文 / 楊琳玲 鄭立新

現(xiàn)在，各項前沿技術(shù)迅速進入教學領(lǐng)域，平板電腦、傳感器、 3D打印技術(shù)蓄勢待發(fā)，數(shù)字教室、互動教室、虛擬教室、智慧教室等概念彌漫于教育領(lǐng)域，為教育變革提供了各種可能。未來科技會如何促進教育值得大家期待，前沿產(chǎn)品將如何改變教室激發(fā)人們暢想。本文以STEM教育為背景，展望了如何構(gòu)建中小學“未來教室”，以提升中小學生的綜合素養(yǎng)。

未來教室及其國內(nèi)外建設(shè)現(xiàn)狀

（一）未來教室是什么

教室的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及室內(nèi)設(shè)備的陳設(shè)，都極大地受到教育理念、教學方式和教學內(nèi)容的影響，這也使得人們對未來的教室產(chǎn)生過很多思考和遐想。例如，在1899年的巴黎世博會上，就出現(xiàn)了在當時人們想象中2000年法國的教室的樣子，如下圖所示。

當然我們知道，圖中的愿望到現(xiàn)在也沒有實現(xiàn)，但這無疑都是人們對教室未來發(fā)展的積極創(chuàng)意和向往。隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，人們心中未來的教室也在不斷演變?，F(xiàn)階段的未來教室應(yīng)該在先進的教學理念指導(dǎo)下，順應(yīng)科技發(fā)展趨勢，將適合的科技新成果作為教具、學具，合理地應(yīng)用在教室環(huán)境中，幫助師生更有效地開展教學活動，最大程度地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和實踐能力，提升學生的綜合素養(yǎng)。

（二）國內(nèi)外建設(shè)現(xiàn)狀

出現(xiàn)在20世紀80年代的“蘋果明日教室”是較早期的未來教室，教師和學生可以使用大量的新技術(shù)和設(shè)備，例如計算機、攝像機、照相機、掃描儀以及DVD刻錄、無線網(wǎng)絡(luò)等，這些都配備在教室環(huán)境中，就像使用書和紙一樣方便。

21世紀以來，各國政府、學校、科研院所和公司都在未來教室領(lǐng)域開展了積極的探索，很多高科技產(chǎn)品，如交互式電子白板、觸摸屏、傳感器、平板電腦等，被逐漸應(yīng)用到教室環(huán)境中，供教師進行探索性教學實踐。下表是近年來一些國家和地區(qū)創(chuàng)建的未來教室實例。

通過對以上的未來教室項目的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，未來教室的發(fā)展和各國提出的先進教育理念息息相關(guān)，而技術(shù)應(yīng)用則需要考慮學生如何有效開展學習活動，教師如何對學習過程進行有效引導(dǎo)和評價，學校、教師及家長如何對學生的學習情況進行無縫對接。

基于STEM教育的中小學未來教室模型構(gòu)想

20世紀80年代，美國政府為解決其科技人才短缺的問題，在教育領(lǐng)域提出了STEM計劃，鼓勵學生主修科學、技術(shù)、工程和數(shù)學(STEM)領(lǐng)域。近30年來，美國政府和眾多科研機構(gòu)、高校、基金會，通過立法、撥款、專項等方式推動著STEM教育不斷深化。 STEM教育建立在學科融合的基礎(chǔ)上，以設(shè)計和探索為目的，對技術(shù)問題解決進行科學的探索，其課程目標是提升學生科學、技術(shù)、工程、數(shù)學素養(yǎng)。

在基于STEM教育的中小學未來教室中，學生可以在教師的引導(dǎo)下，圍繞一個真實問題，組建小組，利用各種前沿技術(shù)開展學習和研究。在學習研究的過程中，小組成員可以面對面或通過網(wǎng)絡(luò)方式與學習伙伴進行交流，利用技術(shù)搜集、分析數(shù)據(jù)，設(shè)計、測試和改進問題解決方案，并在一定范圍內(nèi)交流研究成果。筆者根據(jù)多年在一線開展科技教育和信息技術(shù)教學的經(jīng)驗，結(jié)合信息技術(shù)的發(fā)展趨勢，嘗試設(shè)計了遵循STEM教育理念的未來教室模型。

（一）未來教室中的構(gòu)成要素

虛擬現(xiàn)實技術(shù)、嵌入式技術(shù)、云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等的出現(xiàn)與應(yīng)用正在逐步將我們生活的地球變成數(shù)字地球、智慧地球?；赟TEM教育的中小學未來教室則正是構(gòu)建在這樣一個數(shù)字地球、智慧地球的基礎(chǔ)上，主要采用的技術(shù)和設(shè)備包括體感技術(shù)、機器人技術(shù)、智能眼鏡、 3D打印技術(shù)等。

1.體感技術(shù)

利用體感技術(shù)，師生可以通過肢體與教室中的數(shù)字設(shè)備和環(huán)境互動，教師能夠利用其虛擬出學生喜歡的學習環(huán)境，以幫助學生進行技能學習，如引導(dǎo)并糾正學生的實驗步驟、動作等。利用強大的數(shù)據(jù)監(jiān)測和分析功能，教師可以采集學生的學習數(shù)據(jù)，進行評價、診斷、反饋。以微軟Kinect平臺為例，可以通過Kinect攝像頭采集鏡頭前主要人物的肢體動作，通過傳感器等技術(shù)和設(shè)備采集到系統(tǒng)中，進行對比分析或控制輸出人物的動作。這些都非常符合STEM教育的需求，能夠極大提升教學效果以及學生的學習興趣。

2.機器人技術(shù)

機器人技術(shù)涉及數(shù)學、仿生學、計算機技術(shù)、控制論、人工智能、機械工程設(shè)計等諸多領(lǐng)域，它可以更好地將科學、技術(shù)、工程與數(shù)學聯(lián)系起來，提升學生的科技素養(yǎng)。近年來，機器人技術(shù)是教育界研究的熱門話題，機器人這一高科技產(chǎn)品正逐漸走下神壇，走入校門，許多教育型的機器人平臺也如雨后春筍般產(chǎn)生。以某品牌EV3教育型機器人為例，它不僅可以作為信息技術(shù)或通用技術(shù)課程學習的內(nèi)容，還能夠借助強大的傳感器功能開展與數(shù)學、物理、生物等學科有效融合的學習，實現(xiàn)如模型搭建、工程設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)采集、實驗分析等功能，完成智能門、智能清潔等任務(wù)，使普通教室成為一個充滿創(chuàng)意的智能教室。

3.智能眼鏡

可穿戴計算機是人們近年來致力研究的一項技術(shù)，而智能眼鏡則是其中的突出代表。在Wi-Fi等無線技術(shù)的支持下，它能夠幫助學生以最快的速度搜索到所需的網(wǎng)絡(luò)資料，實現(xiàn)數(shù)據(jù)云端存儲，能夠隨時實現(xiàn)分享或錄制課堂信息，且不會影響學生參與課堂學習。

4.3D打印技術(shù)

3D打印技術(shù)能夠較真實地呈現(xiàn)設(shè)計物品，令學生獲得直觀、深刻的體驗。通過設(shè)計、虛擬實驗、零件打印、作品整體成型等體驗過程，學生能夠?qū)W習科學分析、數(shù)學計算、工程設(shè)計及制作等內(nèi)容，提升工程思維能力。

（二）未來教室中的環(huán)境構(gòu)建

基于STEM教育的未來教室更像一個在教師指導(dǎo)下開展科學研究的實驗室。教師作為引導(dǎo)者，提出研究任務(wù)，并適時為學生提供必要的幫助。教室的主人是以組為單位的學生團隊，他們可以進行學習、思考、討論、設(shè)計、制作、總結(jié)及展示，各司其職，各展其才。教室可以分為多個區(qū)域，如體感教學區(qū)、操作區(qū)、討論學習區(qū)、展示區(qū)等，目的就是更好地實現(xiàn)教育功能。如下圖所示：

綜上所述，基于STEM教育的未來教室可以有效地將科學、技術(shù)、工程、數(shù)學等的學習融合在一起，讓學生從解決實際問題出發(fā)，在培養(yǎng)STEM思維的同時，不斷提升學生綜合素養(yǎng)。