陳衛(wèi)東，戴超凡，譚樹人

（1. 湖南交通工程學(xué)院 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001；2. 國防科技大學(xué) 系統(tǒng)工程學(xué)院 信息系統(tǒng)重點實驗室，湖南 長沙 410073）

1 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間與智慧課堂

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，也稱為數(shù)字化學(xué)習(xí)共享空間、數(shù)字化學(xué)習(xí)協(xié)同空間，是以學(xué)習(xí)者為中心的協(xié)同與交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，促進不同教學(xué)保障機構(gòu)（或部門）協(xié)調(diào)合作，支持學(xué)習(xí)者利用各種資源進行學(xué)習(xí)、研究，以提高學(xué)習(xí)能力，提升學(xué)習(xí)效益，是信息化的知識空間[1-2]。

智慧課堂，相對于傳統(tǒng)課堂教學(xué)，更多地利用先進信息技術(shù)實現(xiàn)課堂教學(xué)的信息化、智能化，構(gòu)建富有智慧的教學(xué)環(huán)境[3]。

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間與智慧課堂關(guān)系密切。首先，數(shù)字化學(xué)習(xí)空間可為課堂教學(xué)提供形式多樣的知識內(nèi)容，豐富課堂教學(xué)的形式與手段；其次，可通過數(shù)字化學(xué)習(xí)空間拓展課堂教學(xué)，將教學(xué)過程延伸到課前課后，有效拓展和補充課堂中的學(xué)習(xí)內(nèi)容；最后，將數(shù)字化學(xué)習(xí)空間融入課堂教學(xué)過程，為學(xué)習(xí)者構(gòu)建情境化、智能化、互動化的課內(nèi)與課外智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、創(chuàng)造性地解決問題并最終促進學(xué)生智慧成長。

2 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間維度、結(jié)構(gòu)與功能

學(xué)術(shù)界對數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的構(gòu)成要素存在不同見解，但公認(rèn)數(shù)字化學(xué)習(xí)空間包括實體空間和虛擬空間兩方面[4]。實體空間整合多種實體資源配置，把圖書館、教室、實驗室、網(wǎng)絡(luò)等諸多學(xué)習(xí)和支撐場所進行最佳組合，構(gòu)建個人、小組學(xué)習(xí)與研究的協(xié)作共享空間，為學(xué)習(xí)者提供一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。虛擬空間依托實體空間配置的計算機、信息網(wǎng)絡(luò)、存儲等信息設(shè)備，以數(shù)字圖書、音像、動畫、網(wǎng)頁以及各種相關(guān)教案、課件、展示、練習(xí)等多種形式存儲與組織的數(shù)字化知識，并以學(xué)科專業(yè)、知識層次、難易程度、適用對象、知識應(yīng)用等多角度、多維度，形成相互交織的知識空間，為學(xué)習(xí)者提供豐富的學(xué)習(xí)知識和內(nèi)容[5-6]。

2.1 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的維度

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的維度是指其涵蓋范疇的要素構(gòu)成。各維度從不同側(cè)面描述數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的特性與功能，共同刻畫其內(nèi)涵與外延。數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的維度可由6個方面的要素組成，分別是參與者、設(shè)施、資源、組織、管理和使用（如圖1所示），6個維度相互作用、交叉，為參與者提供一個引人入勝、溫馨而又充滿活力的學(xué)習(xí)環(huán)境和服務(wù)保障體系。

（1）參與者：與數(shù)字化學(xué)習(xí)空間相關(guān)的各類主體，包括學(xué)生、教師、教輔、教管以及學(xué)校、學(xué)術(shù)機構(gòu)等相關(guān)團體。

（2）設(shè)施：數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的物理實體、場所等，如圖書館、教室、實驗室、研討廳等；計算機、網(wǎng)絡(luò)、存儲等信息化設(shè)備，提供硬件環(huán)境與條件保障。

（3）資源：集成與存儲大量數(shù)字化的資源，以數(shù)據(jù)庫、數(shù)字圖書、音像、文檔、網(wǎng)頁、教案等多種形式存在。

（4）組織：對資源數(shù)據(jù)內(nèi)容的再組織，形成相互交織關(guān)聯(lián)的知識網(wǎng)絡(luò)，成為科學(xué)、系統(tǒng)、完整、規(guī)范和易用的資源。組織方式多種多樣，可以按照學(xué)科、專業(yè)、課程、講授、知識點等方式組織，也可以按難易程度、適用對象、側(cè)重方面來組織。

（5）管理：為資源的集成和組織提供手段與方法，管理資源和內(nèi)容。通過檢索、關(guān)聯(lián)、更新、發(fā)布等方法和功能，豐富完善資源。

（6）使用：為使用主體提供學(xué)習(xí)、研討、協(xié)作、分享和交流的一體化使用環(huán)境。

圖1 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的維度組成

2.2 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的結(jié)構(gòu)

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間總體上是相互支撐的層次結(jié)構(gòu)（如圖2所示）。實體空間作為數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的物質(zhì)基礎(chǔ)，提供必要的硬件條件與環(huán)境。經(jīng)過多年投入和建設(shè)，目前，高校的硬件條件大都滿足基本要求。

虛擬空間是核心與主體，容納了形式、內(nèi)容、組織和方式4個維度，其中，各種形式的學(xué)習(xí)資料通過信息集成將各種學(xué)習(xí)資源進行整合集成，成為可資組織的數(shù)據(jù)資源。這些海量資源本質(zhì)上是高價值的教育大數(shù)據(jù)，需要將傳統(tǒng)的信息技術(shù)與新興的大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)相結(jié)合，對資源進行再整合和再組織，形成豐富完善、關(guān)聯(lián)易用的知識資源體系。資源的組織通過資源管理提供的強有力功能實現(xiàn)，不斷積累和豐富，同時，以各種交互協(xié)作方式與手段為參與者提供諸如討論、學(xué)習(xí)、協(xié)作、分享等多種形式的使用場景和功能，充分發(fā)揮數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的作用。

圖2 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的結(jié)構(gòu)

2.3 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的功能

借助數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，學(xué)習(xí)者不僅可以便捷地獲取各種教學(xué)資源，還可在科學(xué)研究、課程教學(xué)與學(xué)習(xí)實踐中得到導(dǎo)師、專家的幫助，參與豐富的在線教學(xué)活動。教師則可以利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間準(zhǔn)備豐富的教學(xué)材料，安排教學(xué)內(nèi)容，拓寬教學(xué)范圍，引導(dǎo)學(xué)生了解和進入學(xué)科前沿，評估學(xué)生學(xué)習(xí)情況。研究者利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間獲取研究領(lǐng)域各時期各方面的文獻資料及最新進展，還可與領(lǐng)域?qū)W者進行在線互動交流和研討。

3 智慧課堂設(shè)計

隨著智慧教育、智慧學(xué)習(xí)等新理念的出現(xiàn)以及大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)應(yīng)用的深入，智慧課堂、智慧教室將是未來課堂教育的發(fā)展方向，學(xué)界也進行了廣泛深入的探討[7-10]。筆者認(rèn)為，智慧課堂不僅僅是先進技術(shù)的應(yīng)用和內(nèi)容的講授，還更多的是“劇本、情節(jié)”的編排、設(shè)計與組織，通過數(shù)字化學(xué)習(xí)空間或者未來的智慧學(xué)習(xí)空間提供手段、內(nèi)容、組織、展現(xiàn)等強有力的方式，服務(wù)于課堂，拓展課堂，達到“學(xué)浸其中”。

由此可以推斷，所謂智慧課堂是數(shù)字化學(xué)習(xí)空間給予了在有限空間和時間的課堂教學(xué)以設(shè)計、展示與使用的需要，并能夠延伸到課外。簡言之，智慧課堂是數(shù)字化學(xué)習(xí)空間所營造的“智慧教室”的使用實例。在這間“教室”中，開展教學(xué)并結(jié)合一系列教學(xué)活動，打造的就是智慧課堂。二者之間，數(shù)字化學(xué)習(xí)空間是“本源”，智慧教室與智慧課堂是“本源”的局部具體體現(xiàn)，是教育教學(xué)的應(yīng)用形式。

智慧課堂需要充分發(fā)揮課堂教學(xué)過程各個要素（人、技術(shù)、資源、環(huán)境、方法等）的作用，開展教與學(xué)的活動。教學(xué)活動的設(shè)計緊密與數(shù)字化學(xué)習(xí)空間結(jié)合，智慧課堂設(shè)計模型如圖3所示。

面向課堂教學(xué)的課前、課中和課后3個階段，依托數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，智慧課堂設(shè)計應(yīng)包括環(huán)境、資源、活動、過程以及服務(wù)設(shè)計5個要素。

3.1 環(huán)境設(shè)計

環(huán)境設(shè)計更多的與設(shè)施和資源相關(guān)，用以構(gòu)建智慧課堂的實體和信息化環(huán)境，主要包括教學(xué)場所、布局以及信息化裝備。教學(xué)場所是獨立或開放的空間，通過創(chuàng)意空間、人性化布局，根據(jù)教學(xué)需要進行組合，以利于學(xué)習(xí)活動的開展。信息化設(shè)備有效支持學(xué)習(xí)資源的獲取、處理和呈現(xiàn)，通過信息終端，開展教學(xué)活動，通過互動交流可以大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

3.2 資源設(shè)計

資源設(shè)計需要數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的資源、組織、管理、使用等有利支持，是智慧課堂的重要組成部分，提供教學(xué)內(nèi)容的編排與“情節(jié)”，覆蓋課前、課中、課后全過程。資源設(shè)計覆蓋范圍廣，包括教材、教案、課件、參考書目、案例、演示、實驗、拓展讀物、前沿發(fā)展等多個方面。

資源設(shè)計以課堂內(nèi)容和知識為主線，利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間提供的各種資源，進行再組織和設(shè)計。設(shè)計結(jié)果又作為數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的資源，不斷豐富完善學(xué)習(xí)資源。①針對“知道—了解—掌握—熟練”不同程度的要求，設(shè)計深入淺出的教學(xué)內(nèi)容；②組織典型生動的案例演示，提升感知度，加深認(rèn)識；③將課程的發(fā)展脈絡(luò)、實際應(yīng)用、學(xué)科前沿等也作為資源設(shè)計的重要組成部分，開闊視野；④設(shè)計在線小練習(xí)、小作業(yè)、大作業(yè)鞏固學(xué)習(xí)成果，反饋教學(xué)效果；最后，設(shè)計定性定量評價標(biāo)準(zhǔn)，為客觀評價提供依據(jù)。

圖3 數(shù)字化學(xué)習(xí)空間智慧課堂設(shè)計模型

資源設(shè)計是全方位與全視野的，不僅對資源的數(shù)量和質(zhì)量有要求，而且對資源的組織方式和水平有更高的要求。圖4所示是一般意義上的資源設(shè)計組成，將各方面資源整合形成一套完整的資源體系。將大量的資源進行濃縮、整合、優(yōu)化，不僅需要長期教學(xué)實踐和經(jīng)驗的總結(jié)，還需要數(shù)字化學(xué)習(xí)空間提供強有力的支持。

圖4 智慧課堂資源設(shè)計組成

3.3 活動設(shè)計

教學(xué)活動的選擇與設(shè)計是課堂教學(xué)的關(guān)鍵。講授、討論、報告、演示、實踐等諸多類型的活動需要設(shè)計支撐?；顒拥脑O(shè)計需要考慮的方面和因素眾多，如培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生基礎(chǔ)、內(nèi)容深淺、活動方式等，目的是有效引導(dǎo)學(xué)習(xí)者積極參與，找到適合自己的學(xué)習(xí)方法，收獲最有效的學(xué)習(xí)成果。

拋開教學(xué)活動中的主觀因素，客觀上，智慧課堂活動設(shè)計也是數(shù)字化學(xué)習(xí)空間拓展支撐課堂設(shè)計的重要手段。教師課前確定課堂活動目標(biāo)與方式，組織并發(fā)布活動資源，引導(dǎo)學(xué)生了解、學(xué)習(xí)和參與；課中利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間展現(xiàn)資源，開展互動與啟發(fā)教學(xué)；課后通過群體互動學(xué)習(xí)、個人自主學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，反饋掌握情況，評估學(xué)習(xí)效果。

3.4 過程設(shè)計

過程設(shè)計是課堂教學(xué)過程中課程整體和細節(jié)的安排與設(shè)計，在有限的時間和空間內(nèi)取得最佳效果。過程設(shè)計必須有資源和活動設(shè)計的有力支持，涉及整體內(nèi)容安排、重點內(nèi)容、演示與拓展內(nèi)容等諸多方面。過程設(shè)計是傳統(tǒng)課堂的延續(xù)，也是智慧課堂的重要組成，需要將大量的信息傳遞給學(xué)習(xí)者，不僅需要教師課前的大量準(zhǔn)備與仔細安排，還需要教師個人的風(fēng)采和魅力，既要深入淺出、內(nèi)容豐富，又要生動活潑、興趣盎然。

借助數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，可將講授過程各個環(huán)節(jié)的信息和資料實時推送到學(xué)習(xí)者終端，學(xué)生在聽講的同時，能夠直接獲得與內(nèi)容相關(guān)的要點、參考、拓展等輔助信息，也可以實時參與互動與反饋，跟得上、聽得懂、學(xué)得會、有興趣。將灌輸式、題海式教學(xué)，改變?yōu)閱l(fā)式、探究式、擴展式教學(xué)，可以讓學(xué)習(xí)者自主參與，獲取和掌握知識。

3.5 服務(wù)設(shè)計

拓展智慧課堂的范圍，提供個性化學(xué)習(xí)服務(wù)，包括但不限于答疑解惑、作業(yè)互動、興趣培養(yǎng)。利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，隨時隨地獲取資源，遇到問題可以很快找到與問題密切相關(guān)的知識與內(nèi)容，輔助學(xué)習(xí)者解決問題。通過服務(wù)設(shè)計，整合和創(chuàng)造一個具有豐富資源的知識空間，為師生提供一個能隨時隨地進行學(xué)習(xí)的環(huán)境。

4 設(shè)計示例

依托國防科大“夢課”平臺，在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程教學(xué)中，我們應(yīng)用了本設(shè)計模型。按照課程大綱要求，圍繞每次課程的教學(xué)環(huán)節(jié)，分別從環(huán)境、資源、活動、過程以及服務(wù)5個方面，組織、梳理課程資源內(nèi)容，設(shè)計教學(xué)活動。以最小生成樹教學(xué)為例，5個方面的內(nèi)容及相互關(guān)系如圖5所示。

實際課程教學(xué)中，采取5要素設(shè)計模型進行課程教學(xué)設(shè)計，可以更加充分利用數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，有效提升課堂教學(xué)效益。

5 結(jié) 語

數(shù)字化學(xué)習(xí)空間形成的共享協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境，不僅有技術(shù)與資源的整合，還為教育教學(xué)提供新的方法與手段。智慧課堂5要素設(shè)計模型為“互聯(lián)網(wǎng)+智慧課堂”的教學(xué)設(shè)計提供了一個可以遵循的基本方法，為構(gòu)建個性化、智能化、數(shù)字化的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，形成有效促進智慧能力培養(yǎng)的智慧課堂奠定了基礎(chǔ)，但目前各種平臺（如MOOC）僅能支 持資源的“淺度”組織，即內(nèi)容以文件形式存儲，通過分類目錄組織文件，提供操作導(dǎo)航，無法對文件包含的內(nèi)容進行“深度”組織?！吧疃取苯M織應(yīng)包括語法、語義和語用3個層次。語法層次支持按內(nèi)容的字面相同或相似來組織，語義層次支持按內(nèi)容含義的密切程度來組織，語用層次支持按含義能夠發(fā)揮的作用和達到的目的來組織。希望未來能提供更為智能的智慧學(xué)習(xí)空間，助力智慧教育的普及與實現(xiàn)。

圖5 智慧課堂設(shè)計示例圖