智慧教學空間類型與家具功能配置策略研究

■柯 清，陳紹禹 Ke Qing & Chen Shaoyu

(1.北京林業大學材料科學與技術學院，北京 100083；2.中國計量大學藝術與傳播學院，浙江杭州 310018）

目前國內大多數學校教學空間類型單一，設計雷同，缺乏創新與變化。學生長期在僵化、反設計的教育空間中成長，很容易陷入僵化的思維模式，嚴重制約身心健康發展[1]。隨著未來教育理念的革新及教育信息化技術的進步，傳統教育空間已經從靜態教學空間向靈活性、動態性、智能化的教學空間轉變，多元空間對于滿足學習者個性化的學習體驗至關重要。智慧教學空間在設計與家具配置時也會改變傳統教學活動中的師生互動關系，強調主動學習和課堂翻轉。因此本文對智慧教學空間類型及功能需求進行系統分析，提出面向智慧教學的家具產品功能配置策略。

1 新型智慧教學空間設計發展現狀

隨著科學技術突飛猛進的發展及經濟社會逐步走向國際化、全球化，具有批判性思維能力，溝通與解決問題能力，合作與創新能力的人才培養需求日益提升。面對成長于移動技術和虛擬現實游戲中的信息時代學生的改變，教育觀念及方式也隨之發生變化。面向未來教育人才培養的智慧教學重新思考學習環境、定義教師職業、支持多元化、智能化、進步性的教育變革[2]。

1.1 智慧教學空間

智慧教學空間（智慧校園、智慧教室）是指為教學活動提供智慧應用服務的教室空間及其軟硬件裝備的總和，它是在物聯網、云計算、大數據等新興信息技術推動下的教室信息化建設的新形態[3]。對于智慧標準的側重除強調各種新興智能技術的綜合應用之外，更應該強調整合各種教學資源，提供多種教學工具，支持教學方式的靈活切換，支持豐富的學習體驗，并利于交流、協作和共享的自主學習。

■圖1 演講式教學空間

■圖2 講授型教學空間

■圖3 貢獻型教學空間

■圖4 研討式教學空間

■圖5 自主性教學空間

■圖6 靈活性教學空間

1.2 智慧教學空間使用現狀

智慧教學采用多種教學輔助硬件及軟件使教師花費大量的時間在資源使用、云平臺使用之中，和教師常態化的工作大相徑庭[4]。因此，大部分老師還是采用傳統形式單向地傳授知識，“教”與“學”分離，缺少師生間互動。并且在整個教學過程中老師無法及時掌握學生的學習狀況，對學生的學習效果進行有效評價與反饋。雖然師生偶爾嘗試全新的教學形式，智慧教學家具從組合形式、功能細節、智能嵌入等方面設計仍然存在眾多不合理，設計痛點也會限制和阻礙參與式教學活動的創新，打擊教師教學實踐創新的積極性。

1.3 國內智慧教學空間設計與家具配置現狀

1.3.1 空間設計與家具采購脫離

目前國內智慧教學空間的改造設計與家具的采購環節脫離，大大削弱了教學家具設計研發的體驗和價值。很多優秀品牌的教學家具產品在配置與采購過程中沒有整體性規劃與安排，很難與智慧教學空間的環境相適應，更難與智慧教學活動與實踐相匹配，這大大削弱了家具功能體驗與應用價值。

1.3.2 傳統標準教學空間限制

國內目前對教學空間的建筑規范有著嚴格的通用標準，限定了教室尺寸與比例、通道大小、空間朝向、窗墻比及照明與照度要求等。國內已建成的教學空間的物理尺度與空間布局受到限制，空間改造升級難度較大，很難針對教學活動的個性化需求開展互動式教學空間的改良與設計[5]。

1.3.3 研究成果未能有效轉化

當下，針對智慧教學研究的論文很多，研究者未能將教學活動、學習行為、教育心理等教育行為學研究成果與教學空間的家具使用痛點和功能需求的研究相結合，無法有效指導教學家具設計研發。目前僅有少數教學家具研發機構如Steelcase、KI等專門設置了教育行為調研與案例分析的部門，定期發布研究成果與應用技術指南，提供設計咨詢和調研服務，引領行業發展，帶動產品創新迭代。

2 智慧教學空間類型研究

2.1 智慧教學空間定義

智慧教學空間是基于傳統教學實體空間基礎上，融合了全數字、全高清、全無線、全平板的智慧化、個性化、虛擬化的聯動空間。智慧教學空間集成了物聯網技術、多屏顯示技術、智能環境控制技術、學習情景采集技術、無線投屏技術等，其中智能設備與硬件主要包括電子書包、大屏幕一體機、實物展示臺、組合式推拉書寫板等。

2.2 智慧教學空間類型

2.2.1 演講式空間

演講式教學空間以講授者為核心，是傳統教室常采用的一種空間形式。信息傳遞主要采用演講者到聽眾的單項式傳輸方式，配合片段式問答的雙向互動（圖1）。該空間對演講者自身的語言表達能力，演講內容的豐富性、趣味性，課程資源呈現與展示的多樣性、新穎性等方面要求更高。由于該空間不強調學習者的參與度，桌椅類家具多采用固定式、排列式、階梯式的布局方式，具有向講臺方向聚攏的效應。在這樣的空間中，演講者（教師）作為主體，互動性較差，學生的中心地位弱化，學習過程容易分心和疲乏。

■圖7 智慧教學空間內家具布局形式分類

■圖8 智慧教學空間可移動隔斷

■圖9 Actiflex系列學習桌

■圖10 Verb導師講桌和集成講臺

2.2.2 講授型空間

講授型教學空間部分去中心化，打破聚攏型演講教室信息的單一方向傳輸，促使課堂活動在講臺中心的演講者與桌椅區域中心的聽講者之間可流暢地實現切換，學生的注意力很難被分散，容易自然地融入到小組的主題討論與協作氛圍中，以實現多小組參與式互動教學，滿足多樣性、靈活性的教學活動的需求，便于開展參與式實踐教學活動。該空間采用垂直高度差，利用可移動錯位功能桌椅模塊，創造更加輕松活躍的空間體驗，更容易活躍學生的積極情緒，激發學生自主學習與創新意識（圖2）。

2.2.3 貢獻型空間

貢獻型教學空間適用于建構主義課堂，服務于研究型實踐教學，強調學生的主動性參與、相互啟發、共同建構課堂意義。教師更多需要建構學生參與的課堂氛圍，建立社群化課堂模式，積極引導和組織教學活動，并做好及時評價與反饋。貢獻型教學空間需滿足學生展示與分享的功能需求，更多地支持獨立與協作的表現與發揮（圖3）。貢獻型教學空間家具的功能區域與功能模式多樣，且需要進行多場景的切換以滿足演講、討論及分享的學習體驗。家具布局更加自由，功能區域可靈活調整與移動。

2.2.4 研討式空間

研討式教學空間提供的是一種高強度互動教學的主動學習場景。教師和學生的中心地位會隨著課堂互動的形式與研討參與方式進行不斷翻轉。隨著研討形式和教學目標的差異，家具布局及空間尺度、光線甚至色溫的變化、智能化設備的功能嵌入與有效交互形式都需要適應不同節奏和內容的研討需求，教學場景內容需要有記事本、手寫板、多功能白板、多屏幕電子演示與輸入載體進行討論或分工的展示，能夠分析、歸納、總結研討結論與觀點，并將學習記錄固化成可見信息的教學成果（圖4）。

2.2.5 自主性空間

自主性學習空間弱化學習的引導者角色，支持個體學習與團隊協作性學習，最容易成為貫穿全校學習場所的多形態元素。該空間穿插于不同尺度的各類教學空間，支持連續隨機的學習行為，支持不同學習背景的學生之間的互動。自主性學習空間多采用屏風圍合出的全封閉或半封閉工作站區域，滿足辦公、閱讀、上網、休息等功能的集成（圖5）。小型工作站的空間本身也是靈活的，通過模塊化組合和可移動、可拆裝結構設計，實現不同私密性和互動性的要求，為自主學習向協作學習切換的彈性空間提供可能。

2.2.6 靈活性空間

隨著智慧教學空間信息化、智能化技術的提升，面向未來教育的教學資源與教學形式的日益多元。為了適應不同專業、課程之間教學活動的差異，教室在隔斷和家具的靈活配置上將具備更多的適應性，形成靈活性教學空間[6]。同一個教學空間可同時適應講授與聆聽、分組與互動、研討與辯論、演示與比賽、實踐與實訓等多功能的需求，改變傳統教室單一化空間功能的限制[7]。此類空間采用開放式環境，往往擁有靈活可移動的隔斷，不僅可以改變教室的空間布局，還能隨時適應不同教學的模式（圖6）。

2.3 智慧教學空間家具布局形式

2.3.1 秧田模式

秧田模式支持講授型教學模式，存在明顯的講臺區域，教學結構以教師為中心，強化學生的“順從-認同”心理傾向，被動接受知識（圖7-a）。教室空間采用傳統固定課桌椅一字或扇形排開，坐在兩側和后排學生視線效果差，無法滿足有效的師生互動和學生的主動學習。

■圖11 寫字桌面區域設計

■圖12 寫字椅功能集成設計

■圖13 Verb 系列白板設計

2.3.2 宴會廳模式

在物理空間上進行分組，采用圍合式桌椅布局，桌面形式可為“長方形”“正六邊形”或“圓形”，可進行模塊化組合，方便移動座位，便于開展小組合作，相互促進共同實現學習目標，不僅提高學生的學習能力和知識水平，還培養了團隊協作與交流溝通的能力，實現學習平等、共享和互動（圖7-b）。

2.3.3 分散組團模式

采用分散組團式桌椅布局，強調學生自主學習，自發或在教師引導下，有選擇性地進行學習、思考與探究，在獲得知識技能的同時培養自主學習能力與探究性思維(圖7-c)。

3 智慧教學空間家具功能配置策略分析

3.1 支持教學模式自由切換

3.1.1 區域多功能隔斷

為適應多元教學模式的需要，鑒于傳統教室在空間硬裝和整體建筑改造上的困難，滿足多場景、多功能的教學空間隔斷成為智慧教學空間改造和家具配置的首選。開放式的教學空間往往動靜結合，在獨立創造和協作交流時會產生相互干擾，可移動的空間隔斷可以視線物理隔絕，短暫屏蔽視線；也可以通過半封閉或者封閉式的隔斷圍合成特殊區域，實現私密性與聲音的隔斷；通過桌子加裝可卸除的私密擋板可以幫助學生在個人學習、聽課模式、小組合作等場景中自由切換（圖8）。

3.1.2 可移動、易固定桌椅組合

伴隨互動式教學模式改變，桌椅形制與布局需要人為多頻率調整與擺放，增加教學過程與空間設計有機銜接的不確定性。讓老師和學生自己來配置空間，以滿足他們自己的需求，認識到不同的課程、不同的項目階段對空間都有著各自不同的要求。可移動的家具是配置多種環境的必要之選。可移動課桌椅可在座椅底部安裝萬向輪便于移動，桌面與座椅固連，便于讀寫記錄，座椅底部采用弧形支撐桿，為書包放置提供空間。為確保組合功能關系的持久與穩定，桌椅移動性良好的同時需要提升其組合后的固定性，通過桌面間的鎖扣裝置和椅腿的“重量感應式”滑輪止鎖裝置來實現動靜之間的平衡。

3.1.3 模塊化組合學習桌面

學習桌面應當具備模塊組合式功能。組合形式與家具布局支持不同教學模式和教學互動活動的實際需求。Actiflex系列學習桌支持傳統固定課堂、小組協作和探究式學習等不同教學模式，根據桌面形狀和桌腿形式來分主要有以下幾種款式：矩形、三角形、倒圓正方形、正方形帶腳輪、三角形帶滑輪等。這幾種類型的桌面相互之間可組合成不同的形式，提供多種場景下教學活動的功能需求，如圓形、馬蹄形、方形等，可供一人獨立自主學習，兩人協作學習，小組研討教學，多人探究學習，甚至更多學生同時開展參與式教學活動(圖9)。

3.1.4 多功能講桌配置

目前，課堂主要采用教師講授、分組活動及個人學習三種模式。講桌設計應當為指導、協作和專注學習一一提供支持。Verb導師講桌和集成講臺可以支持各種教學姿勢，無論是站立、斜靠還是就坐。主要包含講桌和集成講臺，為多種姿勢和授課模式提供支持，將材料和教學用具存放到觸手可及的位置。課間或課內即可完成桌椅的快捷調整，能迅速地適應各種不同的教學模式（圖10）。

3.2 輔助智能教學的人機交互

3.2.1 智能教學系統嵌入

智慧教室具有移動端獲取資源的要求，課桌椅要和智能教學系統相結合[8]。智能化課桌椅應當在滿足基本坐立、讀寫功能的基礎上，具有如下智能化功能。其一，是在課桌上設置指紋識別模塊、頭像識別模塊和鍵盤模塊。指紋識別模塊和頭像識別模塊用來記錄、反饋學生的考勤狀態，桌面鍵盤模塊幫助學生進行課堂互動；其二，是座椅上設置提問按鈕和藍牙模塊，其中提問按鈕幫助老師及時發現提問學生，重量感應器用來反饋學生的坐姿狀態，藍牙模塊用于信息傳輸；其三，課桌椅內部可以集成分析處理模塊和無線信號傳輸模塊，便于將學生的課堂動態信息分析處理后傳送到遠程控制中心或移動通信裝置，便于學生家長了解學生學習動態，也利于教師的即時教學反饋。

3.2.2 智能分析系統調節

不合適的課桌椅尺度容易造成學生坐姿不良，進而導致成長發育問題[9]。將智能分析調節功能集成在課桌椅內，通過用戶面板輸入身高，利用機械結構和微電子技術可根據使用者具體的需求與個人習慣靈活調節桌椅高度與角度，極大地提高了使用的舒適性[10]，提高學生上課注意力，提升學習效率，有力支持各種自學學習的開展。

3.3 協作型參與式教學活動的有效支持

3.3.1 桌面多功能區域

作為組合式模塊寫字桌的基本單元，寫字桌面的區域應確保工作面足夠大，讓學生可以聚集到一起，并且有充裕的存儲空間放置材料和半成品。學生的個人用品，如筆記本電腦、移動設備、記事本以及課本等，全都可以放在可調節工作臺面上，而不必像以前看到的那樣放在膝蓋上。

桌面形狀要充分考慮獨立學習、協作學習、討論交流時學生的動態及靜態功能區域與尺寸范圍，如圖11的桌面設計，在滿足生產工藝及有效裁板出材率的基礎上，既滿足單人學習的有效空間，又有利于雙人側身交流互動，還可以實現圍合式布局，隨時從小組討論式教學模式，切換成演講+領導小組式的討論。

3.3.2 功能集成的儲物空間

個體自主學習和小范圍協作討論時，活動空間更加集約，人與人交流距離拉進，無須大幅面憑倚類家具，而是需要可移動的功能集成化家具。IDEO和Steelcase公司推出的Node椅是由“寫字桌板、轉座、滑輪腳和放置書包的托盤”組成（圖12）。全周無死角旋轉可滿足學生多方向自由溝通與交流，可快速從自我獨立學習模式切換至小組協作模式[11]；可折疊桌板與椅座扶手采用插入式可拆裝結構設計，人性化的考慮到書寫者左右手的差異；椅子轉腿融合底部托盤構成一個小型儲物微空間，便于學習用品快速取拿與臨時存放；萬向自由旋轉輪，滿足學生快速移動到教學空間的不同區域，學習用品也隨之移動，便于攜帶，更加方便[12]。

3.3.3 有效教學功能配件

移動或固定的白板可以讓大家分享正在醞釀的想法，并展示成績。根據加州大學洛杉磯分校的調研，手寫筆記比打字更能提升學習成效，有助于梳理艱深概念的學習思路；亂寫亂畫更是充滿創意的試錯學習過程[13]。Verb白板系列裝置（寫字板、磁力板和展示板三合一）配合可移動桌椅組合，在討論、研究和考試等不同的場景發揮著積極的支持作用。Verb白板小型易擦，既適合個人自主學習，又適應小組協作，還鼓勵更多內向的學生分享想法（圖13）。白板可嵌入或擺放在模塊組合的帶導軌畫架上，位置可自由切換、移動，實現高效展示、存儲和演示[14]。在考試與獨立學習模式下，亦可插入課桌凹槽形成有擋板功能的私密空間。

4 結語

智慧教學空間家具的功能配置應當打破傳統標準教學空間的限制，整合教學、技術和空間資源，便于教學模式自由切換，支持協作型參與式互動教學的有效開展，采用靈活的空間布局和先進的智能互動共享技術，提升學生自主學習、合作探究的能力[15]。隨著智能技術與未來教育理念的不斷發展，教學空間將會呈現出更加豐富靈活的功能形態，支持多種學習方式，實現以激活學生學習潛能與興趣為目標的未來教育新模式[16]。