基于智慧教室的人机混合教学设计研究

王静 方晓峰

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2022.17.001

摘  要：基于信息化技术进行混合式学习代表着一种全新的教育途径，是高等教育跟进通信技术革命的一次重要契机。从高等教育改革的方向和重点以及信息技术支持的混合式教学的潜力阐述人机混合教学的设计理念，指出“主导—主体”教学理念是我国信息技术与课程整合的指导性理论。讨论基于智慧教室开展混合式教学的优势。阐明混合式小组合作学习由社交功能、认知功能和教学功能三个相互支撑的核心要素构成，同时要素之间以及各要素內部相互依存，聚焦于提高学生的学习体验质量。指出重新概念化和再设计整门课程、减少教学内容量和提高小组凝聚力，加强学生参与和及时反馈等方面进行人机混合教学的指导方针。

关键词：智慧教室;人机混合;设计理念;框架;指导方针

中图分类号：G642       文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）17-0001-05

Abstract： Mixed learning based on information technology represents a new way of education and is an important opportunity for higher education to follow up the revolution of communication technology. Based on the direction and emphasis of higher education reform and the potentiality of mixed teaching supported by information technology， this paper expounds the design concept of man-machine mixed teaching，points out that the "leader-subject" teaching concept is the guiding theory of information technology and curriculum integration in China， expounds that blended group cooperative learning consists of three mutually supporting core elements， namely， social function， cognitive function and teaching function， which are interdependent among and within each element and focus on improving the learning experience quality of students. It also points out the guidelines of reconceptualizing and redesigning the whole course， reducing teaching capacity， improving group cohesion， strengthening student participation and timely feedback.

Keywords： Wisdom classroom; man-machine mixing; design concept; framework; guidelines

2020年2月20日，教育部高等教育司印发《教育部高等教育司2020年工作要点》强调，持续推进一流专业“双万计划”;统筹实施一流课程“双万计划”，全面开展一流课程建设，树立课程建设新理念，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系，深入推进“课堂革命”。

人们对学习环境质量和学习成效的期望变化聚焦在维护和提高高等教育的基本价值上，同时还集中在认可和利用信息化技术的巨大潜力上。智慧教室是学校信息化发展到一定阶段的内在诉求，也是当今智慧学习时代的必然选择。推进高校智慧教室的建设，探索新型的课堂形式，是培养高质量人才的重要途径，而缺乏相关理论的指导和实践试错的积累则是当前国内混合式学习领域的基本现状。将智慧教室能支撑和应用的教学模式进行深度剖析和详细解构，进行混合式教学设计是当今教师迫切需要探究的课题。

一、混合式教学的设计理念

（一）高等教育改革的方向和重点

毋庸置疑，中国高等教育已经进入人才培养提质创新的新时代，人才培养范式必须进行一次重大变革。那么怎么改？方向和重点是什么？我们先看国外两个实例。

一是在某次国外学情调研中，请35位美国大学教授回答两个问题：1. 在你们的课堂上，中国学生经常遇到哪些困难？2. 你会建议中国学生提高自己的哪些技能，从而让他们在学术上获得成功？归纳他们的答案，有三种技能都被提到：1. 良好的写作能力;2.提出问题并批判性思考问题的能力;3. 良好的表达和沟通能力，特别是跟教授和同学。这些教授们指出：没有自己的观点是中国学生的突出问题。

二是澳大利亚国立大学在录取要求中加入7项生活技能：沟通、小区参与、多元共融意识、个人责任、团队合作、包容性、创意及批判思考。大学将设立资料库，列出学生可展示这些技巧的认可范畴。

而国内关于课堂教学改革的呼声也比较一致，北京师范大学资深教授顾明远指出，教师可以少讲一些;日本教育学会前会长佐藤学强调，课堂改革重在小组合作;华东师范大学终身教授钟启泉呼吁，教学要从“传递中心”走向“对话中心”;香港中文大学前校长沈祖尧曾说，“学会多听别人意见，考虑各方看法，协力实现梦想”“教育的目的是培养独立思考”;在世界各国教育目标中，最为一致，也最重要的一条就是“培养学生独立人格和批判性思维能力”。32F1D06A-6B5D-4F53-A4C2-DD782FEDDF88

由此可见，高等教育应该重视给学生提供通过讨论来建构意义和巩固理解的机会，这一过程的核心就是探究性小组合作学习。小组活动支持学生之间建立联系与合作，并创设目标明确、开放且自律的学习环境，以激发和保存批判性反思和讨论。

（二）信息技术支持的混合式教学

在承认互动和参与性学习非常重要的同时，人们也越发认识到互联网和通信技术在连接学生方面的潜力。教师根据课程内容，利用教学云平台设计开发适合本校学生学习的在线课程，实施翻转课堂、线上线下混合式教学，教师可以根据自己的偏好和学生的需求，自由设置和调控课程的进度、节奏和评分系统。学生在课外通过在线课程自主学习探究、互相讨论，在课堂上探讨交流并深入学习。在这种人机混合式教学中，学生的学习成果既可以在线展示，也可以在课堂上展示。通过课前的线上学习，课堂上灌输知识的时间大大减少，知识的学习转移到了课下，学生能够根据自身情况合理安排学习节奏，教师也可以及时了解学生的学习效果和参与度。

以各种形式出现的混合式学习已经历经一段时间，它不是仅赶时髦的、受技术驱动的、“昙花一现”的概念和小玩具，而是代表着一种全新的教育途径，是高等教育跟进通信技术革命的一次重要契机。围绕混合式教学的严肃讨论已经在学术界掀起高潮。国内外的调查研究表明：学生对混合式学习有着较高的满意度，不少教师也表示混合式学习比“单纯的基于课堂的教学更有效”。随着新冠肺炎疫情后的复学复课，本校大多数教师选择了将“雨课堂”等引入课堂辅助教学也充分说明了这一点。

（三） “主导—主体”教学理念

技术赋能教学，绝不是在原有的知识传递流水线上增加一些环节，或从“人灌”转向“电灌”，而是重构教学系统，把学生置于整个系统的中心，教师、技术和教材都是学生学习的来源和支持。这意味着对课堂交流时间的重新组织，以此来提高学生的学习参与度，增加基于互联网的学习机会。所以混合式教学是根本性的教育再设计，是一场伴随着教学领域的深刻变革。就其变革的可能范围而言，混合式教学设计具有很强的开放性，它需要强大的理论基础和框架来引导。

基于建构主义的当代教育理论认为：人是交往和建构的人，而教育则是主体间的指导学习。强调教与学的双边互动，平等交往，主动对话，相互理解。强调教育对学生价值的发现、挖掘、形成、提升和限定。何克抗教授根据当代心理学和神经生物学研究成果，在深入研究国内外有关信息技术与课程整合论述的基础上，兼取建构主义的“学”为主理论和奥苏贝尔的有意义学习理论等以“教”为中心的理论之长，提出了“主导—主体相结合”教学理论^[1]。

“主导—主体相结合”教学理论强调所有的教学活动都要围绕着学生来展开。一方面，信息技术所构建的学习环境，使认知主体能够以前所未有的自由搜索个性化的信息，赋予学生选择的机会和权利，让学生有多重机会在不同的情境下去应用他们所学的知识，并尽可能让学生根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识，要充分考虑学生的需求、认知风格、认知特点以及个性特征，尊重学生的学习主体地位。一切活动偏离了学生这个主体，必然取不到很好的效果。另一方面，这种环境可能会出现一些问题，如网络迷航、浅层学习等，对学生的学习能力和自我调控能力也提出了新的要求和挑战。与传统的环境相比，更加需要发挥教师的指导和调控。教师在教学过程中要起着主导作用，帮助学生选择学习内容、激发学习动机、创设学习环境、设计学习活动、解决学习问题等，也就是教师要利用一切手段和方法，促进学生针对具体的学习内容进行独立思考，使其思维的广度扩大、深度加深。

“主导—主体相结合”教学理论多年来一直是我国信息技术与课程整合的指导性理论，其核心思想与当前国际上倡导的Blending Learning的思想内核一致。所谓Blending Learning就是要把传统学习方式的优势和E-learning（数字化或网络化学习）的优势结合起来;也就是说，既要发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。目前“主导—主体”教学理论随着国际上Blending Learning思想的提出，其深刻的思想内涵和理论价值日益彰显，被人们重新认识。

二、基于智慧教室开展混合式教学的优势

智慧教室的设计理念是将教学法、空间和技术整体融合为一体，架构信息技术和教育深度融合，进一步解放教师生产力，让学生更好地学会学习。智慧教室一般由有线及无线网络接入系统、多点触控系统、情境感知系统、物联网、云计算、泛在计算技术以及交互式大屏、移动学习终端、课堂录播系统、课堂互动系统等软硬件组成，具有记录学习过程、识别学习情景、连接学习社群和感知物理环境等四大功能，能够支持教与学过程中的智能决策、学习资源的智能推送、教学效果的智能评价以及个别化教学等。研究学者表明：与其他计算机支持的学习相比，智慧教室支持的学习较少关注基本技能（如阅读和计算），而更多地是关注高级技能和能力（如争辩、批判、自我管理、信息化素养等），这正是高等教育追求的核心价值。与传统教室环境下的混合式学习相比，基于智慧教室的人機混合教学具有以下优势。

（一）突破了各种限制

首先，智慧教室可以实现时间和空间上的延续，打破在校学习时间和学习教室在空间上的限制;其次，可以实现不同背景、不同观点，甚至不同国家的参与者之间的交流合作，从而打破了合作领域的限制。拿着手机、平板随时随地进行移动学习和交流正在成为一种新的学习方式。

（二）合作学习交互的可控性

传统教室环境下进行合作学习，经常会碰到合作变成主控的情况。其原因是教室环境下的合作关系主要是由相互依赖的规则和意念来维系的，没有具体的支持系统;而且已经习惯于监控整个教学过程的教师，往往不自觉地由参与、咨询变成控制甚至讲授，导致合作学习变成教师逻辑有序的安排。而在智慧教室，合作学习环境可以由信息技术搭建的协作平台来实现，教师和学生通过平台互动交流，保证了合作过程的稳定性和控制权的合理分配。32F1D06A-6B5D-4F53-A4C2-DD782FEDDF88

（三）简化复杂底层的工作

由于相关信息化技术的支持，电子通信、文件记录和保存、信息处理、大数据等强大功能，合作学习中遇到的类似语言信息记录、资料分类、作图、冗余数据计算等繁杂的低层次认知工作都得以简化。使学生可以把主要精力集中于分析、决策、探索、评价和反思等高阶认知活动。

（四）丰富的在线资源

除了以往支持教师课堂教学的配套资源外，数据库技术、网络技术和人工智能技术等使得智慧教室为学生提供了丰富的在线资源，而多种方法和策略的支持，又使得学生即使面对各种挑战也会通过尝试各种途径去解决问题，不会因困难重重而陷入窘境乃至失去信心和热情。这在传统教室环境下是难以实现的。

（五）可以全面展示问题情境

创设问题情境，开展基于问题的探究式学习，能够促进学生积极参与发现探究，自主深化意义建构，从而较快地习得高级认知能力和策略。智慧教室能够较容易地向各小组展现问题的全貌，尤其能够展示和阐明一些与生活经验相距甚远的问题（如医学上的复杂病例），这是传统教室环境下无法做到的。

（六）规模化因材施教

基于大数据的学习分析、脑认知等技术能够对影响学生学习的内外在因素进行深入分析，了解其学习偏好、认知方式等，能够为教师的课堂教学提供科学性建议，为其提供富媒体、强交互、小粒度特征的智能化学习资料，实现个性化教与学，提高教学效率。

（七）大数据评价

智慧教室使得以人为本、开放多元、全面发展的教育理念得到彰显，以大数据和人工智能为支撑的精准化评价和智能诊断得以普及，贯穿学生课前课后的学习过程，多维度分析学生的学习效果，教师以及辅导机构能够通过精确分析结果对其进行个性化辅导，真正解决学生的痛点。

由此可见，智慧教室对于支持课堂上的小组合作，以及实现课前、课后、课堂小组合作的无障碍性、高效性和延续性，有着独特而强大的优势。

三、小组合作的要素和框架

创建和维持协作小组进行混合式学习是一项重大的教育挑战。如何整合面对面和在线学习体验？对反思和合作过程的理解是解决这一问题的最好途径。面对面课堂教学在获得学生反思之前是合作性的，它的优点在于其自发性，强化了教育作为社交活动的功能。但社交互动不足以维系小组学习实现教育目标，更高层次的学习必然要求通过有目的的讨论合作来建构知识，批判性地反思和理解，也就是提高学生的认知和对认知的自我管控。另外，互动被塑造成反思和批判的模式，还要进行设计和引导，也就是要有教学设计和策略。

已有强有力的实际验证^[2]，小组合作学习是一个循环模型，它由社交功能、认知功能和教学功能三个相互支撑的核心要素构成，聚焦于提高学生的学习体验质量，如图1所示。每一个要素代表着它们的范畴，同时要素之间以及各要素内部相互依存。例如，教学功能对认知功能有显著影响，而社交功能也会作用于认知功能。图1中，不同要素之间的重合部分不一定对称，只是强调任何一个要素可能与其他要素有交集。

构建社交功能是小组合作起步时的主要关注点。在小组内，学生应该不用惧怕公开表达自我。同时，他们还需要发展必要的人际关系，致力于预期的学习目标和获取小组的归属感。社交功能一般包括开放式的交互、密切的回应、情感的/个体的联系，见表1。它们是动态前进的。当学生敞开心扉的时候，有意义的交流就开始;当学生被鼓励去从事个性化和学术化的项目时，小组就建立了。在建立信任、连接他人方面，人际互动是重要的途径，开放的沟通可以维持社交的凝聚力。

智慧教育平台为参与者提供了建立讨论模型和全身心投入的方式方法，它无形中可以让学生在任何时间、任何地点参与进去，书面交流也可以像自发的、短暂的口头交流一样采用简明扼要和快速的方式来压缩时间。面对面口头交流与在线文本沟通明显不同，二者互补潜力巨大。国外研究经验表明“相比传统的课堂教学或纯在线课程，混合式课程会让学生产生更强烈的群组意识，带来较高水平的自我学习感知”。当在线学生有机会面对面时，“巨大的連通性激增和对项目设计表示满意”。诸如智慧教室中面对面+在线的交流“使参与者在另一种媒介中更加放松”“增加了师生和生生关系，促进了学习”。

认知功能是知识探究过程的基础，也是兴趣小组的心脏，是反思和互动两个过程的结合。它一般通过一个周期性的科学探究过程实现（见表1）：探究的第一阶段是触发事件，即确定和定义一个争议或问题。第二个阶段是问题探索和相关信息的收集与提炼。在第三阶段，参与者开始解释并弄清信息的意义，并提出解决方案的假设并进行讨论。在最后阶段，参与者将会对优选方案进行直接或间接的应用和测试。如果方案不如意，就产生新一轮探究。

已有研究显示^[3]，书面交流在认知方面更丰富，这不仅是因为书面交流精确、持久，而且向所有参与者开放，这一点恰是传统教室面对面教学不太可能一直做到的。在异步、文本为基础的环境中学习，将降低学生的认知负载，减弱对依靠记忆处理大量事实和观点的需求，在线探究将给学生提供足够的有利条件去处理信息和建构意义。同时在线小组合作显示出较强的包容性和较少的胁迫性。然而，混合式学习环境以及智慧教室中口头与书面交流相结合的方式，对于建立和维持小组认知功能有什么样的优势，还有待进一步探索和验证。

教学功能在教育情境中，把社交功能与认知功能有效结合，确保兴趣共同体的多产方面，教学功能起着关键作用，它是为有意义的教育体验提供设计、实施和指导。具体来讲，教师要从学习目标阐述、重难点分析、学生特征分析、教学策略制定几个方面进行设计，以制定科学合理的教学方案，并为学生构建系统性、一体化的知识内容体系，以此来确保所开发的课程能够提高学生的学习积极性、激发学生的学习兴趣，鼓励学生的主动参与、自主探究与协作学习，找出需要澄清的难点，并在探究过程中进行参与和引导，让学生监管好自己的学习，做好及时推进讨论的准备，以防止探究在早期出现停滞。32F1D06A-6B5D-4F53-A4C2-DD782FEDDF88

相比学生的自主讨论，教师的课程设计、话语建导、教育体验引导等环节可以把讨论推向更高层次的探究。当然这对于教师来说是一项艰巨的任务，不过智慧教室在协商交流、智能测评、学生反馈方面的优势也为教师提供了较为广泛的选择。围绕特定的教育体验，最大化地利用语言和文本交流的优势，信息化工具的支撑，可以构建出很多种教学模式。

四、基于智慧教室的小组合作教学设计指导方针

智慧教室可以帮助我们提高学生学习积极性、丰富学习活动的形式、科学诊断学生学习成效、为学生提供个性化的辅导、全过程记录学生的学习数据、智能化地推送学习资源等，但技术是帮助我们采用更积极的学习方式的一种催化剂，真正指导我们选择恰当的教学策略和工具的却是教学设计。基于智慧教室的混合式教学的再设计要求我们主动后退一步，去思考教学目标和一整套可能的教学方法、策略、技术和工具。

与传统教学有所不同的是混合式学习过程中的灵活性和适应性。在教学的过程中，最大的改变发生在教师促进学生参与反思性讨论的能力以及调整性，学生个体和合作需求的能力。所以混合式教学也并不主张一成不变的教学设计模板，但还是有基本的指导方针可遵循。

（一）重新概念化和再设计整门课程，制定教学大纲

只在可质疑的教学方法或设计上做点补充并不具有可持续性，而且也不能显著提高学生学习体验的质量。必须舍弃那些过时的、低效无益的做法。教师应该批判性地重新思考做什么和为什么做的问题。一个好方法是对课程一系列关键问题进行反思：

你希望你的学生在完成你的混合式学习课程后了解了什么？

你将设计什么形式的学习活动来整合面对面与在线学习？

你将用什么手段来评价这些整合的学习活动？

你如何使用互联网和智慧教室学习平台支持混合式学习？

根据你和团队对这些问题的思考，就可以设计混合式学习课程大纲或者“蓝图”。该大纲将指导设计进程，并向学生阐明课程中的探究活动与混合式学习的本质。大纲不仅要告诉学生混合式学习策略和理论依据、课程结构和学习预期，有关学习成果和评价方法，还必须清楚阐明采用混合式学习方式的运作机制、学生责任以及帮助学生取得学业成功的可能支持。

对于大多数学生而言，混合式学习是一次全新的体验，因此告诉他们准确的课程定位非常重要。经验表明，如果学生明白教师怎样做教学计划以及为什么这么做，他们就会以更好的姿态积极投入学习活动。

（二）减少教学内容量

课程再设计的学术目标是创建一个在有限的课堂学习机会之外的可持续性合作小组，过多的教学内容将阻碍学生开展深层且有意义的学习，因此教师要充分考虑信息的激增和学生获取信息的能力，减少讲授的内容，相应增加学生的探究与讨论。虽说提高学生学习质量才是首要目标，但是学习的便捷性和效率需要通过减少教师讲授时间来得到提高，而取得的效率可以被再次投入学习帮助提高学习体验的质量。比如，教师将有较多时间参与学习的讨论和获取反馈。所以，教师要把重点放在通过智慧化的教学工具和途径帮助学生建立或理解知识结构（概要）上，这就需要教师作出艰难的教学决策，舍弃或者精简部分教学内容。一个有效的策略是转换思路：课堂不再追求“覆盖”课程内容，而是仅向学生传达信息，包括基于问题视角的介绍和实际意义的探讨。

（三）提高小组凝聚力，加强学生参与和及时反馈

在智慧教室环境下，形成和维护合作意识，需要教师理解同步口头交流和异步文本交流的特性，从学生分析、目标设置、任务选择、策略匹配、教学过程展开与评估等全程把握，了解如何整合这两种交流形式以实现预期的教育目标。小组的凝聚力来源于对学术的追求、分享学习体验。参与者要能安全无顾虑地表达个人想法，并公开接受他人的监督与批评，教师则对各个小组的合作学习进行观察和介入，为他们提供及时有效的指导。应当避免小组划分的随意性、组织策划的散乱性、学生参与的不均性、关系处理的失衡性等问题。在整个过程中，教师需要把握好以下几个原则。

规划学习氛围，以利于开放交流，增加自信。构建社交功能与学生之间的互动程度是相关的，这需要的不仅仅是破冰活动，还要创设参与小组讨论的机会。

规划批判性反思、讨论和任务，以支持系统性探究。学术活动的设计对学生怎样学习具有重大的影响，教学设计、清晰的预期目标与小组合作意识之间相互关联。在投入讨论之前，给学生反思机会等同于增加了一个关键性空间。在探究的每一个阶段，反思性和持久性讨论是必须要考虑的一个问题。

通过话语建导维持好目标明确、相互协作的交流，鼓励并支持探究的进展。教师除了作为内容专家来维持小组探究学习，还必须具备良好的人机沟通技巧，要知道何时给予小组反馈，鼓励学生对自己的学习承担更多的责任，还要认识到那些可能破坏小组凝聚力的潜在冲突。

确保问题探究转化为问题解决。在线探索可能会停滞在问题探索阶段，很多时候不会自然地从发现问题到解决问题。当讨论碎片化，因缺乏洞察力而漫無目的时，学生看重输入。这意味着需要提供更深层次的阐述、指导甚至直接的教学干预。

确保评估与预期的学习成效相一致。要让深层且有意义的学习成为现实，学业评估必须围绕学生理解的深度，而不是简单的事实记忆。智慧教室环境拓展了开展恰当的、有建设性的学业评估的空间。

五、结束语

混合式教学要解决的是教与学的质量问题，这是解决当前紧迫的教学法问题的机会，同时它也提供了一个机会来辨明和加强高校作为创新和优质学习机构的声誉。唯有学生的学习体验质量得到相应提升，教学的便捷与高效才能成为可接受的目标。基于智慧教室进行人机混合教学将会大量释放课程设计的活力、学生学习潜能和创新力。现实情况是，在面对面课堂中，大部分讨论都会蒸发。而另一方面，那些所谓的“虚拟”在线课堂上的书面讨论却得到了持久性保存，这或许为学生开展反思、培养严谨的思维创造了更多的机会。我们需要花工夫去探索并重新设计教学，打破“真实”和“虚拟”的概念，将技术正确运用于教学，让学生可以有更多的时间参与同伴互动，获得更多的工作体验，而教师则可以有更多的时间和学生在一起从事他们的研究。

参考文献：

[1]何克抗，林君芬，张文兰.教学系统设计[M].北京：高等教育出版社，2016.

[2][加]D.兰迪·加里森，诺曼·D.沃恩.高校教学中的混合式学习：框架、原则和指导[M].上海：复旦大学出版社，2019.

[3]HECKMAN R，ANNABI H. A content analytic comparison of learning processes in online and face-to-face case study discussions[J]. Journal of Computer-Mediated Communication，2005， 10（2）：7-19.

基金项目：陕西省高等教育教学改革青年专项项目“基于智慧教室的人机混合教学模式探索与实践”（19ZY023）;陕西省高等教育教学改革重点攻关项目“‘以学为中心的大学数学课程教学改革与实践”（19BG038）

作者简介：王静（1981-），女，汉族，甘肃武威人，硕士，副教授，研究方向为大学数学教育。32F1D06A-6B5D-4F53-A4C2-DD782FEDDF88