0 引 言
本科教学是高校教育的核心使命，课堂教学是本科教学的主战场。以学生为主体的课堂学习环境有利于导向深层学习，缺乏师生互动的课堂学习环境则会导向浅层学习 [1]。师生互动是高等教育质量的“支撑点”，是教学活动的基本形式，也是提高大学教育教学质量的前提条件 [2]。随着信息技术和教学的深度融合，现代课堂能够更广泛深入地开展教学互动。
目前我国教育信息化建设已从数字化环境向智慧学习环境转变。对智慧学习环境的充分利用须落脚到以学生为中心的教学互动设计上，其核心在于启迪学生的“智慧”，充分尊重学生的差异性和多样性特征，目标是促进学生深层学习和高效发展。有大量的文献研究表明，课堂互动能促进大学生身心发展，但易于实践的模型研究还不多。
1 智慧教学环境的技术分析
智慧教学环境是随着信息技术在教学中的不断应用和融合而发展的，智慧课堂是新一代信息技术与课堂教学深度融合的新阶段、新形态 [3]。许多高校都在不断探索和建设智慧教学环境，文献 [4] 中专门介绍了四川大学智慧教学环境建设的实践，文献 [5] 中提出了个性化智慧教学综合管理服务系统，在这些智慧教学环境开发过程中都强调互动性和学生个性化发展。
文献 [6] 中对智慧课堂的技术特征进行分析，认为智慧课堂包含资源分层共享、实时内容推送、学习情境采集、智能学习分析、即时反馈评价、协作互动交流和移动通信互联等技术；信息化技术发展的今天，教师可以利用各软件平台来实现这些技术特征，文献 [7] 中运用雨课堂进行了智慧教学实践，另外，学习通、腾讯 QQ 群、微信“群直播”等也被广泛应用。
综上，从硬件技术层面主要分为两种情况：①硬件环境建设得好的高校，需要合理的教学设计将技术巧妙融合，充分利用；②缺少一流硬件环境的高校，则可通过软件平台的辅助，在充分的教学设计下，达到好的课堂效果。无论使用哪种硬件设施和信息化软件，最重要的是灵活运用，其重点在于以学生为中心的互动教学设计。
2 基于智慧环境的立体课堂互动模型
建构主义认为知识是学习者通过意义建构的方式而获得的，情景、协作、会话和意义建构是建构主义学习环境的四大要素。互动教学能够帮助学生在建构中达成深层次的学习和发展目标；而智慧教学环境下，课堂的外延更大，互动的广度可以得到拓展；教学互动设计在立体课堂的 3个维度下穿插进行，粒度更小，能够实现个性化指导，增加互动深度。
2.1 立体课堂框架
本框架将课程教学划分为时间、空间和内容3 个维度。时间维度表示为 T{t1,…,tn}，空间维度表示为 S{s1,…,sm}，内容维度表示为 C{c1,…,cp}。其中，时间维度和空间维度进行转盘式组合，内容元素贯穿其中，从而可形成 n×m×p 的组合互动模式，立体课堂框架模型如图 1 所示。
根据知识建构规律，将时间维度 Tn（n=3）的 {t1， t2， t3} 分别对应到课前基础学习、课中知识建构和课后应用提升 3 个阶段，空间维度Sm(m=2) 中 {s1， s2} 表示集中学习和分散学习，内容维度 Cp(p=2) 中 {c1， c2} 为前修课内容和后修课内容。
2.2 立体课堂互动模型
立体框架的灵魂在于互动，各维度有其互动目标，但是又形成维度间相互穿插、有机叠加的充分体现以学生为中心理念的互动模型，尤其是时间维度和空间维度的转盘式组合设计，能有效支持学生个性化学习，启迪学生智慧能力，达到深层学习的目的。
1）立体课堂时间和空间维度的互动。
本框架时间维度中的课前、课中和课后，不同于翻转课堂的课前、课中、课后概念。在翻转课堂实践中，一般学者认为课前布置阅读以及了解教材和相关材料的任务，课堂以知识应用和问题分析为焦点开展同伴学习和教学。文献 [8] 中提出灵活组合过程要素，但也没有将时间和空间剥离。本框架时间维度是以知识建构的先后顺序进行划分的，关注知识获取、建构和创造的规律。知识获取阶段根据知识单元特征和学生的个性化差异来设定学习目标，设计互动使学生全面了解课程目标，在师生间和生生间建立良好互信的互动，与学生的知识需求同步。知识建构阶段通过建立的学生动态名片了解学情，并进行分类指导，在这个过程中教师持续更新学生名片，掌握学生状态，方可进一步开展个性化分类指导。创造运用阶段要根据前两个阶段开展的情况，制订不同难度级别的题目，分别引导学生进行知识的运用，要让所有的学生参与进来，在各自的层次上都得到提升，因此要着重关注生生互动和师生互动的设计。
空间维度分为集中学习和分散学习。智慧课堂下，集中和分散学习过程均可开展协作和对话。集中学习是由师生集中开展学习的方式，教师引领互动为主；分散学习是学生自主学习的方式，学生引领互动为主。
2）时间和空间维度互动的转盘式组合。
教师根据知识单元特征，设计时间空间的转盘式组合，比如，课前基础知识安排为集中学习，课中知识构建安排为分散学习。可见，集中学习不再是传统课堂意义上的课中，立体课堂下的集中学习需要教师为学生提供分类指导，帮助学生在分散学习阶段进行自主学习和主动实践。既要利用好师生面对面的集中互动机会，又要设计好学生分散自主学习的互动计划。
针对课堂教学互动的研究较多，教学行为的相关研究根据不同的课程提出了各种有效的互动手段，比如通过讲授、鼓励提问、组织讨论给予学习反馈等 [9]。由于能动态掌握学生状态，可在集中学习阶段开展分类指导，把上述互动方法运用得更个性化，为学生安排合适的分组，设计分层的组内协作任务，为学生规划合适的进步空间。
分散学习的互动是智慧环境提供的最有延伸性的功能，设计关键是保证信息反馈渠道通畅，有的学者提出由助教实时解答 [10]，但是在大部分的学校中没有安排助教的条件。笔者的实践方法是以生生互助为主，教师设计分组协作任务，学生完成组内讨论记录，进行提问并回答其他组的问题；教师关注生生互动过程，有针对性地参与，并进行总结和提炼。
3）立体课堂内容维度互动。
利用智慧学习环境打通课程间隔阂，在课堂中延伸课程外延，融合前修和后修课程内容。教师根据学生学习层次进行个性化培养，学生学习和互动过程中，可得到任课教师以及其他专业课教师的共同引导，对学生个性化发展和掌握学科思维起到很好的作用。若在这一维度上进一步扩充学习外延，组建交叉学科课程组，即可开展学科交叉教学实践。
贯穿前后课程，须调动师师互动，因此，须组建相关课程的教学组，利用课程教师更有针对性的专业知识，安排集体备课，探讨教学设计，找到主线，打通课程脉络；定期分享和研讨学生反馈，掌握学生知识结构和认知习惯。
形成课程间师生交叉互动，教师和课程是多对多关系，互动范围覆盖了先修和后修课程中的学生，能更好地把握学习诉求，提升当前课程的教学设计。
3 立体课堂互动实践
以数据结构课堂进行互动实践，本课的前修课程是程序设计基础，后修课主要是算法分析及程序设计大赛。在智慧教学环境下，可记录学生的学习过程数据，教师在完成一个知识单元周期后可对数据进行梳理，得到学生动态信息表，并将其及时发布给学生。该表既帮助学生掌握自己的学习层次，调整学习状态，也利于教师掌握学情，调整教学状态。
3.1 立体互动案例
1）以二叉树知识单元为例。
在时间空间维度上，采用课前分散、课中集中、课后集中 + 分散的组合，内容维度上巩固前修课程，同时加入后修高阶题目。针对不同学生的立体互动设计如图 2 所示。
从时间维度来看，课前进行课程组师师互动以明确内容维度的主线，确立阶段目标，确定转盘式组合形式。课中建构是一个漫长的过程，根据课前知识学习情况对学生进行分类指导，可帮助学生在自我能力范围内取得进步，促进深层学习：对探索力强的学生，提供正确引导，实现高阶认知；对基础掌握不好的、有畏难情绪的学生，给予鼓励并巩固基础，提升学习兴趣。课后的应用提升，帮助学生加深理解，并锻炼知识的综合应用，可安排算法竞赛题目，本课选用hdu1710“Binary Tree Traversals”练习，课程组教师根据学生的个体情况给予不同程度的辅导，同时发现和培养程序竞赛的苗子，以赛促学，其中各阶段须收集学情以帮助教师顺利开展互动。
2）以快速排序知识单元为例。
快速排序思想对初学者来说比较难掌握，课前布置学生自行学习效果不佳，实践中采用了课前集中学习、课中分散学习 + 集中学习 +分散学习、课后分散学习的转盘式组合。内容维度包含前修课程和高阶题目。针对不同能力程度的学生给出适合的要求，立体互动设计如图 3所示。
集中学习基础知识时，进行角色扮演，让学生分别扮演数据、指针和控制器，使用快速排序思想完成身高排序。知识建构阶段先分散学习，学生查阅资料，分组协作，充分思考，完成讨论记录；再安排集中学习，进行班级分享，各小组分组讨论和思路修改，以实现深层学习，达到思维培养目标。应用和提升阶段，安排算法竞赛进阶练习“求前 k 大的数”，提高学生综合应用能力，在学科课程组教师的互动指导下，进行不同程度的探索。
根据知识单元特征进行时间、空间维度的转盘式组合，结合学生能力，设计内容维度的互动，进行分类引导。利用这一立体互动模型，易于实践个性化教学，易于加入高阶内容，达到深层学习的目的。
3.2 实践效果评价和分析
本实践的学生成绩由期末考试 60%、过程性评价 40%（包含信息表评价 10%、线上测试和讨论 15%、实验成果 10%、进阶题目 5%）构成。
1）基本知识掌握程度及高阶题目完成度。
对两个教学班的 60 名本科生进行立体教学实践，主要观察学生的基础掌握程度和高阶题目的完成情况。与上一教学周期的两个班 63 人的传统课堂进行对比，从期末考试的得分率统计学生知识点的基本掌握程度，可见立体课堂下学生的得分率有大幅度提高。对高阶题目完成度的统计表示，传统课堂下高阶题目完成度为 15%，立体课堂加入了课程组教师的互动支持，高阶题目完成度达到 70%，说明在这种模式下，学生的兴趣更浓厚，积极性更高，主动完成更多高阶练习（见表 1）。
2）学生课程评价分析。
笔者收集了学生对课程的自由评价，从 60份学生评语中筛除没有实际意义的 6 份，在 54份有效评价中提取关键词句，主要集中在自主探究、挑战性、巩固前修课程、思维能力、师生互动等方面，评价分布情况如图 4 所示。
有 48 名学生表现出对高阶内容的需求和认同，提到高阶题目对思维能力的提升以及战胜实践困难后的能力提升，认为进阶题目增加了学习兴趣；其中有 7 名学生对书上的方法进行了优化，具备了一定的批判性思维。有 31 名学生提到能通过实践发现问题，能在教师的引导下通过查阅资料解决问题并实现算法，感受到自主探究能力的提高。有 21 名学生感到课程有挑战，课程内容的延伸性很强，认可课程的高阶性。有33 名学生认为本课对前修课程“程序设计”起到了巩固作用。
学生对师生互动给予了充分的肯定，有 26名学生分别提到教师的鼓励提高了学习积极性，从教师的提示中有较大的收获，基础差的学生感受到了教师的关照，教师的风格对学生有影响，这种互动方式使之感到快乐。生生互动的影响还有待提高，有 11 名学生提到和同学讨论能够让思路更清晰，提高学习效率。学习目标的重要性还不够显性化，只有 3 名学生主动提到明确的教学目标对自己学习的有益作用，说明在课堂学习方法的引导上还要加强。
总体来看，基于立体课堂互动模型的教学设计在提升学生学习兴趣、促进深层学习、达到高阶认知目标方面有较好的表现。师生互动对学生有明显的影响，但生生互动效果不佳，还需教师加强设计和干预，未来考虑将生生互动和师生互动结合，开展更有效的协作。从教学结果来看，明确的教学目标能起到好的作用，但学生对此还没有上升到自我需求的层面，在下一周期的教学实践中准备加入学生自主目标的制订和评价环节，更完整地引领深层学习。
4 结 语
立体课堂互动模型 3 个维度紧密联系，相互配合实施分类教学。教师从 3个维度进行互动设计，形成完整的脚本，让学生沉浸在这个立体课堂中，主动思考，达到深层学习目的。该互动模型是一种可行的智慧课堂实践手段，但教无定法，每届学生也各有特色，教师须从了解学生入手，持续改进具体实现方法。
学科课程组融入前后课程内容，这种创新方式有益于培养学生学科思维，但评价方式还须细化，以确保发挥出学生的长处。这不仅是课堂教学实践，还是课程团队建设的实践，从课程建设层面体现以学生为中心，是一个长期的建设过程。
参考文献：
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基金项目：成都理工大学 2021 年中青年骨干教师发展资助计划。
第一作者简介：吴静，成都理工大学副教授，研究方向为计算机教育、教育技术应用，wuj@cdut.edu.cn。
引文格式：吴静，蔡彪，胡艳梅，等. 智慧教学环境下的立体课堂互动模型构建与实践探索[J].计算机教育,2022(8):108-112,117.
转自：“计算机教育”微信公众号
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