中學(xué)地理智慧課堂五邊形模型關(guān)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(jìn)行直觀靈動(dòng)教學(xué)、精準(zhǔn)及時(shí)跟蹤和個(gè)性化自主探究學(xué)習(xí)的課堂體驗(yàn)形式。以中學(xué)地理教學(xué)為例，界定了智慧課堂關(guān)鍵要素和實(shí)施領(lǐng)域并將其歸納為一個(gè)緊湊統(tǒng)一的五邊形系統(tǒng)，即基于硬件、軟件條件以及大數(shù)據(jù)平臺(tái)、云平臺(tái)、媒介平臺(tái)環(huán)境，組織課前-課上-課下-課外循環(huán)閉合教學(xué)，實(shí)施評(píng)價(jià)-調(diào)節(jié)一體化的新型教學(xué)管理。同時(shí)面對(duì)當(dāng)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(xué)的秩序。

關(guān)鍵詞：五邊形模型;智慧課堂;中學(xué)地理教學(xué)

智慧課堂即依托數(shù)字設(shè)施組成的智能技術(shù)平臺(tái)創(chuàng)建情景感知、推送學(xué)情信息、支持師生交互，以直觀分析教學(xué)效果，并為自主性學(xué)習(xí)和遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)提供各種資源載體和智能應(yīng)用。其在教學(xué)方面的三大支柱分別為技術(shù)支持、教學(xué)行為和學(xué)生個(gè)體發(fā)展[1-3]。由新一代ICTs應(yīng)用于智慧教學(xué)的相關(guān)實(shí)踐可見，智慧課堂系統(tǒng)的關(guān)鍵性成功要素主要包括硬件域、軟件域、環(huán)境域、組織域和管理域，我們將這種五維復(fù)雜關(guān)系稱為智慧課堂五邊形模型。本文嘗試以中學(xué)地理教學(xué)為例，結(jié)合智慧課堂創(chuàng)建工作及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)分析其關(guān)鍵要素的內(nèi)涵與應(yīng)用，以適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)開放教育的新變化。

一、硬件域

中學(xué)地理智慧課堂硬件域是指為幫助學(xué)生完成自主學(xué)習(xí)而使用的各種可觸知的硬件設(shè)備[4]，包括常用電子設(shè)備（筆記本電腦、手機(jī)、iPad等）和新型電子設(shè)備（VR/AR器材、3D打印機(jī)等），為改變地理信息表達(dá)形式、豐富地理學(xué)習(xí)方式、支持個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)、服務(wù)師生信息流動(dòng)等提供了物質(zhì)基礎(chǔ)條件。

iPad輔助地理教學(xué)是一種不脫離傳統(tǒng)教學(xué)又融合網(wǎng)絡(luò)（媒體）技術(shù)的教學(xué)方式。北京市已有一批中學(xué)常態(tài)使用iPad授課或自主學(xué)習(xí)。如利用學(xué)校Wiki平臺(tái)上傳-下載地理課程資源包;利用Apple Store中大量可運(yùn)用的地理學(xué)App資源開發(fā)地理實(shí)踐課（天文觀測(cè)等）;利用iPad開展自主探究性教學(xué)活動(dòng)（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(xué)是從學(xué)生體驗(yàn)入手，借助Google Cardboard觀察地理現(xiàn)象，解釋課程內(nèi)容，配合多種手機(jī)應(yīng)用程序（如360°photos、地球相機(jī)、Google Expeditions App、Quiver、Geocam Free、Landscap AR）支持虛擬環(huán)境中對(duì)真實(shí)感受的觸知[5]。如在地理教室通過數(shù)字化操作（打印-著色-掃描）將抽象的紙面地圖進(jìn)行立體轉(zhuǎn)化;利用360°照片探索著名景觀和典型地標(biāo)模擬虛擬旅行;將實(shí)時(shí)地理信息（GPS坐標(biāo)、方向、距離等）覆蓋至相機(jī)視圖全方位顯示區(qū)域地理特征。

3D打印輔助地理教學(xué)旨在將二維平面轉(zhuǎn)化為三維立體，從而改變傳統(tǒng)地理教學(xué)活動(dòng)形式和地理知識(shí)呈現(xiàn)方式，如通過繪制等高線圖并調(diào)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(dāng)集中精力于硬件域時(shí)，我們特別注意到新一代ICTs已快速滲透到地理教學(xué)中并促使了教學(xué)系統(tǒng)潛力的發(fā)揮。但也不難發(fā)現(xiàn)，過分強(qiáng)調(diào)信息傳輸能力建設(shè)（如綜合設(shè)施網(wǎng)）難免忽視普及和使用等方面的規(guī)劃與規(guī)范，致使設(shè)施配備（如移動(dòng)終端類型）與教學(xué)相互聯(lián)系的統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化不足，反過來(lái)阻礙對(duì)智慧課堂的廣泛實(shí)踐。這些問題均需在今后的智慧課堂建設(shè)中予以關(guān)注和解決。

二、軟件域

中學(xué)地理智慧課堂軟件域是指通過硬件設(shè)備控制操作的智能軟件，包括信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和引導(dǎo)系統(tǒng)以及支持快速創(chuàng)建的各類應(yīng)用程序[6]。當(dāng)前軟件域的主要表現(xiàn)形式是基于手機(jī)App設(shè)計(jì)各類地理教學(xué)活動(dòng)，將其本身呈現(xiàn)的和實(shí)操獲取的地理數(shù)據(jù)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)。

目前可獲得的地理特色手機(jī)App十分豐富：地球運(yùn)動(dòng)模擬類有谷歌地球、地球儀3D、全球3DVR、太陽(yáng)測(cè)量師等;氣象氣候類有氣象雷達(dá)、智慧農(nóng)氣象、Meteosphere、MeteoEarth等;天象觀測(cè)類有Star Walk、Solar Walk、Star Chart、星圖等;環(huán)境監(jiān)測(cè)類有碳足跡計(jì)算器、墨跡天氣、蔚藍(lán)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(zhì)測(cè)繪記錄儀等;地理資信類有NASA、中國(guó)國(guó)家地理、National Geographic系列軟件等;地理知識(shí)游戲類有瘋狂地理、Geo Expert-世界地理、地理拼圖等。其在教學(xué)中的典型應(yīng)用包括：運(yùn)用太陽(yáng)測(cè)量師演示星球運(yùn)動(dòng)，運(yùn)用MeteoEarth分析氣壓帶風(fēng)帶，運(yùn)用星圖/Solar Walk觀察天文景觀，運(yùn)用碳足跡計(jì)算器記錄生活碳排放，運(yùn)用Google Earth開展區(qū)域地理實(shí)習(xí)，運(yùn)用形色識(shí)別植物，運(yùn)用戶外助手區(qū)分地貌，運(yùn)用地質(zhì)測(cè)繪記錄儀了解巖石礦物等。這些與地理教學(xué)密切相關(guān)的軟件蘊(yùn)含大量實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，與中學(xué)地理教材中“宇宙中的地球”“地球上的大氣”等章節(jié)匹配良好，具有補(bǔ)充教學(xué)資源、模擬實(shí)踐活動(dòng)、助力知識(shí)自動(dòng)更新的優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)前軟件域存在的主要問題是：各軟件的配合與協(xié)調(diào)尚不能保證智慧校園課堂的普及化發(fā)展。如眾多制圖軟件雖開創(chuàng)了交互式地圖以及地理空間應(yīng)用的新形態(tài)，但仍缺乏切合地理教學(xué)需要的系統(tǒng)化專屬地圖;地理類教學(xué)App主要集中在地球運(yùn)動(dòng)、氣象氣候和天象觀測(cè)方面，在其他地理教學(xué)章節(jié)對(duì)教育消費(fèi)者和軟件開發(fā)商均有益的嘗試較為有限;同時(shí)在軟件產(chǎn)品和信息服務(wù)領(lǐng)域還存在國(guó)內(nèi)和國(guó)際層面上的差異。此外，對(duì)尖端軟件使用熱情的缺乏也是不容忽視的問題，這導(dǎo)致開發(fā)商難以實(shí)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(guān)鍵是解決以移動(dòng)終端為導(dǎo)向的軟件服務(wù)問題。

三、環(huán)境域

中學(xué)地理智慧課堂環(huán)境域是指由大數(shù)據(jù)平臺(tái)和媒介平臺(tái)等構(gòu)建的智能化學(xué)習(xí)、交流環(huán)境[7]。通過嵌入各類平臺(tái)的專門化觀察量表，采集、整理、分析、傳遞表現(xiàn)性數(shù)據(jù)，從而把傳統(tǒng)封閉式學(xué)習(xí)環(huán)境變成面向網(wǎng)絡(luò)的開放式學(xué)習(xí)環(huán)境。

新一代ICTs與地理門戶網(wǎng)站相結(jié)合架構(gòu)了智慧課堂的大數(shù)據(jù)平臺(tái)，所提供的地理數(shù)據(jù)不僅具有實(shí)時(shí)性、直觀性、可疊加性和可操作性，而且具有結(jié)構(gòu)性與非結(jié)構(gòu)性、定性與定量的統(tǒng)一，還通過資源整合在新知識(shí)衍生方面提供了科學(xué)設(shè)計(jì)，如自然地理地形地貌識(shí)別與地圖處理相結(jié)合、人口地理與人文地理相結(jié)合深入學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

云平臺(tái)支持地理學(xué)習(xí)內(nèi)容及成果的無(wú)限容量存儲(chǔ)、多平臺(tái)接入訪問和多方協(xié)作，其實(shí)質(zhì)是地理數(shù)據(jù)的獲取更新、伸縮轉(zhuǎn)換以及使用方式發(fā)生根本變化。在師資配置不均衡或短缺地區(qū)尤為適用，實(shí)現(xiàn)了地理教育資源的最大化合理分配。

媒介平臺(tái)指依托微信、Moodle、AI School等集分析技術(shù)與交流互動(dòng)于一體的教學(xué)媒介應(yīng)用，著眼于學(xué)生自主解決問題的過程以及師生間教學(xué)情感、態(tài)度和效果的及時(shí)溝通。當(dāng)前依托媒介平臺(tái)進(jìn)行智慧地理教學(xué)實(shí)踐的途徑主要有開通班級(jí)公眾號(hào)、建立微信群、推送訂閱號(hào)，利用聊天室、論壇、互動(dòng)評(píng)價(jià)、在線測(cè)驗(yàn)、教學(xué)游戲等整合各種交互學(xué)習(xí)活動(dòng)。

當(dāng)前環(huán)境域存在的主要問題是：所應(yīng)用的教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上、功能上均是相對(duì)獨(dú)立和割裂的，地理虛擬平臺(tái)和仿真模擬平臺(tái)的供給也明顯不足。這些缺欠不利于教學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析、不利于教學(xué)形態(tài)創(chuàng)新與流程重構(gòu)、不利于海量資源有效利用。今后還須搭建便捷的大數(shù)據(jù)—云存儲(chǔ)—媒介平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線上線下一體化的全場(chǎng)景教學(xué)應(yīng)用以及校內(nèi)外區(qū)域性地理教學(xué)資源的傳播和共享。

四、組織域

中學(xué)地理智慧課堂組織域是指課前-課上-課下-課外循環(huán)閉合教學(xué)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(shí)施障礙。由于智慧地理教學(xué)過程中設(shè)計(jì)了大量學(xué)生活動(dòng)環(huán)節(jié)，這對(duì)組織域提出嚴(yán)格要求，應(yīng)制定信息化資源利用與地理課程整合相適應(yīng)的策略[8]。

課前-課上-課下-課外循環(huán)閉合組織是智能課堂的基本體現(xiàn)。課前策略包括利用多媒體移動(dòng)終端基于云平臺(tái)中指向知識(shí)學(xué)習(xí)的課件、微視頻、互動(dòng)答疑功能等獲取/發(fā)布學(xué)習(xí)資源，針對(duì)課程重難點(diǎn)梳理地理知識(shí)，基于媒介平臺(tái)進(jìn)行多種類、多層次的作業(yè)設(shè)計(jì)并完成自主預(yù)習(xí)。課上策略包括基于課前問題的釋疑解惑、觀看視頻導(dǎo)入虛擬情境、引入地理知識(shí)點(diǎn)、基于知識(shí)理解的自主探究、基于地理現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)的小組實(shí)操研討、基于地理新知的成果展示，銜接課前自學(xué)與課上學(xué)習(xí)完成地理知識(shí)更新。課下策略包括建立交流群公布練習(xí)任務(wù)進(jìn)行作業(yè)延伸、實(shí)時(shí)檢測(cè)內(nèi)容與進(jìn)度、推送練習(xí)答案及選取錯(cuò)誤率較高的題目進(jìn)行針對(duì)性解析、多元雙向量化地理教學(xué)評(píng)價(jià)（通過投票、問卷等方式）。課外策略包括繪制地理要素海報(bào)等完成知識(shí)補(bǔ)充、應(yīng)用地理知識(shí)解決生活中遇到的問題、分析顯性隱性教學(xué)特征（如挖掘開發(fā)地理課程興趣點(diǎn)）并為下一節(jié)課的地理教學(xué)提供精準(zhǔn)學(xué)情支撐。

目前組織域遇到的相關(guān)難題包括：設(shè)計(jì)、使用、操作該循環(huán)閉合系統(tǒng)的組織體系欠缺，教學(xué)規(guī)劃與服務(wù)欠缺（如開設(shè)拓展課程提升學(xué)習(xí)參與度與體驗(yàn)度不足），運(yùn)用范圍與特定目的脫節(jié)（如VR使用在地球運(yùn)動(dòng)、氣候氣象、地質(zhì)地貌等以外即應(yīng)適量）。考慮到規(guī)則和程序等環(huán)節(jié)，通過組織域支持以上循環(huán)閉合過程無(wú)縫對(duì)接的核心是供需關(guān)系的構(gòu)建與調(diào)節(jié)，即硬件域、軟件域、環(huán)境域這些外部性元素在不同層次上的內(nèi)在組織。

五、管理域

中學(xué)地理智慧課堂管理域是指從認(rèn)知、情感和行為上以發(fā)展學(xué)生能力為目標(biāo)構(gòu)建開放的教育教學(xué)基本規(guī)范和保障體系，其關(guān)鍵組成部分包括常態(tài)化采集和分析教學(xué)數(shù)據(jù)[9]、識(shí)別診斷學(xué)習(xí)者個(gè)體屬性和學(xué)習(xí)行為特征，在此基礎(chǔ)上動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)內(nèi)容與教學(xué)過程、制定自主選擇和隨機(jī)應(yīng)變的學(xué)習(xí)策略。從狹義上說，智慧課堂的管理域集中體現(xiàn)在對(duì)

學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，作出多元、個(gè)性的評(píng)價(jià)和反饋。如Moodle或AI School平臺(tái)對(duì)所有教學(xué)活動(dòng)都有完善的評(píng)價(jià)功能和可設(shè)置的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用該平臺(tái)結(jié)合學(xué)生界面，控制學(xué)習(xí)軌跡，防止學(xué)生跳過某些規(guī)定的學(xué)習(xí)內(nèi)容，教師也可以方便地在一個(gè)屏幕上看到所有學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，并進(jìn)行學(xué)習(xí)自主性和學(xué)習(xí)態(tài)度的定量與定性評(píng)價(jià)，使地理教學(xué)評(píng)價(jià)從僅注重學(xué)習(xí)能力轉(zhuǎn)向?yàn)橹R(shí)與情感態(tài)度的呼應(yīng)。再如利用這些平臺(tái)建立個(gè)人案例庫(kù)，將分等級(jí)評(píng)價(jià)記錄（評(píng)語(yǔ)）根據(jù)需要及時(shí)反饋給學(xué)生，并通過情境交流實(shí)現(xiàn)師生間立體化交互。從廣義上說，智慧課堂管理域還包括規(guī)章制度以及各方協(xié)作行為兩方面，即當(dāng)前硬件域、軟件域、環(huán)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(guān)。

未來(lái)管理域的建設(shè)不應(yīng)僅僅局限于單純知識(shí)獲取/傳授效果的評(píng)估，還要加強(qiáng)信息理解和應(yīng)用等方面的度量以及師生在不同主題和領(lǐng)域上交互程度的考核，以改變傳統(tǒng)教學(xué)模式下課程管理流程繁瑣、數(shù)據(jù)孤島林立、師生難以形成緊密交互的狀態(tài)。這樣看，智慧課堂的實(shí)施不再是簡(jiǎn)單的技術(shù)問題，而本質(zhì)上是一個(gè)體制與機(jī)制問題，包括一整套用于地理教學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)議以及對(duì)政策的共同態(tài)度，以使教育者的思路和師生邏輯關(guān)系得到優(yōu)化。

基于以上研究，應(yīng)用新一代ICTs的智慧課堂使體驗(yàn)形式發(fā)生根本變化，更加符合信息資源感知共享、網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化有機(jī)結(jié)合的新型教育思想與學(xué)習(xí)模式。然而從智慧課堂五邊形模型一些連接關(guān)系缺失中可以看到至今仍然較少運(yùn)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(chǎn)生在于：一是各地區(qū)教育機(jī)構(gòu)努力維護(hù)各自的運(yùn)行計(jì)劃，致使難以從協(xié)作戰(zhàn)略上看待智慧課堂的廣闊市場(chǎng)和長(zhǎng)遠(yuǎn)潛力[10];二是與高速快捷的聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)化處理平臺(tái)、廣泛的終端應(yīng)用相比較，教育團(tuán)隊(duì)的集體知識(shí)創(chuàng)新尚且不足;三是物質(zhì)基礎(chǔ)設(shè)施與規(guī)劃間缺乏協(xié)調(diào)，致使一味強(qiáng)調(diào)設(shè)施和資金增設(shè)而較少考慮供需平衡。未來(lái)在智慧課堂建設(shè)中，應(yīng)將中心議題置于五維要素中，使之高效交融，切實(shí)提高智慧課堂的質(zhì)量。

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