美国大学主动学习教室案例及启示
杨志娇 张海 杨絮 李思维
课程是人才培养的核心要素，高等教育人才培养根本标准的具体化、操作化和目标化，是当前中国大学带有普遍意义的短板、瓶颈和关键所在。究竟什么样的课是“金课”？我们应该打造什么样的“金课”？如何打造“金课”？教育部高等教育司司长吴岩提出“两性一度”的金课标准，即金课是具有高阶性、创新性和挑战度的课程。这样的课程教学有助于培养出善于独立思考、敢于批评质疑，有创新能力和思维的社会需要的时代新人。这与欧美等国高等教育界一直盛行的“主动学习（Active Learning）”概念不谋而合。北卡罗莱纳州立大学、麻省理工学院、明尼苏达大学等美国高等学校近年还提出了“主动学习教室”的概念，旨在营造一个具有师生互动、学生协作、积极发言等特征的学习环境，培养出具有实际问题解决能力、创新能力，敢于接受挑战的人才。欧美等国的主动学习教室建设经验为我国高等教育金课工程提供了有益的参考。本文将介绍美国的两个主动学习教室典型案例及其工作原理，以期给我国主动学习教室和学习空间的发展建设提供参考。
什么是主动学习教室
主动学习教室是以学生为中心，为支持教学和学习而设计的正式学习空间，旨在促进互动与参与。相关文献显示，美国北卡罗莱纳州立大学在20世纪初首次发起了“以学生为中心的大规模本科招生（Student-Centered Active Learning Environment for Undergraduate Programs， SCALE-UP）”项目，随后，麻省理工学院（MIT）启动了“技术支持主动学习（Technology Enable Active Learning， TEAL）”项目，上述项目的推进，带来了最早的主动学习教室实践。两所大学在实践中发现，主动学习教室提高了学生的概念理解水平，比传统授课型教室降低了失败率。美国明尼苏达大学教育创新中心（CEI）的研究员Paul Baepler指出，主动学习教室使得教师和学生之间的障碍最小化，促进了合作学习活动，改善了教学实践。
美国大学主动学习教室案例解析
上述实践对主动学习教室理解的共同点是：主动学习教室是在技术的支持下，促进师生互动、合作学习、积极参与的学习空间。主动学习教室不仅促进学生积极参与自己的学习，而且还促进了全班互动、小组互动和一对一互动，让学生在一个协作、技术支持的环境中工作，让学生充分地参与学习活动，进而促进有效的学习，提高教学质量。
不同的项目团队所建造出的主动学习空间不完全相同，但是有一些相同的特征，如圆形课桌、多个投影屏幕、白板等，这些设备使得团队项目、分组讨论、结构化的讨论和辩论、实验以及各种形式的集体演示成为可能。主动学习教室通常配备强大的视听和信息技术设备，如联网的大屏幕、显示器等。
这些实践在理论和设备使用上也存在一定的差异，理解这些差异有助于我们更好地理解主动学习教室这一理念。从理论角度看，北卡罗莱纳州立大学SCALE-UP教室的设计理念是“学习金字塔”理论、促进协作/深度学习、主动参与等，对教学方法、教学内容、评价方式、学习教室等进行了系统设计;而麻省理工学院的TEAL教室以社会建构主义作为理论基础，主要考虑教育理论、学科内容、教育技术三个主要因素。从设备角度看，麻省理工学院的TEAL教室软件设备更加完善，在教学过程中可以使用动态实验过程仿真和三维立体视觉图形仿真系统，更加有利于学生对抽象难懂知识点的理解。
1.北卡罗莱纳州立大学的“SCALE-UP”教室
美国北卡罗莱纳州立大学物理教授Robert J. Beichner领导的“以学生为中心的本科生主动学习环境”项目，是在美国教育部、美国国家科学基金、惠普、苹果电脑和帕斯科科学公司（Pasco Scientific）的支持下进行的。此项目不单对学习教室进行了改造，也包含了教学方法、教学内容、评价方式、学习教室等一整套解决方案，其目标是创造一个鼓励学生与同伴、学生与教师之间相互协作的学习环境，合理地使用基于问题探究性学习、体验性学习等各种教学方法，减少教师的讲授式教学，引导学生自己进行思考和分享。
该项目设计的教室针对大量学生（100人以上）的小组作业，包括类似餐厅餐桌椅摆放方式的课桌、每张直径约2米的圆桌、装有相关实验器材的壁柜、2～3人一组、每张桌子坐三个小组、每组均有一台可上网笔记本电脑、教室两端的电脑投影屏幕和覆盖在墙上的大白板，具体情景如图1所示。
此教室设计的主要目的是将传统的讲授式学习转变为以学生为主的小组协作学习。教室的设计不仅有利于学生之间的小组学习交流，还方便教师在教室内的活动，促进师生之间互动与指导，进行“苏格拉底式对话”，有助于教师充分了解每位学生的学习状态。小组的笔记本电脑允许学生网上查阅资料，还方便及时保存与学习相关的教学网站。教室四周的白板方便学生小组讨论使用。学生可以利用笔记本电脑上的学生投票系统及时回答教师提出的问题，教师可及时了解并评估学生的学习状况，进而调整课程进度。北卡罗莱纳州立大学的大多数大学物理课程都可以在此教室内开设，尤其是理论与实验相隔时间较长的物理课程，这样可以将理论与实践及时结合，帮助学生更好地理解相关概念。
2.麻省理工学院的“TEAL”教室
麻省理工学院在2000年启动了一个名为“技术支持主动学习（TEAL）”教室项目，此项目受到了微软研究院（iCampus）、达贝洛夫卓越基金和国家科学基金会的支持。“技术支持主动学习”教室专注于一种积极的学习方法，这一教室设置了网络教学系统、动态实验过程仿真系统、三维立体视觉图像仿真系统、桌面实验设施及个人实时反馈系统等。
这一教室在一个专门的房间里，共有13张直径约2米的圆桌，学生9人一组坐在桌子旁，共可容纳117名学生（如图2、图3），学生3人为一组，每个小组都有一台计算机和做实验的空间，共13个摄像头来记录每张桌子上学生的行為。四个墙面上共有8个投影屏幕，使得每个位置上的学生均可清楚地看到投影的内容。投影屏幕中间是电子白板，讲台位于教室的中间，这样有助于教师和助教走动方便，可以与每组学生进行充分的交流。
每组桌子下面都有一个装有实验器材的小柜子，以便于学生进行真实的物理实验。电磁场的抽象性导致学生在学习上具有一定的困难，因此，此教学中采用三维和二维模拟动画，让学生将虚拟物理实现和小组动手桌面实验相结合，促进学生深度理解和消化知识，形成自己的思维导图。每组都配有计算机，学生可以利用计算机设计实验、记录实验结果、进行相应的计算、修正设计以及完成实验报告。这样既节约了时间，又提高了实验效率。
在讲课的过程中可以使用20分钟的“迷你讲座”，穿插评估问题和思考问题，提出概念问题，学生讨论并回答，学生可以使用电子投票系统与手持投票键盘。教师根据学生对物理知识的评估，指派高、中、低分的学生组成一个小组，促进同伴教学。
在采用主动学习教室学习之前，普通物理课学生出勤率和及格率都很低，但在“技术支持主动学习”教室上课后和新的教学策略的支持下，学生大学物理课程的合格率有了明显的提高，大多数学生对师生交互性、可视化与桌面实验相结合以及小组合作的认可度很高。
对我国自主学习教室建设的启示
通过对北卡罗莱纳州立大学的SCALE-UP教室和麻省理工学院的TEAL教室的经验的梳理，我国主动学习教室的建设可以获得如下启示：
首先，应加强对主动学习教室的基础理论研究。北卡罗莱纳州立大学SCALE-UP教室的理论基础之一是“学习金字塔”，而麻省理工学院TEAL教室的理论基础是社会建构主义学习理论。加强对主动学习教室基础理论的研究相当重要，可以推进对自主学习教室设计框架、设计原则等更深入的研究。
其次，可以考虑应用情境，拓展实践领域。应注重适合特定教学内容的主动学习教室设计，如实验为主的课堂应该加强实验器材的操作，抽象概念为主的课堂应增加可视化环节。国外主动学习教室主要集中在高等教育，国内主动学习教室不仅仅在高校设置，有些中小学也进行了建设。未来应考虑适应不同年龄阶段学生的特点，建设多种类型的主动学习教室。
最后，不断探索引入新技术应用。麻省理工学院的TEAL教室使用了动态实验过程仿真和三维立体视觉图形仿真系统。一些未来课堂项目可实现信息共享，把学生的笔记本电脑、平板或手机的界面，利用屏幕投影共享和摄像系统放大显示两大技术投射到所有大屏幕上。此外，多模态数据、物联网应用，使得教育大数据统计也能引入到主动学习教室的建设中。
高校主动学习教室的建设有助于培养学生实际解决问题的能力和思维、创新与探究能力、协作与自主学习能力，促进学生个性与全面发展等，这与我国高等教育打造“金课”的初衷不谋而合，主动学习教室建设经验可以对推动我国高校“金课”工程提供大量参考。
本项研究受到吉林省教育厅“十三五”社会科学研究规划项目重点课题“基于数据挖掘的卓越教师能力结构与培训研究”（课题号：JJKH20170931SK），东北师范大学教师教育研究基金重点课题“基于数据挖掘的教师专业发展成长轨迹研究”（课题号：JSJY20180104），东北师范大学交叉研究项目“基于教育数据科学的课堂学习测量与评价研究”（课题号：108-130026916），认知智能国家重点实驗室资助项目“基于教育数据科学的智慧课堂测量与评价研究”（课题号：iED2019-Z01）资助。
