基于智慧教室的人機混合教學設計研究

王靜 方曉峰

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2022.17.001

摘? 要：基于信息化技術進行混合式學習代表著一種全新的教育途徑，是高等教育跟進通信技術革命的一次重要契機。從高等教育改革的方向和重點以及信息技術支持的混合式教學的潛力闡述人機混合教學的設計理念，指出“主導—主體”教學理念是我國信息技術與課程整合的指導性理論。討論基于智慧教室開展混合式教學的優勢。闡明混合式小組合作學習由社交功能、認知功能和教學功能三個相互支撐的核心要素構成，同時要素之間以及各要素內部相互依存，聚焦于提高學生的學習體驗質量。指出重新概念化和再設計整門課程、減少教學內容量和提高小組凝聚力，加強學生參與和及時反饋等方面進行人機混合教學的指導方針。

關鍵詞：智慧教室;人機混合;設計理念;框架;指導方針

中圖分類號：G642? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）17-0001-05

Abstract： Mixed learning based on information technology represents a new way of education and is an important opportunity for higher education to follow up the revolution of communication technology. Based on the direction and emphasis of higher education reform and the potentiality of mixed teaching supported by information technology， this paper expounds the design concept of man-machine mixed teaching，points out that the "leader-subject" teaching concept is the guiding theory of information technology and curriculum integration in China， expounds that blended group cooperative learning consists of three mutually supporting core elements， namely， social function， cognitive function and teaching function， which are interdependent among and within each element and focus on improving the learning experience quality of students. It also points out the guidelines of reconceptualizing and redesigning the whole course， reducing teaching capacity， improving group cohesion， strengthening student participation and timely feedback.

Keywords： Wisdom classroom; man-machine mixing; design concept; framework; guidelines

2020年2月20日，教育部高等教育司印發《教育部高等教育司2020年工作要點》強調，持續推進一流專業“雙萬計劃”;統籌實施一流課程“雙萬計劃”，全面開展一流課程建設，樹立課程建設新理念，形成多類型、多樣化的教學內容與課程體系，深入推進“課堂革命”。

人們對學習環境質量和學習成效的期望變化聚焦在維護和提高高等教育的基本價值上，同時還集中在認可和利用信息化技術的巨大潛力上。智慧教室是學校信息化發展到一定階段的內在訴求，也是當今智慧學習時代的必然選擇。推進高校智慧教室的建設，探索新型的課堂形式，是培養高質量人才的重要途徑，而缺乏相關理論的指導和實踐試錯的積累則是當前國內混合式學習領域的基本現狀。將智慧教室能支撐和應用的教學模式進行深度剖析和詳細解構，進行混合式教學設計是當今教師迫切需要探究的課題。

一、混合式教學的設計理念

（一）高等教育改革的方向和重點

毋庸置疑，中國高等教育已經進入人才培養提質創新的新時代，人才培養范式必須進行一次重大變革。那么怎么改？方向和重點是什么？我們先看國外兩個實例。

一是在某次國外學情調研中，請35位美國大學教授回答兩個問題：1. 在你們的課堂上，中國學生經常遇到哪些困難？2. 你會建議中國學生提高自己的哪些技能，從而讓他們在學術上獲得成功？歸納他們的答案，有三種技能都被提到：1. 良好的寫作能力;2.提出問題并批判性思考問題的能力;3. 良好的表達和溝通能力，特別是跟教授和同學。這些教授們指出：沒有自己的觀點是中國學生的突出問題。

二是澳大利亞國立大學在錄取要求中加入7項生活技能：溝通、小區參與、多元共融意識、個人責任、團隊合作、包容性、創意及批判思考。大學將設立資料庫，列出學生可展示這些技巧的認可范疇。

而國內關于課堂教學改革的呼聲也比較一致，北京師范大學資深教授顧明遠指出，教師可以少講一些;日本教育學會前會長佐藤學強調，課堂改革重在小組合作;華東師范大學終身教授鐘啟泉呼吁，教學要從“傳遞中心”走向“對話中心”;香港中文大學前校長沈祖堯曾說，“學會多聽別人意見，考慮各方看法，協力實現夢想”“教育的目的是培養獨立思考”;在世界各國教育目標中，最為一致，也最重要的一條就是“培養學生獨立人格和批判性思維能力”。32F1D06A-6B5D-4F53-A4C2-DD782FEDDF88

由此可見，高等教育應該重視給學生提供通過討論來建構意義和鞏固理解的機會，這一過程的核心就是探究性小組合作學習。小組活動支持學生之間建立聯系與合作，并創設目標明確、開放且自律的學習環境，以激發和保存批判性反思和討論。

（二）信息技術支持的混合式教學

在承認互動和參與性學習非常重要的同時，人們也越發認識到互聯網和通信技術在連接學生方面的潛力。教師根據課程內容，利用教學云平臺設計開發適合本校學生學習的在線課程，實施翻轉課堂、線上線下混合式教學，教師可以根據自己的偏好和學生的需求，自由設置和調控課程的進度、節奏和評分系統。學生在課外通過在線課程自主學習探究、互相討論，在課堂上探討交流并深入學習。在這種人機混合式教學中，學生的學習成果既可以在線展示，也可以在課堂上展示。通過課前的線上學習，課堂上灌輸知識的時間大大減少，知識的學習轉移到了課下，學生能夠根據自身情況合理安排學習節奏，教師也可以及時了解學生的學習效果和參與度。

以各種形式出現的混合式學習已經歷經一段時間，它不是僅趕時髦的、受技術驅動的、“曇花一現”的概念和小玩具，而是代表著一種全新的教育途徑，是高等教育跟進通信技術革命的一次重要契機。圍繞混合式教學的嚴肅討論已經在學術界掀起高潮。國內外的調查研究表明：學生對混合式學習有著較高的滿意度，不少教師也表示混合式學習比“單純的基于課堂的教學更有效”。隨著新冠肺炎疫情后的復學復課，本校大多數教師選擇了將“雨課堂”等引入課堂輔助教學也充分說明了這一點。

（三） “主導—主體”教學理念

技術賦能教學，絕不是在原有的知識傳遞流水線上增加一些環節，或從“人灌”轉向“電灌”，而是重構教學系統，把學生置于整個系統的中心，教師、技術和教材都是學生學習的來源和支持。這意味著對課堂交流時間的重新組織，以此來提高學生的學習參與度，增加基于互聯網的學習機會。所以混合式教學是根本性的教育再設計，是一場伴隨著教學領域的深刻變革。就其變革的可能范圍而言，混合式教學設計具有很強的開放性，它需要強大的理論基礎和框架來引導。

基于建構主義的當代教育理論認為：人是交往和建構的人，而教育則是主體間的指導學習。強調教與學的雙邊互動，平等交往，主動對話，相互理解。強調教育對學生價值的發現、挖掘、形成、提升和限定。何克抗教授根據當代心理學和神經生物學研究成果，在深入研究國內外有關信息技術與課程整合論述的基礎上，兼取建構主義的“學”為主理論和奧蘇貝爾的有意義學習理論等以“教”為中心的理論之長，提出了“主導—主體相結合”教學理論^[1]。

“主導—主體相結合”教學理論強調所有的教學活動都要圍繞著學生來展開。一方面，信息技術所構建的學習環境，使認知主體能夠以前所未有的自由搜索個性化的信息，賦予學生選擇的機會和權利，讓學生有多重機會在不同的情境下去應用他們所學的知識，并盡可能讓學生根據自身行動的反饋信息來形成對客觀事物的認識，要充分考慮學生的需求、認知風格、認知特點以及個性特征，尊重學生的學習主體地位。一切活動偏離了學生這個主體，必然取不到很好的效果。另一方面，這種環境可能會出現一些問題，如網絡迷航、淺層學習等，對學生的學習能力和自我調控能力也提出了新的要求和挑戰。與傳統的環境相比，更加需要發揮教師的指導和調控。教師在教學過程中要起著主導作用，幫助學生選擇學習內容、激發學習動機、創設學習環境、設計學習活動、解決學習問題等，也就是教師要利用一切手段和方法，促進學生針對具體的學習內容進行獨立思考，使其思維的廣度擴大、深度加深。

“主導—主體相結合”教學理論多年來一直是我國信息技術與課程整合的指導性理論，其核心思想與當前國際上倡導的Blending Learning的思想內核一致。所謂Blending Learning就是要把傳統學習方式的優勢和E-learning（數字化或網絡化學習）的優勢結合起來;也就是說，既要發揮教師引導、啟發、監控教學過程的主導作用，又要充分體現學生作為學習過程主體的主動性、積極性與創造性。目前“主導—主體”教學理論隨著國際上Blending Learning思想的提出，其深刻的思想內涵和理論價值日益彰顯，被人們重新認識。

二、基于智慧教室開展混合式教學的優勢

智慧教室的設計理念是將教學法、空間和技術整體融合為一體，架構信息技術和教育深度融合，進一步解放教師生產力，讓學生更好地學會學習。智慧教室一般由有線及無線網絡接入系統、多點觸控系統、情境感知系統、物聯網、云計算、泛在計算技術以及交互式大屏、移動學習終端、課堂錄播系統、課堂互動系統等軟硬件組成，具有記錄學習過程、識別學習情景、連接學習社群和感知物理環境等四大功能，能夠支持教與學過程中的智能決策、學習資源的智能推送、教學效果的智能評價以及個別化教學等。研究學者表明：與其他計算機支持的學習相比，智慧教室支持的學習較少關注基本技能（如閱讀和計算），而更多地是關注高級技能和能力（如爭辯、批判、自我管理、信息化素養等），這正是高等教育追求的核心價值。與傳統教室環境下的混合式學習相比，基于智慧教室的人機混合教學具有以下優勢。

（一）突破了各種限制

首先，智慧教室可以實現時間和空間上的延續，打破在校學習時間和學習教室在空間上的限制;其次，可以實現不同背景、不同觀點，甚至不同國家的參與者之間的交流合作，從而打破了合作領域的限制。拿著手機、平板隨時隨地進行移動學習和交流正在成為一種新的學習方式。

（二）合作學習交互的可控性

傳統教室環境下進行合作學習，經常會碰到合作變成主控的情況。其原因是教室環境下的合作關系主要是由相互依賴的規則和意念來維系的，沒有具體的支持系統;而且已經習慣于監控整個教學過程的教師，往往不自覺地由參與、咨詢變成控制甚至講授，導致合作學習變成教師邏輯有序的安排。而在智慧教室，合作學習環境可以由信息技術搭建的協作平臺來實現，教師和學生通過平臺互動交流，保證了合作過程的穩定性和控制權的合理分配。32F1D06A-6B5D-4F53-A4C2-DD782FEDDF88

（三）簡化復雜底層的工作

由于相關信息化技術的支持，電子通信、文件記錄和保存、信息處理、大數據等強大功能，合作學習中遇到的類似語言信息記錄、資料分類、作圖、冗余數據計算等繁雜的低層次認知工作都得以簡化。使學生可以把主要精力集中于分析、決策、探索、評價和反思等高階認知活動。

（四）豐富的在線資源

除了以往支持教師課堂教學的配套資源外，數據庫技術、網絡技術和人工智能技術等使得智慧教室為學生提供了豐富的在線資源，而多種方法和策略的支持，又使得學生即使面對各種挑戰也會通過嘗試各種途徑去解決問題，不會因困難重重而陷入窘境乃至失去信心和熱情。這在傳統教室環境下是難以實現的。

（五）可以全面展示問題情境

創設問題情境，開展基于問題的探究式學習，能夠促進學生積極參與發現探究，自主深化意義建構，從而較快地習得高級認知能力和策略。智慧教室能夠較容易地向各小組展現問題的全貌，尤其能夠展示和闡明一些與生活經驗相距甚遠的問題（如醫學上的復雜病例），這是傳統教室環境下無法做到的。

（六）規模化因材施教

基于大數據的學習分析、腦認知等技術能夠對影響學生學習的內外在因素進行深入分析，了解其學習偏好、認知方式等，能夠為教師的課堂教學提供科學性建議，為其提供富媒體、強交互、小粒度特征的智能化學習資料，實現個性化教與學，提高教學效率。

（七）大數據評價

智慧教室使得以人為本、開放多元、全面發展的教育理念得到彰顯，以大數據和人工智能為支撐的精準化評價和智能診斷得以普及，貫穿學生課前課后的學習過程，多維度分析學生的學習效果，教師以及輔導機構能夠通過精確分析結果對其進行個性化輔導，真正解決學生的痛點。

由此可見，智慧教室對于支持課堂上的小組合作，以及實現課前、課后、課堂小組合作的無障礙性、高效性和延續性，有著獨特而強大的優勢。

三、小組合作的要素和框架

創建和維持協作小組進行混合式學習是一項重大的教育挑戰。如何整合面對面和在線學習體驗？對反思和合作過程的理解是解決這一問題的最好途徑。面對面課堂教學在獲得學生反思之前是合作性的，它的優點在于其自發性，強化了教育作為社交活動的功能。但社交互動不足以維系小組學習實現教育目標，更高層次的學習必然要求通過有目的的討論合作來建構知識，批判性地反思和理解，也就是提高學生的認知和對認知的自我管控。另外，互動被塑造成反思和批判的模式，還要進行設計和引導，也就是要有教學設計和策略。

已有強有力的實際驗證^[2]，小組合作學習是一個循環模型，它由社交功能、認知功能和教學功能三個相互支撐的核心要素構成，聚焦于提高學生的學習體驗質量，如圖1所示。每一個要素代表著它們的范疇，同時要素之間以及各要素內部相互依存。例如，教學功能對認知功能有顯著影響，而社交功能也會作用于認知功能。圖1中，不同要素之間的重合部分不一定對稱，只是強調任何一個要素可能與其他要素有交集。

構建社交功能是小組合作起步時的主要關注點。在小組內，學生應該不用懼怕公開表達自我。同時，他們還需要發展必要的人際關系，致力于預期的學習目標和獲取小組的歸屬感。社交功能一般包括開放式的交互、密切的回應、情感的/個體的聯系，見表1。它們是動態前進的。當學生敞開心扉的時候，有意義的交流就開始;當學生被鼓勵去從事個性化和學術化的項目時，小組就建立了。在建立信任、連接他人方面，人際互動是重要的途徑，開放的溝通可以維持社交的凝聚力。

智慧教育平臺為參與者提供了建立討論模型和全身心投入的方式方法，它無形中可以讓學生在任何時間、任何地點參與進去，書面交流也可以像自發的、短暫的口頭交流一樣采用簡明扼要和快速的方式來壓縮時間。面對面口頭交流與在線文本溝通明顯不同，二者互補潛力巨大。國外研究經驗表明“相比傳統的課堂教學或純在線課程，混合式課程會讓學生產生更強烈的群組意識，帶來較高水平的自我學習感知”。當在線學生有機會面對面時，“巨大的連通性激增和對項目設計表示滿意”。諸如智慧教室中面對面+在線的交流“使參與者在另一種媒介中更加放松”“增加了師生和生生關系，促進了學習”。

認知功能是知識探究過程的基礎，也是興趣小組的心臟，是反思和互動兩個過程的結合。它一般通過一個周期性的科學探究過程實現（見表1）：探究的第一階段是觸發事件，即確定和定義一個爭議或問題。第二個階段是問題探索和相關信息的收集與提煉。在第三階段，參與者開始解釋并弄清信息的意義，并提出解決方案的假設并進行討論。在最后階段，參與者將會對優選方案進行直接或間接的應用和測試。如果方案不如意，就產生新一輪探究。

已有研究顯示^[3]，書面交流在認知方面更豐富，這不僅是因為書面交流精確、持久，而且向所有參與者開放，這一點恰是傳統教室面對面教學不太可能一直做到的。在異步、文本為基礎的環境中學習，將降低學生的認知負載，減弱對依靠記憶處理大量事實和觀點的需求，在線探究將給學生提供足夠的有利條件去處理信息和建構意義。同時在線小組合作顯示出較強的包容性和較少的脅迫性。然而，混合式學習環境以及智慧教室中口頭與書面交流相結合的方式，對于建立和維持小組認知功能有什么樣的優勢，還有待進一步探索和驗證。

教學功能在教育情境中，把社交功能與認知功能有效結合，確保興趣共同體的多產方面，教學功能起著關鍵作用，它是為有意義的教育體驗提供設計、實施和指導。具體來講，教師要從學習目標闡述、重難點分析、學生特征分析、教學策略制定幾個方面進行設計，以制定科學合理的教學方案，并為學生構建系統性、一體化的知識內容體系，以此來確保所開發的課程能夠提高學生的學習積極性、激發學生的學習興趣，鼓勵學生的主動參與、自主探究與協作學習，找出需要澄清的難點，并在探究過程中進行參與和引導，讓學生監管好自己的學習，做好及時推進討論的準備，以防止探究在早期出現停滯。32F1D06A-6B5D-4F53-A4C2-DD782FEDDF88

相比學生的自主討論，教師的課程設計、話語建導、教育體驗引導等環節可以把討論推向更高層次的探究。當然這對于教師來說是一項艱巨的任務，不過智慧教室在協商交流、智能測評、學生反饋方面的優勢也為教師提供了較為廣泛的選擇。圍繞特定的教育體驗，最大化地利用語言和文本交流的優勢，信息化工具的支撐，可以構建出很多種教學模式。

四、基于智慧教室的小組合作教學設計指導方針

智慧教室可以幫助我們提高學生學習積極性、豐富學習活動的形式、科學診斷學生學習成效、為學生提供個性化的輔導、全過程記錄學生的學習數據、智能化地推送學習資源等，但技術是幫助我們采用更積極的學習方式的一種催化劑，真正指導我們選擇恰當的教學策略和工具的卻是教學設計。基于智慧教室的混合式教學的再設計要求我們主動后退一步，去思考教學目標和一整套可能的教學方法、策略、技術和工具。

與傳統教學有所不同的是混合式學習過程中的靈活性和適應性。在教學的過程中，最大的改變發生在教師促進學生參與反思性討論的能力以及調整性，學生個體和合作需求的能力。所以混合式教學也并不主張一成不變的教學設計模板，但還是有基本的指導方針可遵循。

（一）重新概念化和再設計整門課程，制定教學大綱

只在可質疑的教學方法或設計上做點補充并不具有可持續性，而且也不能顯著提高學生學習體驗的質量。必須舍棄那些過時的、低效無益的做法。教師應該批判性地重新思考做什么和為什么做的問題。一個好方法是對課程一系列關鍵問題進行反思：

你希望你的學生在完成你的混合式學習課程后了解了什么？

你將設計什么形式的學習活動來整合面對面與在線學習？

你將用什么手段來評價這些整合的學習活動？

你如何使用互聯網和智慧教室學習平臺支持混合式學習？

根據你和團隊對這些問題的思考，就可以設計混合式學習課程大綱或者“藍圖”。該大綱將指導設計進程，并向學生闡明課程中的探究活動與混合式學習的本質。大綱不僅要告訴學生混合式學習策略和理論依據、課程結構和學習預期，有關學習成果和評價方法，還必須清楚闡明采用混合式學習方式的運作機制、學生責任以及幫助學生取得學業成功的可能支持。

對于大多數學生而言，混合式學習是一次全新的體驗，因此告訴他們準確的課程定位非常重要。經驗表明，如果學生明白教師怎樣做教學計劃以及為什么這么做，他們就會以更好的姿態積極投入學習活動。

（二）減少教學內容量

課程再設計的學術目標是創建一個在有限的課堂學習機會之外的可持續性合作小組，過多的教學內容將阻礙學生開展深層且有意義的學習，因此教師要充分考慮信息的激增和學生獲取信息的能力，減少講授的內容，相應增加學生的探究與討論。雖說提高學生學習質量才是首要目標，但是學習的便捷性和效率需要通過減少教師講授時間來得到提高，而取得的效率可以被再次投入學習幫助提高學習體驗的質量。比如，教師將有較多時間參與學習的討論和獲取反饋。所以，教師要把重點放在通過智慧化的教學工具和途徑幫助學生建立或理解知識結構（概要）上，這就需要教師作出艱難的教學決策，舍棄或者精簡部分教學內容。一個有效的策略是轉換思路：課堂不再追求“覆蓋”課程內容，而是僅向學生傳達信息，包括基于問題視角的介紹和實際意義的探討。

（三）提高小組凝聚力，加強學生參與和及時反饋

在智慧教室環境下，形成和維護合作意識，需要教師理解同步口頭交流和異步文本交流的特性，從學生分析、目標設置、任務選擇、策略匹配、教學過程展開與評估等全程把握，了解如何整合這兩種交流形式以實現預期的教育目標。小組的凝聚力來源于對學術的追求、分享學習體驗。參與者要能安全無顧慮地表達個人想法，并公開接受他人的監督與批評，教師則對各個小組的合作學習進行觀察和介入，為他們提供及時有效的指導。應當避免小組劃分的隨意性、組織策劃的散亂性、學生參與的不均性、關系處理的失衡性等問題。在整個過程中，教師需要把握好以下幾個原則。

規劃學習氛圍，以利于開放交流，增加自信。構建社交功能與學生之間的互動程度是相關的，這需要的不僅僅是破冰活動，還要創設參與小組討論的機會。

規劃批判性反思、討論和任務，以支持系統性探究。學術活動的設計對學生怎樣學習具有重大的影響，教學設計、清晰的預期目標與小組合作意識之間相互關聯。在投入討論之前，給學生反思機會等同于增加了一個關鍵性空間。在探究的每一個階段，反思性和持久性討論是必須要考慮的一個問題。

通過話語建導維持好目標明確、相互協作的交流，鼓勵并支持探究的進展。教師除了作為內容專家來維持小組探究學習，還必須具備良好的人機溝通技巧，要知道何時給予小組反饋，鼓勵學生對自己的學習承擔更多的責任，還要認識到那些可能破壞小組凝聚力的潛在沖突。

確保問題探究轉化為問題解決。在線探索可能會停滯在問題探索階段，很多時候不會自然地從發現問題到解決問題。當討論碎片化，因缺乏洞察力而漫無目的時，學生看重輸入。這意味著需要提供更深層次的闡述、指導甚至直接的教學干預。

確保評估與預期的學習成效相一致。要讓深層且有意義的學習成為現實，學業評估必須圍繞學生理解的深度，而不是簡單的事實記憶。智慧教室環境拓展了開展恰當的、有建設性的學業評估的空間。

五、結束語

混合式教學要解決的是教與學的質量問題，這是解決當前緊迫的教學法問題的機會，同時它也提供了一個機會來辨明和加強高校作為創新和優質學習機構的聲譽。唯有學生的學習體驗質量得到相應提升，教學的便捷與高效才能成為可接受的目標。基于智慧教室進行人機混合教學將會大量釋放課程設計的活力、學生學習潛能和創新力。現實情況是，在面對面課堂中，大部分討論都會蒸發。而另一方面，那些所謂的“虛擬”在線課堂上的書面討論卻得到了持久性保存，這或許為學生開展反思、培養嚴謹的思維創造了更多的機會。我們需要花工夫去探索并重新設計教學，打破“真實”和“虛擬”的概念，將技術正確運用于教學，讓學生可以有更多的時間參與同伴互動，獲得更多的工作體驗，而教師則可以有更多的時間和學生在一起從事他們的研究。

參考文獻：

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基金項目：陜西省高等教育教學改革青年專項項目“基于智慧教室的人機混合教學模式探索與實踐”（19ZY023）;陜西省高等教育教學改革重點攻關項目“‘以學為中心的大學數學課程教學改革與實踐”（19BG038）

作者簡介：王靜（1981-），女，漢族，甘肅武威人，碩士，副教授，研究方向為大學數學教育。32F1D06A-6B5D-4F53-A4C2-DD782FEDDF88