树莓派和scratch等新兴技术改变课堂教学形态

近来，新兴技术不断涌现，并逐渐被运用到教育领域。“这些新兴技术将给教育带来持续和深远的影响。其对于课堂的影响已初见端倪，正在深刻影响并改变新一代学生的学习方式，逐步开始扭转以教师为中心的传统教学形式，并成为有望打破课堂单一教学形态的利器。”北京师范大学教授黄荣怀近日对记者说。
智能机器人将成为未来学习伙伴
“智能机器人高水平的数字化和智能化程度，使其在学习中可同时具备益智学习工具、情境建设者、学习伙伴三个不同角色。”黄荣怀认为，智能机器人作为益智学习工具正逐渐成为“做中学”学习模式的主题和项目，并在世界各国都有极大发展。
据北京师范大学副教授张进宝介绍，日本是机器人教育大国，其近期开发的一款以机器人和投影设备为主的R-learning系统，主要用于协作儿童在故事场景中的设计和渲染，学生通过在绘制的故事场景中操控机器人来完成预设角色的行为，从而培养他们的合作力、想象力及创造力。
3D打印将颠覆学生实践范式
黄荣怀介绍说，3D打印是一种利用三维数字形式对空间构造的物理或虚拟实体对象进行快速成型的技术。3D打印对于教学和学习的重要价值体现在能够将特定物理及虚拟事物更加真实地加以呈现，使学生获得深刻的感知体验。3D打印机可以将抽象的空间构思转变为真实的、立体的彩色模型，某些难以理解的空间概念和构造因被引入到“现实”世界中而变得更加具体、直观。3D打印技术为学习者开辟了崭新的学习空间，学习者通过设计、制作、展示等多种角色进入到该学习空间中，亲历学习过程的趣味性和生动性。同时，通过亲身体验、亲自参与，学生的思维能力、设计能力和动手能力都得到了全面协调的发展和提高。
他告诉记者，目前，一些国家和组织已经开始探索3D打印在教育领域中的应用。英国教育部开展了一项为期一年的试验项目，该项目以21个学校为试验点，将 3D打印技术系统地应用于数学、物理、计算机科学、工程和设计等课程中，探索3D打印的教学应用，推动教学创新。“有些教师在历史课堂上使用3D打印的历史古迹和文物模型，模拟还原部分历史事件、人物或场景，使学生在课堂上就能像在博物馆里一样，‘触摸’到真实的历史。”黄荣怀说。
创客运动夯实技术课程“做中学”教学模式
“开源硬件与创客运动是近年来风行全球的一项影响深远的科技文化现象，被认为是制造业创新及第三次工业变革的重要推手，3D打印技术的发展及迅速普及就是其直接产物。”黄荣怀说，目前，教育应用正是许多创客空间、创客团队和开源硬件开发者所关注的焦点之一。
张进宝表示，开源硬件显著降低了高级硬件产品开发成本和复杂程度，使没有或极少技术背景的普通师生也能轻松从事作品原型创作或产品开发，为所有学生发挥想象力、进行各种水平创新活动提供前所未有的前景。以Arduino为代表的开源硬件已在学校的科学创新活动中占有一席之地。树莓派（Raspberry Pi）是继Arduino后在教育领域获得成功的另一种开源硬件，越来越多的学校将其用于教学，实施课堂“做中学”教学模式。
据悉，从2012年起，树莓派基金会协同英国剑桥大学和英国计算机协会（BCS）等机构，通过开展各种活动和研讨会等形式，为中小学培训了数千名熟悉树莓派的各学科骨干教师，为树莓派深度支持教学活动奠定了坚实基础。2013年12月，IBM非洲研究院实施的“推动改善非洲教育质量项目”，将树莓派、传感器和编程实践（使用Python和Scratch）整合到现有中学地理教材中，学生在教学过程中边做边学，以此评估技术的有效性。研究结果表明，这些新技术的使用充分激发了学生的学习兴趣，培养了学生的创造性思维等。
“为推动创客运动及开源硬件更深度融合教学，很多具有国际影响的公司不遗余力地在大学，甚至中学免费提供开源硬件，鼓励学生开展创新活动。比如Intel公司于2013年推出了Galileo开发板，并在全球遴选1000所学校免费提供。”黄荣怀说。
体感技术将带给“数字土著”学习新体验
体感技术与自然语言交互是继键盘+鼠标、多点触控之后获得广泛应用的第三大类操作方式，体感技术使人们无需借助复杂的控制设备，直接使用肢体动作与数字设备和环境进行互动，并根据人的动作来完成各种指令，就像为计算机配备了一双精准有效的“眼睛”。
“体感技术不但是一种创新的操控方式，还拥有强大的数据监测和数据分析功能。”黄荣怀说，可以预期，未来的体感交互将体现为可穿戴设备的形式，成为“数字土著”一代身上的必备学习品，为用户带来更刺激、更具现场感的愉悦学习体验。
据张进宝介绍，微软公司开发的Kinect是目前一种典型的体感技术，在Xbox系列游戏机上作为首选控制工具，被认为是当前用户体验最佳的交互工具。在教育领域中，Kinect体感技术可以通过特定的软件连接至投影仪，从而可以将计算机上的任何操作界面信息投影至屏幕上，以达到支持手势及触控等操作。德国的一所大学使用这种设备，将网站直接投影至墙面上，学生可以像在iPad上一样使用手势进行操作、浏览。随着人们对体感技术优势日益深入的了解，其在教育领域的一些特定方面（如体育锻炼、幼儿教育和特殊教育等）可能成为一种趋势。
移动卫星车助力经济欠发达地区信息化课堂
教学点（也称为不完全小学）是一种为学生提供小学教育的场所。由于经济落后、地理位置偏远等原因，依托教学点开展教学广泛存在于世界各地，特别是在非洲、南美和亚洲的部分经济欠发达国家或地区。由于师资力量十分匮乏，教学点通常只招收部分年级的学生，也难以开齐所在国家的规定课程。教学点的教师通常一个人负责一个年级或整个学校所有学科的教学。
据黄荣怀介绍，为应对这一挑战，世界各国均尝试使用信息技术来提升教学质量。在一些经济欠发达国家和地区的教学点，除教学光盘播放、卫星接收和网络传输这三种常见的资源共享方式外，利用“移动卫星车”构建信息化课堂成为提供优质学习资源和学习支持平台的一种新方式，从而形成了新的课堂形态。“巴基斯坦是儿童失学率和成人文盲率最高的国家之一，国内教育发展水平较低，偏远地区教育十分落后。为了应对这一挑战，2012年7月以来，受英国国际发展部资助，巴基斯坦教育部发起了‘移动卫星车’项目。该项目旨在共享优质教育资源，提升经济欠发达地区教学点的教学质量。”他说。