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【摘 要】本文以化学实验室为例，从化学学科角度阐述了笔者对未来教室构建模式的理解。即数字化、情境化、主题化、信息技术化。本文展望了国内外未来教室的发展趋势，即学习方式的创新，包括“无本”、“无时”、“无界”、“无度”、“无纲”；学习环境的创新，包括完备的学习环境、多维的学习环境、经济的学习环境。
【关键词】化学；未来；教室
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2014）04-0069-03
未来教室现阶段还是一种理念，现实中部分学校正在进行一些有益的探索，它会随着教育理念和新兴科学技术的发展而不断发展。目前业界关于未来教室的内涵定义主要有如下几种：一种观点认为，未来教室是集成了多种现代科学技术的增强型教室，师生可以无时无刻、无所不在、自由地从事教学活动。它创造了一种新型的教学环境，在这种教学环境中，新技术教学设备和数字媒体能够有效地整合，充分发挥师生教与学的主动性和能动性。对于未来教室，台湾的陈昱萃认为，师生互动的教学模式替代单向讲授的教学模式，以提高学生的学习兴趣为基础，进一步发展学生的创造性思维，给学生充分的选择权，可以自由地挑选学习内容和教学方式，多元化、多管道地学习知识；当然各种先进的硬件支持是必不可少的，如电脑、手机、平板电脑、PAD等。华东师范大学张际平认为，人本主义是未来教室的首要要素，在人、技术、资源和环境等要素中，人是最重要的，同时辅以环境心理学、信息学、人工智能、人机交互等技术支持，以互动为核心，充分发挥各要素的作用，调动课堂教学主体的能动性，构建和谐自由的教学环境。同时，他也认为，未来的教室系统将是智能系统，其最终目标是实现整个教学环境的智能化。
综上所述，未来教室应该是以发达的科学技术为基础，并将其应用于课堂教学中，以人为本，个性化的、积极互动的、数字化的、不受地域与时间限制的新型教学环境。
研究案例
2013年，北京市教委针对未来教室的发展，实施了高中创新教育支撑条件建设工程，重点建设25个市级高中开放式重点实验室。计划在2～3年内建设一批融技术与教学为一体的虚拟、互动、智能的教室，更好地服务师生，培养学生的创新精神和实践能力。获批学校为此做了种种有益探索，现以化学学科实验室的几个特点来说明。该案例引用了何文轶老师在化学创新实验室的相关材料，何老师的设计理念在一定程度上体现了化学未来教室的发展方向。
1. 数字化
化学是以实验为基础的自然科学，实验是其赖以生存并不断发展的基础。化学数字化建设就是整合化学教学与现代信息技术和传感技术，建立智能分析平台，实现化学教学的多元化。通过展示先进技术的魅力，激发学生对未来科技的兴趣，培养学生的创新意识和实践能力，激发学生勇于探究、乐于探究的科学态度。
（1）努力实现教学过程的信息化。信息技术可以构建新型的学习环境，运用以多媒体和网络通讯为基础的现代信息技术，通过网络将现有的封闭式教学推向开放性教学。对同一问题，通过多媒体和网络多视角地比较、分析和思考，深化学生对知识的理解和掌握，充分利用网络通讯技术，达到推动教学方法的改革、实现教学的多元化目的。
（2）现代化学实验手段为充分发挥化学实验在教学中的功能提供了物质保障。信息技术的应用，数字化教学平台的建立，可利用计算机所具有的交互性、快速响应、转换存储等功能，将实验现象快速准确地以数字图形的形式展现在学生面前，微观显示、真实直观，这些为在学习活动中分析过程、揭示实质、理解原理、探究规律提供了科学的依据。
数字化化学实验平台的建立，将化学实验与计算机、多媒体、网络技术进行整合，构建学生自主探究和主动学习的开放环境，学生的非智力因素得到了充分调动，激发学生自主学习的兴趣，有效培养了学生自主发现问题、解决问题的能力。使学生的思维变得更加活跃，更加深刻并能全身心地投入到课堂的学习活动之中。
2. 情境化
将化学和生物实验室的相关资源进行整合，以“情境化学实验室”的形式再现，主要从认识和保护生态环境出发，结合生活中的实例，为学生营造一种生活中的化学的情景，而不仅仅是为教学而教学。例如，讲授汽车尾气是雾霾天气形成原因之一时，可以模拟出城市道路汽车的发动机声，让学生似乎能闻到尾气的味道，从而激发学生珍爱自然、保护环境的意识。也可以利用分光光度计，温度、PH等传感器，并结合常规仪器开展与生活中的化学相关的实验探究活动，使学生能够真正感受到化学与我们的生活息息相关。例如，补铁剂中铁元素含量的测定； 食盐中碘含量的测定；水果维生素C含量的测定；食醋中总酸量的测定等。
3. 主题化
（1）由教师或学生自主确定恰当的、能体现化学学科核心知识的实验探究主题，让学生通过主题实验探究加深对化学科学的理解，帮助学生构建良好的化学学科知识体系，全面提升学生的化学学科素养。
（2）突出化学与社会生活的密切联系，充分挖掘化学实验的验证功能、科学方法的教育功能和育人功能，为学生的研究性学习和科技创新实践活动提供理论指导和物质支持，让学生按照研究性学习的要求，开展自主实验课题探究活动。
4.信息化
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出，要加快信息化进程，提高学生学习运用信息技术分析和解决问题的能力。为了使教学更有成效，需要借用必要的技术手段，使技术作为教学中不可或缺的重要支撑，切切实实成为学生学习思考和知识建构的促进者，而不仅仅是一种学习的辅助工具，从而在信息化基础上，实现虚拟教学环境，通过人机对话促进学生的主动学习，推动教学方式、学习方式的变革。
发展趋势
未来教室不仅仅是硬件设备上的集成与管理，更需要借助软件来协调硬件之间的相互关系，简化操作步骤，扩展其中的服务功能。对教师与学生而言，这一切意味着教学理念、教学方式、教学手段以及学习方式的变革，运用得好会使教学质量、教学效率和学习效果得到有效提升。纵观世界各国未来教室的发展，笔者初步归纳有如下的发展趋势。 （一）学习方式的创新（五“无”）
1.“无本”
按照未来教室的设想，无课本课堂是未来教室对传统学校的一个重要突破。为了使学生的学习方式接近21世纪知识工作者的工作方式，未来教室需要给每位学生配备电子书包，为教师教学配备集成计算机、投影系统、交互式电子白板功能的教学环境。学习可以以教师为主导，也可以以学生个体为主导，教学资源对于所有人都是开放的，教学活动主要以各种主题资源为基础展开。在一些开放性的学习内容中，更是以整个互联网上的资源为对象。
当然，所谓“无本”是未来教室建设的一个目标，就当前的情况而言，我们还不能完全抛弃印刷品教学材料。“无本”课堂的建设方向是逐渐减少纸质的印刷品而增加更多的数字媒体。为此，作为未来学校的一部分，图书馆不再是收藏书籍的地方，而更多的应该是一个媒体发布平台，可以进行互动学习的地方。
2.“无界”
未来教室力图改变人们对教学、学习的传统理解。未来教室中的人不是学生，而是学习者，学习成为生活的一部分。而学习者的学习过程，不是在某个固定的地方，他所有的学习过程都进行了云存储。虽然物理上处于不同的学习地点，但是可以保证每次面对的是同样的学习情境。
对于处在集中学习阶段的学生来说，他们应该随身携带电子书包。他们可以在教室里学习，也可以在图书馆，甚至餐厅学习。只要一机在手，在校园外也一样可以学习，这完全打破了传统学习对地点的依赖，最终达到学习和生活的完美融合。
3.“无时”
未来教室的重要目标之一，就是实现学习的连续性和相关性。在教师的工作时间内，每位学生个体的作息时间是不同的。学生进入教学环境后，分别选择自己的学习进程，教师和学生存在双向的时间选择。不再存在全班同时的固定课程表。
4.“无度”
未来教室系统是一个个性化的系统，每位学生在学习时有不同的进度，这样更有利于学生的个性培养。不会让优等生觉得无聊，也不会让后进生赶不上进度。在学生的电子书包里有专门的学习进度评估软件，如果学生通过了评估，则可以继续学习，甚至学习超出大纲的内容，但如果学生屡次未通过评估，他可以及时地向教师求助，教师可以实时地针对该同学的问题进行辅导。学生们的作业也是由数字化的作业处理软件批改，教师通过软件给出的统计数据了解学生学习的进度。教师也会定期地主动对学生进行评估干预，以加快或减慢学生的学习进度，同时对需要帮助的学生进行单独辅导。在未来教室里，教师的工作模式发生了很大的改变，但是在教学中的作用并没有减弱。
5.“无纲”
与“无本”、“无界”、“无时”、“无度”相对应的是“无纲”。 “无纲”即研究性学习，未来教室里的学习不再是单独的学科课程，常常是通过一个问题，将学生的研究性学习与数门学科课程结合起来。这样的学习模式，不仅培养了学生的创新精神，而且是将学习与生活、社会现实紧密相连，学生不再端坐于象牙塔内埋头苦读了。
（二）学习环境的创新
1. 完备的学习环境
未来教室不仅要对直接的教学环境进行建设，还要对间接教学环境有所考虑。与教学活动直接联系的硬件设备、网络、数字资源必须建设到位。而相关的建筑也必须按照绿色环保的要求建设。教学楼的外墙需要覆盖太阳能电池板，为学校提供能源，门窗都需要密封保暖，屋顶要有雨水收集装置，各种教室应该尽量采用自然光，教室内的环境温湿度、空气质量处于实时监控下，分布于各处的传感器实现各种节能功能。在这样的环境中生活和学习的学生可以身临其境地感受到绿色校园的友好生态环境的价值。这种科技与教育的集合体，直接学习与间接熏陶的相互融合就是未来教室所追求的目标。
2. 多维的学习环境
未来教室应该可以灵活地分割空间以适应各种教学活动的要求，并且兼顾了合作性和便捷性。以理科实验室功能为例，在其中学生会感受到科学的巨大力量，科学在推进人类社会进步中的作用，从而自发地对科学产生敬仰。通过内部结构的调整和科学氛围的营造，使学生觉得自己就是科研人员；设备、家具可以自由组合以适应多种教学活动。教室内部区域的划分也兼顾了适合集体活动的、鼓励学生相互合作的区域和适合学生单独活动、进行深入思考的区域。
3. 经济的学习环境
未来教室的建造成本应该控制在预算标准内，在设计上十分注重经济性。“开放式剧场”、“课余活动场所”、“会场”等功能集成在一个单元内。整座校舍内还有多处活动幕墙，其中的家具轻便易搬，随时可被分割成多间报告厅、讨论室或教室。体现“经济”的另一种形式是“边界模糊”。在未来教室中，传统的学习和非学习空间的界限已经模糊，包括走廊、餐厅在内的所有空间几乎都被利用。在校舍外，传统的“校内”和“校外”的界限也已经模糊，真正地把学习融入到了生活中。
总之，随着技术的突飞猛进，未来教室的设计应最大限度地实现技术与课堂的有机结合，营造最优化的教学环境，以“学”为中心，以促进“教与学”为目的，使之适应不同类型的教与学，最终实现虚拟化、智能化的教与学。
（作者单位：北京市教育技术设备中心 北京建工大学）
【关键词】化学；未来；教室
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2014）04-0069-03
未来教室现阶段还是一种理念，现实中部分学校正在进行一些有益的探索，它会随着教育理念和新兴科学技术的发展而不断发展。目前业界关于未来教室的内涵定义主要有如下几种：一种观点认为，未来教室是集成了多种现代科学技术的增强型教室，师生可以无时无刻、无所不在、自由地从事教学活动。它创造了一种新型的教学环境，在这种教学环境中，新技术教学设备和数字媒体能够有效地整合，充分发挥师生教与学的主动性和能动性。对于未来教室，台湾的陈昱萃认为，师生互动的教学模式替代单向讲授的教学模式，以提高学生的学习兴趣为基础，进一步发展学生的创造性思维，给学生充分的选择权，可以自由地挑选学习内容和教学方式，多元化、多管道地学习知识；当然各种先进的硬件支持是必不可少的，如电脑、手机、平板电脑、PAD等。华东师范大学张际平认为，人本主义是未来教室的首要要素，在人、技术、资源和环境等要素中，人是最重要的，同时辅以环境心理学、信息学、人工智能、人机交互等技术支持，以互动为核心，充分发挥各要素的作用，调动课堂教学主体的能动性，构建和谐自由的教学环境。同时，他也认为，未来的教室系统将是智能系统，其最终目标是实现整个教学环境的智能化。
综上所述，未来教室应该是以发达的科学技术为基础，并将其应用于课堂教学中，以人为本，个性化的、积极互动的、数字化的、不受地域与时间限制的新型教学环境。
研究案例
2013年，北京市教委针对未来教室的发展，实施了高中创新教育支撑条件建设工程，重点建设25个市级高中开放式重点实验室。计划在2～3年内建设一批融技术与教学为一体的虚拟、互动、智能的教室，更好地服务师生，培养学生的创新精神和实践能力。获批学校为此做了种种有益探索，现以化学学科实验室的几个特点来说明。该案例引用了何文轶老师在化学创新实验室的相关材料，何老师的设计理念在一定程度上体现了化学未来教室的发展方向。
1. 数字化
化学是以实验为基础的自然科学，实验是其赖以生存并不断发展的基础。化学数字化建设就是整合化学教学与现代信息技术和传感技术，建立智能分析平台，实现化学教学的多元化。通过展示先进技术的魅力，激发学生对未来科技的兴趣，培养学生的创新意识和实践能力，激发学生勇于探究、乐于探究的科学态度。
（1）努力实现教学过程的信息化。信息技术可以构建新型的学习环境，运用以多媒体和网络通讯为基础的现代信息技术，通过网络将现有的封闭式教学推向开放性教学。对同一问题，通过多媒体和网络多视角地比较、分析和思考，深化学生对知识的理解和掌握，充分利用网络通讯技术，达到推动教学方法的改革、实现教学的多元化目的。
（2）现代化学实验手段为充分发挥化学实验在教学中的功能提供了物质保障。信息技术的应用，数字化教学平台的建立，可利用计算机所具有的交互性、快速响应、转换存储等功能，将实验现象快速准确地以数字图形的形式展现在学生面前，微观显示、真实直观，这些为在学习活动中分析过程、揭示实质、理解原理、探究规律提供了科学的依据。
数字化化学实验平台的建立，将化学实验与计算机、多媒体、网络技术进行整合，构建学生自主探究和主动学习的开放环境，学生的非智力因素得到了充分调动，激发学生自主学习的兴趣，有效培养了学生自主发现问题、解决问题的能力。使学生的思维变得更加活跃，更加深刻并能全身心地投入到课堂的学习活动之中。
2. 情境化
将化学和生物实验室的相关资源进行整合，以“情境化学实验室”的形式再现，主要从认识和保护生态环境出发，结合生活中的实例，为学生营造一种生活中的化学的情景，而不仅仅是为教学而教学。例如，讲授汽车尾气是雾霾天气形成原因之一时，可以模拟出城市道路汽车的发动机声，让学生似乎能闻到尾气的味道，从而激发学生珍爱自然、保护环境的意识。也可以利用分光光度计，温度、PH等传感器，并结合常规仪器开展与生活中的化学相关的实验探究活动，使学生能够真正感受到化学与我们的生活息息相关。例如，补铁剂中铁元素含量的测定； 食盐中碘含量的测定；水果维生素C含量的测定；食醋中总酸量的测定等。
3. 主题化
（1）由教师或学生自主确定恰当的、能体现化学学科核心知识的实验探究主题，让学生通过主题实验探究加深对化学科学的理解，帮助学生构建良好的化学学科知识体系，全面提升学生的化学学科素养。
（2）突出化学与社会生活的密切联系，充分挖掘化学实验的验证功能、科学方法的教育功能和育人功能，为学生的研究性学习和科技创新实践活动提供理论指导和物质支持，让学生按照研究性学习的要求，开展自主实验课题探究活动。
4.信息化
《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出，要加快信息化进程，提高学生学习运用信息技术分析和解决问题的能力。为了使教学更有成效，需要借用必要的技术手段，使技术作为教学中不可或缺的重要支撑，切切实实成为学生学习思考和知识建构的促进者，而不仅仅是一种学习的辅助工具，从而在信息化基础上，实现虚拟教学环境，通过人机对话促进学生的主动学习，推动教学方式、学习方式的变革。
发展趋势
未来教室不仅仅是硬件设备上的集成与管理，更需要借助软件来协调硬件之间的相互关系，简化操作步骤，扩展其中的服务功能。对教师与学生而言，这一切意味着教学理念、教学方式、教学手段以及学习方式的变革，运用得好会使教学质量、教学效率和学习效果得到有效提升。纵观世界各国未来教室的发展，笔者初步归纳有如下的发展趋势。 （一）学习方式的创新（五“无”）
1.“无本”
按照未来教室的设想，无课本课堂是未来教室对传统学校的一个重要突破。为了使学生的学习方式接近21世纪知识工作者的工作方式，未来教室需要给每位学生配备电子书包，为教师教学配备集成计算机、投影系统、交互式电子白板功能的教学环境。学习可以以教师为主导，也可以以学生个体为主导，教学资源对于所有人都是开放的，教学活动主要以各种主题资源为基础展开。在一些开放性的学习内容中，更是以整个互联网上的资源为对象。
当然，所谓“无本”是未来教室建设的一个目标，就当前的情况而言，我们还不能完全抛弃印刷品教学材料。“无本”课堂的建设方向是逐渐减少纸质的印刷品而增加更多的数字媒体。为此，作为未来学校的一部分，图书馆不再是收藏书籍的地方，而更多的应该是一个媒体发布平台，可以进行互动学习的地方。
2.“无界”
未来教室力图改变人们对教学、学习的传统理解。未来教室中的人不是学生，而是学习者，学习成为生活的一部分。而学习者的学习过程，不是在某个固定的地方，他所有的学习过程都进行了云存储。虽然物理上处于不同的学习地点，但是可以保证每次面对的是同样的学习情境。
对于处在集中学习阶段的学生来说，他们应该随身携带电子书包。他们可以在教室里学习，也可以在图书馆，甚至餐厅学习。只要一机在手，在校园外也一样可以学习，这完全打破了传统学习对地点的依赖，最终达到学习和生活的完美融合。
3.“无时”
未来教室的重要目标之一，就是实现学习的连续性和相关性。在教师的工作时间内，每位学生个体的作息时间是不同的。学生进入教学环境后，分别选择自己的学习进程，教师和学生存在双向的时间选择。不再存在全班同时的固定课程表。
4.“无度”
未来教室系统是一个个性化的系统，每位学生在学习时有不同的进度，这样更有利于学生的个性培养。不会让优等生觉得无聊，也不会让后进生赶不上进度。在学生的电子书包里有专门的学习进度评估软件，如果学生通过了评估，则可以继续学习，甚至学习超出大纲的内容，但如果学生屡次未通过评估，他可以及时地向教师求助，教师可以实时地针对该同学的问题进行辅导。学生们的作业也是由数字化的作业处理软件批改，教师通过软件给出的统计数据了解学生学习的进度。教师也会定期地主动对学生进行评估干预，以加快或减慢学生的学习进度，同时对需要帮助的学生进行单独辅导。在未来教室里，教师的工作模式发生了很大的改变，但是在教学中的作用并没有减弱。
5.“无纲”
与“无本”、“无界”、“无时”、“无度”相对应的是“无纲”。 “无纲”即研究性学习，未来教室里的学习不再是单独的学科课程，常常是通过一个问题，将学生的研究性学习与数门学科课程结合起来。这样的学习模式，不仅培养了学生的创新精神，而且是将学习与生活、社会现实紧密相连，学生不再端坐于象牙塔内埋头苦读了。
（二）学习环境的创新
1. 完备的学习环境
未来教室不仅要对直接的教学环境进行建设，还要对间接教学环境有所考虑。与教学活动直接联系的硬件设备、网络、数字资源必须建设到位。而相关的建筑也必须按照绿色环保的要求建设。教学楼的外墙需要覆盖太阳能电池板，为学校提供能源，门窗都需要密封保暖，屋顶要有雨水收集装置，各种教室应该尽量采用自然光，教室内的环境温湿度、空气质量处于实时监控下，分布于各处的传感器实现各种节能功能。在这样的环境中生活和学习的学生可以身临其境地感受到绿色校园的友好生态环境的价值。这种科技与教育的集合体，直接学习与间接熏陶的相互融合就是未来教室所追求的目标。
2. 多维的学习环境
未来教室应该可以灵活地分割空间以适应各种教学活动的要求，并且兼顾了合作性和便捷性。以理科实验室功能为例，在其中学生会感受到科学的巨大力量，科学在推进人类社会进步中的作用，从而自发地对科学产生敬仰。通过内部结构的调整和科学氛围的营造，使学生觉得自己就是科研人员；设备、家具可以自由组合以适应多种教学活动。教室内部区域的划分也兼顾了适合集体活动的、鼓励学生相互合作的区域和适合学生单独活动、进行深入思考的区域。
3. 经济的学习环境
未来教室的建造成本应该控制在预算标准内，在设计上十分注重经济性。“开放式剧场”、“课余活动场所”、“会场”等功能集成在一个单元内。整座校舍内还有多处活动幕墙，其中的家具轻便易搬，随时可被分割成多间报告厅、讨论室或教室。体现“经济”的另一种形式是“边界模糊”。在未来教室中，传统的学习和非学习空间的界限已经模糊，包括走廊、餐厅在内的所有空间几乎都被利用。在校舍外，传统的“校内”和“校外”的界限也已经模糊，真正地把学习融入到了生活中。
总之，随着技术的突飞猛进，未来教室的设计应最大限度地实现技术与课堂的有机结合，营造最优化的教学环境，以“学”为中心，以促进“教与学”为目的，使之适应不同类型的教与学，最终实现虚拟化、智能化的教与学。
（作者单位：北京市教育技术设备中心 北京建工大学）