中學地理智慧課堂五邊形模型關鍵要素分析

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，界定了智慧課堂關鍵要素和實施領域并將其歸納為一個緊湊統一的五邊形系統，即基于硬件、軟件條件以及大數據平臺、云平臺、媒介平臺環境，組織課前-課上-課下-課外循環閉合教學，實施評價-調節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

智慧課堂即依托數字設施組成的智能技術平臺創建情景感知、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支持、教學行為和學生個體發展[1-3]。由新一代ICTs應用于智慧教學的相關實踐可見，智慧課堂系統的關鍵性成功要素主要包括硬件域、軟件域、環境域、組織域和管理域，我們將這種五維復雜關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，結合智慧課堂創建工作及建設標準分析其關鍵要素的內涵與應用，以適應現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備[4]，包括常用電子設備（筆記本電腦、手機、iPad等）和新型電子設備（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、服務師生信息流動等提供了物質基礎條件。

iPad輔助地理教學是一種不脫離傳統教學又融合網絡（媒體）技術的教學方式。北京市已有一批中學常態使用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觀察地理現象，解釋課程內容，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）支持虛擬環境中對真實感受的觸知[5]。如在地理教室通過數字化操作（打印-著色-掃描）將抽象的紙面地圖進行立體轉化;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域地理特征。

3D打印輔助地理教學旨在將二維平面轉化為三維立體，從而改變傳統地理教學活動形式和地理知識呈現方式，如通過繪制等高線圖并調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潛力的發揮。但也不難發現，過分強調信息傳輸能力建設（如綜合設施網）難免忽視普及和使用等方面的規劃與規范，致使設施配備（如移動終端類型）與教學相互聯系的統一化和標準化不足，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中予以關注和解決。

二、軟件域

中學地理智慧課堂軟件域是指通過硬件設備控制操作的智能軟件，包括信息系統、數據庫系統和引導系統以及支持快速創建的各類應用程序[6]。當前軟件域的主要表現形式是基于手機App設計各類地理教學活動，將其本身呈現的和實操獲取的地理數據與教學內容相結合實現智慧教學。

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、智慧農氣象、Meteosphere、MeteoEarth等;天象觀測類有Star Walk、Solar Walk、Star Chart、星圖等;環境監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開展區域地理實習，運用形色識別植物，運用戶外助手區分地貌，運用地質測繪記錄儀了解巖石礦物等。這些與地理教學密切相關的軟件蘊含大量實時動態信息，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勢。

當前軟件域存在的主要問題是：各軟件的配合與協調尚不能保證智慧校園課堂的普及化發展。如眾多制圖軟件雖開創了交互式地圖以及地理空間應用的新形態，但仍缺乏切合地理教學需要的系統化專屬地圖;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對教育消費者和軟件開發商均有益的嘗試較為有限;同時在軟件產品和信息服務領域還存在國內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，關鍵是解決以移動終端為導向的軟件服務問題。

三、環境域

中學地理智慧課堂環境域是指由大數據平臺和媒介平臺等構建的智能化學習、交流環境[7]。通過嵌入各類平臺的專門化觀察量表，采集、整理、分析、傳遞表現性數據，從而把傳統封閉式學習環境變成面向網絡的開放式學習環境。

新一代ICTs與地理門戶網站相結合架構了智慧課堂的大數據平臺，所提供的地理數據不僅具有實時性、直觀性、可疊加性和可操作性，而且具有結構性與非結構性、定性與定量的統一，還通過資源整合在新知識衍生方面提供了科學設計，如自然地理地形地貌識別與地圖處理相結合、人口地理與人文地理相結合深入學習體驗。

云平臺支持地理學習內容及成果的無限容量存儲、多平臺接入訪問和多方協作，其實質是地理數據的獲取更新、伸縮轉換以及使用方式發生根本變化。在師資配置不均衡或短缺地區尤為適用，實現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。

當前環境域存在的主要問題是：所應用的教學平臺系統和數據庫系統在結構上、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據的整合分析、不利于教學形態創新與流程重構、不利于海量資源有效利用。今后還須搭建便捷的大數據—云存儲—媒介平臺，實現線上線下一體化的全場景教學應用以及校內外區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計了大量學生活動環節，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-課外循環閉合組織是智能課堂的基本體現。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、多層次的作業設計并完成自主預習。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進行作業延伸、實時檢測內容與進度、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（如挖掘開發地理課程興趣點）并為下一節課的地理教學提供精準學情支撐。

目前組織域遇到的相關難題包括：設計、使用、操作該循環閉合系統的組織體系欠缺，教學規劃與服務欠缺（如開設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（如VR使用在地球運動、氣候氣象、地質地貌等以外即應適量）。考慮到規則和程序等環節，通過組織域支持以上循環閉合過程無縫對接的核心是供需關系的構建與調節，即硬件域、軟件域、環境域這些外部性元素在不同層次上的內在組織。

五、管理域

中學地理智慧課堂管理域是指從認知、情感和行為上以發展學生能力為目標構建開放的教育教學基本規范和保障體系，其關鍵組成部分包括常態化采集和分析教學數據[9]、識別診斷學習者個體屬性和學習行為特征，在此基礎上動態評價學習內容與教學過程、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在對

學生的學習活動數據進行綜合分析，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置的評價標準，應用該平臺結合學生界面，控制學習軌跡，防止學生跳過某些規定的學習內容，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向為知識與情感態度的呼應。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）根據需要及時反饋給學生，并通過情境交流實現師生間立體化交互。從廣義上說，智慧課堂管理域還包括規章制度以及各方協作行為兩方面，即當前硬件域、軟件域、環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。

未來管理域的建設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域上交互程度的考核，以改變傳統教學模式下課程管理流程繁瑣、數據孤島林立、師生難以形成緊密交互的狀態。這樣看，智慧課堂的實施不再是簡單的技術問題，而本質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標準、協議以及對政策的共同態度，以使教育者的思路和師生邏輯關系得到優化。

基于以上研究，應用新一代ICTs的智慧課堂使體驗形式發生根本變化，更加符合信息資源感知共享、網絡化與數字化有機結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。其問題的產生在于：一是各地區教育機構努力維護各自的運行計劃，致使難以從協作戰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通網絡、系統化處理平臺、廣泛的終端應用相比較，教育團隊的集體知識創新尚且不足;三是物質基礎設施與規劃間缺乏協調，致使一味強調設施和資金增設而較少考慮供需平衡。未來在智慧課堂建設中，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量。

參考文獻：

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【責任編輯 王穎】