲授课教室。2017年10月，又完成了地学楼33间教室，904个座位的改造，其中除两间阶梯教室外，其他31间均为研讨教室，功能定位仍为小班研讨教学使用。清华大学2016年初将三教7间扶手椅教室改造成讨论教室，桌椅皆为可移动、可组合的形式，并取消了传统讲台的设置。2019年9月完成了法图地下一层教室和四教整栋教学楼的改造，共提供24间公共教室、10间讨论教室、2间案例教室、1间报告厅、15间研讨室以及多个灵活的室内和室外学习空间。教室配备不同形状的可移动组合桌椅、环绕型白板、多屏显示等支持讨论式学习的装备。

上述教室主动学习教室在改造的过程中，对教室的需求定位以满足小班化教学和研讨学习为主，教室突出规模小、布局灵活的特征，大班主动学习教室中常见的环绕式白板、多屏显示、答题器等技术应用不是主要关注点。

3.2.2 强调技术应用的智慧型教室

为满足特定教学和实践用途，部分主动学习教室在改造中重点关注空间中技术的嵌入和技术对教学的增强作用。例如北京师范大学改造的讨论教室，除了采用可移动桌椅外，针对教室内的互动，提供了一体机、微信交互、视频交互及苹果投影的手段，支持多方位、全面的学习交互方式，改造后的教师教育实训教室则配备了铺满教室前部墙面的巨大弧形电子显示屏和平板电脑，支持实现多屏互动。华南师范大学2018和2019年年底分别完工的智慧教室一、二期建设项目“砺儒·新师范创新学习空间”总共包括14间智慧教室，分布在石牌和南海两个校区，容量从12-112人，满足不同规模的主动学习需求。这些教室除具备常见智慧教室的功能外，布署了IP语音对讲主机，接入管理中心，为支撑师范生教学技能训练，部分教室布署了录播系统和视频会议系统，具备录播、直播功能，可跨校区智慧教室教学互动的需求和国际化远程互动教学的需求。

3.2.3 强调虚拟空间和混合式学习的主动学习教室

互联网技术向教育的快速渗透使线上学习成为不可忽视的部分。线上学习的加入使教学模式和学习方式都发生了根本性改变，部分主动学习教室在设计和建设时与网络学习平台对接，构成线上线下混合式主动学习空间，为混合式学习提供支撑。例如华中师范大学2016年、2017年和2019年分别完成的三期共88间智慧教室，在改造中提出“物理·资源·社交”三空间融合理论。在改造物理空间之外，依托自主研发的StarC 云平台构建虚拟空间，实现了备课、授课、学习资源云端对接，学习行为数据分析和课堂教学场景及资源生成。华中师范大学的主动学习教室集合了物理空间和虚拟空间，虚拟空间的加入将课堂内的互动延伸到课堂外，实现了线上线下打通、课内课外一体。

4 主动学习教室的发展趋势

在驱动传统教室向主动学习教室变革的过程中，教学法的需求是推动教室发展的主要因素。ALC 进入我国时正处于“富技术化”发展阶段，技术作为推动学习空间发展的另一因素，在这一轮驱动学习空间的变革中显得尤为突出。云计算、人工智能、5G、虚拟现实等新技术的涌现，在改变学习空间的同时也为学习方式的变革提供了更多可能。无论是新技术本身，还是新技术驱动下新的学习方式，两者从不同的方向共同推动主动学习教室在广度上向虚拟空间延伸，在深度上向更“智慧”方向发展，基于学习数据的采集、分析、决策为个性化学习、自适应学习提供支持。

4.1 主动教室向虚拟空间延展

4.1.1 新一轮技术革命驱动主动学习教室向虚拟空间延展

以云计算、5G技术、泛在网络和普适计算等为代表的第七次信息革命提供了随时随地可连接的高速移动网络、可扩展的云空间和虚拟化的软硬件资源。解决了构建网络主动学习教室所需的空间、带宽、存储、接入等技术问题。实体空间之外开辟了理论上可无限延伸的虚拟空间，原本只存在于实体世界的主动学习教室正将其部分甚至全部的功能迁移到虚拟世界，教室的空间界限不断模糊。

4.1.2 后疫情时代教学方法的变革驱动主动学习教室向虚拟空间延展

MOOC的出现和在线学习的广为接受为主动学习向网络空间延展奠定了基础，而今年上半年受COVID-19影响，全球大部分学校开展的线上教学，触发了世界范围内前所未有的超大规模在线教学实践。以弹性教学和主动学习为基本特征的新型教育教学形态已成为未来教育的新“常态”。后疫情时代教学法的改变使主动学习教室向线上延展成为必然。实际已经有研究团队关注到ALC向线上延展这一趋势，相关实证研究的结果表明，采用基于主动学习教室的翻转课堂学习方式，学生在教室学习的总时间减少了三分之二，但GPA成绩优于传统课堂，基本与全程在主动学习课堂学习相同。[9]在资源和时间有限的条件下，在主动学习教室中实现课堂的翻转与混合，实际上是在保持学习效果不变的前提下扩大了主动学习教室的服务范围，将主动学习空间由实体拓展到虚拟。

4.1.3 我国高校现有条件客观上要求主动学习教室向虚拟空间延展

主动学习教室的成功使越来越多的大学对改造教室空间表现出浓厚的兴趣，期望在主动学习教室学习的教师和学生数量迅速增加，经过约二十年的主动学习教室运动，美国大部分高校已完成教学法的转变和主动学习教室的改造。然而在我国，传统教室在高校中仍占统治地位。客观上新时代对人才的需求迫切需要教学法由被动向主动转变，主观上师生也有强烈的教学改革愿望，但我国高校普遍存在的经费、师资、校舍短缺等问题制约了教室的转型。以2017年为例，美国教育经费投入占GDP的7%，约为8.61万亿元，且筹措方式多元化，我国教育经费投入占GDP 的4%，约为3.28 万亿元，尽管我国教育经费投入逐年增加，2019 年已达GDP的5%，但教育经费投入绝对值与欧美发达国家仍存在较大差距，且多为国家财政投入，教育经费来源单一。而2014年我国在校大学生数量已达3559万，位居世界第一，校均在校生规模达到1.26万人。同期美国高校在校生人数约为2260万人，校均在校生规模约5300人。人均占有的学习空间的面积，中美高校也存在较大差距。现有条件下，难以进行大规模的教室改造运动，设置超大规模的主动学习教室是可行的途径之一，但这种超大规模的教室是否有较高的应用价值还有待证实[10]，且有研究表明，大型主动学习教室中的学习效果似乎并不如小型或中等规模的教室好。 在不额外增加教师负担和教室占用率的前提下，教室空间向网络拓展，是主动学习教室突破时空壁垒的有效途径。

4.2 教室“智慧”属性的强化

从技术角度出发，物联网技术、虚拟现实技术、移动互联网技术的应用不仅智能调节教室的物理属性，更重要的是为内容呈现形式、资源获取方式和实时互动提供了更多的技术支持。从教学法的角度出发，大数据技术、可穿戴技术的应用，使得借助技术手段客观采集、测量学习环境和学习行为数据逐渐取代自报告式的数据收集方式。学习分析技术、数据挖掘技术、智能计算技术的应用使数据分析和教学反馈自动化和自适应化。

另一方面，大数据、网络、云计算、人工智能、移动互联网等技术的成熟也成为主动学习教室向纵深演进的直接动力。在纵向上，ALC从实体延展到虚拟空间，形成了在线主动学习教室和混合式智慧教室；在横向上“智慧教室”的概念不断扩大化，发展为“智慧校园”乃至“智慧教育”，如图4所示。

图4 主动学习教室的发展

5 结论与启示

主动学习教室从萌芽到规模的扩大，再到布局的灵活改变和技术的应用，其发展与演变均由教学中的问题所驱动，并没有绝对统一的标准和固定的模式。在不断回应和解决教育理论和教学实践中出现的各种挑战的过程中，主动学习教室呈现出多元、动态的发展态势，在不同学校、不同应用领域中表现为不同的形态。从仅供24人使用的小教室到可容纳近200人的大教室，从仅有座椅与平板电脑的极简布局到配备有各种数字设备的技术增强教室，这种变化的轨迹符合教育实践的规律。主动学习教室进入我国时间较晚，因而起点较高，从一开始就呈现出“富技术化”和“智能化”的特征，被称为“智慧教室”。与高起点相伴的是高成本及设计与改造的高复杂度，一定程度上阻碍了智慧教室的广泛普及。

主动学习教室是以学生为中心的学习空间，教学方法是教室演变和发展的内生动力，教室作为正式的学习空间，其本质的功能是促进教与学。国外主动学习教室的演进一直由教学需求所驱动，学生和教师是教室改造的需求提供方，工作坊教室、SCALE-UP 教室和TEAL 教室的倡导者和原始设计者均为物理教师。在国内智慧教室改造中，清华大学、北京大学等高校在教室改造前广泛向师生征求意见，体现的是教室为教学服务的宗旨。但也不得不注意到，当前的信息技术发展速度成倍增加，新技术和新概念不断涌现且表现亮眼，过度追捧新技术，忽视教室改造的原始驱动力，在“智慧教室”中被动教学，富技术化的配置得不到充分利用确实是现实存在的问题。技术是教学法和教室变革的推动力，新技术的应用为教学方法提供了更开阔的思路，同时引导教室向更好支持教学活动的方向发展。教学法、学习空间、技术三者不是孤立的个体，而是在问题导向下互相促进的整体。我国高校学习空间的改造正在进行中，与二十年前西方国家开展主动学习教室运动相比教室改造的原始驱动力是教学这一需求并未改变。

教育资源发展不均衡和相对不足是我国教育信息化推进的过程中遇面临的重大挑战，在这种不均衡的条件下，学习方式由被动向主动转型的过程中学习空间的构建面临多样化的问题。在线教学的出现实际上为借助信息技术手段改善教育资源均衡问题提供了可行的途径。将主动学习移植到在线学习中，在网络学习空间中构建网络主动学习教室，借助网络学习平台、即时通讯工具、云空间，以线上主动学习或混合式学习的方式，可以低成本普及主动学习教学法。尽管这一过程中存在教师社会存在感不强、学生临场感缺失、社会交互不及线下教学等种种问题，但伴随教学方法P不断调整和适应网络学习空间，学习空间S不断优化以更好支撑教学方法的改变，以及更多新技术T的应用，问题导向的PST框架将在网络空间调适和达成新的平衡。我国主动学习教室的发展既需要设施完备、技术先进的示范性“智慧教室”，也需要借助网络空间创设经济实用的网络主动学习空间。