智慧學習環境：有效支撐學與教方式的變革
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小塊頭，大智慧！近日，2012全國“電腦鼠走迷宮”總決賽在北京交通大學舉辦。本屆賽事由中國計算機學會主辦，中國計算機學會嵌入式系統專業委員會、廣州周立功單片機科技有限公司承辦，臺灣嵌入式暨單晶片系統發展協會、北京交通大學協辦。來自58所高校的96支代表隊參加了總決賽，參賽高校和人數創新高。圖為總決賽現場。張先睿 攝
“教師上課從原來的‘粉筆+黑板’模式轉變成‘計算機+投影’的模式，但這種教學改革僅停留在教學‘表演’上，課堂教學也出現了由‘人灌’變成了‘電灌’的現象。”在日前舉行的2012數字學習與智慧校園建設研討會上，北京師范大學教育學部副部長、博導黃榮懷教授表示，我國從20世紀90年代后期開始了大規模教育信息化基礎設施建設，但多媒體教學設備的應用至今還存在諸多問題。
內容堆砌、互動不足——多媒體教學尚存六大困境
如今，電腦和投影儀等多媒體設備幾乎成為大中小學教室必備的教學工具，使用多媒體教學設備成為教師授課的主要方式。然而，黃榮懷教授在研討會上表示，“當前這種數字學習環境依然側重于支持‘回憶、理解和應用’等低階認知目標，不利于培養學習者‘分析、評價和創造’等高階認知目標。”黃榮懷多年的調查研究表明，如今多媒體與網絡教室應用主要面臨六大困境——
困境之一：多媒體呈現內容的“堆砌”，妨礙了學生對內容的“消化”。黃榮懷發現，教學中，教師往往將書本上的知識點或以往黑板上的內容簡單呈現在教學設備上，導致學習者沒有時間對知識進行聯系和對比，因而學生的認知活動容易受到阻礙。
困境之二：多媒體呈現的“間斷性”展示，割裂了教學內容的前后聯系。例如，幻燈片翻頁式的內容呈現，缺少了使用板書推導定理、公式的過程，更容易導致學生思維的不連貫，影響對學習內容的理解。
困境之三：固定在講臺位置上的多媒體控制臺，限制了教師課堂教學能力的發揮。在傳統的教學中，教師不時在同學中間走動，不僅能夠近距離觀察學生的課堂反應，更能夠與學生互動、交流。然而，“使用多媒體設備教學時，教師不得不在控制臺上完成課件的操作，因此減少了教室里的走動，不知不覺忽視了師生交流。”黃榮懷說。
困境之四：教室中統一固定的座位布局，限制了各種教學活動的開展。多媒體教學強調“以學習者為中心”的學習，協作學習、探究學習、基于項目的學習、基于問題的學習等多種不同于傳統教育的學習方式。黃教授認為，除“秧苗式”布局外，還需要“矩形”、“圓形”等多種座位布局形式，來滿足不同學習方式的需要。
困境之五：網絡教室的配備和控制難以滿足學生探究的需要。多媒體網絡系統涉及廣播、教學、學生演示、個別輔導、語音教學、雙向對講等多項功能，但目前只有個別功能在教學中體現。
困境之六：電子白板的數學應用與預期的深度教學互動存在一定差距。“目前，很多課堂配置了交互式電子白板，但是白板的交互功能并未全部得到應用，大多還僅僅作為投影屏幕使用。”黃榮懷指出。
智慧學習環境——實現輕松、投入、有效的學習
“信息技術的廣泛應用將改變學生認知事物的過程，將改變某些教學原則，將改變教學內容和教材形式，將改變教師、學生、教材三者之間的關系。”黃榮懷表示，信息技術在教學過程中的應用為這四種改變提供了潛在可能性。
然而，什么樣的教學資源和環境才能適應數字化、信息發展，才能促進多媒體設備的有效使用？研討會中，黃榮懷教授提出了“TRACE3智慧學習環境功能模型”，他認為，智慧學習環境通過記錄學習過程、識別學習情景、感知學習物理環境、聯結學習社區等四個方面，最終促進學習者輕松、投入、有效的學習。
智慧學習環境能夠記錄學習過程。例如通過動作捕獲、情感計算、眼動跟蹤等感知并記錄學習者在知識獲取、課堂互動、小組協作等方面的情況，追蹤學習過程，分析學習結果，建立學習者模型，提供對學習全面、準確評價的依據。
其次是識別學習情景。智慧學習環境針對不同的時間、地點、學習伙伴和活動，根據學習者模型和學習情境提供個性化的學習資源和工具，以實現最佳的學習效果。
同時，其感知物理環境的功能，能夠利用傳感器技術監控空氣、溫度、光線、聲音、氣味等物理環境內容，并進行適當調節，為學生提供舒適的物理環境。
此外，聯結學習社群的特點，在便捷的網絡接入中，學習環境能夠為特定學習情境建立學習社群，為學習者有效聯結，并利用學習社群進行溝通和交流的支持。
“智慧學習環境是數字學習環境的高端形態，是社會信息化背景下學生對學習環境發展的訴求，也是有效促進學習與教學方式變革的支撐條件。”黃榮懷說。
學習技術不斷進步——將迎來四大發展領域
隨著科學技術的發展，多媒體設備的普及，多媒體教學的技術與設備基礎也在發生變化。黃榮懷教授認為，智慧學習環境將迎來四大發展領域：學習助手、電子教材、云服務平臺和智慧教室。
首先，智能數字設備和系統，將成為學習者的得力助手。隨著手持終端設備的應用和普及，其簡單易學的操作系統，降低了技能的要求，將使數字化教學互動更容易實現。
電子教材的發展，也將為數字教學提供更多的選擇。黃榮懷指出，電子教材不僅僅是紙質書本的電子化，而且具有五種功能，包括呈現非線性、動態性和超媒體性的多元化方式，根據不同的需求，提供多樣化的板式、組合、風格等；通過動畫效果呈現、音視頻播放，增強雙向互動，參與性和歸屬感；滿足學生隨時做筆記的需求，提供注釋、編輯、超鏈接等功能；提供能夠檢驗和結果反饋的作業系統；具有對作業分發、管理、筆記、學習軌跡的安全管理功能。
另外，云服務平臺的發展，實現了資料數據的即時同步。“一個終端設備上的文檔修改，能夠同步到相關設備中。此技術將在數字教學中得到應用，及時同步學生的學習過程和反饋。”黃榮懷說。
智慧教室，是一種能夠優化教學內容、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展，具有情境感知和環境管理功能的新型教室。智慧教室既能夠從視覺、聽覺等多角度呈現教學內容，還能夠及時根據外界環境變化調節室內溫度、燈光、聲音，讓學生在舒適的環境中參與學習。此外，高速安全的網絡設置，滿足師生及時獲取學習資源，并完成互交式合作學習。
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