基于數字化學習空間拓展智慧課堂的設計模型

陳衛東，戴超凡，譚樹人

（1. 湖南交通工程學院 電氣與信息工程學院，湖南 衡陽 421001；2. 國防科技大學 系統工程學院 信息系統重點實驗室，湖南 長沙 410073）

1 數字化學習空間與智慧課堂

數字化學習空間，也稱為數字化學習共享空間、數字化學習協同空間，是以學習者為中心的協同與交互式學習環境，促進不同教學保障機構（或部門）協調合作，支持學習者利用各種資源進行學習、研究，以提高學習能力，提升學習效益，是信息化的知識空間[1-2]。

智慧課堂，相對于傳統課堂教學，更多地利用先進信息技術實現課堂教學的信息化、智能化，構建富有智慧的教學環境[3]。

數字化學習空間與智慧課堂關系密切。首先，數字化學習空間可為課堂教學提供形式多樣的知識內容，豐富課堂教學的形式與手段；其次，可通過數字化學習空間拓展課堂教學，將教學過程延伸到課前課后，有效拓展和補充課堂中的學習內容；最后，將數字化學習空間融入課堂教學過程，為學習者構建情境化、智能化、互動化的課內與課外智慧學習環境，引導學生發現問題、思考問題、創造性地解決問題并最終促進學生智慧成長。

2 數字化學習空間維度、結構與功能

學術界對數字化學習空間的構成要素存在不同見解，但公認數字化學習空間包括實體空間和虛擬空間兩方面[4]。實體空間整合多種實體資源配置，把圖書館、教室、實驗室、網絡等諸多學習和支撐場所進行最佳組合，構建個人、小組學習與研究的協作共享空間，為學習者提供一個良好的學習環境。虛擬空間依托實體空間配置的計算機、信息網絡、存儲等信息設備，以數字圖書、音像、動畫、網頁以及各種相關教案、課件、展示、練習等多種形式存儲與組織的數字化知識，并以學科專業、知識層次、難易程度、適用對象、知識應用等多角度、多維度，形成相互交織的知識空間，為學習者提供豐富的學習知識和內容[5-6]。

2.1 數字化學習空間的維度

數字化學習空間的維度是指其涵蓋范疇的要素構成。各維度從不同側面描述數字化學習空間的特性與功能，共同刻畫其內涵與外延。數字化學習空間的維度可由6個方面的要素組成，分別是參與者、設施、資源、組織、管理和使用（如圖1所示），6個維度相互作用、交叉，為參與者提供一個引人入勝、溫馨而又充滿活力的學習環境和服務保障體系。

（1）參與者：與數字化學習空間相關的各類主體，包括學生、教師、教輔、教管以及學校、學術機構等相關團體。

（2）設施：數字化學習空間的物理實體、場所等，如圖書館、教室、實驗室、研討廳等；計算機、網絡、存儲等信息化設備，提供硬件環境與條件保障。

（3）資源：集成與存儲大量數字化的資源，以數據庫、數字圖書、音像、文檔、網頁、教案等多種形式存在。

（4）組織：對資源數據內容的再組織，形成相互交織關聯的知識網絡，成為科學、系統、完整、規范和易用的資源。組織方式多種多樣，可以按照學科、專業、課程、講授、知識點等方式組織，也可以按難易程度、適用對象、側重方面來組織。

（5）管理：為資源的集成和組織提供手段與方法，管理資源和內容。通過檢索、關聯、更新、發布等方法和功能，豐富完善資源。

（6）使用：為使用主體提供學習、研討、協作、分享和交流的一體化使用環境。

圖1 數字化學習空間的維度組成

2.2 數字化學習空間的結構

數字化學習空間總體上是相互支撐的層次結構（如圖2所示）。實體空間作為數字化學習空間的物質基礎，提供必要的硬件條件與環境。經過多年投入和建設，目前，高校的硬件條件大都滿足基本要求。

虛擬空間是核心與主體，容納了形式、內容、組織和方式4個維度，其中，各種形式的學習資料通過信息集成將各種學習資源進行整合集成，成為可資組織的數據資源。這些海量資源本質上是高價值的教育大數據，需要將傳統的信息技術與新興的大數據、人工智能技術相結合，對資源進行再整合和再組織，形成豐富完善、關聯易用的知識資源體系。資源的組織通過資源管理提供的強有力功能實現，不斷積累和豐富，同時，以各種交互協作方式與手段為參與者提供諸如討論、學習、協作、分享等多種形式的使用場景和功能，充分發揮數字化學習空間的作用。

圖2 數字化學習空間的結構

2.3 數字化學習空間的功能

借助數字化學習空間，學習者不僅可以便捷地獲取各種教學資源，還可在科學研究、課程教學與學習實踐中得到導師、專家的幫助，參與豐富的在線教學活動。教師則可以利用數字化學習空間準備豐富的教學材料，安排教學內容，拓寬教學范圍，引導學生了解和進入學科前沿，評估學生學習情況。研究者利用數字化學習空間獲取研究領域各時期各方面的文獻資料及最新進展，還可與領域學者進行在線互動交流和研討。

3 智慧課堂設計

隨著智慧教育、智慧學習等新理念的出現以及大數據、人工智能技術應用的深入，智慧課堂、智慧教室將是未來課堂教育的發展方向，學界也進行了廣泛深入的探討[7-10]。筆者認為，智慧課堂不僅僅是先進技術的應用和內容的講授，還更多的是“劇本、情節”的編排、設計與組織，通過數字化學習空間或者未來的智慧學習空間提供手段、內容、組織、展現等強有力的方式，服務于課堂，拓展課堂，達到“學浸其中”。

由此可以推斷，所謂智慧課堂是數字化學習空間給予了在有限空間和時間的課堂教學以設計、展示與使用的需要，并能夠延伸到課外。簡言之，智慧課堂是數字化學習空間所營造的“智慧教室”的使用實例。在這間“教室”中，開展教學并結合一系列教學活動，打造的就是智慧課堂。二者之間，數字化學習空間是“本源”，智慧教室與智慧課堂是“本源”的局部具體體現，是教育教學的應用形式。

智慧課堂需要充分發揮課堂教學過程各個要素（人、技術、資源、環境、方法等）的作用，開展教與學的活動。教學活動的設計緊密與數字化學習空間結合，智慧課堂設計模型如圖3所示。

面向課堂教學的課前、課中和課后3個階段，依托數字化學習空間，智慧課堂設計應包括環境、資源、活動、過程以及服務設計5個要素。

3.1 環境設計

環境設計更多的與設施和資源相關，用以構建智慧課堂的實體和信息化環境，主要包括教學場所、布局以及信息化裝備。教學場所是獨立或開放的空間，通過創意空間、人性化布局，根據教學需要進行組合，以利于學習活動的開展。信息化設備有效支持學習資源的獲取、處理和呈現，通過信息終端，開展教學活動，通過互動交流可以大大提高學生學習的積極性和主動性。

3.2 資源設計

資源設計需要數字化學習空間的資源、組織、管理、使用等有利支持，是智慧課堂的重要組成部分，提供教學內容的編排與“情節”，覆蓋課前、課中、課后全過程。資源設計覆蓋范圍廣，包括教材、教案、課件、參考書目、案例、演示、實驗、拓展讀物、前沿發展等多個方面。

資源設計以課堂內容和知識為主線，利用數字化學習空間提供的各種資源，進行再組織和設計。設計結果又作為數字化學習空間的資源，不斷豐富完善學習資源。①針對“知道—了解—掌握—熟練”不同程度的要求，設計深入淺出的教學內容；②組織典型生動的案例演示，提升感知度，加深認識；③將課程的發展脈絡、實際應用、學科前沿等也作為資源設計的重要組成部分，開闊視野；④設計在線小練習、小作業、大作業鞏固學習成果，反饋教學效果；最后，設計定性定量評價標準，為客觀評價提供依據。

圖3 數字化學習空間智慧課堂設計模型

資源設計是全方位與全視野的，不僅對資源的數量和質量有要求，而且對資源的組織方式和水平有更高的要求。圖4所示是一般意義上的資源設計組成，將各方面資源整合形成一套完整的資源體系。將大量的資源進行濃縮、整合、優化，不僅需要長期教學實踐和經驗的總結，還需要數字化學習空間提供強有力的支持。

圖4 智慧課堂資源設計組成

3.3 活動設計

教學活動的選擇與設計是課堂教學的關鍵。講授、討論、報告、演示、實踐等諸多類型的活動需要設計支撐?；顒拥脑O計需要考慮的方面和因素眾多，如培養目標、學生基礎、內容深淺、活動方式等，目的是有效引導學習者積極參與，找到適合自己的學習方法，收獲最有效的學習成果。

拋開教學活動中的主觀因素，客觀上，智慧課堂活動設計也是數字化學習空間拓展支撐課堂設計的重要手段。教師課前確定課堂活動目標與方式，組織并發布活動資源，引導學生了解、學習和參與；課中利用數字化學習空間展現資源，開展互動與啟發教學；課后通過群體互動學習、個人自主學習、小組合作學習鞏固學習內容，反饋掌握情況，評估學習效果。

3.4 過程設計

過程設計是課堂教學過程中課程整體和細節的安排與設計，在有限的時間和空間內取得最佳效果。過程設計必須有資源和活動設計的有力支持，涉及整體內容安排、重點內容、演示與拓展內容等諸多方面。過程設計是傳統課堂的延續，也是智慧課堂的重要組成，需要將大量的信息傳遞給學習者，不僅需要教師課前的大量準備與仔細安排，還需要教師個人的風采和魅力，既要深入淺出、內容豐富，又要生動活潑、興趣盎然。

借助數字化學習空間，可將講授過程各個環節的信息和資料實時推送到學習者終端，學生在聽講的同時，能夠直接獲得與內容相關的要點、參考、拓展等輔助信息，也可以實時參與互動與反饋，跟得上、聽得懂、學得會、有興趣。將灌輸式、題海式教學，改變為啟發式、探究式、擴展式教學，可以讓學習者自主參與，獲取和掌握知識。

3.5 服務設計

拓展智慧課堂的范圍，提供個性化學習服務，包括但不限于答疑解惑、作業互動、興趣培養。利用數字化學習空間，隨時隨地獲取資源，遇到問題可以很快找到與問題密切相關的知識與內容，輔助學習者解決問題。通過服務設計，整合和創造一個具有豐富資源的知識空間，為師生提供一個能隨時隨地進行學習的環境。

4 設計示例

依托國防科大“夢課”平臺，在數據結構課程教學中，我們應用了本設計模型。按照課程大綱要求，圍繞每次課程的教學環節，分別從環境、資源、活動、過程以及服務5個方面，組織、梳理課程資源內容，設計教學活動。以最小生成樹教學為例，5個方面的內容及相互關系如圖5所示。

實際課程教學中，采取5要素設計模型進行課程教學設計，可以更加充分利用數字化學習空間，有效提升課堂教學效益。

5 結 語

數字化學習空間形成的共享協作學習環境，不僅有技術與資源的整合，還為教育教學提供新的方法與手段。智慧課堂5要素設計模型為“互聯網+智慧課堂”的教學設計提供了一個可以遵循的基本方法，為構建個性化、智能化、數字化的課堂學習環境，形成有效促進智慧能力培養的智慧課堂奠定了基礎，但目前各種平臺（如MOOC）僅能支 持資源的“淺度”組織，即內容以文件形式存儲，通過分類目錄組織文件，提供操作導航，無法對文件包含的內容進行“深度”組織?！吧疃取苯M織應包括語法、語義和語用3個層次。語法層次支持按內容的字面相同或相似來組織，語義層次支持按內容含義的密切程度來組織，語用層次支持按含義能夠發揮的作用和達到的目的來組織。希望未來能提供更為智能的智慧學習空間，助力智慧教育的普及與實現。

圖5 智慧課堂設計示例圖