以概念图为支架的云端一体化物理课堂的建构与思考

叶鹏松

(苏州工业园区星洋学校，江苏 苏州 215028)

1 背景概述

为阻断疫情向校园蔓延，确保师生生命安全和身体健康，教育部下发通知，[1]要求利用网络平台，“停课不停学”.一时间约2.76亿在校生的学校教育整体从线下跨向云端.虽然初期困难重重，无论是互联网服务器、网络带宽和覆盖面，还是在线教学资源、技术平台应用和师生教学信息化素养等，都面临着前所未有的压力和挑战.但得益于《国家信息化发展战略》超前布局和《国家中长期教育改革和发展规划纲要》《教育信息化十年发展规划》《“互联网+”行动计划》《国家教育事业发展“十三五”规划》《教育信息化2.0行动计划》等文件的前瞻性引领，近10年教育信息化的良好生态和发展成果，为当下教育有效应对这场危机奠定了坚实的基础.短时阵痛之后，云端教学逐步走向平稳和相互适应，并已成为疫期教学的新常态，但也引发许多关于在线教育的探讨，甚至是争议.这也为我们深入实践云端一体化课堂提供了生动的研究场景.

2 概念界定

概念图：是一种用节点代表概念、连线表示概念间相互关系的图示方法，是上世纪60年代美国康奈儿大学诺瓦克(Joseph D．Novak)教授等人，根据奥苏贝尔(David P．Ausubel)学习理论提出的一种教学工具和思维工具.[2]在“互联网+”背景下，概念节点可以与多样化云媒体直接关联，不仅有利于避免网络迷航和碎片化信息过载，还有利于促进学习者自我导向的知识建构和思维发展，具有鲜明的时代意义.

云端一体化课堂：是指利用移动互联、大数据、人工智能和云计算等新一代信息通讯技术，实现课程教学与管理流程由端到云，由云到端的一体化课堂.这里既有师生之间的纵向一体化，也应包括师师、生生，乃至家长端的横向一体化.它可以分为两类，一类是云端一体化的虚拟课堂，当下疫期开展的在线教学就属于这一类别，比较适合家庭教育和社会教育；另一类是云端一体化实体课堂，虽然师生面对面都在线下，但是借助云端资源和技术，同样可以实现教学呈现、互动、诊断与评价、教与学的方式的转变与流程再造.这是目前学校信息化课改的主要形式.这二类课堂互有优势，互为支撑，可以有效互动，实践中要避免将云端一体化课堂片面地理解为云端一体化的虚拟课堂.

以概念图为支架的云端一体化物理课堂：是指以奥苏贝尔学习理论为指导，以概念图应用软件为支架，结构化导教导学，并依托“互联网+”技术，实现将物理课程与云媒体、云端仿真物理实验室、大数据诊断与分析应用，以及直播互动教学与管理等平台多元整合，线上线下混合、虚拟与现实有效融合的物理课堂.这样的课堂是将“互联网+”技术作为一种工具、资源、方法、策略和生态，融入到物理学科课程的体系中，并使之成为物理学科教与学的有机组成部分，从而使各教学要素、各教学环节与资源，经过整理、组合，相互融和，实现教学过程与思维发展、知识建构的有机统一，达到线上线下，虚拟与现实交流互动整体优化的课堂.

3 云端一体化课堂现状分析

疫情期间学校教育整体从线下搬到云端是当下教育的应急之举，也是务实之举.虽并不完美，但终究教育不可能因为疫情完全停摆.网络之于学生也并非洪水猛兽，在线学习也是青少年面向未来的关键能力与必备素养.与其争议是否在疫期开启在线教育，还不如把握教育变革的窗口期，更理性地思考如何更好地实施好在线教育，推进课堂教学的转型升级与创新发展.这其实也是时代赋予的命题.

但需要指出的是，走向云端只是迈出了第一步.我们还要走好第二步，第三步…….为此有必要积极改进两类课堂.

一是穿新鞋走老路的课堂.即简单地依赖信息技术，直接把传统的线下教学搬到云端的课堂.不要以为直播课就是先进课，要深入推进云端一体化课堂教学的结构性变革，最关键的就是让学生“学在课前，巩固提升在课堂”.

二是千人一面的电视课堂：这样的课堂其实是兜底课堂，可以满足标准化、规模化的需求，但是难以满足教学的个性化，课堂缺乏即时在线互动和生成；主讲教师和听课师生常常是割裂的，课前课后课中信息不对称，课堂常常是悬空的，不能有效形成教学闭环.这些有待通过大数据和云课程平台智能化的评估管理来进一步优化，从而更好地把握学情，引导教学.这也是高效率开展在线教学充分且必要的前提与保障.美国著名的教育心理学家奥苏贝尔曾说过：“如果我不得不把全部教育心理学还原为一条原理的话，我将会说，影响学习最重要因素是学生已经知道了什么，根据学生原有的知识状况进行教育”.“互联网+”时代，技术赋能教育，让我们在这方面可以也应该比以往任何时候都做的更好！

4 云端一体化课堂内涵

云端一体化课堂内涵主要体现在以下4个层面：一是时空关系上，课前课中课后，教学全时空覆盖，形成教学闭环；二是管理流程上，教学管理评价测量，教学的各个环节一个不缺，形成一条龙管理闭环；三是教学要素上，不仅覆盖传统的课程、教师、学生三要素，还应该包含家长，拓展为四要素，事实上中小学云端教学离不开家长的有效陪护；四是教学变革并不是单一的从线下到线上的变革，“互联网+”背景下，无论是教学内容、环境，还是教育对象、育人目标，包括教师本身，都已不同以往，由于信息技术与教学深度融合，带动的是课堂教学过程中的各个要素和环节的整体性结构化的系列变革.主要表现在：教学环境上走向现实与虚拟，线下与线上融合；教与学的方式走向多元、融合、互动和泛在；组织方式上从封闭走向开放，从小众走向大众，打破了传统行政班成员的各种束缚，选课建班更自由.这可以理解为夸美纽斯提出班级授课制以来教学的一次伟大变革.育人目标上，从传统的双基，走向三维目标与核心素养，从育分走向育能、育人.这也是最重要的变化.教学理念上从传统的以教师中心，教为中心，真正转向以学生中心，学中心.这应该是最根本的变化.最关键的变化应该是认知流程上从传统的学习在课堂，内化在课后，转向学习在课前，内化在课堂.从这些颠覆性的变化可以看出，翻转课堂已经从初始理解的“传统教与学顺序的颠倒”转向了以“技术支持的教学系统结构性变革”，进入了崭新的发展阶段.

5 云端一体化物理课堂课例分析

可以构建云端一体化课堂的平台有许多，在中小学教育中，希沃白板5是比较优秀的一款，软硬件生态环境支持好，既衔接常态实体课堂教学，也适应云端虚拟课堂教学，整体界面呈现类似PPT，也兼容PPT导入.所不同的是，它是全云端运行的免费教学与管理平台，不仅自带丰富的课堂教学工具、学科课件库，同时还提供概念图、课堂活动、诊断评价和直录播等教学创新应用场景，此外还对接题库、物理大师、NOBOOK虚拟仿真实验等众多第三方学科工具，师生共享，易学易用，下面以在线物理单元复习直播课为例，做分步介绍.[3]

图1 透镜单元复习前学课程

第1步，课前教师在希沃白板5平台制作前学课程，并以二维码或链接的形式通过微信、QQ或晓黑板等APP提前分享给学生，手机、pad和电脑皆可查看，如图1.前学课程主要包含结构化概念图，有利于学生高效率诊断大单元复习知识的盲点和思维的漏点，从而形成更为完善的系统认知结构和更优化的学习路径.关键概念节点链接对应的文本、动图、微视频、仿真实验等媒体，实现教的资源向学习的资源云端转化，尤其是仿真实验，学生像打游戏一样可以云端交互，非常适合物理复习教学.教师辅之以问题引导，任务驱动，哪里不会点哪里，有利于引导促进学生自我导向的深度学习，避免无效知识的二次灌输，比单一的纸质学习单或讲授式微视频更有趣也更高效.努力让学生学课前，从而为课堂聚焦难点、痛点和增长点留有更多的时间.

第2步，课前教师对学生前学情况进行在线诊断.目前笔者教学中主要采用问卷星进行，主要因为问卷星在中小学应用广泛，易学易用，自动诊断，智能汇总，且可以跨平台使用与分享.问卷内容重点聚焦基本概念、基本实验、基本现象、基本结论、基本公式和基本计算，重视回归书本，重视立足基础，重视问题情境，不刻意为难学生，旨在引导学生自主学习.为此很多问卷中都配有公式、提示、概念图和实验动图，适时帮助学生.学生递交后还自动生成错题集和正误解析，努力让学生学会，会学，学好，好学，有效减轻过重无效的学业负担.此外，问卷还设有学生学习困惑和问题收集，并赋予一定的分值，鼓励学生提出问题，以便教师更精准地把握学情.如图2，前测问卷整体设计体现：从纸质向数字的转变、从静态向动态的转变、从为难向引导的转变、从线下向云端的转变和从手工向智能的转变.

前测卷

第3步，利用希沃白板5云课堂进行直播互动教学.课前教师根据问卷星平台自动生成的测试反馈分析与学习困惑词频分析，合理设置教学目标，精准化调整课堂教学内容和教学方式.这也有助于与后测对比，进一步检验在线教学有效性，如图3、图4.

在完成基于前测反馈的希沃白板5云课件优化后，即可在希沃云课堂发布直播教学，设置好课题、内容和时间后，可将生成的二维码和链接再次推送给学生，邀请学生及时报名，按时进入直播课堂.为提升在线教学有效性，直播课堂应关注以下4个维度.

图3 电功 电热 家庭电路单元复习前测整体反馈

图4 电功 电热 家庭电路单元复习后测整体反馈

一是适切度，反应教师的主导性，主要考量教师把握课程、把握课堂和把握学情的关键能力.课堂要重视精准化，精准把握教学的基础性、层次性和针对性，合理设置问题、任务、实验和练习.当下的教学不应该一味地以主观经验判定为主导，要善于应用大数据分析诊断为学生画像，精准分析，有效改薄，减负增效，避免大水漫灌.为此不仅要关注课前诊断，还要积极通过在线提问、课堂讨论、发放答题板等形式，关注课堂学情，始终把握学生最近发展区，针对性开展教学，推进适合的教育.

二是参与度，反应学生的主体性，主要体现在学习的多感官参与度、合作交流参与度和课前课中课后参与度.课堂要重视情境化和交互化，要避免机械地照本宣科，要善于为学生学习营造丰富的问题情境、体验情境、应用情境，如可以增加如STSE类资讯、图文、微视频、3D实验，以及交互仿真动画等新场景，也可以增加一些希沃白板5自带的如超级分类、分组竞赛等课堂互动活动，还可以邀请学生上麦发言，接管屏幕，展示分享等，不断激发学习兴趣，激活学习情感，启迪学生思维，丰富师生和生生互动，为概念的形成和知识、能力的建构，以及思维发展提供必要的加工素材与过程方法.教学不应该是单项的灌输，而是双向乃至多向的互动生成与主体性建构，传统的课堂重灌输，轻互动，“互联网+”背景下的课堂可以给予学生更多的参与度与互动体验，不仅可以体现在课内，还可以延伸至课前课后，包括延伸至家长.

三是融合度，反应课堂的生态性，首先体现在资源、教法和学法上，课堂要重视多元化，要避免单一化，要努力营造多元融合的呈现方式、交互方式、评价方式和在线教与学的方式，要走出教就是讲课，学就是听课的误区；其次还要关注师生情感和家校共育的融合，要努力营造多元互动，富有情感的灵动课堂.隔屏不隔心，直播时教师要注意正向引导，适时点评点赞学生，或发放奖杯来活跃氛围；起步阶段直播尽可能安排在有家长陪护的时空，可避免监管缺位对青少年在线学习的负面影响，凝聚家校共育合力，构筑没有边界的课堂；希沃白板5也提供知识胶囊录播功能，和直播结束后一样，可以在需要的时候分页面回看的，直播录播相融合也是最受学生欢迎的在线教学方式，且希沃所有课程都可以在微信端的立志课堂小程序端统一管理，这也有利于实现标准化教与个性化学的深度融合.

四是达成度，反应课堂目标的有效性.重点应把握好四个化，即精准化、情境化、交互化和结构化，尤其要注重数据精准评价.精准化、情境化、交互化在上述三个维度中已有介绍，这里重点阐述一下结构化的重要性.教学不应该是播放线性化的预设，就像传统教学中只用PPT教学，而应该是结构化的非线性教学，既体现教学的开放性和灵活性，又体现知识和思维的内在逻辑与结构，有效避免教学迷航和碎片化信息过载，既可导教，也可导学，教法学法合一，有利于促进学生有意义的学习和目标达成度提升，以概念图为支架的云端一体化课堂是当下的应有选择.

需要指出的是，达成度的提升不仅在课堂，也在课外，教学中教师还要关注两头，一方面要加强在线前学课程与前学问卷的设计与学情诊断，也包括学生提前做好网络链接、文具和终端准备等常规提醒！另一方面还要加强课后作业设计和分层指导，引导个性化学习.具体实施时可以设置在线学习问题收集表，制作作业讲评知识胶囊，[4]晓黑板云端作业布置与批阅，包括设计教学后测等，全方位把握学情，进一步提升课堂教学有效性和达成度.

6 范式建构与实施路径

6.1 以概念图为支架的云端一体化物理课堂范式建构

对上述云端一体化物理课堂基本流程做一下总结即是：前学课程导学，问卷诊学，课堂精学和课后自学，共4个环节，以学为中心，贯穿课堂始终.在此基础上，聚焦“适切度、参与度、融合度、达成度”和“情境化、结构化、交互化、精准化”，[5]笔者所在学校的教改创新实验项目“互联网+，背景下‘云课堂’整体架构的创新实践”的引领下，提出了以下云端一体化物理课堂教学范式，如图5.图式中的互动教学系列云平台，包括希沃白板5、问卷星、NOBOOK仿真实验、晓黑板等，但不限于此，学校和教师可以做出个性化选择.教师可根据年级、学科与课型等特点做个性化改进，整体突出翻转融合创新的教学理念.不敢说翻转教学是最好的，因为教无定法；但它可能是当下最值得推广的教学法.它的核心优势是深度融合——教与学、线上线下、校内校外、虚拟现实.它的核心价值在于激活学能——为“互联网+”时代学生自我导向的个性化学习·深度学习提供了可能.

图5 以概念图为支架的云端一体化物理课堂范式

6.2 以概念图为支架的云端一体化物理课堂实施路径

具体实施路径要做好以下3个方面的优化.

一是专家课堂路径优化.疫期在线教学刚启动时，学校要求教师和学生一起在线收看专家课堂，然后结合校本班本特点，利用云平台进行个性化帮扶，起到了很好的过渡与衔接作用.但这样的课堂教与学信息不对称，课前专家教师不了解学生，课后学生学习情况也不能及时反馈主讲教师，课中也缺乏互动和生成，好像教师唱独角戏，难以形成教学闭环.目前，学校进行了针对性调整，考虑到专家课堂的权威性与高质量，学校要求教师先进行教学一备；然后再收看专家课堂，并结合专家教学，进行二次备课；并针对性设计好前学课程和前测，在学生完成前学和前测后，再进行三次备课；在此基础上再进行双师大班直播或分层分班直录播教学，以及在线作业布置、批阅和订正.这样既充分吸纳专家智慧，又充分发挥团队力量，并包班到人，实现我的课堂我做主，不仅实现了教学闭环，还有利于提升教师面向未来的教学胜任力与领导力.

二是实验教学路径优化.物理学科是一门以观察和实验为基础的自然学科，观察和实验不仅是研究物理，也是学习物理的基本方法和路径.对于在线物理实验复习教学，由于学生已经有了线下实验的基础，原则上可以用3D实验视频、仿真互动实验来营造情景，优化教学.但是对于物理新授课实验教学来说，并不适合.看视频，做仿真实验，可以帮助学生解决一些知识和方法层面的问题，但学生物理学科核心素养层面的要求难以实现.从这个意义上讲，面对面的演示实验和学生分组实验是不可替代，也是不可或缺的.此外，学生的情感态度价值观，包括习惯养成.这些也都离不开面对面的实体课堂.因此鉴于云端一体化虚拟课堂自身的局限性，决定了它需要与面对面的实体课堂对接，这可能也是学校永远存在的理由.

三是教学管理路径优化.课堂是教学的主阵地，但并不是教学的全部，要构建云端一体化课堂，还需要打通教学管评测各个环节.实践中，星洋学校引入为知云笔记平台，实现了听课、备课、研讨与协同分享的全流程云端一体化.引入云痕大数据平台实现了线下线上兼容的云出卷、云阅卷，全面优化面向云端的学业质量监测和大数据分析评估.引入晓黑板云平台实现了精准化家校沟通和在线作业布置与批阅.引入企业微信平台实现了直播互动教研和在线学生会、家长会.引入希沃信鸽小数据，实现了教学设计、课件、听评课的大数据动态分析与汇总.这些平台的引入，可有效支撑教学管理全流程云端一体化，优点是比较灵活自主，功能针对性强，且费用低廉，但也有缺点，就是多平台数据难以有效集成共享.目前希沃白板5正在向希沃易课堂转型，逐步从一个单一的教学平台，转向覆盖课前课中课后，教学管评测一体化的教学与课程管理大平台.这也为后续其他平台的转型提供了有益的参考.疫情期间可免费试用，它的优势是可以实现真正大数据的一体化集成与管理分析，缺点是每一项功能都有，但不一定每一项都最适合，后续需要一定的云服务费.学校可结合自身特点，灵活选择.

7 云端一体化物理课堂发展展望

“互联网+教育”不等于在线教育，如前所述，云端一体化虚拟课堂以其突破时空限制，促进优质资源共享、兼顾规模化、个性化、低成本等优势，几乎是疫期教学的唯一选择，但因其自身局限难以真正全面达成学生发展核心素养目标.而云端一体化实体课堂则是 “互联网+”背景下学校课堂变革与教书育人的主阵地，但又难以全面摆脱时空的约束.为此，两类课堂亟待融合互动，优势互补，从而促进学校、家庭、社会教育深度融合.鉴于此线上线下融合的云端一体化物理课堂，将是未来课堂变革的大势所趋.这也为后疫情时代的学校教育提出了新的探索与实验场景.

随着5G产业的加速布局，以及大数据、人工智能、工业互联网为代表新基建加速推进，未来的云端一体化物理课堂还将呈现出更为精彩的直播互动、虚拟仿真、AI教学以及混合现实等创新融合应用新场景，同时也会对学校的创新人才培养提出新的要求，以教灌为主导的课堂终将过去.