第四次工業革命背景下的高校學習空間更新模式研究

萬豐登 | Wan Fengdeng

席明波 | Xi Mingbo

周萃楠 | Zhou Cuinan

肖曉苗 | Xiao Xiaomiao

1 背景介紹

隨著“第四次工業革命”的來臨，大學教育也正在踏入智慧化教學時代。在第四次工業革命中，勞動力將被分配到智能機器不能替代的地方，社會對人才的協作性、創造性、公民意識等方面提出了更高的要求，這使得教學更需要采取個性化與自主學習、基于問題與合作的學習等學習方式[1]。同時，數字技術推動了在線教育的發展，尤其在疫情背景下，線上教學突破了時間與空間的限制，為教學活動帶來極大便利并被不斷推廣。

而當前的教學模式及空間營造并無法高效支撐發展的需求，如網絡教學帶來的學習氛圍弱化、師生交流不暢、課堂互動不充分成為學生參與在線教育過程中的三大主要問題[2]。當下高校在高生師比影響下產生的填鴨式大規模教學，難以為學生提高針對性的學習。

因此，面對上述兩方面的問題，本文以第四次工業革命為背景，從高校教學模式的現狀與轉變趨勢入手，結合新興教育技術，探討更契合時代發展的高校學習空間更新模式。

2 第四次工業革命下的學習空間更新路線

第四次工業革命階段呈現出深度網絡化、綠色化、智能化和生產組織方式的分散化四大趨勢[3]。工業革命對高等教育革命的引領有其歷史必然性，工業革命和產業技術升級的發力也對高等教育現有的社會角色、學科組織方式、教學方式、科學生產模式發起了挑戰[4]。而單純從應用新興科技的層面上探討高校學習空間的更新是難以從根本上回應上述挑戰的。教學建筑的形態首先取決于教育模式[5]，故本文基于高校教學模式的現狀與分析入手，探討高校學習空間的更新路線。

2.1 高校教學模式與空間的現狀分析

（1）高校教學手段現狀與發展趨勢

自20世紀90年代末至今，以課堂教學為主、線上教學等其他手段為輔的混合式教學已逐步發展成為我國高校的主要教學手段[6]。但線上教學所占比例在各個時間段與各個課程中的所占比例大有不同。以新冠疫情期間為例，在線教育借國家所提出的“停課不停學”政策迅速覆蓋到了全國幾乎所有高校的大部分課程，然而在疫情常態化后的高校復學復課中，傳統的課堂教學重新成為了高校的主要教學手段。在線教育的熱潮迅速回冷并不令人意外，根據疫情之前的統計數據，我國高校教育領域有接受“線上教學”的學生量僅占總人數約27.7%、網絡課程僅平均占總課程數約5.5%[7]。隨著第四次工業革命推進的“互聯網+教育”的發展，線上教育會進一步被高校運用在日常的教學活動中。

（2）高校教學主體的現狀與發展趨勢

目前，包括我國在內的全球很大一部分教育系統仍廣泛使用標準化的直接學習模式，大規模培養生產統一、重復的和以過程為導向的勞動力和人才[8]。在這種學習模式中，老師主導的課堂教學在教學活動中占比極高，學生大多數時候都在被動接受知識。

在以扁平網絡化、專業研討化模式快速傳播的在線教學的沖擊下，由老師主導的傳統高校教學模式開始受到批判，社會呼吁高校教學應從以老師為主導向以學習者為中心進行轉變，提出了從灌輸式走向研討式、從大班化走向小班化、從關注共性走向關注個性是提升我國高校教學水平的必由之路。由此類似于“大班授課、小班研討、個人獨立研究”這樣的多維主體教學模式在教育界被廣泛地認可[9]，其可以拆分為由老師主導的學習、由學生主導的學習與自主學習三種學習活動，而當前機械呆板的教學空間，對于這三種學習活動缺乏環境支撐。

（3）高校學習空間現狀與轉變趨勢

教學模式影響著學習空間的設計理念，而學習空間也往往限制著教學模式的改革。學習場所包括了教學空間與學習空間兩個完全不同的空間范式，我國高校大部分的學習空間仍為代表著傳統教育理念與模式的教學空間，并正在向代表著新學習科學理念與模式的學習空間進行轉變[10]。

在教學手段上，當前高校的大部分教學活動仍在傳統教室中進行。雖然人工智能、虛擬現實、大數據等新技術正逐步普及，智能教學環境構建卻仍處于起步階段。此外，在線上教學中的學習仍被定義為獨自學習，學校并未配置專門的線上學習場所，導致線上學習的集群性缺失。

在教學主體上，我國高校的教學模式正處在單一主體向多維主體的轉變過程中，以老師為主體的秧田式教室空間雖仍占主要部分，但已有不少高校已經根據教學主體的轉變進行了教室空間改造實踐，其共同特征為空間從擁有清晰的前后之分向靈活的布局方式轉變。

2.2 學習空間更新目標與路線

第四次工業革命不僅提供了新興的教育技術，其對人才的新需求也推動了教學模式的改革發展。根據David Radcliffe教授所提出的PST框架[11]，智能技術內嵌于學習空間中，又拓展了學習空間的存在形式；教學效率和效果的提升依托于靈活、豐富的學習空間，多種選擇的學習空間又可促進教師改進教學方法提高。

根據學習空間、教育法、教育技術三者存在相互作用的關系，學習空間的更新需要同時匹配新的教育技術和新的教學模式，要充分考慮教學模式的變革與教育技術的發展，從側重資源型向模式創新型轉變，故提出以下更新路線。

轉變教學手段，增設面向線上教育的學習空間：在第四次工業革命中，智能技術將學習空間的概念由物理空間拓展到了虛擬空間，虛擬空間作為學習空間的重要組成部分需要得到更多的重視。未來的網絡學習活動或以小組為單位進行，提升學生的合作能力，增加網絡教學中的學生間的互動性，在集約師資的情況下保證教學質量。

轉變教學主體，建設匹配多維主體學習空間：隨著人才需求的變化，“大班授課，小班研討、個人獨立研究”將成為高校重要教學模式。對于老師主導的大班授課，高校需要提供大量不同規模的線上教學空間與小部分不同規模的實體講座空間；對于學生主導的小班研討，則需要提供不同規模的討論空間、實驗空間、展覽空間等對外開放的、社會群體可介入的學習空間；對于強調自主學習的個人獨立研究，需要提供既與討論區有區分又可靈活轉換的自習空間。

3 學習空間更新模式設計實踐

本文以廣州市大學城內某高校的典型教學樓改造為例進行探討。根據前述研究，高校需要建立“大班授課、小班研討、個人獨立研究”的多維主體教學模式，其學習空間則需要對應老師主導的學習空間、學生主導的學習空間與自主學習空間。因此，對于現有的學習空間的更新改造，本文提出“一隔三間”的空間更新策略（圖1）：“一隔”即通過植入預制模塊的方式將原本教學樓單一的空間分隔成了對外開放空間、封閉空間、對內開放空間三種類型的空間，這三種空間類型又與學生主導的學習空間、老師主導的學習空間、自主學習空間三種教學空間的“三間”對應。模塊內部為封閉空間，用于進行采光需求較弱、開放性較低的網絡教學，即老師主導的學習；模塊外一側為對外開放空間，用于進行學生主導的學習活動；另一側為對內開放空間，用于自主學習。三種空間之間可以實現靈活拓展（圖2）。

圖1 學習空間更新改造策略

圖2 改造后學習空間整體效果

3.1 模塊化空間裝置的介入

該工學教學樓為南方地區十分典型的教學樓，外廊式、帶中庭、框架結構的特點為更新改造提供了一定的空間。根據上文中“一隔三間”的更新策略，方案拆除了原有課室之間的隔墻，代之以模塊化的空間裝置，將原本單一的教學空間分為了自主學習空間、老師主導的學習空間、學生主導的學習空間三種學習空間（圖3）。

圖3 裝置置入方式圖解

（1）模塊單元的具體構成

模塊單元由模塊本身、折疊桌椅、輕質隔板與家具軌道組成。模塊本身由可預制的結構骨架與板材面層組成，安裝簡單方便。桌椅皆采用可折疊設計，桌腳可折疊收起，桌面安裝有磁鐵，椅子折疊后可放置在桌面，吊桿通電后可將桌椅一同吸附。輕質隔板也同樣與吊桿相連，兼有分割物理空間與安裝智能顯示設備的功能。空間單元頂部裝有軌道，桌椅與隔板皆可通過吊桿實現位置的移動（圖4）。

圖4 模塊單元細部構造圖解

（2）模塊空間單元的分類

模塊空間單元分為標準與特殊兩大類。標準模塊即在單個建筑開間中置入標準空間裝置，用少量形式的標準裝置適配多種正式學習、非正式學習、網絡學習的功能，其空間主要包括了不同規模的網課空間、不同規模的討論空間、匯報空間以及部分自主學習空間與休息空間等。特殊模塊中的空間裝置則是標準模塊的組合或變形，其功能和形式也更加多樣，其空間包括了工作坊空間、運動空間、表演空間、展覽空間、校園販賣空間等（圖5）。

3.2 基于師生關系的教學家具布置

不同學習活動下對應相應的家具布置方式。在學習中，學生間存在獨立學習、互相監督、互相討論三種行為，座位布置相對應地存在獨立、相臨、相對三種方式；師生間存在學生自主學習、老師主導的學習、學生主導的學習三種學習行為，座位布置相對應地存在僅有學生獨立而坐、老師與學生相對而坐、老師坐在學生之間三種方式。將與學生間關系對應的家具布置和與師生間關系對應的家具布置進行兩兩組合，即可得到多種基于多維主體教學模式的教學家具的布置方式（圖6）。

圖6 基于師生關系的教學家具布置研究

3.3 開放型社團空間體系的構建

面對高校擴招與城市土地增值之間的矛盾，人才的需求正向復合學科、復合領域的轉變，高校需要提升對社會的開放性，如開放部分公共建筑與學習設施等[12]，這也契合高校推動自身學習空間可持續性更新的需求。一方面與社會企業在學習輔助軟、硬件方面共同研發，可以減少高校更新的投入壓力；另一方面，吸引有能力的社會群體以“老師”的身份參與學生主導的學習，能填補高校面對高生師比的師資缺口。

開放高校教學建筑必然會帶來教育設施管理與功能組織上的困難，因此本文提出構建開放型社團空間體系的策略。社團活動屬于學生主導的學習活動，是非正式學習的典型形式，同時具有很強的開放性。在“三間”中最外層的開放空間中構建開放型社團空間體系，依據不同社團活動從高至低的開放性，從建筑底層向屋面層布置社團活動模塊，并用顯性的交通路徑將這些社團活動模塊進行串聯，有限度地向社會開放（圖7）。通過開放性社團空間體系的構建，高校能與社會共建共享部分文體活動設施、基礎科研活動設施，并以此吸引社會群體參與到學生主導的學習活動中，充分利用社會資源，實現可持續發展。

圖7 開放性社團空間體系示例

3.4 基于物聯網體系的智慧管理機制

（1）家具布置變化方式

第四次工業革命中，物聯網技術的發展推動了建筑智能化的進程，用戶可以通過移動設備和網絡對家具進行控制。在家具布置的變化中正是應用了這一技術，家具軌道通過物聯網的方式根據使用需求進行自動調整，隔板通過軌道移動進行空間劃分，桌椅通過軌道進行使用模式的切換（圖8）。

圖8 家具布置變化方式圖解

（2）預約位置推薦方式

基于物聯網的智慧化管控模式，家具系統可以通過網絡進行預約控制。由于模塊存在多種多樣的形式，空間的圍合情況各異，極可能出現交通流線不暢通的情況。為提升空間改造后系統運行的可行性，可以運用人工智能技術對空間布置方案的合理性進行評估，運用機器學習算法根據用戶需求為用戶推薦最優的預約位置。因此，需要推薦建立一套適用于計算機計算的空間語言，即用數字表示模塊四周的可通過性。如圖9所示，當部分空間通過隔板圍合起來切換為其他功能時，0表示兩個方向均不可通行，1和2分別表示有一或兩個方向可通行。為避免交通問題，只有當相鄰模塊數字合≥2時，智能系統判定預約符合要求。

圖9 模塊可通過性算法圖解

結語

在第四次工業革命中，智慧化趨勢席卷了包括教育在內的社會各個領域。面對新興技術的不斷涌現和新的社會，高校教學空間的更新需要兼顧教學模式的變革與教育技術的發展。學生主導的學習、老師主導的學習、自主學習三種學習方式的共同推進對高校提升學生學習效率、優化師資配置來說有重要意義，因此在更新設計中不僅要對學生主導的學習空間予以關注，更要為多維主體的學習模式提供多種學習空間。

在本文對于教學空間更新的探索中，無論是空間模塊的置入，還是基于物聯網體系的家具系統構建，在建筑技術與計算機技術等方面都不存在較大的技術瓶頸，其制約和限制更新改造策略實施的因素更多來源于教學模式、制度層面，需要高校與社會各界的共同努力。教學模式的變革需要教師與學生在學習方式、學習手段方面的配合，也需要高校在學分制度、教學管理制度方面的改革，還需要社會在人才認定、學習觀念上的轉變。同時，面對前沿教育技術的發展涌現，需要政府以及研究機構、教育組織、企業等民間力量的介入，尋求高校與社會的雙贏手段，進而實現高校學習空間更新的可持續性。

資料來源：

文中圖片均為作者自繪。