用国际TRIZ 理论浅析智慧课堂的教学与考核模式

黄振永 薛竣文 裴雪丹 苏秉华

北京理工大学珠海学院 信息学院 广东珠海 519088

1 “智慧课堂3.0”的概念

刘邦奇在《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》一文中提出了“智慧课堂3．0 的定义。“互联网”和“物联网”已经是人们熟悉的概念了。2019 年1 月，“移动学习”教育部-中国移动联合实验室MOOC 研究中心主任王涛提出了“室联网”的概念。从王涛对“室联网”的定义看，“室联网”的概念仅仅体现了刘邦奇提出的“智慧课堂3．0”概念的一个方面。本文用国际TRIZ 理论针对“智慧课堂3．0”诠释了适配的教学模式——“基于屏联网的课堂教学模式”的概念、特点、问题及其解决方案[1]。

2 基于屏联网的课堂教学模式的概念

传统的课堂教学模式是“一种教师与学生在同一间教室里面对面的授课模式”，即“面-面”模式，其英文写作“Face-to-Face”模式。随着科技的进步，教室越来越智慧、越来越富高科技含量。在国家教育信息化2．0 背景下，一种新型的课堂教学模式出现了：以“学堂在线”为代表的平台中很多慕课课程有“见面课”环节，以“腾讯课堂”为代表的平台中有很多课程是“直播课”，以新维学习空间站为代表的智慧学习空间站中有很多培训课程是异地同步直播授课的。在该教学模式中，教师在“台”（智慧教室）面向屏幕授课（不直接面向学生本人），授课内容通过“云”（互联网）传播，学生通过“端”及其屏幕上课学习，它正符合“智慧课堂3．0”的构成特征：有“云”、“台”、“端”三个要素。该课堂教学模式的数据链是：教师↔“台”的屏幕↔“云”（互联网）↔“端”的屏幕↔学生，该模式对应的英文写作“Teachers-Screens-Internet-Screens-Students”模式。为了方便与传统的“Face-to-Face”模式相互区分、记忆、交流，推荐新的模式对应的英文写作“Screen-to-Screen”模式。

3 基于屏联网的课堂教学模式的特点和热点问题

3.1 基于屏联网的课堂教学模式的特点

教师直面的授课对象是屏幕及屏幕里的学生，而不再是学生本人：教师面前的屏幕可以是很多个孤立的小屏幕，也可能是一个被分割成很多个小屏幕的超级大屏幕。教师和学生不再在同一个房间里上课。

学生通过学习终端的屏幕上课学习：学习终端可以是电脑、手机、投影机、电视机等学习设备，可以是学校的学习终端也可以是学生私人物品。

学生不再受国别地域的限制：同时上课的学生可能来自全球几十个国家，学生被系统随机的分组，组内的学生通过在线方式相互讨论交流，学生之间在网上互评作业。

学生不再受教室容量的限制：在常规的教室里，同时容纳数万人是不现实的。而在线式课堂的课容量在理论上是无上限值的，学生戏称“全球数亿学生可以像看春晚一样学习了”。

学生不再受场所的限制：学生可能是在常规教室里学习、也可能是在图书馆里、宿舍里、咖啡馆里、办公室里，或动车上等场所学习。移动式学习终端使得学习场所更有个性化。

学习不再受年龄的限制：对于大众类课程而言，上课的学生可能是在校的学生，也可能是办公室里的白领，或是退休在家的父母们。它是一种终身学习模式。

建设成本高且有偏斜性：“智慧课堂3．0”离不开智能化的硬件和软件的支撑，智慧课堂是时代性产物，巧妇难为无米之炊——原始社会不存在“智慧课堂3．0”。这就决定了“智慧课堂3．0”的建设成本高的特点。由于教师和学生不在同一个房间里上课，教师在“智慧教室里”隔着屏幕教，学生利用手机等私人终端隔着屏幕学，所以，高校只需要重点关注“台”（智慧教室）和“云”（互联网）的建设，即建设有偏斜性。

课堂翻转：因为“台”-“云”-“端”的课程时间有限，但涉及到的学生多、课堂的影响广泛且深远，一旦课堂有差错则会造成不可挽回的后果。所以，为了保证课堂质量，教师需要多花时间认真备课并公告直播课的预习要求，同样学生也需要提前按平台公告的预习要求做好准备工作；在直播课后，学生也需要按平台的要求完成课后作业、课后反思与课后总结[2]。

3.2 基于屏联网的课堂教学模式的热点问题

当前配套法律制度不健全：当一个学生参与屏联网模式学习时，有可能会无意识地暴露他人的隐私、学生完成的作业可能会被在未授权的情况下在网上传播、教师在引用网络教学资源时可能未得到版权人的授权、师生共同产生的教学成果可能无法鉴定和分配版权比例。

当前配套的教学评价方法不完善：因为教室和课堂的构成要素已经发生了变化，所以传统的课堂教学质量的评价方法已经不再适用屏联网型的课堂教学模式，在屏联网学习过程中产生了大量的教学数据，这些教学数据是“智慧课堂3．0”中教学设计、教学实施、教学反思、教学改善的基石性支撑资源，数据驱动型的教学评价方法亟待研究和完善。

同校多室或异校多室同步教学的协调性难度高：高的建设成本自然希望有广泛的教学受益覆盖面。很多个教室、手机、电脑等学习终端实现同步教学时，要想获得好的教学效果就需要各间教室和学生协调好。这并不是通知学生同时上课那么简单。每个教学班级（尤其是异校）的上课时段不同、教学进度不同，而直播课的内容是同一个，并不见得直播课的内容适合每一个教学班的学生。所以说，同步教学的协调性难度高。

教学互动难度高：当一位老师面向数百人、数千人或数万人同时授课时，如何有效地教学互动是个难题：如果学生同时发声，势必七嘴八舌，则谁也听不清楚发言；如果学生排队抢麦，则在上课时间内能发声的学生人数是很少的；如果采用弹幕的方式发言，则屏幕上会满屏地飘过的留言，影响观看教学内容。

课程成绩的诚信度备受质疑：在没有人像识别的功能的平台中学习时，理论上讲只要有账号和密码就可以学习，难免会出现李代桃僵的现象：如何保证张三的账户成绩是张三本人的学习行为，是各类慕课平台需要解决的共性难题。网课的期末考试通常有3～7天的时间，参加考试有早有晚，在没有有效监控的状态下，任凭学生自主进行网课的期末考试，其成绩的诚信度备受质疑。这就需要平台提供一种功能：在学生学习时，可以不定时抓拍数次照片与后台的照片进行比对，如果不一致，则中断学习或考试过程。因此课程需要安排线下的监考型考试。

成绩评定标准不统一：有的网课规定：网课总成绩≥80 分是优秀，有的网课规定：≥85 分是优秀，也有的网课规定≥90 分才是优秀。而线下的绝大多数课程规定：≥90 分才是优秀。同样是“优秀”等级，但是其含金量不同。在允许用网课的结课证书兑换校内学分的高校里，各网课评分标准的不统一给兑换学分也带来了不公平。

4 用STC 算子法解析基于屏联网的课堂教学模式

STC 算子法是一种极限思考方式，是将尺寸、时间和成本因素进行一系列变化的思维实验。STC 的含义是：S—尺寸（size）、T—时间（time）、C—成本（cost），从尺寸、时间和成本三个参数的变化来改变原有的问题[3]。思考步骤：

（1）明确现有系统：智慧课堂3．0。

（2）明确现有系统在尺寸、时间和成本方面的特性。当前系统：智慧教室；子系统：屏幕；超系统：室联网系统。智慧教室的尺寸、时间和成本都是可变参数。尺寸：教室的空间大小、同时容纳学生人数、上课教师人数，等。时间：学生学习时间、教室上课时间、测评反馈时间，等。成本：建设智慧课堂3．0 的成本。

（3）设想逐渐增大对象的尺度，使之无穷大。教室空间无限大：把孤立的教室联网在一起，形成一个超级学习空间系统。学生人数无限多：学生来自全球各地；可实现数万人同时在线上课学习。教师人数无限多：教师来自全球名校；不出国就能学习世界顶级名校名师的课程。

（4）设想逐渐减小对象的尺度，使之无穷小。教室空间减小到零：实体教室变成虚拟教室；直播间、录播间即为教室。学生人数减少到零：教师面前的授课对象不再是学生，而是屏幕。教师人数减少到零：无面对面授课的教师也能学习；师资和教学资料共建共享。

（5）设想逐渐增加对象的作用时间，使之无穷大。学习时间无限长：学生可以重复性学习（看回放）；终身学习。教学时间无限长：学生离开课堂后也能与老师交流。

（6）设想逐渐减少对象的作用时间，使之无穷小。教学时间无限短：在一个场地教学，多场地同步学习，减免赶场教学时间。测评时间无限短：系统即时判分统计，减免人工批改作业、人工评价课堂教学质量的时间。

（7）设想增加对象的成本，使之无穷大。成本无限大：用科技产品装配智慧教室，让科技反馈教育教学。

（8）设想减少对象的成本，使之无穷小。成本无限小：异国异地同步学习成本低；学习终端是学生的手机等私人学习终端，可降低学校建设成本。

（9）修正现有系统，重复步骤2 ～8，并得出解决问题的方向。屏联网型的课堂教学模式是适配未来超级学习空间系统的教学模式。

5 用物理矛盾分析法解析基于屏联网的课堂教学模式

物理矛盾一般来说有2 种表现：系统中有害性能降低的同时导致该子系统中有用性能的降低；系统中有用性能增强的同时导致该子系统中有害性能的增强。TRIZ 提供了2 个分离原理。

（1）空间分离：常规教学模式是师生同时容纳在一间实体教室里。因建筑空间和设备数量的限制，并考虑到安全要求，数万人一起在实体教室上课是不现实和不理智的教学方案。将教师空间和学生空间分离：重点关注教师空间的建设，准许学生自由选择学习空间和学习终端，有利于教学空间的最大化；教师面对的屏幕可以是很多个分离的孤立屏幕，也可以是一个被分割成很多个小屏幕的超级大屏幕。

（2）时间分离：常规教学模式是教与学是同步进行的，下课后因师生常不再见面，学生无法在教师辅导下继续学习。将教与学时间分离（异步进行）：如果平台有录课回放功能、或老师事先录好视频课件，那么学生就可以如临其境般地学习了；如果教师在上课前先在PPT 中插入随堂测试题目（雨课堂手机课件），那么在课堂上就可以节省板书的时间和人工统计答题数据的时间了。

（3）条件分离：在课堂上：在需要教学互动时，学生可以使用手机；在不需要教学互动时，要求学生不能玩弄手机。大班上课时，如果很多人同时发言，势必都听不清楚：先让想发言的学生提交发言申请，再根据提交发言申请的时间顺序逐一发言，这样每个人的发言都能听清楚了。当把“听发言”变成“看弹幕”时，也可以实现同时发言了。

（4）系统级别分离：如果把一间智慧教室看作当前系统，则屏联网型的学习空间是超系统，学生是子系统。当数百人、数千人或数万人同时上课时，会产生大量的平时作业。如果让老师批改每一份作业，是不太容易落实的，利用25 号自服务原理，让每个学生随机的、匿名的批阅一定数量（如7 份）的作业（当然了，要保证每份作业被打分7 次），再去掉一个最高分和一个最低分并取平均分作为每份作业的得分。