第四次工业革命背景下的高校学习空间更新模式研究

万丰登 | Wan Fengdeng

席明波 | Xi Mingbo

周萃楠 | Zhou Cuinan

肖晓苗 | Xiao Xiaomiao

1 背景介绍

随着“第四次工业革命”的来临，大学教育也正在踏入智慧化教学时代。在第四次工业革命中，劳动力将被分配到智能机器不能替代的地方，社会对人才的协作性、创造性、公民意识等方面提出了更高的要求，这使得教学更需要采取个性化与自主学习、基于问题与合作的学习等学习方式[1]。同时，数字技术推动了在线教育的发展，尤其在疫情背景下，线上教学突破了时间与空间的限制，为教学活动带来极大便利并被不断推广。

而当前的教学模式及空间营造并无法高效支撑发展的需求，如网络教学带来的学习氛围弱化、师生交流不畅、课堂互动不充分成为学生参与在线教育过程中的三大主要问题[2]。当下高校在高生师比影响下产生的填鸭式大规模教学，难以为学生提高针对性的学习。

因此，面对上述两方面的问题，本文以第四次工业革命为背景，从高校教学模式的现状与转变趋势入手，结合新兴教育技术，探讨更契合时代发展的高校学习空间更新模式。

2 第四次工业革命下的学习空间更新路线

第四次工业革命阶段呈现出深度网络化、绿色化、智能化和生产组织方式的分散化四大趋势[3]。工业革命对高等教育革命的引领有其历史必然性，工业革命和产业技术升级的发力也对高等教育现有的社会角色、学科组织方式、教学方式、科学生产模式发起了挑战[4]。而单纯从应用新兴科技的层面上探讨高校学习空间的更新是难以从根本上回应上述挑战的。教学建筑的形态首先取决于教育模式[5]，故本文基于高校教学模式的现状与分析入手，探讨高校学习空间的更新路线。

2.1 高校教学模式与空间的现状分析

（1）高校教学手段现状与发展趋势

自20世纪90年代末至今，以课堂教学为主、线上教学等其他手段为辅的混合式教学已逐步发展成为我国高校的主要教学手段[6]。但线上教学所占比例在各个时间段与各个课程中的所占比例大有不同。以新冠疫情期间为例，在线教育借国家所提出的“停课不停学”政策迅速覆盖到了全国几乎所有高校的大部分课程，然而在疫情常态化后的高校复学复课中，传统的课堂教学重新成为了高校的主要教学手段。在线教育的热潮迅速回冷并不令人意外，根据疫情之前的统计数据，我国高校教育领域有接受“线上教学”的学生量仅占总人数约27.7%、网络课程仅平均占总课程数约5.5%[7]。随着第四次工业革命推进的“互联网+教育”的发展，线上教育会进一步被高校运用在日常的教学活动中。

（2）高校教学主体的现状与发展趋势

目前，包括我国在内的全球很大一部分教育系统仍广泛使用标准化的直接学习模式，大规模培养生产统一、重复的和以过程为导向的劳动力和人才[8]。在这种学习模式中，老师主导的课堂教学在教学活动中占比极高，学生大多数时候都在被动接受知识。

在以扁平网络化、专业研讨化模式快速传播的在线教学的冲击下，由老师主导的传统高校教学模式开始受到批判，社会呼吁高校教学应从以老师为主导向以学习者为中心进行转变，提出了从灌输式走向研讨式、从大班化走向小班化、从关注共性走向关注个性是提升我国高校教学水平的必由之路。由此类似于“大班授课、小班研讨、个人独立研究”这样的多维主体教学模式在教育界被广泛地认可[9]，其可以拆分为由老师主导的学习、由学生主导的学习与自主学习三种学习活动，而当前机械呆板的教学空间，对于这三种学习活动缺乏环境支撑。

（3）高校学习空间现状与转变趋势

教学模式影响着学习空间的设计理念，而学习空间也往往限制着教学模式的改革。学习场所包括了教学空间与学习空间两个完全不同的空间范式，我国高校大部分的学习空间仍为代表着传统教育理念与模式的教学空间，并正在向代表着新学习科学理念与模式的学习空间进行转变[10]。

在教学手段上，当前高校的大部分教学活动仍在传统教室中进行。虽然人工智能、虚拟现实、大数据等新技术正逐步普及，智能教学环境构建却仍处于起步阶段。此外，在线上教学中的学习仍被定义为独自学习，学校并未配置专门的线上学习场所，导致线上学习的集群性缺失。

在教学主体上，我国高校的教学模式正处在单一主体向多维主体的转变过程中，以老师为主体的秧田式教室空间虽仍占主要部分，但已有不少高校已经根据教学主体的转变进行了教室空间改造实践，其共同特征为空间从拥有清晰的前后之分向灵活的布局方式转变。

2.2 学习空间更新目标与路线

第四次工业革命不仅提供了新兴的教育技术，其对人才的新需求也推动了教学模式的改革发展。根据David Radcliffe教授所提出的PST框架[11]，智能技术内嵌于学习空间中，又拓展了学习空间的存在形式；教学效率和效果的提升依托于灵活、丰富的学习空间，多种选择的学习空间又可促进教师改进教学方法提高。

根据学习空间、教育法、教育技术三者存在相互作用的关系，学习空间的更新需要同时匹配新的教育技术和新的教学模式，要充分考虑教学模式的变革与教育技术的发展，从侧重资源型向模式创新型转变，故提出以下更新路线。

转变教学手段，增设面向线上教育的学习空间：在第四次工业革命中，智能技术将学习空间的概念由物理空间拓展到了虚拟空间，虚拟空间作为学习空间的重要组成部分需要得到更多的重视。未来的网络学习活动或以小组为单位进行，提升学生的合作能力，增加网络教学中的学生间的互动性，在集约师资的情况下保证教学质量。

转变教学主体，建设匹配多维主体学习空间：随着人才需求的变化，“大班授课，小班研讨、个人独立研究”将成为高校重要教学模式。对于老师主导的大班授课，高校需要提供大量不同规模的线上教学空间与小部分不同规模的实体讲座空间；对于学生主导的小班研讨，则需要提供不同规模的讨论空间、实验空间、展览空间等对外开放的、社会群体可介入的学习空间；对于强调自主学习的个人独立研究，需要提供既与讨论区有区分又可灵活转换的自习空间。

3 学习空间更新模式设计实践

本文以广州市大学城内某高校的典型教学楼改造为例进行探讨。根据前述研究，高校需要建立“大班授课、小班研讨、个人独立研究”的多维主体教学模式，其学习空间则需要对应老师主导的学习空间、学生主导的学习空间与自主学习空间。因此，对于现有的学习空间的更新改造，本文提出“一隔三间”的空间更新策略（图1）：“一隔”即通过植入预制模块的方式将原本教学楼单一的空间分隔成了对外开放空间、封闭空间、对内开放空间三种类型的空间，这三种空间类型又与学生主导的学习空间、老师主导的学习空间、自主学习空间三种教学空间的“三间”对应。模块内部为封闭空间，用于进行采光需求较弱、开放性较低的网络教学，即老师主导的学习；模块外一侧为对外开放空间，用于进行学生主导的学习活动；另一侧为对内开放空间，用于自主学习。三种空间之间可以实现灵活拓展（图2）。

图1 学习空间更新改造策略

图2 改造后学习空间整体效果

3.1 模块化空间装置的介入

该工学教学楼为南方地区十分典型的教学楼，外廊式、带中庭、框架结构的特点为更新改造提供了一定的空间。根据上文中“一隔三间”的更新策略，方案拆除了原有课室之间的隔墙，代之以模块化的空间装置，将原本单一的教学空间分为了自主学习空间、老师主导的学习空间、学生主导的学习空间三种学习空间（图3）。

图3 装置置入方式图解

（1）模块单元的具体构成

模块单元由模块本身、折叠桌椅、轻质隔板与家具轨道组成。模块本身由可预制的结构骨架与板材面层组成，安装简单方便。桌椅皆采用可折叠设计，桌脚可折叠收起，桌面安装有磁铁，椅子折叠后可放置在桌面，吊杆通电后可将桌椅一同吸附。轻质隔板也同样与吊杆相连，兼有分割物理空间与安装智能显示设备的功能。空间单元顶部装有轨道，桌椅与隔板皆可通过吊杆实现位置的移动（图4）。

图4 模块单元细部构造图解

（2）模块空间单元的分类

模块空间单元分为标准与特殊两大类。标准模块即在单个建筑开间中置入标准空间装置，用少量形式的标准装置适配多种正式学习、非正式学习、网络学习的功能，其空间主要包括了不同规模的网课空间、不同规模的讨论空间、汇报空间以及部分自主学习空间与休息空间等。特殊模块中的空间装置则是标准模块的组合或变形，其功能和形式也更加多样，其空间包括了工作坊空间、运动空间、表演空间、展览空间、校园贩卖空间等（图5）。

3.2 基于师生关系的教学家具布置

不同学习活动下对应相应的家具布置方式。在学习中，学生间存在独立学习、互相监督、互相讨论三种行为，座位布置相对应地存在独立、相临、相对三种方式；师生间存在学生自主学习、老师主导的学习、学生主导的学习三种学习行为，座位布置相对应地存在仅有学生独立而坐、老师与学生相对而坐、老师坐在学生之间三种方式。将与学生间关系对应的家具布置和与师生间关系对应的家具布置进行两两组合，即可得到多种基于多维主体教学模式的教学家具的布置方式（图6）。

图6 基于师生关系的教学家具布置研究

3.3 开放型社团空间体系的构建

面对高校扩招与城市土地增值之间的矛盾，人才的需求正向复合学科、复合领域的转变，高校需要提升对社会的开放性，如开放部分公共建筑与学习设施等[12]，这也契合高校推动自身学习空间可持续性更新的需求。一方面与社会企业在学习辅助软、硬件方面共同研发，可以减少高校更新的投入压力；另一方面，吸引有能力的社会群体以“老师”的身份参与学生主导的学习，能填补高校面对高生师比的师资缺口。

开放高校教学建筑必然会带来教育设施管理与功能组织上的困难，因此本文提出构建开放型社团空间体系的策略。社团活动属于学生主导的学习活动，是非正式学习的典型形式，同时具有很强的开放性。在“三间”中最外层的开放空间中构建开放型社团空间体系，依据不同社团活动从高至低的开放性，从建筑底层向屋面层布置社团活动模块，并用显性的交通路径将这些社团活动模块进行串联，有限度地向社会开放（图7）。通过开放性社团空间体系的构建，高校能与社会共建共享部分文体活动设施、基础科研活动设施，并以此吸引社会群体参与到学生主导的学习活动中，充分利用社会资源，实现可持续发展。

图7 开放性社团空间体系示例

3.4 基于物联网体系的智慧管理机制

（1）家具布置变化方式

第四次工业革命中，物联网技术的发展推动了建筑智能化的进程，用户可以通过移动设备和网络对家具进行控制。在家具布置的变化中正是应用了这一技术，家具轨道通过物联网的方式根据使用需求进行自动调整，隔板通过轨道移动进行空间划分，桌椅通过轨道进行使用模式的切换（图8）。

图8 家具布置变化方式图解

（2）预约位置推荐方式

基于物联网的智慧化管控模式，家具系统可以通过网络进行预约控制。由于模块存在多种多样的形式，空间的围合情况各异，极可能出现交通流线不畅通的情况。为提升空间改造后系统运行的可行性，可以运用人工智能技术对空间布置方案的合理性进行评估，运用机器学习算法根据用户需求为用户推荐最优的预约位置。因此，需要推荐建立一套适用于计算机计算的空间语言，即用数字表示模块四周的可通过性。如图9所示，当部分空间通过隔板围合起来切换为其他功能时，0表示两个方向均不可通行，1和2分别表示有一或两个方向可通行。为避免交通问题，只有当相邻模块数字合≥2时，智能系统判定预约符合要求。

图9 模块可通过性算法图解

结语

在第四次工业革命中，智慧化趋势席卷了包括教育在内的社会各个领域。面对新兴技术的不断涌现和新的社会，高校教学空间的更新需要兼顾教学模式的变革与教育技术的发展。学生主导的学习、老师主导的学习、自主学习三种学习方式的共同推进对高校提升学生学习效率、优化师资配置来说有重要意义，因此在更新设计中不仅要对学生主导的学习空间予以关注，更要为多维主体的学习模式提供多种学习空间。

在本文对于教学空间更新的探索中，无论是空间模块的置入，还是基于物联网体系的家具系统构建，在建筑技术与计算机技术等方面都不存在较大的技术瓶颈，其制约和限制更新改造策略实施的因素更多来源于教学模式、制度层面，需要高校与社会各界的共同努力。教学模式的变革需要教师与学生在学习方式、学习手段方面的配合，也需要高校在学分制度、教学管理制度方面的改革，还需要社会在人才认定、学习观念上的转变。同时，面对前沿教育技术的发展涌现，需要政府以及研究机构、教育组织、企业等民间力量的介入，寻求高校与社会的双赢手段，进而实现高校学习空间更新的可持续性。

资料来源：

文中图片均为作者自绘。