基于PST框架的智慧教學環(huán)境應用成效分析

田建林 崔亞強 余淇 王春艷 殷婕

摘要：智慧教學環(huán)境在助推智慧教育落地實踐與規(guī)模化發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用，然而關于智慧教學環(huán)境應用成效的研究較為缺乏。基于此，作者結(jié)合“建設效果”和“應用效果”兩大維度，從宏觀建設到微觀應用，基于PST框架全面開展智慧教學環(huán)境應用成效分析，以期為高校智慧教學環(huán)境建設實踐與應用評估提供指導意見，促進教師的適應性教學和學生的個性化學習。

關鍵詞：PST框架；智慧教學環(huán)境；成效分析

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）09-0109-04

引言

智慧教學環(huán)境是當前國內(nèi)外研究者關注的熱點問題之一，它為課堂教學帶來新的機遇與變革，同時伴隨著新興技術（如云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等）下沉應用。目前，智慧教學環(huán)境的研究領域主要集中在基礎理論、設計研究以及應用研究三個方面，如建設理念[1]、物理空間設計、關鍵技術支撐、建設類型[2]、教學應用模式等，已出現(xiàn)了一部分成功且典型的高校案例。[3]

然而，關于智慧教學環(huán)境應用成效分析的研究卻較少。考慮到評價指標體系構(gòu)建是一個全面且系統(tǒng)的工程，早期可供參考與研究的第一手案例不多，無法大規(guī)模開展，所以筆者結(jié)合所在高校基礎設施已具一定規(guī)模、教師教學逐步形成常態(tài)的實際情況，在已有研究的基礎上，通過梳理智慧教學環(huán)境科學建設路徑與教學創(chuàng)新應用模式，嘗試從“建設效果”和“應用效果”兩大維度入手，涵蓋宏觀和微觀兩個層次，全面開展智慧教學環(huán)境應用成效分析，以期為高校智慧教學環(huán)境建設實踐與應用評估提供指導意見。

PST框架介紹

PST框架[4]由澳大利亞昆士蘭大學David Radcliffe教授提出，主要用于評估學習空間的設計和技術應用，他認為設計或者評估學習空間應該從教學法（Pedagogy）、學習空間（Space）和信息技術（Technology）三要素出發(fā)，這三者缺一不可、互相聯(lián)系、互相制約。

其中，“學習空間”和“信息技術”均是以支持和促進相應的“教學法”為核心目的，空間建設需要嵌入相關信息技術才能擴展物理功能，而信息技術應用也需要充分嵌入到空間中才可以發(fā)揮更好的作用。PST框架模型體現(xiàn)了三要素的迭代循環(huán)關系，研究者無論從哪個要素開始考慮空間設計與評估，均要關注剩余二者對其的影響和支持作用。

筆者借鑒當前國內(nèi)外對智慧教學環(huán)境研究的最新成果，并通過對所在高校建設應用情況的梳理，圍繞“教學法—空間—技術”（PST）框架，開展了智慧教學環(huán)境應用成效分析，最終促進教師的適應性教學和學生的個性化學習。在宏觀層面，從建設者的角度考量智慧教學環(huán)境建設類型、數(shù)量是否滿足常態(tài)化教學需求，在微觀層面，從教師/學生角度考量智慧教學環(huán)境應用是否滿足個性化教學需求。

智慧教學環(huán)境應用成效分析

1.智慧教學環(huán)境宏觀建設成效分析

目前，智慧教學環(huán)境建設類型主要有8種，包括靈活多變的研討教室、網(wǎng)絡互動教室、手機互動教室、遠程互動教室、多視窗互動教室、多屏研討互動教室、專用研討教室、智能階梯教室等，無論是對深度體驗式、小組協(xié)作式、互動反饋式、跨區(qū)域協(xié)作式，還是對操作指導式課堂，均達到一定覆蓋程度。從實際使用情況來看，目前智慧教學環(huán)境建設類型廣泛，基本上可以滿足自身的教學需求。同時，通過調(diào)研筆者了解到目前智慧教學環(huán)境在使用體驗方面還有提升空間，如受限于網(wǎng)絡傳輸屏障，教學大視頻資源無法及時獲得、大規(guī)模直錄播遠程教學無法開展、師生及時性智能交互體驗不佳、AR/VR移動端應用存在卡頓等。基于此，在下一步智慧教學環(huán)境建設規(guī)劃中，將重點引入5G技術，借由其高傳輸率、低網(wǎng)絡延時和低消耗等特點，為智慧教學環(huán)境新型構(gòu)建和智能教學模式實施提供技術通信基礎，具體典型的教學應用場景可以體現(xiàn)在高清互動智慧課堂、沉浸式課堂教學、精準化個性教學[5]等方面。另外，在音視頻已成為教室建設常態(tài)化需求的基礎上，針對遠程代入感不強的問題，后續(xù)結(jié)合5G+VR技術，基于教育科學和大腦認知規(guī)律，打造智能全景教室開展360度實景教學，通過大場景的視覺革命重塑教室形態(tài)，助力構(gòu)建信息化教育新態(tài)勢。

2.智慧教學環(huán)境微觀應用成效分析

（1）學習空間

筆者圍繞學習空間，通過物理環(huán)境和座位布局來了解智慧教學環(huán)境應用成效。

在物理環(huán)境維度，考慮到教室環(huán)境因素（特別是顏色、聲音等）對教師和學生身心活動的直接影響，筆者所在高校在設計上主要依托唐納德·諾曼的情感化設計理論[6]，根據(jù)“本能層-行為層-反思層”理論來指導智慧教學環(huán)境設計，應用效果良好。具體體現(xiàn)如下：

第一，在本能層上著重探討視覺所產(chǎn)生的第一感覺，即要求教室墻壁、窗簾、地板、桌椅、門窗等色彩搭配協(xié)調(diào)平衡，純度低、明度高，讓師生產(chǎn)生較好的第一印象；在教學公共區(qū)域通過隔斷方式同步設立私秘、半私秘學習區(qū)域，保障日常學習或師生交流中的安全感。

第二，在行為層的設計上注重智慧教學環(huán)境的功能性、易用性，設計上以學習者為主體，構(gòu)建適當?shù)沫h(huán)境，能讓人與其和諧共處。例如，根據(jù)特色學科設計高度可調(diào)節(jié)、形狀可拼接、位置可旋轉(zhuǎn)的舒適變型桌椅；根據(jù)室內(nèi)人數(shù)配備亮度可自控、溫度自適應的智能管控系統(tǒng)；讓新興技術下沉應用成為標配，云服務、智能教學分析系統(tǒng)、多種交互式設備隨手可得。

第三，在反思層方面注重讓智慧教學環(huán)境來引導學生學習情感，產(chǎn)生學科共鳴，幫助學生形成學科自豪感，如根據(jù)工科、文科等不同學科設計風格迥然不同的教室，另外根據(jù)教學活動設計不同的功能教室等。

在座位布局維度，通過精心設計、科學布局課桌椅來培養(yǎng)學生交流溝通、合作團結(jié)、思維創(chuàng)造等能力。在智慧教室SMART概念模型中，“環(huán)境管理（M-manageable）”作為五維之一，主要強調(diào)智慧教室環(huán)境布局的多樣性和智能管理便捷性，目的是想讓靈活的教室布局更好地促進多種教學活動的開展。筆者所在高校在“活動桌椅”“有效間距”方面做了相關嘗試。第一，活動桌椅，可組合可旋轉(zhuǎn)，便于教師按需設計課堂形態(tài)。按照平等化、靈活性、開放式、多樣化的教室布局原則，教師可自定義U形模式、T形模式、O形模式等。大型階梯教室則采用一階兩排，搭配360°旋轉(zhuǎn)座椅，同步支持大班授課和小組研討。第二，智慧教學環(huán)境間距設計因“室”而異。根據(jù)美國空間關系學家愛德華·霍爾博士的空間親密關系論，智慧教學環(huán)境在桌椅布局上，充分參考私人距離（1.2m）和社交距離（3.6m）界限。例如，根據(jù)教室功能類型的不同，靈活調(diào)整智能教室里小組研討的有效空間距離，在以教師為中心3.6m的范圍內(nèi)開展，組內(nèi)討論桌的最大直徑在1.2m左右，以保障師生互動交流的效果，提升教學活動的舒適度。同時在保證有效距離的基礎上，預留教師“移動路徑”[7]，便于教師“從學生中來，進學生中去”開展師生討論與交流。

（2）信息技術

圍繞信息技術，筆者從設備獲取、資源獲取及內(nèi)容呈現(xiàn)三方面進行智慧教學環(huán)境應用成效分析。

第一，智慧教學環(huán)境在軟硬件設備獲取、使用方面要方便，主要體現(xiàn)在教學擴聲、屏幕顯示、教學互動三個方面。在教學擴聲方面，在教室上方采用吊麥非侵入式進行擴聲，在使用便捷的同時保證聽音效果。[8]在屏幕內(nèi)容顯示方面，教師可根據(jù)教學設計自行選擇相關類型功能教室，其中單屏類教室為常規(guī)類型智能教室，雙屏類教室比較適合對比呈現(xiàn)，多屏類教室則適合小組研討式教學。在教學互動方面，引入手機互動軟件，支持自帶設備（BYOD）。另外，“去APP化”也是目前智慧教學環(huán)境建設的理念之一，考慮到早期建設中互動軟件均是以APP控制實現(xiàn)人機交互，容易導致APP種類較多、存儲空間占用較大、賬密繁多、需求割裂等問題，則可以通過統(tǒng)一身份認證實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口對接，將多類APP統(tǒng)一入口、數(shù)據(jù)共享，提升師生使用體驗。

第二，教學資源獲取便利。一方面得益于良好的校園網(wǎng)絡建設，即教學樓、圖書館、行政樓無線網(wǎng)絡高密度覆蓋，達到有線網(wǎng)絡千兆到桌面、骨干鏈路達萬兆。另一方面注重優(yōu)質(zhì)資源匯聚，智慧教學環(huán)境支持校內(nèi)優(yōu)質(zhì)課程資源常態(tài)化錄播自動入庫，滿足教師就知識點進行切片、重組、關聯(lián)等操作，實現(xiàn)教學資源再生成。同時，智慧教學環(huán)境通過精細化整合實現(xiàn)多平臺公有慕課資源的多源匯聚，以此解決教學資源割裂問題。

第三，在教學內(nèi)容呈現(xiàn)方面，智慧教學環(huán)境要達到內(nèi)容呈現(xiàn)清晰可見且符合學生認知的特點。智慧教學環(huán)境中的多視窗互動教室的設計采用特殊投影大屏，教師根據(jù)教學需要可同時對多個教學資源進行展示、對比，資源信號類型包括圖文信號、音視頻信號等，便于高難度復雜問題同一時間得到全方位展示，更有利于學生對知識的信息加工。例如，醫(yī)學類課程可以對某一器官的多面解剖圖和立體效果進行多維度展示，也可對比呈現(xiàn)病變前后細胞、組織、器官形態(tài)；藝術、建筑類課程則可將平面設計效果與立體成品同屏呈現(xiàn)或?qū)Ρ龋罱K促進學生有意義的學習。

（3）教學法

在教學法績效層面，筆者通過課堂交互活動來考察智慧教學環(huán)境對教學的支撐應用。課堂交互活動涉及的“人人交互”“人機交互”“教師引導”“學習支撐”四大部分均離不開相應系統(tǒng)支撐。

第一，通過互動系統(tǒng)中“隨機挑人”“指定作答”“隨機搶答”等功能形成特定師生交流路徑，提升課堂活躍程度，保障學生的參與感、現(xiàn)場感，高效開展師生互動和生生互動。第二，通過系統(tǒng)隨堂測驗、隨機出題、詞云反饋等方式最大程度擴展課堂參與范圍與程度，保障每個學生參與，實現(xiàn)課堂環(huán)境民主平。第三，通過系統(tǒng)開展翻轉(zhuǎn)設計、小組研討、課堂辯論等多種模式，引導學生自主、合作與探究，多層次實現(xiàn)個性化教學。

總結(jié)與思考

1.結(jié)合教育新基建理念，助推智慧教學環(huán)境再升級

目前，通過一定的信息化手段和基礎互動，課堂教學狀態(tài)實現(xiàn)了從沉寂（Sclience）、回答（Answer）走向?qū)υ挘―ialogue）甚至批判（Critical）。然而按照教育新基建理念，智慧教學環(huán)境的建設要“促進教育數(shù)據(jù)應用”“提升教育發(fā)展動態(tài)監(jiān)測能力，提升數(shù)據(jù)的時效性和準確性，強化精準趨勢分析能力……支撐科學決策”[9]，因此后續(xù)智慧教學環(huán)境的建設應注重教育數(shù)據(jù)價值，通過課程地圖、知識圖譜等方式為不同學科、不同內(nèi)容提供個性化的模式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)精準變現(xiàn)。

2.智慧教學環(huán)境跨越實體虛擬雙空間，應用范疇注重雙場域

智慧教學環(huán)境不僅僅涵蓋教室實體空間，同時應包括網(wǎng)絡虛擬空間，形成虛實融合的開放教育新生態(tài)。隨著新基礎通信技術、視覺沉浸技術以及人機交互技術的深入應用，智慧教學環(huán)境研究范疇也將進一步拓展，對其的應用成效分析也隨之延伸到實體和虛擬兩個場域，因此，如何開展有效的雙場域應用是后續(xù)關注的重點。

3.智慧教學環(huán)境維保能力評估不容忽視

考慮到系統(tǒng)、平臺、設備等自身存在生命周期，加之技術進步、需求提升以及網(wǎng)絡安全新要求等，智慧教學環(huán)境維保能力評估作為其應用成效支持的一大部分也不可或缺。雖然智慧教學環(huán)境在管控方面已逐步實現(xiàn)智能聯(lián)動、遠程維護、遠程巡檢等[10]功能，但是運維服務能否持續(xù)投入則是評價其維保能力強弱的指針之一。只有提供長期而優(yōu)質(zhì)的服務體系，獲取師生信任，進而促進智慧教學環(huán)境的深化應用，才能從真正意義上促進智慧教育落地生根。

參考文獻：

[1]崔亞強，甘啟宏，王春艷.高校智慧教學環(huán)境的建設與運行機制思考[J].現(xiàn)代教育技術，2020（03）：95-100.

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[3]余淇.高校智慧教學環(huán)境應用提升的思考與建議[J].軟件導刊，2018（11）：43-45.

[4]Radcliffe，D.. A Pedagogy-space-technology（PST）Framework for Designing and Evaluating Learning Places[C]//Learning Spaces in Higher Education：Positive Outcomes by Design. Proceedings of the Next Generation Learning Spaces 2008 Colloquium，University of Queensland，Brisbane，2009：11-16.

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[7]Fredric H Jones.Tools for Teaching：Discipline，Instruction， Motivation[M].CA：Fredric H. Jones Associates，2000.

[8]崔亞強，甘啟宏.教學擴聲的理論與實踐探索[J].現(xiàn)代教育技術，2019（04）：82-87.

[9]中華人民共和國教育部.關于推進教育新型基礎設施建設構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導意見[EB/OL].（2021-07-08）[2022-05-05].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/202107/t20210720_545783.html.

[10]黎生，田建林，余淇.高校智能教室建設新需求分析——以四川大學為例[J].中國教育信息化.2020（21）：90-93.

作者簡介：田建林（1986—），女，四川大學信息化建設與管理辦公室助理研究員，碩士，研究方向為智慧教育學習環(huán)境構(gòu)建、高校信息化教學平臺有效性、教學模式等。

本文為2019年四川省高等學校人文社會科學重點研究基地·四川省教育信息化應用與發(fā)展研究中心項目“智能教室建設路徑探析與效果實證研究”（編號：JYXX19-002）；2020年四川省教育信息技術研究“十三五”規(guī)劃課題“智慧教學環(huán)境評價體系初探”（編號：川教館﹝2020﹞60019）；四川省2021-2023年高等教育人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學改革項目“知識圖譜驅(qū)動的跨學科交叉融合人才培養(yǎng)模式研究”（JG2021-35）階段性成果。