构建未来教室：装备技术应用的探讨

丁书林

回眸即将逝去的2014年，人们对未来教室探究的热情越来越高。中国教育科学研究院建立了“中国未来学校实验室”，苏州市开始在全市范围内大力推广未来教室建设，欧盟提出的由“互动区、展示区、探究区、创造区、交换区、发展区”六个学习区组成的“未来教室实验室”的理念在网络上开始广泛流传。毋庸置疑，有关未来教室的探究，绝不仅仅是学习空间、手段、模式的变化，尤为重要的是在物理因素变化的过程中，促进了基础教育向着更加民主、开放、公平、协作的方向发展，带动了教育理念、课程形态、教育教学模式、学生评价、教师发展诸多教育内在因素的变革。因此，我们探讨未来教室中的装备技术，不是器物的堆积，不是为了追赶所谓的时髦，最为关键的是在配备之后的使用过程中促进教育更加符合未来社会所需人才培养的需要。

关于未来教室与传统教室的功能差异的探讨

未来教室与传统教室不是时空观相比较的概念，在设计、配备及使用中，至少有以下几个不同之处。

（1）服务对象不同。传统教室主要是便于教师的教学，其主要功能是教师传授知识、学生接受知识的封闭性场所。尽管我们看到一些现代装备技术已经应用在部分教室中，但因其本质功能没有转变，因此还是穿着新鞋走老路，难以称之为未来教室形态。未来教室的主要服务对象是学生，它不仅应是学生学习知识的场所，还应当是学生的活动中心、体验中心、交流中心。从这个意义上讲，未来教室更像一个学习社区。

（2）开放性不同。传统教室是封闭的，每一间教室都是孤立的个体，教师成为教室绝对的主宰，学生获取信息的渠道也极其单一。而未来教室彼此之间是联通的，教师的教学行为也会通过技术手段变得完全开放。学生不论是在课下还是在课上，获取信息资源的渠道具有多样化特征。因其开放性的变化，使得教师不再是简单的知识讲授者，而演变为学习的辅导者，其大部分的时间不是在讲授知识，而是引导学生开展讨论与交流。

（3）智能化不同。传统教室完全就是一个没有智能的冰冷空间。当然，现在有很多教育工作者在讲智慧课堂、智慧教室，但我更倾向于智能化是未来教室区别于传统教室的一个特点。它可以即时获取教师与学生的各种信息，可以依据情境、环境的差异表现改变教室的条件，可以依据教师与学生的需求改变教室的结构等。

（4）综合性不同。传统教室或是普通教室，或是单一的学科教室（实验室）。未来的学科建设在不断强调学科自身特性的同时，也必须强调它的综合性。因此，未来教室的设计应当是能够满足学科整合、资源整合需要的。

国内外对未来教室研究实验的主要模式

当前，各种关于未来教室研究实验的报道很多，概述起来主要有以下几种类型。

（1）改变教室的空间与结构。当前人们谈论起未来教室，更多的是在讲装备的配备与使用，忽略了教室作为一个空间概念的属性。不在结构、空间、布局上做一定的调整，难以适应未来教育的需要。美国麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，简称MIT）为改善传统物理学的教学方式，降低不合格率，增进学生对抽象概念的理解，制定MIT TEAL计划（Technology–enabled activelearning，简称TEAL），目标是打造一间新颖的互动TEAL教室，以现代科技激发学生主动学习，营造一个彼此合作、高度互动（师生、生生间）、强调动手操作的环境，教室就是实验室，如图1、图2。

MIT TEAL计划最大的特色在于教室空间规划，教室内共有13张直径约2米的圆桌，每桌可坐9位学生。每3位同学一组，配有一台电脑，作为小组报告与老师教学之用。教师的讲台位于教室的中央，有利于学生看清楚教师在课堂上的各种教学示范，TEAL教室配有8台投影机和13套摄影系统。整个设施就是为建立一个完整的实训与讨论环境，让沟通、互动没有障碍。TEAL的主要装备技术包括：网络教学系统、3D立体视觉模拟、实验动态模拟等。

图1                       图2

欧盟新推出的未来教室实验室也是从改变空间结构、设置不同活动区域开始的。

（2）虚拟情境的设置。以哈佛大学“River  City”虚拟教学实验最为典型。在“River City”中，学生使用人物角色在城市里走动、跑步与游泳，同时城市里有污染的河川与充满蚊子的沼泽。学生成队地在虚拟的城镇里探险，按下某物体就可以开启相关主题，同时可以得到影响城市与让居民难受的各种可能原因。在城市里，他们可以使用图书馆与其他信息——其中的每一课都与教育部规定的生物与历史教学内容相匹配。

在未来教室的设计与建设中，如何通过虚拟情境的設计与建设，紧密结合课程与学生生活实际，这是当前最为欠缺的，哈佛大学的经验值得借鉴与思考。

（3）交互式、自主式学习环境的构建。这是当前未来教室研究最为普遍的一种方式。其核心是通过丰富的多媒体设备如交互式电子白板（液晶触控显示屏）、学生移动终端（如平板电脑、电子抢答器）、视频会议系统等加上数字化的学习资源，在教室内构建一个可以实现师生互动、即时评价的教学系统。新加坡南洋大学教育学院的未来教室，荷兰的乔布斯学校，亮相于上海世博会上的澳洲“智能互联教室”，我国的台湾地区、苏州市以及华东师范大学进行未来教室的研究与建设，基本属于这种模式。

综上，未来教室研究在以下几个方面的变革是最为突出的。首先是空间布局的改变，即大空间、专业化且融合化;其次是装备技术得到广泛使用，如计算机技术、网络技术、多屏显示技术、虚拟仿真技术，等等;再次就是每一间教室不再是孤立的个体，也不再是学生获取知识的唯一场所。教室与教室间、师生间、生生间等可以建立广泛连接;最后，信息化手段的广泛使用利于便利的收集数据，从而使得教与学的分析、诊断、评估更加清晰，可以有效地使教师对学生的终结性评价演变为形成性评价，利于促进学生的个性化发展。

未来教室中装备技术的应用

未来教室的建设是基于信息技术环境的。2014年1月，笔者曾撰文认为基于信息技术的未来教室具有数字化、数据化、虚拟化的三大特征，现就这三大特征做进一步的阐述。

1.数字化

（1）数字化的教材。学生在未来教室中使用的数字化教材主要有三种形态：一是以MPR（media print reader）为基础的有声教材。随着这种技术的发展，不仅可以有声，也可以有动画或者视频资源的进入。二是以学生移动终端为使用媒介的电子教材。当前北京和上海等地把本地教材进行电子化的尝试即属此类。三是在学生教材上可以直接使用三维立体技术，学生可以通过教科书看到立体的心脏结构、山体的不同类型、原子结构模型，等等。

（2）数字化的课桌椅。未来教室中的课桌椅应当是可以拼接和自由组合的，便于师生、生生之间的交流互动。数字化的课桌椅表现在：一是在课桌椅中可以配置数字化芯片，记载学生的生理变化，提示学生不正确的坐姿，等等;二是将人手一机的移动终端展现在课桌上，让学生个体之间及与教师的互动演变为学生小组与小组之间及与教师的互动。

（3）数字化的交互设备。这是当前未来教室广泛使用的技术，主要手段在此不必赘述。但在使用这种技术的同时，一是切忌变成教师“监督”学生的工具，二是不能因即时、互动，忽略了学生个性成长的差异，忽视了学生作为学习主体的独立性思维。

（4）数字化的实验设备。传感器将被大量使用，但在使用过程中要在让学生了解掌握测量手段的便利与先进性的同时，也让学生认知最基本的实验原理。在互联时代，完全可以利用数字化的实验设备，建立学生、班级、学校之间的实验研究项目，把验证性的教学实验转变为探究性的教学实验。

（5）数字化的教室管理系统。利用互联网、物联网技术与未来教室内的其他数字化资源建立连接，并对教室进行智能化管理。

2.数据化

在传统的教学环境下，因为缺少数据化的形成条件，我们根本无法对教师和学生进行全样本分析、全过程分析，因此所谓的过程性评价、因材施教等理念，其实更多的是一种模糊的理性分析。未来教室建设过程中的数据化环境主要由三大部分组成。

（1）录播技术。录播技术起源于微格教学，在中国最早广泛使用录播技术的是高等院校。传统的录播技术主要用于教师个体的教学行为分析，为教师的专业发展提供辅助的参考。在强大的信息技术条件支撑下，录播技术不仅可以用于教师个体，还可以利用它生成的大量资源，开展教师和学生的教与学行为分析，乃至从学生的考试成绩总体分析中反溯求解教师群体教学行为的原因。此外，还可以利用大数据的思维方式，为政府进行教育教学的改革提供服务。

（2）云计算技术。数据化的应用最大的问题之一就是数据的存储与提取，而云计算技术的应用较好地解决了这一难题。云计算是以公开的标准和服务为基础，以互联网为中心，提供安全、快速、便捷的數据存储和网络计算服务。它是网格计算、分布式计算、并行计算、效用计算、网络存储虚拟化等技术发展融合的产物，具有弹性服务、资源池化、按需服务、泛在接入等特点，使用户在任何时间、任何地点，用任何终端设备均可访问云计算提供的服务。云计算正在改变人们的思维和行为方式，学校可以把大量优质资源上传到云端，为更多的学校以及师生个体所使用，为教育的民主、公平、和谐创造新的条件。与此同时，云计算模式的存在，为泛在、移动的学习环境提供强有力支撑，使学生实现个性化、自主化的学习。

（3）大数据技术。大数据作为云计算、物联网之后信息技术行业又一大颠覆性的技术革命。概括它的特点，可以简称为“超大数据、海量存储、全样本分析、个性化的选择”。

大数据从各种结构化、半结构化和非结构化数据中，使用全新方法来获取、存储、组织、分析数据信息，并利用分析结果做出最有利的决策。由于在未来教室中数字化的手段得到广泛应用，使得数据的采集唾手可得，如学生的成长数据、教师的教学行为分析数据、学生的学习行为分析数据，等等。利用大数据的全样本分析手段，我们可以有针对性地对教师和学生进行个性化的指导与帮助，并且为政府宏观决策提供重要的理论和实践依据。

3.虚拟化

（1）虚拟现实技术。虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，生成一个逼真的并具有视觉、听觉、触觉等多种感知的实时的三维虚拟环境，拓展只是呈现方式，并使学生产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，具有沉浸性、交互性、构想性等特点。它可以打破时空界限，给学生提供大量逼真的感性材料，将学生很难在实际生活中观察和验证的学习内容、抽象理论和概念等以三维实景虚拟呈现出来，有效弥补教学条件不足。

（2）增强现实技术。虚拟现实基础上发展的新技术，通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术，将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的“增强”。它最大的优势是可以在现代化的虚拟实验室中逼真地模拟现实的实验实训环境，降低实验实训教学对客观物质条件的依赖，提高了实验实训教学设备的利用率。此外，对于提高实验操作的安全性具有极大的意义。学生可以放心地去做各种现实中无条件实现的危险或危害人体的实验，操作各种精密、昂贵、容易损坏、维修困难的仪器设备，提高操作实践的安全性、高效性，节约成本，降低实验室的管理难度。

（3）物联网技术。物联网技术在未来教室虚拟化环境中建设的目的在于，帮助学生感受非本地现场发生的真实反映。如北方学生没有切身体会，很难理解梅雨季节的特点，教师在讲到该章节时，可以通过物联网技术将正处在梅雨季节的地区的温度、湿度、日照等一切自然条件下的数据传输到教室内，学生在与本地进行了真实比较后，就会有更加全面而准确的认识。

开展未来教室研究与实践需要关注的几个问题

（1）师生的健康和安全永远是第一位的。应当充分考虑所涉及的环境不应对师生造成任何不利影响，包括光环境、声环境、空气质量环境、电磁兼容性环境等，还要从人机工程学、认知心理学等角度考虑装备技术在教学中的适应性问题。

（2）在正确的理念下开展探索，绝不是经费投入的竞赛和所谓现代技术的比拼。真正的未来教室研究与实践，应当以投入产出比的效益来衡量，以是否促进了学生全面而富有个性的发展来衡量，以是否有效推动了教育模式的变革来衡量。

（3）在未来教室的探索中，需要不断地丰富与加强课程理论、教学理论、学习理论的研究与实践，大力开展教师的教育理念、教学行为、技术应用的培训。如没有教师这一中间载体的有力保障，未来教室的研究与实践很可能会成为空中楼阁。

（作者单位：北京市教育技术设备中心）