智慧教室環境下的課堂教學結構分析

管玨琪 陳渠 樓一丹 祝智庭

[摘 要] 課堂教學結構變革是推進教育系統結構性變革的有效切入點；分析智慧教室環境下的課堂教學結構，有助于描述當前的典型設計、揭示技術應用本質。文章以16個智慧教室環境下的優秀教學課例為分析對象，采用視頻分析法，微觀分析教學活動系統要素，中觀分析教學方法結構序列，從課堂教學環節、“教師—學生—技術”關系、“教師—學生—內容”特征、教學方法結構序列四個方面呈現可供實踐參考的設計。分析結果顯示，不同教學媒體在創建高低教學結構上各具優勢，而技術在低結構教學實施中更能凸顯其應用價值；面向真實情境的概念應用知識適用于低結構實施；不同的學科及課型中教學結構序列存在著差異，強調課堂生成的低結構教學實施成為智慧教室環境下高效課堂的實踐方向。

[關鍵詞] 智慧教室； 教學結構； 結構序列； 視頻分析

[中圖分類號] G434 [文獻標志碼] A

[作者簡介] 管玨琪（1986—），女，江蘇常州人。講師，博士，主要從事信息化教學的研究。E-mail：guanjueqi2008@126.com。

一、引 言

美國教育部在2010年《國家教育技術規劃》中指出，教育生產力的顯著提高需要利用技術支持根本的結構性變革[1]；我國教育部今年四月出臺的《教育信息化2.0行動計劃》也強調，要將教育信息化作為教育系統性變革的內生力量。教學活動是教育活動的核心，教學結構是教學活動過程的基本架構，課堂教學結構變革是學校教育系統結構性變革的核心內容。有效利用信息化教學環境去變革傳統課堂教學結構，實現各學科教學質量與學生綜合素質的大幅提升，從而培養出大批高素質的創新人才，是我國教育信息化發展的宏偉目標[2]。

智慧教室是一種“能優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂及時深度互動的新型教室”[3]，是探索課堂教學結構轉變、實踐智慧教育的技術融合的學習環境。Newhouse認為，技術會影響到教室環境內發生的各種交互行為[4]，智慧教室中學生不僅僅是從環境中汲取資源和服務，而是與環境進行良好的互動。已有研究表明，Laptop項目增加了學生使用技術的頻率和廣度；增加了以學生為中心、個性化和基于問題的學習[5]；較之簡易多媒體教室，智慧教室環境下小學數學課堂中以“教師為導”的互動行為和以“學生為主”的互動行為比例接近1：1[6]；智慧教室更有利于教師開展創造性教學活動[7]。對有合適技術支持的教學結構的研究是教育技術理論建構的原點[8]，本研究將在智慧教室環境教學應用研究基礎上，分析智慧教室環境下的課堂教學結構，窺探技術在教學結構變革中的作用，提煉技術增強的教學結構的典型設計，豐富信息技術支持的教學結構的研究。

二、技術發展與教學結構變革

（一）技術發展對教學結構的影響

辯證唯物主義已闡明任何事物都是有結構的，教育教學這一復雜系統亦具有結構性。“結構”是系統內各組成要素之間的相互關系、相互作用的方式[9]；教學結構是在一定的教育思想、教學理論和學習理論指導下，在某種環境中展開的教學活動進程的穩定結構形式，是教學系統四個組成要素（教師、學生、教學內容和教學媒體）相互聯系、相互作用的具體體現[10]。系統具有哪些要素，這些要素之間的關系如何，是教學結構涉及的兩個主要問題。對于教學系統的構成要素，已有研究基于著眼點的不同，還存在著“三要素”“五要素”“六要素”“七要素”等觀點；對于要素之間的關系，已有理論和實踐討論的焦點是教師與學生的關系，在此基礎上的不同看法或師生行為表現形成不同的教學結構，如“以教師為中心”“以學生為中心”“主導—主體型”。完整的課堂教學表現為一定的教學活動進程，教學結構即教學過程的結構；而在研究教學過程時，人們會指向教學模式、教學策略、教學方法、教學活動等不同層級，以此理解教學結構時，教學結構表現出層級性：在宏觀層面體現為教學模式的結構，在中觀層面體現為教學策略、方法和活動的結構，而在微觀層面則體現為各個教學要素的結構[11]。

“變革”是指事物（多指社會制度）本質發生改變的活動及其結果[12]；“變革”預示著對現有狀況的一種改變，是舊的逝去和新的降生。教學結構變革是信息技術整合于課堂的實質，改變原本知識單向傳輸的師生行為過程以提高教學質量，培養當下及未來社會需求的創新型人才是教學結構最為本質的變革。以往教育改革實踐中，技術的作用影響著教學系統要素種類、要素數量、要素比例、要素聯結方式的變化[11]，進而影響著教學結構的發展，促進教學結構變革。（1）要素種類的變化。文字、印刷術的出現推動教材的產生，實現教學結構由教師和學生的“二要素”向教師、學生、教材的“三要素”變革；媒體技術的發展又促使“教學媒體”成為教學系統不可或缺的要素之一，數字化環境下的教學表現為“四要素”的聯系與作用。（2）要素數量的變化。改變系統要素數量而轉變結構，典型的是網絡教育、MOOC等通過學生數量規模化而實現的教學創新。技術的發展、知識開放與共享理念催生出各類在線課程形態。虛擬學校通過網絡為各階段學生提供相應課程，MOOC則是一類在線、開放、支持大規模人數參與的新型課程模式，兩者消融時空界限，呈現一種開放的在線學習結構，對教育廣度有著深刻影響。（3）要素比例的變化。改變系統諸要素在系統中的比重，“以教師為中心”“以學生為中心”“主導—主體型”三類不同的教學結構凸顯了教學活動中教師、學生主體地位的不同。“準備上課、復習舊知、講授新知、鞏固新知、布置作業”這一經典五步教學法長期存在，形成以教師為中心的教學結構，日益受到發現式學習的影響和沖擊。“以學生為中心”的教學結構凸顯建構主義學習理念，突破以知識為中心的設計，卻在強調學生主體性的同時忽視了教師的主導作用。面對個性、優質、創新的教育需求，“主導—主體型”教學結構結合兩者優勢，既強調教師在教學過程中的主導作用，也凸顯學生的主體地位。（4）要素間聯結方式的變化。媒體資源輔助教師展示講解、學習終端及數字資源支持學生自主探究，不同技術及其與學習活動的整合深度形成不同的教學系統要素間的聯結與作用，課堂呈現出不同的教學結構。此外，翻轉課堂教學流程的逆序創新將課堂教學主結構由講解、練習、評閱發展為自學、測練、研學，表現為教學方法結構及其聯結方式轉變所帶來的教育改革實踐。

（二）教學結構變革的動因

結構功能主義認為，變革來自兩種動因，一是行動系統間信息或能量交換的過量，進而改變了系統內部和系統之間信息和能量的輸出；二是來自信息或能量供應不足，從而引起系統內部或外部結構的重新調整[13]。前者可以視為一種理念引領以謀求變革的思路，后者則是問題驅動順應變革的姿態。

1. 理念引領以謀求教學結構變革

教育理念是建立于教育規律基礎之上的“遠見卓識”[14]，為事物發展指明前進方向，具有引導定向的意義。以具有前瞻性的教育理念為引領，與現有教學結構的沖突將促使人們主動尋求教學結構的變革，通過調整教學結構各構成部分逐步實現教學系統內部及與其他系統之間信息和能量的平衡。這種變革的結果是構建適宜的教學結構，并由教學結構變革來推進教育系統的結構性變革，如實現公平、均衡、開放的教育體系結構，高效、民主、和諧的治理結構，便捷、豐富、適需的服務結構，促成蘊含教育理念的教育創新，促進教育質量的提升。

2. 問題驅動教學結構變革

社會學領域，結構功能主義者將“結構”與“功能”聯系起來，主張從事物的“結構”出發探討事物的“功能”。結構決定功能，在要素既定的條件下，有什么樣的結構就有什么樣的功能，優化結構就會產生最佳功能。而功能亦反作用于結構，功能輸出的不適應必將引起結構的變化。教育的本質是培養人的活動，促進個體發展將是教育的首要功能，其他一切功能（如教育的政治功能、經濟功能、文化功能）都是“發展了的人”與社會環境作用而體現的。從古代教育到近代教育，再到現代教育，不同歷史時期、不同社會需求下，教育的個體發展功能逐步凸顯并顯示出強勁的生命力。科技發展日新月異、國際競爭日趨激烈，人們寄希望于教育培養出各類緊缺人才以提高國家競爭力。在“大眾創業萬眾創新”“中國制造2025”等背景下，信息技術作用的全球經濟需要更多具有先進技能和學習能力的工作者，尤其是創新型人才。面對教育功能的演進需求，學校教育情境中教學系統與環境、子系統與子系統之間的功能輸出不適應的各方“耦合”將導致教學結構的變化，此時教學結構不尋求變革就難以產生所需的教育功能，“不滿”的信號會驅動尋求變革的方向以適應當下及未來個體發展與社會發展需求。

在智慧教育理念及當前教育發展難題雙驅動力作用下，構建智慧學習環境以變革傳統課堂教學結構，是破解教育發展難題、促進教育信息化發展的重要舉措，是推進教育系統的結構性變革的有效切入點。

三、智慧教室環境下的課堂教學結構分析

從教學結構層面分析智慧教室環境下的教與學，有助于呈現智慧教室環境下教學活動的行為規則，揭示技術在教育教學中的應用本質。教學視頻分析是課堂研究的一個重要方法，以下將選擇16個優秀課例，分析智慧教室環境下的課堂教學結構。

（一）分析框架

Jacobson依據學生所獲“指導”的不同，將教學方法的結構劃分為高結構化的教學方法（以“H”表示，如教師講座）、低結構化的教學方法（以“L”表示，如發現學習），并形成SPS（Sequencing of Pedagogical Structure）框架，區分了四類教學結構序列：高高型（HH）、高低型（HL）、低高型（LH）、低低型（LL）[15]。在此基礎上，研究者新增地位特征和時序特征形成修訂后的SPS框架[11]，區分了11種混合學習系統的結構序列。

根據教學結構層級性，智慧教室環境下的課堂教學結構分析將以完整課例為分析單位，以教學視頻為分析對象，開展兩個層面的分析：I 分析課堂教學活動系統，以時間軸為主線將課堂教學進程解構為具有教學意義的活動片段，再以教學活動為單位微觀描述教師、學生、教學媒體、教學內容及其相互作用；II 分析教學結構序列，串聯解構后的教學活動，參考修訂后的SPS框架確定課例的教學方法結構序列，具體見表1。基于課例分析研究教學方法結構間的聯結方式，將為智慧教室環境下的應用設計及教學結構研究提供相對深入的視角。

（二）分析過程

參考TMISS等視頻分析基本步驟，通過樣本選取、教學環節分析、教學活動編碼、教學結構序列分析、結果分析的過程，完成對智慧教室環境下課堂教學結構的分析。

1. 樣本選取

研究選擇的16個優秀課例來自上海閔行區電子書包項目以及“智慧好課堂”邀請賽，具體見表2，課例內容為現場攝像記錄下的課堂真實狀態。課例具體包括語文（5個）、數學（5個）、英語（3個）三個學科的基礎性課程以及科學探究（3個）的拓展性課程；分布于小學階段的中高年級。

2. 教學環節分析

在“導入、講授新知、鞏固練習、升華總結”課堂教學基本環節基礎上，因學科及其課型的不同，課堂連續事件表現出不同的教學進程。以基本環節為分析框架，通過觀察課例，記錄活動持續時間并概括活動主題，解構每一個課例的同時建構出案例涉及學科及其課型的教學環節。

3. 教學活動編碼

以解構后的教學活動為單位，參考表1中列出的編碼體系，細化描述活動中的師生角色、教學媒體及其使用主體、教學內容的結構化程度及其指向的認知目標。

4. 教學結構序列分析

參考修訂后的SPS框架，根據教學活動系統分析確定采用的教學方法的結構類型；根據教學方法持續時間所占比例確定結構的地位特征，以大寫字母（H、L）表示所占權重大，小寫字母（h、l）表示處于輔助地位；根據教學活動進程中不同教學方法發生的時序性確定結構的時序特征，兩種教學方法同時發生用加號“+”表示，順序發生則用箭頭“→”表示，由此確定教學結構序列，完成單個課例的分析。

5. 結果分析

經上述分析，從課堂教學環節、“教師—學生—技術”關系、“教師—學生—內容”特征、教學結構序列四個方面描述16個課例的分析結果。

（三）分析結果

1. 課堂教學環節

初步觀察教學視頻后，可以發現16個課例中，C1-C4為語文閱讀課，C5為作文評改課；M1-M5為數學探究課；E1-E3為英語聽讀課；R1-R3為科學探究課，具體見表3。語文閱讀課呈現課堂導入、泛讀感知、精讀品味、遷移訓練和總結提升的教學過程，其中精讀品味環節的授課時間最長，教師在該環節設計了基于資源的學習（C1）、基于電子教材的學習（C2、C3）等活動；其中C3與C4是兩個課時的讀寫結合設計，C4主要是學生內容創作（寫話練習）的過程。C5的作文評改課可歸納為教師佳文評析、學生自主/協作修改習作的過程。數學探究課是典型的基于問題解決的學習，表現為問題提出、問題解決、應用鞏固、升華總結的教學過程，其中問題解決可以是多個問題的迭代過程。M1的比賽場次方案、M2 的植樹方案、M3的梯形面積計算方案、M4的鋪地磚方案等，均是指向具體問題情境的探究過程。英語聽讀課以教師引導下的師生對話、學生自主聽讀、自主測試、小組對話活動為主。科學探究課是任務驅動的探究學習過程，課堂時間集中于學生的共同探究，R1中通過實驗探究而得出水質變化情況，R2中設計模型、創建杯墊，R3中設計實驗、預測熱傳遞現象。

2. “教師—學生—技術”關系

編碼記錄了每一個教學活動中的技術使用主體及時長，統計發現，16個課例中學生在課堂上使用技術進行學習的比例均值為49.95%。根據每一個教學活動中具體技術的描述，教師與學生交互過程中呈現三類媒體功能：輔助教師展示講解，支持學生體驗內容、表達展示，支持學生調查研究、內容創作，不同的功能角色將產生不同的“教師—學生—技術”關系。

杜肯大學的Jones根據教師和學生對學習活動、學習內容、技術的控制不同來分類“教師—學生—技術”三者之間的關系[16]；映射至智慧教室環境下的教學，三類媒體功能可以細化描述三類教學關系，具體見表4：（1）教師直接控制（以T/D表示）學習活動、學習內容及技術操作，此時技術作為媒介輔助教師向學生講授、示范或提供交互引導，表現為高結構化的教學過程；（2）教師直接控制學習活動，學生直接控制（以S/D表示）、教師間接控制（以T/ID表示）學習內容和技術，學生通過電子教材/Flash等自主加工、協調討論，教師在此過程中為學生提供指導，引導學生參與討論，體現為低結構化的教學過程；（3）學生直接控制三者，教師間接控制學習活動、學習內容，此時的課堂以學生為中心，學生在自主/小組探究過程中完成任務/創建作品，亦是低結構化的教學。

上述分析表明，不同教學媒體在創建高低教學結構上各具優勢；高、低結構教學中技術與教師和學生亦體現出不同的聯結方式，體現了技術與學習活動整合的不同深度。

3. “教師—學生—內容”特征

16個課例解構后的教學活動中，認知目標“理解”所占比例最大。英語聽讀課和語文閱讀課以記憶、理解、應用的低階認知目標為主；而作文評改課、數學探究課和科學探究課則呈現出培養學生分析、評價、創建的高階認知目標走向，學生掌握知識內容基礎上，要求能夠運用已有知識進行內因分析，或針對內容完成評價，或對知識的內化通過“創建作品”進行再構建和外化表現。其中科學課與探究性活動的適配性最高，學生在探究新知過程中以教師適當引導下的實驗設計和驗證活動為主。

學習內容根據結構化程度的不同，可分為良構領域的知識、劣構領域的知識，后者是前者應用于具體問題情境時產生的有關概念應用的知識。語文閱讀課中的字詞理解、文本結構等內容，英語聽讀課中的詞句理解、文本朗讀等內容屬于良構領域的知識，指向低階認知目標，此時的學習往往是封閉的、預設的，是以教師為中心的教學過程；教師為講授者，學生為知識接收者；教學過程以班級活動為主，教師控制整個活動過程，教學結果趨于封閉。數學探究課中問題解決方案的探究、科學探究課中的實驗探究都屬于情境化任務，指向高階認知目標，此時的學習是開放的、生成的，主張讓學生在真實問題情境中通過自己的思考、體驗和反思去發現知識；教師成為幫促者，學生成為信息的主動加工者、知識的構建者；教學過程中互動主體更為豐富多元，個人活動、小組活動增多，師生共同管理教學過程，教學結果開放不確定并具有創新性。

在16個課例中，數學、科學課更多圍繞劣構領域的知識展開探究式學習，采用低結構化教學方法，指向高階認知目標；相應地，良構領域的知識更多采用高結構化教學方法，面向低階認知目標。

4. 教學結構序列

根據教學活動進程及教學方法的結構特征、地位特征和時序特征分析，形成表5的各課例的教學結構序列。語文閱讀課（除C4外）、作文評改課、英語聽讀課采用HL型教學結構序列設計；其中英語聽讀課（E1，E2，E3）中高結構化方法持續時間所占比例高于語文閱讀課（C1，C2，C3），低結構化教學中仍體現教師的引導作用，以“L+h”表示；C5中高、低教學方法接近同等地位，且以順序進行。數學探究課采用LH型教學結構序列設計，先由學生進行問題解決或內容創作，再由教師進行總結與升華，其中高結構化方法所占時間比均低于低結構化方法，但課堂強調教師的引導與總結。科學探究課（R1，R3）連通課內、課外設計，呈現出LL型教學結構序列，低結構化教學更適合于結構不良的實驗探究活動。C4是語文閱讀課讀寫設計中寫的部分，R2是任務驅動的學習過程，前者為LH型、后者為HL型教學結構序列，其中低結構化方法持續時間所占權重大，高結構化方法占輔助地位，兩者以順序進行。

上述分析表明，智慧教室環境下已較少出現HH型課堂，即教師講授輔以學生練習的純高結構化課堂形式；而學科、課型中教學結構序列也存在差異，不同結構序列有著不同的功能特征與使用范圍。

四、分析結果討論

（一）教學結構序列設計

表5呈現了智慧教室環境下不同學科課型教學結構的具體設計，為“主導—主體型”教學結構的拓展與豐富提供了具體的設計案例。在結構特征方面，低結構教學強調課堂生成，突出學生在學習過程中的主體地位，更適用于劣構領域知識，此時技術成為學生的學習工具；高結構教學則是面向良構領域知識，教師基于預設通過直接任務施以教學，技術主要輔助教師展示講解。具體教學中，如何從單純的教材知識發展為情境的、真實的問題任務，從而低結構地實施教學，是智慧教室環境下實現學生主體性、教與學實踐創新、技術應用價值三者融合統一的關鍵。

觀察地位特征時，16個課例中高、低結構教學兼顧，總體呈現出低結構教學為主、高結構教學為輔的設計趨向。高、低結構教學的地位應根據學科及課型、學習者特征等因素確定，如科學探究課易出現與傳統課堂截然相反的純低結構化實施。但低結構實施中大都貫穿著教師的引導（多以“L+h”表示低、高結構教學同時發生），正如已有研究所表明的，自主學習并不意味著教師放任學生，缺乏教師有效指導的自主學習將無法保證學生的學習質量[17]。

考慮時序特征，16個課例中未出現HH型結構序列，說明智慧教室環境下的教學已不再是純粹的高結構實施。HL型結構序列先以教師主導的師生對話為主，再為學生提供自主思考的時間和空間，但此時的自主學習目標通常面向理解、應用、分析認知目標，重在理解詞句、應用表達、體驗分析內容，適用于語文閱讀、英語聽讀課的課堂教學。LH型和LL型結構序列中學生先進行探究活動，課堂對話內容是分析推理“為何”“怎么樣”“可能會”等指向高階認知目標的問題，課堂設計留白讓學生親歷知識發現過程并且能夠運用知識解決真實情境問題，兩類設計適用于數學、科學探究課，能夠凸顯學生主體地位，實現師生、生生之間多元、更深度的互動。Jacobson的實證研究表明，學生對“電流”概念性和程序性知識理解的前后測中，LH型結構序列有顯著差異，而HH型結構序列無差異[15]，即從低結構到高結構序列的學習效果要好于純高結構教學。但仍需更多的實踐來驗證分析不同結構序列的學科適應性與有效性。

（二）技術應用價值

技術在教育教學中的應用一直存在著“慢性”特征，并未能像醫療、交通、金融那般因技術帶來的便利性而被人們廣為應用，原因是技術給教育帶來的便利性只是附加價值，為學生創建良好學習體驗才是核心價值。不同的“教師—學生—技術”關系對應不同的活動組織形式、教與學的行為，體現技術與學習活動不同程度的整合。技術從輔助教師展示講解，到成為學生的學習工具，技術在低結構教學實施中更能凸顯其應用價值，此時的教學更能觸及學生內心世界以有效引發其學習體驗，實現意義建構而促成學生發展。

新技術的出現極大地改變了教育過程的性質[18]，大班化教學過程中，教師無法了解每位學生的情況，學生也無法獲取教師的即時反饋，課堂信息傳輸是單向的，此時的教學互動是低效益的；智慧教室環境下的課堂成為信息對稱的教學空間，技術的參與使得師生之間的交互反饋建立聯結，教學交互呈現出即時性、個性化。以往教學中不是每一位學生都有參與的機會，而智慧教室環境的技術豐富性及低結構教學中的技術參與性使得學生有思考的時間和空間，學生可以自主建構知識或解決問題。正如對課例M1的FIAS分析顯示，“學生操作技術”編碼穩態格中記錄的數字（270）遠遠高于其他編碼對應的數據，表明學生使用技術學習的行為持續時間長；同時，課堂上學生語言比率（59.6%）高于教師語言比率（29.25%），學生應答與主動發言比率（24.6%）也表明學生是課堂的主體，更多地在教師設置的開放性問題中主動發言；課堂上間接影響與直接影響的比例（110%）、積極影響與消極影響的比例（207%）均大于1，說明教師將直接指導轉變為間接方法，對學生施以積極影響。

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