基于未來課堂的思維可視化教與學策略設計*

趙瑞軍

（1.華東師范大學　　教育信息技術系，上海　200062；2.嘉興學院　　教師教育學院，浙江　　嘉興　314001）

基于未來課堂的思維可視化教與學策略設計*

趙瑞軍1，2

（1.華東師范大學教育信息技術系，上海200062；
2.嘉興學院教師教育學院，浙江嘉興314001）

課堂是教學改革的主陣地，課堂環境的變革和課堂教學方式的創新是教育改革的主旋律。未來課堂是一個不同于傳統課堂的新型教與學環境，是將信息技術深度融入課堂環境和課堂教學，處處體現以人為本的理念。文章以未來課堂環境下思維可視化教與學策略的設計為切入點，立足在未來課堂中提高教學效率與學習效果，將思維可視化教學方法與未來課堂有效整合，嘗試構建未來課堂教學環境下教與學策略，以充分發揮未來課堂的功能優勢，探索未來課堂教學的新思路、新方法，使教師教學更高效，學生學習更靈活。

未來課堂；思維可視化；教與學策略

引言

隨著信息技術的迅猛發展，對教育的影響走向縱深，逐步幫助我們解決在過去沒有辦法解決的問題。例如，要做到以學生為本，實施素質教育，在教師有限的教學時間內，要想做到因材施教，分組討論、課堂高效的一對一交互，運用“翻轉課堂”教學模式等都不太可能實現。但如今，我們可以利用信息技術與教育的深度融合，充分運用信息技術對教育的支持，這些歷史問題將迎刃而解。因此，依據先進的教育理念，運用信息技術，以“學生為本”為設計核心，重構一個功能豐富的全新未來課堂是教育發展的必然趨勢。未來課堂目標就是建立一個“堅持以人為本，使教育的各要素相互依存、相互促進、協調合作，形成完美的教學生態，從而促進學生自我激勵、自我成長、自我完善”的和諧課堂［1］。因此，具備人性化、混合性、開放性、智能性、生態性和交互性的未來課堂應運而生。然而，要想充分發揮其功能，還需要運用先進的教學理念與方法，對教與學的過程進行創新設計。

一、未來課堂教與學環境及方法

未來課堂是相對于傳統課堂而構建的一種全新學習空間，在全新的教與學空間中，需要設計新的教與學策略，才能充分發揮未來課堂的功能。

（一）未來課堂教與學環境

未來課堂屬于正在到來的未來，它不是固定在某一個時點，它必將隨著技術的進步，理念的更新而不斷發展。國內外學者對未來課堂的定義并不相同，所設計的未來課堂環境也各有特色。華東師范大學未來課堂研究團隊對未來課堂的定義：未來課堂是相對于傳統和現代課堂而言的，是在以人本主義、互動、環境心理學等相關理論和智能空間、云計算、人體工學等技術的支持下，以互動為核心，以充分發揮課堂組成各要素（人、技術、資源、環境和方法等）的作用，實施教與學，以促進人的認知、技能和情感的學習與發展的教與學的環境與活動［2］。未來課堂的特征歸納為以下幾點［3］：

1.空間舒適（人性）：未來課堂從人本關懷出發，以教師和學生為本，對空間、桌椅、燈光、溫度等環境進行設計，體現智慧學習空間理念。

2.裝備先進（齊全）：面向未來的課堂必然是裝備先進的課堂，包括課堂所需的最新的硬件設備與軟件技術，可提供多種學習功能。

3.操控便利（自如）：未來課堂設備與軟件操控便利，大大增強教師與學生在教與學過程中的自由度、自主性和自信心。

4.交互即時（流暢）：未來課堂利用相關軟硬件技術，可實現師生即時交互，即時反饋，使教與學過程精準高效。

5.資源豐富（充分）：未來課堂包含微課、虛擬實驗、學科思維導圖、教學設計、課件等豐富的學習資源，可將課內課外有效融合，為混合學習模式的實施提供保障。

（二）思維可視化教與學方法

未來課堂勢必功能豐富，技術先進，環境舒適，操作靈活，即使在這樣的課堂當中，學習仍不會自動發生。先進的課堂裝備，只能算是學習的必然條件，而不是充分條件，沒有科學的方法就不會有好的教學效果和學習效果。思維可視化是指運用一系列圖示技術把本來不可視的思維（思考方法和思考路徑）呈現出來，使其清晰可見的過程。被可視化的“思維”更有利于理解和記憶，因此可以有效提高信息加工及信息傳遞的效能［4］。這種方法更關注知識表征背后的學生思維規律，良好的知識表征及思維工具的使用，可以有效促進學生的學習，使學習者主動去建構知識，學習的過程就是知識的建構過程，同時有助于學習者對知識的存儲與提取。未來課堂先進的技術，豐富的功能，可以使思維可視化技術充分發揮其應有的作用，使知識的呈現與表征更方便靈活，更利于學生的建構。

思維可視化作為一種知識呈現與組織方式，既可以作為教師的教學方法，也可以作為學生學習的方法。作為教學方法有助于幫助教師去組織知識和相關內容，將原來抽象的內容、瑣碎的內容按照一定的規則進行可視化呈現，可以大大提高教學效率；作為學生的學習方法，學生利用這種方法組織所學知識，可以快速地與原有知識建立聯系，使新知識與原有知識進行同化與順應，既可以提高學習新知識的效率，又可以促進認知結構的發展。思維可視化的教與學策略主要包括：

1.思維可視化教學策略：該策略是指在教學過程中把可視化融入教學的各個環節，在教學的每個階段都可以使用可視化方法和可視化內容，尤其是在知識呈現方面，對于訓練學生形象思維、分析思維、聚合思維都可以起到很好的支持作用。

2.思維可視化學習策略：該策略是指在學生學習過程中將思維可視化策略融入學習的各個環境，使學生的學習內容，學習方式都采用可視化的方法，對于培養學生的抽象思維、創造思維、分析思維、發散思維都有很大的支持作用。

3.思維可視化教學評價：思維可視化教學評價是利用可視化技術對學生進行學習評價，強調對學生學習過程的評價，側重對學生思維發展方面進行評價，精準發現學習過程中的問題，及時進行補救。

二、基于未來課堂思維可視化教與學策略設計

（一）多屏異步呈現策略，保證思維連續

多屏呈現是未來課堂最具特色的功能，一間課堂中配備有2到4塊屏幕（屏幕可以是液晶投影、電子白板、一體機、大屏幕電視機等），均勻分布在課堂的四周，具有同屏、異屏、循環屏三種內容呈現模式［5］。同屏模式就是幾塊屏幕同時呈現某頁內容，可以使每位學習者都能清晰看到屏幕內容，解決了學生因座位位置因素而影響觀看效果的問題；異屏模式可以使不同屏幕實現不同內容的呈現，可以使指定屏幕實現特定頁面內容的呈現；循環屏模式則是按照PPT頁面順序進行呈現的一種方式，這種方式最大的特點就在于它可以保證學生思維連續性，適應不同學習者的思維反應水平，使不同的學習者都可以既緊跟老師的教學步驟，又保證了自己思維的連續性，幫助學習者對知識進行快速組織與加工，這種內容呈現模式對于呈現物理、化學、數學等前后邏輯聯系緊密的學科知識效果更加明顯（見表1）。

表1　　未來課堂多屏異步教學

（二）即時信息交互策略，保證思維同步

即時信息交互是課堂教學中最為核心的內容，傳統課堂受技術所限，不能實現信息及時交互，交互內容形式有限等。但在未來課堂中，即時交互變得非常容易，主要包括：教師可以將PPT課件、其它資源等內容即時發送到學生平板終端；學生在接收到教師發送的相關內容及資源后，可以進行修改、作答、加工，然后可以回傳給教師；IRS（Interactive Response System）即時反饋系統則可以實現課堂內的即時反饋，可以有效支持課堂教學活動的開展，它可以實現投票、搶答、選擇，并能及時進行答案分析，呈現可視化的分析結果，時刻掌握學生的學習進展，保證思維同步；IRS同時可借助于實物展臺，可以將紙制學習資源、實物教具等即時拍照進行數字化，發送到學生終端。未來課堂的即時信息交互，數據分析瞬間完成，給了課堂教學活動很好的支持，真正做到及時、精準、高效。

（三）翻轉混合教學策略，增強學習體驗

翻轉課堂是當前最熱門的教學改革模式，這種教學模式可以大大提高學生參與學習的積極性與主動性，從而提高學習效率。但開展翻轉課堂需要一定的前提基礎，優質的資源做基礎，完善的課堂管理，熟練的教師組織能力，精心設計的教學活動等等。其中優質的學習資源是核心，沒有優質資源做基礎，如同無源之水、無本之木，也沒有辦法開展翻轉課堂教學。未來課堂的軟件平臺中，有大量優質的教學資源，包括教學設計、課件、虛擬實驗、思維導圖、微課等資源，這些優質資源針對性很強，都是和教材緊密相關的，這就節省了教師制作資源的大量時間，給教師們開展翻轉課堂提供了便利。加上未來課堂中信息技術支持的交互功能，可以有效開展課堂教與學活動，將線上與線下，課內與課外有機融合，大大增加了學生學習體驗，從而實現真正的翻轉混合教學。

（四）虛擬與現實結合策略，激發學習興趣

課堂中學生學習興趣培養知識傳授多少要重要的多，虛擬現實技術具有沉浸性、交互性、想象性的特征，在提高學生學習體驗，培養學生學習興趣方面具有很強的優勢。未來課堂的教學資源平臺中，有專門的虛擬實驗平臺，儲存有大量虛擬實驗，可供教師和學生實時使用，包括化學、物理、電子、生物類等實驗模塊。這些虛擬實驗即可由教師在上課時做實驗演示用，也可供學生在課堂或回家進行實驗用。有了虛擬實驗平臺，可以幫助學生提前進行實驗準備，降低實驗風險，而且還可以解決個別學校實驗設施設備不足的問題。同時，未來課堂中的學習體驗區，配備了3D播放設備與體感體驗設備，學生通過體驗3D視頻教學資源和體感互動游戲，提高了學習興趣，增強了互動，實現虛擬與現實的融合。

（五）實時手寫交互策略，回歸課堂本真

信息技術的發展，加快了社會發展的現代化與數字化，同時也加劇了文字書寫與現代社會的距離。借助技術，我們可以在電子白板上運用直接書寫文字，但這種書寫過程及體驗受技術所限，我們不能像在書本上那樣自如地令人滿意。如今，借助于點陣技術，教師可以像在紙張上書寫一樣，可以進行公式推導過程、可以批改作業、書法創作等教學活動，重要的是這一切可同時呈現在屏幕上。這種技術完美地將教師板書與投影結合在一起。同時，學生也可以在有點陣的紙制材料上進行批注、考試，這些過程瞬間被進行了數字化處理，保留了數據，節省了時間，為后續分析提供基礎。點陣技術讓教師與學生書寫更加自然，交互更加輕松，解放了教師，方便了學生，回歸了課堂本真，增加了交互體驗。

（六）自動診斷補救策略，實現個性化學習

因材施教是每個教育工作者的夢想，也是每個學習者的終極福利。但每位學習者都是極有個性的，一節課掌握到什么程度也是非常個性化的問題。在未來課堂中，支持學生使用iPad、Android Pad、Windows Pad等移動設備作為學習終端，建立與教師端軟件的高效互動機制。這種機制可實現課堂中教與學內容的實時互相推送，支持即時反饋裝置反饋功能，立即進行投票或評分，課堂測驗，開展形成性評價。評價報告包括成績統計匯總，可隨時調閱個人各題分數加總、個人得分加總、全班總分與平均分。我們借助于相關的軟件教學平臺，通過學生課堂反應、參與程度及題目作答情況，可以分析得出每位學生的各次活動的平均分數曲線圖、各次活動的交卷時間、分數及答對率等結果數據，判斷學生未掌握的知識內容，自動將該部分內容推送給學生，作為補救措施，從而實現個性化學習。因此，未來課堂是一個完成教學設計、診斷、評價、補救為一體的整體教學平臺。

三、結語

在具體設計未來課堂思維可視化教與學策略的時候，需要考慮幾個注意事項。首先是要以具體學科和教學內容為依據，充分考慮學科特點和教學內容的特殊性，將思維可視化方法與具體教學內容進行有效設計。其次是以學生學習特點為中心，不同年齡階段學生的學習特點不同，思維發展水平不一，我們強調以人為本，就是要以學生思維發展水平為中心進行設計。此外，要考慮技術與情感的統籌兼顧，未來課堂是一個富技術環境，教師和學生的情感交互設計顯得格外重要。在設計教與學策略過程中，既要充分發揮技術優勢，又要避免技術過度，技術可以用來幫助教師提高交互的廣度與深度，而不是替代師生間的情感交互。

［1］葉新東.未來課堂環境下的可視化教學研究［D］.上海：華東師范大學，2014.

［2］陳衛東，張際平.未來課堂的定位與特性研究［J］.電化教育研究，2010（7）.

［3］張際平.未來課堂——到底要改變什么［J］.上海教育，2013（21）.

［4］百度百科.思維可視化［EB/OL］.http：// baike.baidu.com/link？url=roK0MXJR0RREcvBhPXHYY4W3J6rjTRv1d3mVv2EWJhFhPwR9Ct0c5p9 jlXj M3cBqKbtWE8AvM0L1Gzja.

［5］陳衛東，葉新東.未來課堂中屏的設計—基于交互的視角［J］.遠程教育雜志，2013（5）.

［責任編輯何一輝］

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1008-7656（2016）02-0019-04

2016年度上海市高峰學科建設計劃華東師范大學教育學課題“未來課堂中的教與學變革：基于視頻分析視角”；2014年度浙江省高等學校國內訪問學者專業發展項目“未來課堂環境下思維可視化教與學策略設計研究” （編號：FX2014077）

2016-05-27

趙瑞軍，嘉興學院教師教育學院講師，華東師范大學教育信息技術系在讀博士，研究方向：數字化學習空間設計。