【学校运用数字技术的方向:超越课堂】 硒的运用方向

　　当前，我国正从教育大国向教育强国、从人力资源大国向人力资源强国迈进，而创新应当是实现教育强国与人力资源强国的关键指标。新型创新人才的培养与教育，特别是数字化环境下的教育创新，理所当然地成为学校探究与实践的一个核心问题。当今天的中学生踏进社会时，他们能否具备适应数字化环境的生存、发展和创新能力，能否应对数字化环境中的学习与挑战，能否拥有先进技术和最新知识，这些是能否成为具有创新能力的人才最具决定性的要素之一。航天领域里发射、轨道变更与追踪技术密切依赖数字科技，医学卫生领域中先进的微创手术、微型外科治疗依靠数字技术等，这些必将深入影响学校运用数字技术的发展方向，推进课堂的超越。
　　超越课堂将成为学校运用数字技术的方向
　　进入21世纪，数字技术的推广在多个领域都掀起了数字化革命的浪潮。同样，数字技术也给教育领域带来了深刻的变革。无论是课程、学习方式还是教学手段与管理，数字技术在学校中的运用都应有所作为。对于课堂教学而言，未来学校运用数字技术应该做些什么，可能做些什么，这需要我们展开一系列的思考，寻求新的发展方向。近十年来，数字技术运用于课堂教学，先是计算机辅助教育，接下来是数字技术与课程整合，都已显现了一定的效果，但数字技术与教学结合的真正出路在哪里，仍需要我们做深入探索。我们先来分析课堂教学运用数字技术的三种形态，随后再来剖析教学运用数字技术的发展新方向是什么。
　　数字技术运用于课堂教学的三种形态
　　从课堂和数字技术两者的关系而言，数字技术运用于课堂教学实际上有三种形态：帮助课堂、替代课堂与超越课堂。
　　帮助课堂。帮助课堂的内涵是数字技术以“辅助”的角色运用于课堂教学，例如将电子板书和媒体资料等由文字、声音、图表、视频、动画等多媒体形式表现的信息运用于课堂讲解和知识学习的各个环节。中国教育是以认知为主要特征的教育方式，数字技术在学校教育中的运用大多承担一种辅助的角色，例如电子板书、PPT使得教师的讲解更加清晰，媒体、文字、声音，包括图画、多媒体的形式，使教学得到了一定程度的改变。但教学成本问题随之而来，由于数字技术更新速度很快，各种各样的投影仪，包括面世不久、在有些省市已经进一步推广的交互式电子白板技术、电子书包技术等，使得我们的教学成本大幅度提升。如果技术起到的还只是辅助作用，那么对应的极其巨大的经济投入就要考虑国情问题，其使用的范围与效能也必将因此受到很大的限制。
　　替代课堂。替代课堂是利用VCD、DVD、网络（远程）教育等方式替代传统的由教师亲临课堂授课的教学方式，以多媒体技术为主要媒体，用屏幕或互联网进行跨时空、跨地域交互教学。它的优点在于灵活方便、便于管理、资源共享、个性化服务。缺点是与受众的需求不一定匹配；需要学生具备良好的学习自觉性和独立性；完全虚拟的教育环境遗漏了大量有价值的教育经验；课堂的德育功能存在着明显不足，所以现在主要适用于业余学习、课外学习。远程教育中有个显而易见的例子：MIT（麻省理工学院）的网上公开课最近在国内受到热捧，虽然这种教育方式、教学模式是新鲜的，但如果把它作为教与学的主要形式，很难得到真正的落实。教学本是教师与学生之间的互动，这种课堂形式缺少了感应和激情，缺少了上课时针对学生实际出发的应变。很多教育网站都希望能够替代课堂，实际上效果不佳。我们认为真正的完全意义上的替代是做不到的，只能用数字技术来部分替代我们的课堂。
　　超越课堂。很多现代西方国家采取的最主要的教学模式是基于探究的学习，而中国多是基于认知的学习，教与学的主要任务是认知。在认知学习背景下课堂教学使用数字技术与在探究学习背景下使用数字技术有很大差异。素质教育发展到今天，课堂教学已经受到了强烈的挑战，数字技术对原有教学环境的大大突破，使大规模的个性化教育成为可能，学生的探究性学习在硬件方面得到了有力的支撑，开放的、多样的、个性化的互动交流日益成为教学的常见形式，这些都将直接推进超越课堂的显现。
　　据此，笔者以为数字技术推进超越课堂有三个最主要的方向：第一个方向是推进个性化的教育，第二个方向是大力推进探究性学习，第三个方向是促进教学互动。对于学校教育而言，突出的问题是互动，借助数字技术，我们的教学互动才能达到一个新的高度。这个互动不只是人和人之间的互动，也包括人机的互动；不只是教师和学生的互动，也包括学生与学生之间通过数字技术开展的各种各样的互动。超越课堂应当也必将成为我国学校教学运用数字技术的新方向[1]。
　　数字技术实现超越课堂的主要表征
　　数字技术实现超越课堂，我认为主要有四个方面的表征。第一，超越课堂的物理空间，比如可以对实验室进行远程操作。我校有一个细胞生物实验室，因为细胞生物实验涉及各种各样的病毒，有的原料是带有毒性的，实验环境也要求无其他细菌感染，有些环节学生可以在实验室里操作，但有些环节不能在其中操作，那么就可以利用数字技术进行远程控制。我们将实验室里的生物实验过程通过摄像头转播到外面的大屏幕上。学生了解并熟悉这样的技术，有助于他们开阔思路，对其将来的学习与工作大有裨益。第二，超越课堂的教学空间，可以实现一些在传统课堂中无法完成的事情，课堂效率也可得到大幅度提升，比如在数字化物理实验中可以利用探头等数字仪器快速分析得到结果。第三，超越课堂的教学手段，比如利用数字技术展现传统手段无法展现的微观世界。第四，超越学生的知识基础，利用数字技术学生可以学习原来只能在大学才能接触的内容，甚至无需理解某些原理而直接利用数字技术去进行学习、探究。
　　探究性学习与教学互动是数字技术推进超越课堂的两大突破口
　　如前所述，个性化学习、探究性学习和教学互动将是数字技术推进超越课堂的三个突破口。在当前情况下，教育个性化在以高考作为主要评价体系的背景下受到多种制约。这里主要阐述数字技术如何推进课堂的探究性学习和教学互动。
　　利用数字技术推进探究性学习
　　数字技术推进探究性学习的一个重要新内涵是超界或超限学习
　　随着数字技术的运用，今天的教学方式与学习方式已经有了新的变化与新的内涵。以前的学习，我们大家所习惯的是从最基本的元素开始，一点一点积累，不能超越某一个环节，必须是按部就班的。但是在今天，借助数字技术完全可以不按这种方式进行，而是可以有一个“黑箱”的超越。举一个最简单的例子，今天我们用的相机几乎都是数码相机，可用数码相机的人，有几位知道数码相机的原理是什么？尽管如此，并不影响人们用数码相机去记录影像。通过“黑箱”的跳跃，直接获得所需要的结果，然后根据这个结果，进一步探究，进一步学习。这意味着出现了新型的学习方式。如果我们没有看到这种学习方式变化的话，那就意味着跟不上现在的时代发展。
　　我们很多优秀的学生所达到的水平完全可以高于以前在高中阶段可以达到的水平。原因何在?一个重要原因就是他可以有这样一种超界或者超限的学习，使他们得到更好的发展。比如，我校有一个化学现代仪器分析实验室，里面配备了许多数字化仪器，如色谱仪、光谱仪、质谱仪等，通过这些仪器，学生可以在课堂教学时间内做各种各样的现代实验。就拿分析茶内重金属的含量为例。为什么我们品茶首先要“洗茶”，把第一泡茶水倒掉？学生利用实验室里的AA700原子吸收光谱仪等现代数字仪器分析很快就能得到答案，因为第一泡茶水里面的重金属含量实在太高了，这对人身体是极其有害的，所以中国的“洗茶”是有科学依据的。这样一个结论在一节40分钟的课堂里很快就能得出，什么原因？因为这样的一种学习是借助数字技术实现的超界或是超限学习。这样的一种学习方式应该引起我们充分认识。
　　利用数字技术开展多样化的探索方式
　　学生基于数字平台的探索、实验、学习，信息素养与信息意识就会完全不同于以前，数字技术运用已经成为他们生命的一部分，成为他们学习、生活，也包括将来工作的一部分。这些是我们要追求超越课堂、突破课堂界限的一个重要方面。利用数字技术开展的多样化探索有如下几种。
　　（1）构造式探索。在基于数字技术与专门领域的建构、创新方面，当代的中学生是有优势的，因为他们的数字技术掌握与运用能力很可能比上一代强。我校一位高二学生曾做过这样的尝试：通过构造与设置模型、设计程序开展一个涉及生物信息学相关领域的课题研究“HIV蛋白酶抑制剂的分子动力学与三维定量构效关系研究”。这是他参与的上海交通大学导师领衔的项目中的一部分。高二学生能做吗？他的编程水平远远高于这个课题组里面的研究生、博士生，他设计了一个非常漂亮的相关模型，推进研究取得良好进展。后来研究论文刊登于Chemical Biology and Durg Design（SCI期刊）上，其影响因子达到了3.2。我校在这方面的探索还有鼓励学生利用VEX机器人实验室开展各种智能机器人的搭建、机械结构自动控制等。
　　（2）收敛式探索。举个例子，我校的学生提出了“利用生物信息学手段寻找大豆可能的耐盐基因”这样一个课题。研究影响大豆耐盐性的基因，要从200多个相关因子中找出哪些是最有可能的耐盐基因。他们借助数字技术开展相关实验，进行一个个因子的排除，最终找到了3个可能的耐盐基因。学生有了这样的历练，进大学以后跟同龄人相比，在分析事物间的相关性与思考问题的境界方面就大不一样了，即使与其他国家同龄人相比也绝不会逊色。
　　（3）虚拟式探索。我校有一个专门的金融实验室，可以开展对投资、金融、证券、股票的模拟实验。学生虽然没有真正从事过股票等相关交易，但是在实验室中可以学到关于金融的知识和操作，虚拟式的平台让他们可以实时调取有关股票信息、基础数据等资料。我们请的指导教师是上海财经大学的专业教授，这些教授对学生的虚拟探索能力感到非常震惊，有的题目是研究生做了两三天还没有一个做对的，结果半小时之内我校学生中有6个全对。
　　（4）验证式探索。我校学生中有许多对人体医学感兴趣，我们就设立了一个人体医学实验室，里面有一些数字化的人体模型，学生通过对这些人体模型的接触，可以知道一些常见病理与应急处置。比如，学生要测试这个人体模型的肝脏是否疼痛，那么学生就可以自己去摸，这个部位摸错了，它没有反应，摸对了，这个人体模型通过连接的电脑就会发出声音：“痛！痛！”这个实验室包括一些急救的程序设计，比如人发生心肌梗塞，急救的时候怎么办，用一定的药品，打针进去。你如果药用对了，打进去以后，这个机器模拟人就醒过来了，如果用得不对，它当场就“死”给你看。生动有趣的人体模型可以用不同的程序来进行设计，验证相关病理知识，通过语言、动作等显示你的操作是否正确得当。还有诸如国际文凭课程IB化学中EE拓展性论文“建立模型总结温度对水质影响”的实验，连续取水样一年，将运用7种不同的电子探头获得的数据，通过数据软件的处理和分析，试图建立模型并归纳总结出其中的规律。
　　当然，一所学校其数字化的程度到底达到怎样的高度，并不是看学校有多少间基于数字平台的现代化实验室，也并不是看设备强大到什么程度，因为在我们国家当前的状况下，只有极少数的学校在设备方面可以达到更高的标准。最核心的指标是什么？是学生通过这些已有的数字化设备进行探究性学习，他的信息素养得到大幅度提升，在踏入社会以后，能借助这方面的素养与探索达到一个又一个的新高度。
　　利用数字技术推进教学互动
　　利用数字技术推进教学互动也是数字技术实现超越课堂的重要突破口。在教学的各个环节，通过使用各种各样的数字化技术和数字化手段，充分地进行师生互动、生生互动、人机互动，可以提高学生的探究能力与创新水平。数字技术从教学信息和资源、教学手段和方法，乃至教学理念上深刻地影响着教学方式的变革。多媒体及网络技术应用到教学过程中，大大增强了师生互动的实时性和及时性，增强了教学互动的节奏感和灵活性。数字技术也促进了新型教学互动形式的出现，包括远程互动、异步互动等。我校专门建立了研究性学习网络平台，为学生探究课题、与导师交流、学生与学生之间交流提供了更为灵活的远程和异步的方式，拓展了学习时间与空间。
　　数字技术推进教学互动有四种常见的形态：实时互动、延时互动、人机互动、集体互动。比如学校通过多空间音视频网实时交流互动，有三位高二学生共同开展的一个课题探究“手机平台上的可定制智能远程终端――Sky desktop”，有效实现人机互动；学校开展网络教研、网上论坛等，推进的集体互动、延时互动。在借助数字技术推进教学互动方面，我们与欧美发达国家还有很大差距。这个差距不是在硬件上，我们的硬件不比他们差，但是我们使用数字技术的程度、使用的互动频率是有巨大差距的，这是影响我们整个数字技术应用的一个核心问题。我们并没有在课堂教学和日常工作中，大幅度地、广泛地、及时地使用数字技术来推进互动，因为这没有成为我们的习惯。
　　在教师中还有很多人有一个非常陈旧的观念：我没有利用数字技术，照样可以上课，照样可以过得下去。当我们的学校做到没有数字技术，教师寸步难行，教书教不下去的时候，它就会得到一个新的更大的发展。
　　
　　当然，数字技术的教学应用并非永远都是正面的。比如不良信息的侵入渠道更加顺畅，给我们的德育提出了新的课题；手机使用失控问题增大了学校管理的难度；面对信息海洋中的“迷航”现象，我们的学生如何才能搜集到需要的信息；过度娱乐行为如何控制；交互程序对学生思维的消减作用等都是数字技术带来的负面作用。我们要充分考虑“技术是一把双刃剑”的特点，探索扬长避短的有效手段，给予积极干预和主动引导，促进数字技术对学生正面影响的发挥[2]。
　　诚然，数字技术推进超越课堂还有一些难题需要我们去解决，但不可逆转的是超越课堂将成为学校运用数字技术的发展方向。数字技术与课堂教学的融合不仅改变了教学方式的实现形式，而且改变了教学方式的实质，为学生的探究性学习、教学互动与个性化教育提供了良好的平台。基于数字技术的探究性学习、教学互动，符合新时代的人才培养要求，是培养有创新能力的高素质人才的重要途径。在教学和数字技术融合的过程中，数字技术的有效、合理、适当应用，在某种程度上必然带来教学方式、教学模式的重大变化，而学校的教育教学改革也呼唤数字技术更快、更有效地发展。
　　
　　参考文献
　　[1]唐盛昌.直面数字化挑战的中学教育改革[M].北京:北京师范大学出版社,2009.83-108.
　　[2]唐盛昌.校长,教育思想的践行者[M].上海:上海教育出版社,2008.216-222.
　　（作者单位：上海市上海中学）