基于PST框架的智慧教学环境应用成效分析

田建林 崔亚强 余淇 王春艳 殷婕

摘要：智慧教学环境在助推智慧教育落地实践与规模化发展方面发挥了重要作用，然而关于智慧教学環境应用成效的研究较为缺乏。基于此，作者结合“建设效果”和“应用效果”两大维度，从宏观建设到微观应用，基于PST框架全面开展智慧教学环境应用成效分析，以期为高校智慧教学环境建设实践与应用评估提供指导意见，促进教师的适应性教学和学生的个性化学习。

关键词：PST框架；智慧教学环境；成效分析

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）09-0109-04

引言

智慧教学环境是当前国内外研究者关注的热点问题之一，它为课堂教学带来新的机遇与变革，同时伴随着新兴技术（如云计算、大数据、物联网、人工智能等）下沉应用。目前，智慧教学环境的研究领域主要集中在基础理论、设计研究以及应用研究三个方面，如建设理念[1]、物理空间设计、关键技术支撑、建设类型[2]、教学应用模式等，已出现了一部分成功且典型的高校案例。[3]

然而，关于智慧教学环境应用成效分析的研究却较少。考虑到评价指标体系构建是一个全面且系统的工程，早期可供参考与研究的第一手案例不多，无法大规模开展，所以笔者结合所在高校基础设施已具一定规模、教师教学逐步形成常态的实际情况，在已有研究的基础上，通过梳理智慧教学环境科学建设路径与教学创新应用模式，尝试从“建设效果”和“应用效果”两大维度入手，涵盖宏观和微观两个层次，全面开展智慧教学环境应用成效分析，以期为高校智慧教学环境建设实践与应用评估提供指导意见。

PST框架介绍

PST框架[4]由澳大利亚昆士兰大学David Radcliffe教授提出，主要用于评估学习空间的设计和技术应用，他认为设计或者评估学习空间应该从教学法（Pedagogy）、学习空间（Space）和信息技术（Technology）三要素出发，这三者缺一不可、互相联系、互相制约。

其中，“学习空间”和“信息技术”均是以支持和促进相应的“教学法”为核心目的，空间建设需要嵌入相关信息技术才能扩展物理功能，而信息技术应用也需要充分嵌入到空间中才可以发挥更好的作用。PST框架模型体现了三要素的迭代循环关系，研究者无论从哪个要素开始考虑空间设计与评估，均要关注剩余二者对其的影响和支持作用。

笔者借鉴当前国内外对智慧教学环境研究的最新成果，并通过对所在高校建设应用情况的梳理，围绕“教学法—空间—技术”（PST）框架，开展了智慧教学环境应用成效分析，最终促进教师的适应性教学和学生的个性化学习。在宏观层面，从建设者的角度考量智慧教学环境建设类型、数量是否满足常态化教学需求，在微观层面，从教师/学生角度考量智慧教学环境应用是否满足个性化教学需求。

智慧教学环境应用成效分析

1.智慧教学环境宏观建设成效分析

目前，智慧教学环境建设类型主要有8种，包括灵活多变的研讨教室、网络互动教室、手机互动教室、远程互动教室、多视窗互动教室、多屏研讨互动教室、专用研讨教室、智能阶梯教室等，无论是对深度体验式、小组协作式、互动反馈式、跨区域协作式，还是对操作指导式课堂，均达到一定覆盖程度。从实际使用情况来看，目前智慧教学环境建设类型广泛，基本上可以满足自身的教学需求。同时，通过调研笔者了解到目前智慧教学环境在使用体验方面还有提升空间，如受限于网络传输屏障，教学大视频资源无法及时获得、大规模直录播远程教学无法开展、师生及时性智能交互体验不佳、AR/VR移动端应用存在卡顿等。基于此，在下一步智慧教学环境建设规划中，将重点引入5G技术，借由其高传输率、低网络延时和低消耗等特点，为智慧教学环境新型构建和智能教学模式实施提供技术通信基础，具体典型的教学应用场景可以体现在高清互动智慧课堂、沉浸式课堂教学、精准化个性教学[5]等方面。另外，在音视频已成为教室建设常态化需求的基础上，针对远程代入感不强的问题，后续结合5G+VR技术，基于教育科学和大脑认知规律，打造智能全景教室开展360度实景教学，通过大场景的视觉革命重塑教室形态，助力构建信息化教育新态势。

2.智慧教学环境微观应用成效分析

（1）学习空间

笔者围绕学习空间，通过物理环境和座位布局来了解智慧教学环境应用成效。

在物理环境维度，考虑到教室环境因素（特别是颜色、声音等）对教师和学生身心活动的直接影响，笔者所在高校在设计上主要依托唐纳德·诺曼的情感化设计理论[6]，根据“本能层-行为层-反思层”理论来指导智慧教学环境设计，应用效果良好。具体体现如下：

第一，在本能层上着重探讨视觉所产生的第一感觉，即要求教室墙壁、窗帘、地板、桌椅、门窗等色彩搭配协调平衡，纯度低、明度高，让师生产生较好的第一印象；在教学公共区域通过隔断方式同步设立私秘、半私秘学习区域，保障日常学习或师生交流中的安全感。

第二，在行为层的设计上注重智慧教学环境的功能性、易用性，设计上以学习者为主体，构建适当的环境，能让人与其和谐共处。例如，根据特色学科设计高度可调节、形状可拼接、位置可旋转的舒适变型桌椅；根据室内人数配备亮度可自控、温度自适应的智能管控系统；让新兴技术下沉应用成为标配，云服务、智能教学分析系统、多种交互式设备随手可得。

第三，在反思层方面注重让智慧教学环境来引导学生学习情感，产生学科共鸣，帮助学生形成学科自豪感，如根据工科、文科等不同学科设计风格迥然不同的教室，另外根据教学活动设计不同的功能教室等。

在座位布局维度，通过精心设计、科学布局课桌椅来培养学生交流沟通、合作团结、思维创造等能力。在智慧教室SMART概念模型中，“环境管理（M-manageable）”作为五维之一，主要强调智慧教室环境布局的多样性和智能管理便捷性，目的是想让灵活的教室布局更好地促进多种教学活动的开展。笔者所在高校在“活动桌椅”“有效间距”方面做了相关尝试。第一，活动桌椅，可组合可旋转，便于教师按需设计课堂形态。按照平等化、灵活性、开放式、多样化的教室布局原则，教师可自定义U形模式、T形模式、O形模式等。大型阶梯教室则采用一阶两排，搭配360°旋转座椅，同步支持大班授课和小组研讨。第二，智慧教学环境间距设计因“室”而异。根据美国空间关系学家爱德华·霍尔博士的空间亲密关系论，智慧教学环境在桌椅布局上，充分参考私人距离（1.2m）和社交距离（3.6m）界限。例如，根据教室功能类型的不同，灵活调整智能教室里小组研讨的有效空间距离，在以教师为中心3.6m的范围内开展，组内讨论桌的最大直径在1.2m左右，以保障师生互动交流的效果，提升教学活动的舒适度。同时在保证有效距离的基础上，预留教师“移动路径”[7]，便于教师“从学生中来，进学生中去”开展师生讨论与交流。

（2）信息技术

围绕信息技术，笔者从设备获取、资源获取及内容呈现三方面进行智慧教学环境应用成效分析。

第一，智慧教学环境在软硬件设备获取、使用方面要方便，主要体现在教学扩声、屏幕显示、教学互动三个方面。在教学扩声方面，在教室上方采用吊麦非侵入式进行扩声，在使用便捷的同时保证听音效果。[8]在屏幕内容显示方面，教师可根据教学设计自行选择相关类型功能教室，其中单屏类教室为常规类型智能教室，双屏类教室比较适合对比呈现，多屏类教室则适合小组研讨式教学。在教学互动方面，引入手机互动软件，支持自带设备（BYOD）。另外，“去APP化”也是目前智慧教学环境建设的理念之一，考虑到早期建设中互动软件均是以APP控制实现人机交互，容易导致APP种类较多、存储空间占用较大、账密繁多、需求割裂等问题，则可以通过统一身份认证实现数据接口对接，将多类APP统一入口、数据共享，提升师生使用体验。

第二，教学资源获取便利。一方面得益于良好的校园网络建设，即教学楼、图书馆、行政楼无线网络高密度覆盖，达到有线网络千兆到桌面、骨干链路达万兆。另一方面注重优质资源汇聚，智慧教学环境支持校内优质课程资源常态化录播自动入库，满足教师就知识点进行切片、重组、关联等操作，实现教学资源再生成。同时，智慧教学环境通过精细化整合实现多平台公有慕课资源的多源汇聚，以此解决教学资源割裂问题。

第三，在教学内容呈现方面，智慧教学环境要达到内容呈现清晰可见且符合学生认知的特点。智慧教学环境中的多视窗互动教室的设计采用特殊投影大屏，教师根据教学需要可同时对多个教学资源进行展示、对比，资源信号类型包括图文信号、音视频信号等，便于高难度复杂问题同一时间得到全方位展示，更有利于学生对知识的信息加工。例如，医学类课程可以对某一器官的多面解剖图和立体效果进行多维度展示，也可对比呈现病变前后细胞、组织、器官形态；艺术、建筑类课程则可将平面设计效果与立体成品同屏呈现或对比，最终促进学生有意义的学习。

（3）教学法

在教学法绩效层面，笔者通过课堂交互活动来考察智慧教学环境对教学的支撑应用。课堂交互活动涉及的“人人交互”“人机交互”“教师引导”“学习支撑”四大部分均离不开相应系统支撑。

第一，通过互动系统中“随机挑人”“指定作答”“随机抢答”等功能形成特定师生交流路径，提升课堂活跃程度，保障学生的参与感、现场感，高效开展师生互动和生生互动。第二，通过系统随堂测验、随机出题、词云反馈等方式最大程度扩展课堂参与范围与程度，保障每个学生参与，实现课堂环境民主平。第三，通过系统开展翻转设计、小组研讨、课堂辩论等多种模式，引导学生自主、合作与探究，多层次实现个性化教学。

总结与思考

1.结合教育新基建理念，助推智慧教学环境再升级

目前，通过一定的信息化手段和基础互动，课堂教学状态实现了从沉寂（Sclience）、回答（Answer）走向对话（Dialogue）甚至批判（Critical）。然而按照教育新基建理念，智慧教学环境的建设要“促进教育数据应用”“提升教育发展动态监测能力，提升数据的时效性和准确性，强化精准趋势分析能力……支撑科学决策”[9]，因此后续智慧教学环境的建设应注重教育数据价值，通过课程地图、知识图谱等方式为不同学科、不同内容提供个性化的模式，实现数据精准变现。

2.智慧教学环境跨越实体虚拟双空间，应用范畴注重双场域

智慧教学环境不仅仅涵盖教室实体空间，同时应包括网络虚拟空间，形成虚实融合的开放教育新生态。随着新基础通信技术、视觉沉浸技术以及人机交互技术的深入应用，智慧教学环境研究范畴也将进一步拓展，对其的应用成效分析也随之延伸到实体和虚拟两个场域，因此，如何开展有效的双场域应用是后续关注的重点。

3.智慧教学环境维保能力评估不容忽视

考虑到系统、平台、设备等自身存在生命周期，加之技术进步、需求提升以及网络安全新要求等，智慧教学环境维保能力评估作为其应用成效支持的一大部分也不可或缺。虽然智慧教学环境在管控方面已逐步实现智能联动、远程维护、远程巡检等[10]功能，但是运维服务能否持续投入则是评价其维保能力强弱的指针之一。只有提供长期而优质的服务体系，获取师生信任，进而促进智慧教学环境的深化应用，才能从真正意义上促进智慧教育落地生根。

参考文献：

[1]崔亚强，甘启宏，王春艳.高校智慧教学环境的建设与运行机制思考[J].现代教育技术，2020（03）：95-100.

[2]黎生，余淇，田建林.高校智能教室建设初探——以四川大学“智慧教学环境”建设为例[J].中国信息技术教育，2020（Z4）：182-184.

[3]余淇.高校智慧教学环境应用提升的思考与建议[J].软件导刊，2018（11）：43-45.

[4]Radcliffe，D.. A Pedagogy-space-technology（PST）Framework for Designing and Evaluating Learning Places[C]//Learning Spaces in Higher Education：Positive Outcomes by Design. Proceedings of the Next Generation Learning Spaces 2008 Colloquium，University of Queensland，Brisbane，2009：11-16.

[5]王心彤，胡卫星，孙雅利，等.5G典型教学应用场景及其分析[J].中国教育信息化，2021（18）：88-91.

[6]唐纳德·诺曼.情感化设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[7]Fredric H Jones.Tools for Teaching：Discipline，Instruction， Motivation[M].CA：Fredric H. Jones Associates，2000.

[8]崔亚强，甘启宏.教学扩声的理论与实践探索[J].现代教育技术，2019（04）：82-87.

[9]中华人民共和国教育部.关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见[EB/OL].（2021-07-08）[2022-05-05].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/202107/t20210720_545783.html.

[10]黎生，田建林，余淇.高校智能教室建設新需求分析——以四川大学为例[J].中国教育信息化.2020（21）：90-93.

作者简介：田建林（1986—），女，四川大学信息化建设与管理办公室助理研究员，硕士，研究方向为智慧教育学习环境构建、高校信息化教学平台有效性、教学模式等。

本文为2019年四川省高等学校人文社会科学重点研究基地·四川省教育信息化应用与发展研究中心项目“智能教室建设路径探析与效果实证研究”（编号：JYXX19-002）；2020年四川省教育信息技术研究“十三五”规划课题“智慧教学环境评价体系初探”（编号：川教馆﹝2020﹞60019）；四川省2021-2023年高等教育人才培养质量和教学改革项目“知识图谱驱动的跨学科交叉融合人才培养模式研究”（JG2021-35）阶段性成果。