智慧学习环境：有效支撑学与教方式的变革
小块头，大智慧！近日，2012全国“电脑鼠走迷宫”总决赛在北京交通大学举办。本届赛事由中国计算机学会主办，中国计算机学会嵌入式系统专业委员会、广州周立功单片机科技有限公司承办，台湾嵌入式暨单晶片系统发展协会、北京交通大学协办。来自58所高校的96支代表队参加了总决赛，参赛高校和人数创新高。图为总决赛现场。张先睿摄
“教师上课从原来的‘粉笔+黑板’模式转变成‘计算机+投影’的模式，但这种教学改革仅停留在教学‘表演’上，课堂教学也出现了由‘人灌’变成了‘电灌’的现象。”在日前举行的2012数字学习与智慧校园建设研讨会上，北京师范大学教育学部副部长、博导黄荣怀教授表示，我国从20世纪90年代后期开始了大规模教育信息化基础设施建设，但多媒体教学设备的应用至今还存在诸多问题。
内容堆砌、互动不足——多媒体教学尚存六大困境
如今，电脑和投影仪等多媒体设备几乎成为大中小学教室必备的教学工具，使用多媒体教学设备成为教师授课的主要方式。然而，黄荣怀教授在研讨会上表示，“当前这种数字学习环境依然侧重于支持‘回忆、理解和应用’等低阶认知目标，不利于培养学习者‘分析、评价和创造’等高阶认知目标。”黄荣怀多年的调查研究表明，如今多媒体与网络教室应用主要面临六大困境——
困境之一：多媒体呈现内容的“堆砌”，妨碍了学生对内容的“消化”。黄荣怀发现，教学中，教师往往将书本上的知识点或以往黑板上的内容简单呈现在教学设备上，导致学习者没有时间对知识进行联系和对比，因而学生的认知活动容易受到阻碍。
困境之二：多媒体呈现的“间断性”展示，割裂了教学内容的前后联系。例如，幻灯片翻页式的内容呈现，缺少了使用板书推导定理、公式的过程，更容易导致学生思维的不连贯，影响对学习内容的理解。
困境之三：固定在讲台位置上的多媒体控制台，限制了教师课堂教学能力的发挥。在传统的教学中，教师不时在同学中间走动，不仅能够近距离观察学生的课堂反应，更能够与学生互动、交流。然而，“使用多媒体设备教学时，教师不得不在控制台上完成课件的操作，因此减少了教室里的走动，不知不觉忽视了师生交流。”黄荣怀说。
困境之四：教室中统一固定的座位布局，限制了各种教学活动的开展。多媒体教学强调“以学习者为中心”的学习，协作学习、探究学习、基于项目的学习、基于问题的学习等多种不同于传统教育的学习方式。黄教授认为，除“秧苗式”布局外，还需要“矩形”、“圆形”等多种座位布局形式，来满足不同学习方式的需要。
困境之五：网络教室的配备和控制难以满足学生探究的需要。多媒体网络系统涉及广播、教学、学生演示、个别辅导、语音教学、双向对讲等多项功能，但目前只有个别功能在教学中体现。
困境之六：电子白板的数学应用与预期的深度教学互动存在一定差距。“目前，很多课堂配置了交互式电子白板，但是白板的交互功能并未全部得到应用，大多还仅仅作为投影屏幕使用。”黄荣怀指出。
智慧学习环境——实现轻松、投入、有效的学习
“信息技术的广泛应用将改变学生认知事物的过程，将改变某些教学原则，将改变教学内容和教材形式，将改变教师、学生、教材三者之间的关系。”黄荣怀表示，信息技术在教学过程中的应用为这四种改变提供了潜在可能性。
然而，什么样的教学资源和环境才能适应数字化、信息发展，才能促进多媒体设备的有效使用？研讨会中，黄荣怀教授提出了“TRACE3智慧学习环境功能模型”，他认为，智慧学习环境通过记录学习过程、识别学习情景、感知学习物理环境、联结学习社区等四个方面，最终促进学习者轻松、投入、有效的学习。
智慧学习环境能够记录学习过程。例如通过动作捕获、情感计算、眼动跟踪等感知并记录学习者在知识获取、课堂互动、小组协作等方面的情况，追踪学习过程，分析学习结果，建立学习者模型，提供对学习全面、准确评价的依据。
其次是识别学习情景。智慧学习环境针对不同的时间、地点、学习伙伴和活动，根据学习者模型和学习情境提供个性化的学习资源和工具，以实现最佳的学习效果。
同时，其感知物理环境的功能，能够利用传感器技术监控空气、温度、光线、声音、气味等物理环境内容，并进行适当调节，为学生提供舒适的物理环境。
此外，联结学习社群的特点，在便捷的网络接入中，学习环境能够为特定学习情境建立学习社群，为学习者有效联结，并利用学习社群进行沟通和交流的支持。
“智慧学习环境是数字学习环境的高端形态，是社会信息化背景下学生对学习环境发展的诉求，也是有效促进学习与教学方式变革的支撑条件。”黄荣怀说。
学习技术不断进步——将迎来四大发展领域
随着科学技术的发展，多媒体设备的普及，多媒体教学的技术与设备基础也在发生变化。黄荣怀教授认为，智慧学习环境将迎来四大发展领域：学习助手、电子教材、云服务平台和智慧教室。
首先，智能数字设备和系统，将成为学习者的得力助手。随着手持终端设备的应用和普及，其简单易学的操作系统，降低了技能的要求，将使数字化教学互动更容易实现。
电子教材的发展，也将为数字教学提供更多的选择。黄荣怀指出，电子教材不仅仅是纸质书本的电子化，而且具有五种功能，包括呈现非线性、动态性和超媒体性的多元化方式，根据不同的需求，提供多样化的板式、组合、风格等；通过动画效果呈现、音视频播放，增强双向互动，参与性和归属感；满足学生随时做笔记的需求，提供注释、编辑、超链接等功能；提供能够检验和结果反馈的作业系统；具有对作业分发、管理、笔记、学习轨迹的安全管理功能。
另外，云服务平台的发展，实现了资料数据的即时同步。“一个终端设备上的文档修改，能够同步到相关设备中。此技术将在数字教学中得到应用，及时同步学生的学习过程和反馈。”黄荣怀说。
智慧教室，是一种能够优化教学内容、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，具有情境感知和环境管理功能的新型教室。智慧教室既能够从视觉、听觉等多角度呈现教学内容，还能够及时根据外界环境变化调节室内温度、灯光、声音，让学生在舒适的环境中参与学习。此外，高速安全的网络设置，满足师生及时获取学习资源，并完成互交式合作学习。
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