一体两翼：素养视角下信息科技课程学习空间设计与实践

　　摘要：“一体两翼”学习空间以学习素养为出发点，借助学习设计的三角结构，建立了指向学习规则变革的智能资源舱，指向学习工具变革的仿真实验室，指向学习情境变革的游戏梦工厂，通过智能互联、虚实融合和沉浸体验，形成了学习活动的分布式发生域，学习内容自组织的聚集地和学习感受的具身式体验场，进而让学习从个体单一转变为合作创生，从基础理论转为思维实践，从被动牵引转变为自主自由。

　　一、研究背景

　　《义务教育课程标准》(2022版)强化了课程育人导向，优化了课程内容结构，研制了学业质量标准，注重实现“教-学-评”一致性，尤其强调了核心素养内涵及其学段表现[1]。而培养核心素养的前提是对学习进行设计，充分研究学习规则、学习情境和学习工具，设计可以让学生产生真实思维的学习情境和实践任务，改变学生参与学习的社会结构，同时给学生提供思维外显化和反省的学习工具[2]。但是，在探索落实信息科技新课标的路径中，教师们时常遇到如下问题：

　　1.现有教学场域的范围主要局限在学校的教室、教学实验室和计算机机房等用于开展课堂教学的场所，更多是为教师的“教”提供支持和服务，而学生的“学”是需要将素养转化为实现课堂知识的学习实践，这样的学习规则无法满足学生在生活中处处能学、时时可学的需求。

　　2.现有课堂中的学习情境创设无法体现信息科技的学科特色，较难形成人机互动的和谐氛围，同时过程与控制、人工智能等内容模块的教学会受限于学校的硬件条件，难以通过实验、模拟、仿真等方式探究现象机理，这样的学习情境无法满足学生作为数字原住民的学习需求。

　　3.现有教学过程往往停留在教师利用计算机进行演示的单一功能上，学生使用软硬件完成学习任务，看似单人独机的操作，实则是忽略了数字化平台、资源的优势，导致学生的主体作用难以发挥，这样的学习工具无法满足激发学生的兴趣和培养学生的规划学习意识的需求。

　　结合当前信息科技课程中所遇到的问题，本文尝试延续夏雪梅博士在研究中提出的学习设计思路[2]，以变革学习规则、学习情境和学习工具为路径，探究“一体两翼”的学习空间设计与实践，以实现素养的落地和落实。

　　二、素养视角下信息科技课程学习空间设计

　　学习空间是支持学习发生的重要外部支持条件，是组织实施学习活动与行为的基本场所，是帮助学习者触摸外部世界的重要载体[3]。在学习空间中学习者可以与他人进行交往与表达，完成实践性的任务与项目，充分聚焦认知对象并形成系统认知。本文将学习设计三角结构引入到信息科技课程学习空间的设计中，通过智能资源舱变革学习规则，仿真实验室变革学习工具，游戏梦工厂变革学习情境，帮助学生将校园环境、生活环节、人机交互等活化为学习资源，充分地进行人机互动，全面地进行交流思考，提升学习效能的同时满足自身的发展驱动，进而实现素养培养的目标。

　　(一)“一体两翼”信息科技课程学习空间架构

　　基于素养培养对教育过程提出的学习设计要求，本文设计和提炼了“一体两翼”的学习空间架构设计。该架构是以智能资源舱为主体，关注空间智能互联的特征，建设学习活动的分布式发生域;以仿真实验室和游戏梦工厂为侧翼，分别关注空间虚实结合与沉浸体验的特征，建设学习内容的自组织聚集地和学习感受的具身式体验场。具体架构如图1所示。

图1：“一体两翼”信息科技课程学习空间架构

　　(二)“一体两翼”学习空间架构的设计思路

　　如图2，“一体两翼”学习空间架构设计以夏雪梅博士对学习素养的研究为出发点，借助学习设计的三角结构明确了学习参与度、思维外显化与知识意义化的目标。在该目标的指引下，本文认为学生的学习过程应当发生如下三种转变：从个体单一的学习转变为合作创生的学习;从基础理论的学习转变思维实践的学习;从被动牵引的学习转变为自主自由的学习。因此，本文结合信息科技课程独有的技术特性，以“数据集群、虚拟仿真、织梦引擎”为支撑，针对学生的学习活动、学习内容和学习感受设计了分布式发生域，自组织的聚集地和具身式体验场，更好地支持上述转变在教育中的发生。

图2：学习空间设计思路

　　三、素养视角下信息科技课程学习空间实践

　　在理论基础上，本文根据一系列素养视角下的“一体两翼”学习空间在信息科技课程的实施与推进，结合区域信息科技学习平台，就“智能资源舱”、“仿真实验室”和“游戏梦工厂”三个方面的变革给予论述。

　　(一)指向学习规则变革的智能资源舱

　　智能资源舱的实践主要关注的是学习者与学习内容、学习者与学习环境的互联互通，通过优质资源的管理和整合，为学习者体用层次性、多样化的学习资源。在改变原有制度化学习的规则下，智能资源舱实现了人人、时时、处处可学。

　　1.满足个性需求的课程补给站

　　课程补给站主要面向的是在日常学习和特长培养上有差异化需求的学生。在补给站中，学生以班级或拓展课为单位被编入不同的分组，通过使用班级码进入到课堂中。课堂上提供了如在线广播学习资料，下发练习作业，进行圈画批注等功能，不仅满足了教学的需要，同时也有效支持了线上教学和远程辅导。补给站结合当前信息科技教材内容，整理了视频、图片等资源供教师使用，也将课堂中的课件保留下来，供学生在课后进行回顾和复习。

图3：教材内容资源和课堂广播页面

　　已经充分理解课堂知识且具备相应学习能力的学生，可以在补给站中选择感兴趣的微课增广见闻，例如在了解“多人对战游戏”的背景下，边学边做，以做验学，最终认识掌握一种程序设计的算法。另外，在补给站中以问题集的形式，整合了难度较高的课程，学生不用下载编译器，即可在编写程序解决问题。此类课程的优势在于学生能在实践过程中发现学习的盲点，通过视频答疑加深理解，同时储备了与问题对应的输入、输出数据集，实现在线判别对错的功能，满足了学生时时可学的个性化需求。

图4：多样、可选的课程内容

　　2.聚焦共享共建的作品云社区

　　作品云社区是学生创作、展示、交流和评价的平台。对于课堂中学生创作的作品，可以提交到社区当中进行留存，记录学习过程，尤其是针对大单元、项目化的教学，学生可以在原有作品基础上进行迭代，减少了重复创作的时间。以《人脸识别》一课为例，在教师批改后，学生也能在线看到作品的得分和修改建议，通过课后完善再提交，及时填补学习的漏洞。

图5：作品提交和批改页面

　　学生与学生之间可以根据学习需求，自主地进行形成各种学习共同体，协同创作作品，并将作品发布到社区当中。在发布的过程中，需要对作品及相关操作进行简要的介绍，方便他人学习和参考。社区会对作品的浏览量和点赞量进行统计，并结合每月的情况进行排名，让学生的创意得到充分的展示空间。对于作品，也提供了开放改编的权限，允许其他社区同伴进一步开发功能，营造了和谐共生的学习氛围。

图6：社区中的部分作品展示

　　在实践的过程中发现，原有以教室为主的空间界壁在逐渐消解，打破了有限化、封闭化和固定化的学习规则，进而形成了更多元的分布式空间结构。在这些空间相互作用和影响下，极大程度地拉近了学习者与学习资源以及学习者之间的空间距离，缩短了知识的建构，传播，创造和再利用的时间。

　　(二)指向学习工具变革的仿真实验室

　　仿真实验室的实践主要关注的是学习支架和学习途径的多样性，通过虚拟仿真技术的支持，为学习者提供可自行组织搭建的平台。在改变计算机作为单一工具下，仿真实验室实现了人与机器的协同。

　　1.突破硬件约束的VR操作台

　　VR操作台主要面向的是过程与控制和人工智能内容模块的学习。在操作台中，有丰富的硬件可供选择，学生可以在实验前结合活动要求进行搭建，利用旋转、放大等功能全方位地观察硬件的外部结构。以《机器人快递员》一课为例，学生选择了底盘结构、AI模块和控制器作为搭建机器人的基本组件，在理解左右马达的转动的原理后，通过程序的设计和编写控制小车沿着桌面上的轨迹进行运动。在机器人运行的过程中，AI模块显示了当前道路识别的结果，方便学生进行调试。此外，学生也可以自己绘制道路来检验机器人的功能。

图7：利用VR操作台进行学习

　　操作台让学生的学习内容不再受到现有学习工具的约束，而是可以根据学习任务自主选择合适的硬件搭配相应的程序解决问题。同时，在实验过程中提供了丰富的交互接口如模拟输入、摄像头输入、本地上传、鼠标控制面板等，让学生思维在实践中得到了充分的展示。

　　2.导向人机互动的3D建模间

　　不同于传统先设计再打印的建模软件，3D建模间有着更广阔和真实的设计空间，且更加关注人机的互动和协同。在动画库中包含了多种物品角色，学生可以在平台中打造一个属于自己的世界，例如设计一个房屋，在设计过程中可以对角色进行个体或组合的选择，用于移动、旋转和缩放，让学生可以更便捷地进行操作。

图8：学生在3D建模间中创作作品

　　而对于建模间当中的任意角色，学生能使用程序进行控制，实现人机的协同交互，例如在图8中通过A、D键控制小车的左右移动来规避障碍，可以利用鼠标左键单击改变方块的运动轨迹使之在通道上前行。3D建模间是学生自主组织学习内容的场所，也让原本在计算机中的静态工具，转变成了实现了人机互动和协同的桥梁。

　　在实践过程中，学习者的角色不仅是在计算机面前的“现实人”，也是学习空间内的“虚拟人”。仿真实验室所提供的学习工具的灵活性，让学习者在学习活动中可以有选择性地获取资源，进行组建和使用方法，推动了有效便捷的学习发生过程。同时，虚拟仿真的技术增强了学习者的场所感，更有利于其站在计算机的角度进行思考，通过实践让思维外显化。

　　(三)指向学习情境变革的游戏梦工厂

　　游戏梦工厂的实践关注的是学习者的开放自由的学习状态，通过创设与学习者身心发展相适应的情境，使学习者经历更真实而直接的体验。在具身式的情境下，能一定程度上刺激学习者的情感活动，使之更专注于学习本身，增强学习效果。

　　1.激发体验自由的火星探索馆

　　火星探索馆主要面向的是小学中高段学生，该阶段的学生具备了一定的信息意识和数字化学习创新能力，同时展现出对信息科技的强烈好奇心。探索馆主要以火星为情境，让学生尝试通过程序控制机器狗到达相应的任务点，完成搜寻水资源、收集运输样本和安装观测设备的任务。

图9：火星探索过程界面

　　课堂上学生置身于火星并借助地图进行观测，选择合适的路线最快完成任务，并抵达终点。从算法的角度而言，这是一个寻找最优解的过程，而通过图形化的形式，学生能快速定位程序中存在的问题，例如缺少方向设置导致行进路线偏差，又如未考虑到山体高度导致机器狗无法前行等。在完成任务时，学生也需要对视窗占比，三维坐标等知识进行学习。

　　当学生面对沉浸式的任务体验时，会自发地产生学习欲望，完全投入于学习活动中，并且在课后依然乐于尝试更改任务策略，调整线路，改变机器人运动模式来帮助自己提升任务积分。

　　2.助推原理追寻的奇趣解密屋

　　奇趣解密屋主要面向的高年级的学生，该阶段的学生已经了解了常见信息科技如物联网、人工智能的应用，期望更深入地探索其背后的过程原理。在解密屋内创设了如识花君、房价预测、制定旅游计划等情境，学生在体验的过程中能认识到线性回归、聚类分类算法的步骤，也能深入浅出的探究神经网络算法的过程。

图10：解密屋中的不同情境

　　例如，在教学过程中仅通过视频让学生理解深度学习的过程原理是存在一定困难的，而在“星系管理员”的解密屋中，学生可以通过背景介绍、问题理解、算法体验、创造算法、应用算法和算法程序六个步骤，对神经网络中的激活函数、权重等参数进行调整，在可视化的实验中帮助学生建立更深刻的认识，学生也在层层的探秘当中对信息科技产生了更浓厚的兴趣。

图11：星系管理员解密神经网络算法

　　四、信息科技课程学习空间的实践成效

　　“一体两翼”的学习空间关注了学习者的身心在场、思维实践和情感共鸣，给予学生学习、交互和体验的场所，有效解决了学习场域受限、学习情境缺乏，学习主体性弱的问题，进而提升了学习效果和学习素养。

　　(一)社会性：资源联通融合的学习

　　在空间中汇集了学教资源、交流协作、评价反馈等功能，不仅促进了资源的更新和共享，还为学习者营造了自主交互，协作创新的学习氛围。无论是个体还是群体，都能在一定程度上借助空间的灵活的社会性，跨越时空的界限相互关联，在合作的基础上开展学习，在社区中发布学习作品和经验，借助外在资源的力量优化和提升自我。

　　(二)物质性：人机合作共存的学习

　　空间借助科学技术形成了智能化的支撑体系，通过虚拟现实技术将真实世界和虚拟世界结合在一起，将学习过程中难以理解的部分数字化，更加直观地呈现。在自身与空间的相互作用下，学生能将自身的思维转化为实践，与机器共同完成学习任务。同时，对于课堂中的所产生的数据，机器也能进行循环记录，为教学提供生成性资源。

　　(三)精神性：情志自由开放的学习

　　空间中的各式体验活动充分激发了学习者的学习兴趣，保障其能在学习过程中能够全身心地投入，自由地进行探索。基于已有学习经验所营造的交流和互动环境，为学习者打造了舒适的沉浸式体验。开放的学习允许学习者偏离课堂的预设，在学习活动中的自我诊断、自我调适，形成个性化学习模式，从而充分唤起建构自我认知意识。

　　总结

　　当前以互联网和人工智能为代表的新型科技+教育的模式正在催生由知能本位的教育转变为素养本位的教育，然而建立素养视角下教育系统的转型是一个漫长的过程。学习空间不仅是学习活动的实体和虚拟场所，也是学习过程中的工具性和对象性客体。因而，作为学习发生的中介物，学习空间由单一到多样，固定到变化，静态到动态的演变趋势也值得未来进行深入的研究。

　　参考文献

　　[1] 中华人民共和国教育部制定义务教育信息科技课程标准[M]北京：北京师范大学出版社

　　[2] 夏雪梅. 项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M] 北京:教育科学出版社，2021:9-10

　　[3] 沈书生. 学习空间:学习发生的中介物[J]. 电化教育研究, 2020, 41(8):8.