用國際TRIZ 理論淺析智慧課堂的教學與考核模式

黃振永 薛竣文 裴雪丹 蘇秉華

北京理工大學珠海學院 信息學院 廣東珠海 519088

1 “智慧課堂3.0”的概念

劉邦奇在《智慧課堂的發展、平臺架構與應用設計——從智慧課堂1．0 到智慧課堂3．0》一文中提出了“智慧課堂3．0 的定義。“互聯網”和“物聯網”已經是人們熟悉的概念了。2019 年1 月，“移動學習”教育部-中國移動聯合實驗室MOOC 研究中心主任王濤提出了“室聯網”的概念。從王濤對“室聯網”的定義看，“室聯網”的概念僅僅體現了劉邦奇提出的“智慧課堂3．0”概念的一個方面。本文用國際TRIZ 理論針對“智慧課堂3．0”詮釋了適配的教學模式——“基于屏聯網的課堂教學模式”的概念、特點、問題及其解決方案[1]。

2 基于屏聯網的課堂教學模式的概念

傳統的課堂教學模式是“一種教師與學生在同一間教室里面對面的授課模式”，即“面-面”模式，其英文寫作“Face-to-Face”模式。隨著科技的進步，教室越來越智慧、越來越富高科技含量。在國家教育信息化2．0 背景下，一種新型的課堂教學模式出現了：以“學堂在線”為代表的平臺中很多慕課課程有“見面課”環節，以“騰訊課堂”為代表的平臺中有很多課程是“直播課”，以新維學習空間站為代表的智慧學習空間站中有很多培訓課程是異地同步直播授課的。在該教學模式中，教師在“臺”（智慧教室）面向屏幕授課（不直接面向學生本人），授課內容通過“云”（互聯網）傳播，學生通過“端”及其屏幕上課學習，它正符合“智慧課堂3．0”的構成特征：有“云”、“臺”、“端”三個要素。該課堂教學模式的數據鏈是：教師?“臺”的屏幕?“云”（互聯網）?“端”的屏幕?學生，該模式對應的英文寫作“Teachers-Screens-Internet-Screens-Students”模式。為了方便與傳統的“Face-to-Face”模式相互區分、記憶、交流，推薦新的模式對應的英文寫作“Screen-to-Screen”模式。

3 基于屏聯網的課堂教學模式的特點和熱點問題

3.1 基于屏聯網的課堂教學模式的特點

教師直面的授課對象是屏幕及屏幕里的學生，而不再是學生本人：教師面前的屏幕可以是很多個孤立的小屏幕，也可能是一個被分割成很多個小屏幕的超級大屏幕。教師和學生不再在同一個房間里上課。

學生通過學習終端的屏幕上課學習：學習終端可以是電腦、手機、投影機、電視機等學習設備，可以是學校的學習終端也可以是學生私人物品。

學生不再受國別地域的限制：同時上課的學生可能來自全球幾十個國家，學生被系統隨機的分組，組內的學生通過在線方式相互討論交流，學生之間在網上互評作業。

學生不再受教室容量的限制：在常規的教室里，同時容納數萬人是不現實的。而在線式課堂的課容量在理論上是無上限值的，學生戲稱“全球數億學生可以像看春晚一樣學習了”。

學生不再受場所的限制：學生可能是在常規教室里學習、也可能是在圖書館里、宿舍里、咖啡館里、辦公室里，或動車上等場所學習。移動式學習終端使得學習場所更有個性化。

學習不再受年齡的限制：對于大眾類課程而言，上課的學生可能是在校的學生，也可能是辦公室里的白領，或是退休在家的父母們。它是一種終身學習模式。

建設成本高且有偏斜性：“智慧課堂3．0”離不開智能化的硬件和軟件的支撐，智慧課堂是時代性產物，巧婦難為無米之炊——原始社會不存在“智慧課堂3．0”。這就決定了“智慧課堂3．0”的建設成本高的特點。由于教師和學生不在同一個房間里上課，教師在“智慧教室里”隔著屏幕教，學生利用手機等私人終端隔著屏幕學，所以，高校只需要重點關注“臺”（智慧教室）和“云”（互聯網）的建設，即建設有偏斜性。

課堂翻轉：因為“臺”-“云”-“端”的課程時間有限，但涉及到的學生多、課堂的影響廣泛且深遠，一旦課堂有差錯則會造成不可挽回的后果。所以，為了保證課堂質量，教師需要多花時間認真備課并公告直播課的預習要求，同樣學生也需要提前按平臺公告的預習要求做好準備工作；在直播課后，學生也需要按平臺的要求完成課后作業、課后反思與課后總結[2]。

3.2 基于屏聯網的課堂教學模式的熱點問題

當前配套法律制度不健全：當一個學生參與屏聯網模式學習時，有可能會無意識地暴露他人的隱私、學生完成的作業可能會被在未授權的情況下在網上傳播、教師在引用網絡教學資源時可能未得到版權人的授權、師生共同產生的教學成果可能無法鑒定和分配版權比例。

當前配套的教學評價方法不完善：因為教室和課堂的構成要素已經發生了變化，所以傳統的課堂教學質量的評價方法已經不再適用屏聯網型的課堂教學模式，在屏聯網學習過程中產生了大量的教學數據，這些教學數據是“智慧課堂3．0”中教學設計、教學實施、教學反思、教學改善的基石性支撐資源，數據驅動型的教學評價方法亟待研究和完善。

同校多室或異校多室同步教學的協調性難度高：高的建設成本自然希望有廣泛的教學受益覆蓋面。很多個教室、手機、電腦等學習終端實現同步教學時，要想獲得好的教學效果就需要各間教室和學生協調好。這并不是通知學生同時上課那么簡單。每個教學班級（尤其是異校）的上課時段不同、教學進度不同，而直播課的內容是同一個，并不見得直播課的內容適合每一個教學班的學生。所以說，同步教學的協調性難度高。

教學互動難度高：當一位老師面向數百人、數千人或數萬人同時授課時，如何有效地教學互動是個難題：如果學生同時發聲，勢必七嘴八舌，則誰也聽不清楚發言；如果學生排隊搶麥，則在上課時間內能發聲的學生人數是很少的；如果采用彈幕的方式發言，則屏幕上會滿屏地飄過的留言，影響觀看教學內容。

課程成績的誠信度備受質疑：在沒有人像識別的功能的平臺中學習時，理論上講只要有賬號和密碼就可以學習，難免會出現李代桃僵的現象：如何保證張三的賬戶成績是張三本人的學習行為，是各類慕課平臺需要解決的共性難題。網課的期末考試通常有3～7天的時間，參加考試有早有晚，在沒有有效監控的狀態下，任憑學生自主進行網課的期末考試，其成績的誠信度備受質疑。這就需要平臺提供一種功能：在學生學習時，可以不定時抓拍數次照片與后臺的照片進行比對，如果不一致，則中斷學習或考試過程。因此課程需要安排線下的監考型考試。

成績評定標準不統一：有的網課規定：網課總成績≥80 分是優秀，有的網課規定：≥85 分是優秀，也有的網課規定≥90 分才是優秀。而線下的絕大多數課程規定：≥90 分才是優秀。同樣是“優秀”等級，但是其含金量不同。在允許用網課的結課證書兌換校內學分的高校里，各網課評分標準的不統一給兌換學分也帶來了不公平。

4 用STC 算子法解析基于屏聯網的課堂教學模式

STC 算子法是一種極限思考方式，是將尺寸、時間和成本因素進行一系列變化的思維實驗。STC 的含義是：S—尺寸（size）、T—時間（time）、C—成本（cost），從尺寸、時間和成本三個參數的變化來改變原有的問題[3]。思考步驟：

（1）明確現有系統：智慧課堂3．0。

（2）明確現有系統在尺寸、時間和成本方面的特性。當前系統：智慧教室；子系統：屏幕；超系統：室聯網系統。智慧教室的尺寸、時間和成本都是可變參數。尺寸：教室的空間大小、同時容納學生人數、上課教師人數，等。時間：學生學習時間、教室上課時間、測評反饋時間，等。成本：建設智慧課堂3．0 的成本。

（3）設想逐漸增大對象的尺度，使之無窮大。教室空間無限大：把孤立的教室聯網在一起，形成一個超級學習空間系統。學生人數無限多：學生來自全球各地；可實現數萬人同時在線上課學習。教師人數無限多：教師來自全球名校；不出國就能學習世界頂級名校名師的課程。

（4）設想逐漸減小對象的尺度，使之無窮小。教室空間減小到零：實體教室變成虛擬教室；直播間、錄播間即為教室。學生人數減少到零：教師面前的授課對象不再是學生，而是屏幕。教師人數減少到零：無面對面授課的教師也能學習；師資和教學資料共建共享。

（5）設想逐漸增加對象的作用時間，使之無窮大。學習時間無限長：學生可以重復性學習（看回放）；終身學習。教學時間無限長：學生離開課堂后也能與老師交流。

（6）設想逐漸減少對象的作用時間，使之無窮小。教學時間無限短：在一個場地教學，多場地同步學習，減免趕場教學時間。測評時間無限短：系統即時判分統計，減免人工批改作業、人工評價課堂教學質量的時間。

（7）設想增加對象的成本，使之無窮大。成本無限大：用科技產品裝配智慧教室，讓科技反饋教育教學。

（8）設想減少對象的成本，使之無窮小。成本無限小：異國異地同步學習成本低；學習終端是學生的手機等私人學習終端，可降低學校建設成本。

（9）修正現有系統，重復步驟2 ～8，并得出解決問題的方向。屏聯網型的課堂教學模式是適配未來超級學習空間系統的教學模式。

5 用物理矛盾分析法解析基于屏聯網的課堂教學模式

物理矛盾一般來說有2 種表現：系統中有害性能降低的同時導致該子系統中有用性能的降低；系統中有用性能增強的同時導致該子系統中有害性能的增強。TRIZ 提供了2 個分離原理。

（1）空間分離：常規教學模式是師生同時容納在一間實體教室里。因建筑空間和設備數量的限制，并考慮到安全要求，數萬人一起在實體教室上課是不現實和不理智的教學方案。將教師空間和學生空間分離：重點關注教師空間的建設，準許學生自由選擇學習空間和學習終端，有利于教學空間的最大化；教師面對的屏幕可以是很多個分離的孤立屏幕，也可以是一個被分割成很多個小屏幕的超級大屏幕。

（2）時間分離：常規教學模式是教與學是同步進行的，下課后因師生常不再見面，學生無法在教師輔導下繼續學習。將教與學時間分離（異步進行）：如果平臺有錄課回放功能、或老師事先錄好視頻課件，那么學生就可以如臨其境般地學習了；如果教師在上課前先在PPT 中插入隨堂測試題目（雨課堂手機課件），那么在課堂上就可以節省板書的時間和人工統計答題數據的時間了。

（3）條件分離：在課堂上：在需要教學互動時，學生可以使用手機；在不需要教學互動時，要求學生不能玩弄手機。大班上課時，如果很多人同時發言，勢必都聽不清楚：先讓想發言的學生提交發言申請，再根據提交發言申請的時間順序逐一發言，這樣每個人的發言都能聽清楚了。當把“聽發言”變成“看彈幕”時，也可以實現同時發言了。

（4）系統級別分離：如果把一間智慧教室看作當前系統，則屏聯網型的學習空間是超系統，學生是子系統。當數百人、數千人或數萬人同時上課時，會產生大量的平時作業。如果讓老師批改每一份作業，是不太容易落實的，利用25 號自服務原理，讓每個學生隨機的、匿名的批閱一定數量（如7 份）的作業（當然了，要保證每份作業被打分7 次），再去掉一個最高分和一個最低分并取平均分作為每份作業的得分。