張一諾 張宇辰 路紫

摘要：智慧課堂是指以新一代ICTs為支撐進行直觀靈動教學、精準及時跟蹤和個性化自主探究學習的課堂體驗形式。以中學地理教學為例，界定了智慧課堂關(guān)鍵要素和實施領(lǐng)域并將其歸納為一個緊湊統(tǒng)一的五邊形系統(tǒng)，即基于硬件、軟件條件以及大數(shù)據(jù)平臺、云平臺、媒介平臺環(huán)境，組織課前-課上-課下-課外循環(huán)閉合教學，實施評價-調(diào)節(jié)一體化的新型教學管理。同時面對當前存在的問題，還須采取多途徑綜合解決方法以完善智能化教學的秩序。

關(guān)鍵詞：五邊形模型;智慧課堂;中學地理教學

智慧課堂即依托數(shù)字設(shè)施組成的智能技術(shù)平臺創(chuàng)建情景感知、推送學情信息、支持師生交互，以直觀分析教學效果，并為自主性學習和遠程學習提供各種資源載體和智能應用。其在教學方面的三大支柱分別為技術(shù)支持、教學行為和學生個體發(fā)展[1-3]。由新一代ICTs應用于智慧教學的相關(guān)實踐可見，智慧課堂系統(tǒng)的關(guān)鍵性成功要素主要包括硬件域、軟件域、環(huán)境域、組織域和管理域，我們將這種五維復雜關(guān)系稱為智慧課堂五邊形模型。本文嘗試以中學地理教學為例，結(jié)合智慧課堂創(chuàng)建工作及建設(shè)標準分析其關(guān)鍵要素的內(nèi)涵與應用，以適應現(xiàn)代社會開放教育的新變化。

一、硬件域

中學地理智慧課堂硬件域是指為幫助學生完成自主學習而使用的各種可觸知的硬件設(shè)備[4]，包括常用電子設(shè)備（筆記本電腦、手機、iPad等）和新型電子設(shè)備（VR/AR器材、3D打印機等），為改變地理信息表達形式、豐富地理學習方式、支持個性化學習體驗、服務(wù)師生信息流動等提供了物質(zhì)基礎(chǔ)條件。

iPad輔助地理教學是一種不脫離傳統(tǒng)教學又融合網(wǎng)絡(luò)（媒體）技術(shù)的教學方式。北京市已有一批中學常態(tài)使用iPad授課或自主學習。如利用學校Wiki平臺上傳-下載地理課程資源包;利用Apple Store中大量可運用的地理學App資源開發(fā)地理實踐課（天文觀測等）;利用iPad開展自主探究性教學活動（地圖繪制、多媒體剪輯、電子書閱讀、文稿演示等）。

VR/AR輔助地理教學是從學生體驗入手，借助Google Cardboard觀察地理現(xiàn)象，解釋課程內(nèi)容，配合多種手機應用程序（如360°photos、地球相機、Google Expeditions App、Quiver、Geocam Free、Landscap AR）支持虛擬環(huán)境中對真實感受的觸知[5]。如在地理教室通過數(shù)字化操作（打印-著色-掃描）將抽象的紙面地圖進行立體轉(zhuǎn)化;利用360°照片探索著名景觀和典型地標模擬虛擬旅行;將實時地理信息（GPS坐標、方向、距離等）覆蓋至相機視圖全方位顯示區(qū)域地理特征。

3D打印輔助地理教學旨在將二維平面轉(zhuǎn)化為三維立體，從而改變傳統(tǒng)地理教學活動形式和地理知識呈現(xiàn)方式，如通過繪制等高線圖并調(diào)整已有等高線的形狀和疏密程度制作各式三維山體模型等。

當集中精力于硬件域時，我們特別注意到新一代ICTs已快速滲透到地理教學中并促使了教學系統(tǒng)潛力的發(fā)揮。但也不難發(fā)現(xiàn)，過分強調(diào)信息傳輸能力建設(shè)（如綜合設(shè)施網(wǎng)）難免忽視普及和使用等方面的規(guī)劃與規(guī)范，致使設(shè)施配備（如移動終端類型）與教學相互聯(lián)系的統(tǒng)一化和標準化不足，反過來阻礙對智慧課堂的廣泛實踐。這些問題均需在今后的智慧課堂建設(shè)中予以關(guān)注和解決。

二、軟件域

中學地理智慧課堂軟件域是指通過硬件設(shè)備控制操作的智能軟件，包括信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和引導系統(tǒng)以及支持快速創(chuàng)建的各類應用程序[6]。當前軟件域的主要表現(xiàn)形式是基于手機App設(shè)計各類地理教學活動，將其本身呈現(xiàn)的和實操獲取的地理數(shù)據(jù)與教學內(nèi)容相結(jié)合實現(xiàn)智慧教學。

目前可獲得的地理特色手機App十分豐富：地球運動模擬類有谷歌地球、地球儀3D、全球3DVR、太陽測量師等;氣象氣候類有氣象雷達、智慧農(nóng)氣象、Meteosphere、MeteoEarth等;天象觀測類有Star Walk、Solar Walk、Star Chart、星圖等;環(huán)境監(jiān)測類有碳足跡計算器、墨跡天氣、蔚藍地圖等;地圖類有Google Earth、ArcGIS、高德地圖等;戶外地理類有戶外工具箱、形色、地質(zhì)測繪記錄儀等;地理資信類有NASA、中國國家地理、National Geographic系列軟件等;地理知識游戲類有瘋狂地理、Geo Expert-世界地理、地理拼圖等。其在教學中的典型應用包括：運用太陽測量師演示星球運動，運用MeteoEarth分析氣壓帶風帶，運用星圖/Solar Walk觀察天文景觀，運用碳足跡計算器記錄生活碳排放，運用Google Earth開展區(qū)域地理實習，運用形色識別植物，運用戶外助手區(qū)分地貌，運用地質(zhì)測繪記錄儀了解巖石礦物等。這些與地理教學密切相關(guān)的軟件蘊含大量實時動態(tài)信息，與中學地理教材中“宇宙中的地球”“地球上的大氣”等章節(jié)匹配良好，具有補充教學資源、模擬實踐活動、助力知識自動更新的優(yōu)勢。

當前軟件域存在的主要問題是：各軟件的配合與協(xié)調(diào)尚不能保證智慧校園課堂的普及化發(fā)展。如眾多制圖軟件雖開創(chuàng)了交互式地圖以及地理空間應用的新形態(tài)，但仍缺乏切合地理教學需要的系統(tǒng)化專屬地圖;地理類教學App主要集中在地球運動、氣象氣候和天象觀測方面，在其他地理教學章節(jié)對教育消費者和軟件開發(fā)商均有益的嘗試較為有限;同時在軟件產(chǎn)品和信息服務(wù)領(lǐng)域還存在國內(nèi)和國際層面上的差異。此外，對尖端軟件使用熱情的缺乏也是不容忽視的問題，這導致開發(fā)商難以實施新的舉措。從某種意義上說，克服智慧課堂所面臨的阻礙，關(guān)鍵是解決以移動終端為導向的軟件服務(wù)問題。

三、環(huán)境域

中學地理智慧課堂環(huán)境域是指由大數(shù)據(jù)平臺和媒介平臺等構(gòu)建的智能化學習、交流環(huán)境[7]。通過嵌入各類平臺的專門化觀察量表，采集、整理、分析、傳遞表現(xiàn)性數(shù)據(jù)，從而把傳統(tǒng)封閉式學習環(huán)境變成面向網(wǎng)絡(luò)的開放式學習環(huán)境。

新一代ICTs與地理門戶網(wǎng)站相結(jié)合架構(gòu)了智慧課堂的大數(shù)據(jù)平臺，所提供的地理數(shù)據(jù)不僅具有實時性、直觀性、可疊加性和可操作性，而且具有結(jié)構(gòu)性與非結(jié)構(gòu)性、定性與定量的統(tǒng)一，還通過資源整合在新知識衍生方面提供了科學設(shè)計，如自然地理地形地貌識別與地圖處理相結(jié)合、人口地理與人文地理相結(jié)合深入學習體驗。

云平臺支持地理學習內(nèi)容及成果的無限容量存儲、多平臺接入訪問和多方協(xié)作，其實質(zhì)是地理數(shù)據(jù)的獲取更新、伸縮轉(zhuǎn)換以及使用方式發(fā)生根本變化。在師資配置不均衡或短缺地區(qū)尤為適用，實現(xiàn)了地理教育資源的最大化合理分配。

媒介平臺指依托微信、Moodle、AI School等集分析技術(shù)與交流互動于一體的教學媒介應用，著眼于學生自主解決問題的過程以及師生間教學情感、態(tài)度和效果的及時溝通。當前依托媒介平臺進行智慧地理教學實踐的途徑主要有開通班級公眾號、建立微信群、推送訂閱號，利用聊天室、論壇、互動評價、在線測驗、教學游戲等整合各種交互學習活動。

當前環(huán)境域存在的主要問題是：所應用的教學平臺系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上、功能上均是相對獨立和割裂的，地理虛擬平臺和仿真模擬平臺的供給也明顯不足。這些缺欠不利于教學數(shù)據(jù)的整合分析、不利于教學形態(tài)創(chuàng)新與流程重構(gòu)、不利于海量資源有效利用。今后還須搭建便捷的大數(shù)據(jù)—云存儲—媒介平臺，實現(xiàn)線上線下一體化的全場景教學應用以及校內(nèi)外區(qū)域性地理教學資源的傳播和共享。

四、組織域

中學地理智慧課堂組織域是指課前-課上-課下-課外循環(huán)閉合教學過程中所提供的智能化處理與傳送、顯示與控制，旨在減少可避免的實施障礙。由于智慧地理教學過程中設(shè)計了大量學生活動環(huán)節(jié)，這對組織域提出嚴格要求，應制定信息化資源利用與地理課程整合相適應的策略[8]。

課前-課上-課下-課外循環(huán)閉合組織是智能課堂的基本體現(xiàn)。課前策略包括利用多媒體移動終端基于云平臺中指向知識學習的課件、微視頻、互動答疑功能等獲取/發(fā)布學習資源，針對課程重難點梳理地理知識，基于媒介平臺進行多種類、多層次的作業(yè)設(shè)計并完成自主預習。課上策略包括基于課前問題的釋疑解惑、觀看視頻導入虛擬情境、引入地理知識點、基于知識理解的自主探究、基于地理現(xiàn)象實驗的小組實操研討、基于地理新知的成果展示，銜接課前自學與課上學習完成地理知識更新。課下策略包括建立交流群公布練習任務(wù)進行作業(yè)延伸、實時檢測內(nèi)容與進度、推送練習答案及選取錯誤率較高的題目進行針對性解析、多元雙向量化地理教學評價（通過投票、問卷等方式）。課外策略包括繪制地理要素海報等完成知識補充、應用地理知識解決生活中遇到的問題、分析顯性隱性教學特征（如挖掘開發(fā)地理課程興趣點）并為下一節(jié)課的地理教學提供精準學情支撐。

目前組織域遇到的相關(guān)難題包括：設(shè)計、使用、操作該循環(huán)閉合系統(tǒng)的組織體系欠缺，教學規(guī)劃與服務(wù)欠缺（如開設(shè)拓展課程提升學習參與度與體驗度不足），運用范圍與特定目的脫節(jié)（如VR使用在地球運動、氣候氣象、地質(zhì)地貌等以外即應適量）?？紤]到規(guī)則和程序等環(huán)節(jié)，通過組織域支持以上循環(huán)閉合過程無縫對接的核心是供需關(guān)系的構(gòu)建與調(diào)節(jié)，即硬件域、軟件域、環(huán)境域這些外部性元素在不同層次上的內(nèi)在組織。

五、管理域

中學地理智慧課堂管理域是指從認知、情感和行為上以發(fā)展學生能力為目標構(gòu)建開放的教育教學基本規(guī)范和保障體系，其關(guān)鍵組成部分包括常態(tài)化采集和分析教學數(shù)據(jù)[9]、識別診斷學習者個體屬性和學習行為特征，在此基礎(chǔ)上動態(tài)評價學習內(nèi)容與教學過程、制定自主選擇和隨機應變的學習策略。從狹義上說，智慧課堂的管理域集中體現(xiàn)在對

學生的學習活動數(shù)據(jù)進行綜合分析，作出多元、個性的評價和反饋。如Moodle或AI School平臺對所有教學活動都有完善的評價功能和可設(shè)置的評價標準，應用該平臺結(jié)合學生界面，控制學習軌跡，防止學生跳過某些規(guī)定的學習內(nèi)容，教師也可以方便地在一個屏幕上看到所有學生的學習進度，并進行學習自主性和學習態(tài)度的定量與定性評價，使地理教學評價從僅注重學習能力轉(zhuǎn)向為知識與情感態(tài)度的呼應。再如利用這些平臺建立個人案例庫，將分等級評價記錄（評語）根據(jù)需要及時反饋給學生，并通過情境交流實現(xiàn)師生間立體化交互。從廣義上說，智慧課堂管理域還包括規(guī)章制度以及各方協(xié)作行為兩方面，即當前硬件域、軟件域、環(huán)境域存在的各種約束以及組織障礙均與智慧課堂管理域尚不完善有關(guān)。

未來管理域的建設(shè)不應僅僅局限于單純知識獲取/傳授效果的評估，還要加強信息理解和應用等方面的度量以及師生在不同主題和領(lǐng)域上交互程度的考核，以改變傳統(tǒng)教學模式下課程管理流程繁瑣、數(shù)據(jù)孤島林立、師生難以形成緊密交互的狀態(tài)。這樣看，智慧課堂的實施不再是簡單的技術(shù)問題，而本質(zhì)上是一個體制與機制問題，包括一整套用于地理教學的技術(shù)標準、協(xié)議以及對政策的共同態(tài)度，以使教育者的思路和師生邏輯關(guān)系得到優(yōu)化。

基于以上研究，應用新一代ICTs的智慧課堂使體驗形式發(fā)生根本變化，更加符合信息資源感知共享、網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化有機結(jié)合的新型教育思想與學習模式。然而從智慧課堂五邊形模型一些連接關(guān)系缺失中可以看到至今仍然較少運用綜合解決方法而是較多求助于單一解決方案。其問題的產(chǎn)生在于：一是各地區(qū)教育機構(gòu)努力維護各自的運行計劃，致使難以從協(xié)作戰(zhàn)略上看待智慧課堂的廣闊市場和長遠潛力[10];二是與高速快捷的聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)化處理平臺、廣泛的終端應用相比較，教育團隊的集體知識創(chuàng)新尚且不足;三是物質(zhì)基礎(chǔ)設(shè)施與規(guī)劃間缺乏協(xié)調(diào)，致使一味強調(diào)設(shè)施和資金增設(shè)而較少考慮供需平衡。未來在智慧課堂建設(shè)中，應將中心議題置于五維要素中，使之高效交融，切實提高智慧課堂的質(zhì)量。

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【責任編輯 王穎】