这里让我们考察一下用于传授教学内容的典型的教室吧。当下，无论地理位置在何处，多数院校的教室总体格局还是没有什么变化。当然，教室还有大小之分。可教室的结构却数百年来不曾改变，也就是前面是讲台，面对着成排成行的学生座椅。在14世纪意大利画家沃尔托利纳(Laurnetius de Voltolina)所画的博洛尼亚大学的教室里，教师坐在高高的讲台上在给学生讲课，但许多学生在下面并没有注意听讲。有跟同桌聊天的，有头枕椅背小睡的。这一幕在600多年后的今天的教室里也并不少见。我们不妨观察一下当下这一代学生中所发生的变化，然后再切入课堂教学与创新的话题，讨论课堂教学技术的作用。

让我们先看看美国当下这代学生的数据吧，欧洲以及其他很多发达国家也有类似情况出现。社会科学家常常研究分析不同代群的区别性特征。在美国，依据出生年份，一些代群的特征显示如表 1。社会科学家目前最为关注的是“千禧人”，也叫“Y一代”。1983年，当时“千禧人”还在上幼儿园，美国的流行杂志《时代周刊》把计算机称为“年度机器”。该杂志的编辑们当时就做出了十分正确的推测，即计算机注定会给人类社会带来巨大影响。伴随计算机及其应用软件领域里的技术进步，“千禧人”消费着相关产品长大成人。这些新型产品的使用对“千禧人”影响很大，同时，也深深影响着工业劳动力队伍。美国目前三分之一的劳动人口属“千禧人”，并且5年以后，这个比例会达到一半。受科技产品的大量普及与使用的部分影响，“千禧人”正在给美国劳动力大军带来独一无二的特点(Lynch, 2008)。在过去，工业劳动力的结构是“指挥与控制”，而由“千禧人”构成的新一代劳动力的结构则是“协作式领导”。传统工作环境中的影响是通过“组织机构”实现的，而现今的影响是通过“网络”起作用的。在传统系统中，信息流动的方向是“从上至下”，而现在的信息获取是“层层接入”。过去，“经理”被视为专家，现今，“知识员工”所起的作用就是专家。劳动力队伍中所发生的如上属性变化，是需要我们在人才培养方案里慎重考虑的，因为这些新的属性是我们人才培养方案设置中的重要考虑要素，它们构成了应届与未来毕业生在未来职场所面临的新的人才规格与范式要求。

表 1

表 1 美国人口代群 代 生年 伟大一代 1901-1924 沉默一代 1924-1944 婴儿潮代 1945-1964 X一代 1965-1977 千禧人(Y一代) 1978-1996 Z一代(？) 1996-现在

表 1 美国人口代群

近期研究显示，“千禧人”与高等教育的关系是一种交易型的，也就是说，他们把高等教育当成一种必需的消费品，并为此愿意借贷购买(佚名, 2012)。在教室里，“千禧人”期待教授们平易近人，有问必答。一旦进入职场，他们即成为频繁跳槽的“跳蚤一族”。因此，我们在设计或修订人才培养方案与课程设置时，要意识到我们的毕业生在他们一生的职业生涯中会跳槽多次。要把终生学习的精神注入到我们的人才培养过程里面。“千禧人”能从互联网上随时随地地获取海量信息，因此，他们喜欢有个性且有审美情趣的教育内容。他们也非常乐意在互联网上制作与分享资料。在美国，诸如Instagram (图片分享)等公司的昌隆繁盛恰是对“千禧人”品性的一种反映。中国的技术公司也正在满足当下一代的类似需求。另一些研究结果显示，当今一代期望教学内容有较强的吸引力。有一项问卷调查结果显示，65%的被调查者喜欢有趣的教学内容，而47%的被调查者喜欢教育过程中有一定量的互动式游戏(Fenich et al. 2012)。

“千禧人”的下一代，即“Z一代”，将是计算机与网络使用上更高的高手。今天蹒跚学步的幼儿到了2030年就是本科生了，而现在他们就能得心应手地操作平板电脑。这些人口结构的不断变革意味着，教学内容的传授未来注定要发生以技术为基础的重大进步。

下面，我们将举数例说明如何引进教育技术来提高学习效果。这些例子都是我在加州大学戴维斯分校教学过程中的实例。这里，首先探讨一下改善课堂学习的效果，然后再谈谈教育技术在提高教育资源的获取上的作用。

教师站在讲台上讲课的传统课堂布局是建立在班内所有学生的学习方法是一样的假设之上的。遗憾的是，“人人同码”这种做法对于学生学习来说于事无补。有几项研究，其中包括哈佛大学教育研究生院的心理学教授霍华德·加德纳(Howard Gardner)的著作，证明学生中间存在多元智力(multiple intelligences)。在平常的教室里，学生甲可能靠听讲、积极记笔记或阅读教科书而学得更好，而同桌学生乙却通过推理、概念思维、观察模型、积极运算、深思熟虑而收获更大。而学生丙可能通过看图表、照片、视频而领悟更多。还有，学生丁可能通过参加小型研讨班或去教师办公室与教师一起讨论某一教学课题而获益更深。还有更多的学生靠自主学习学得更有成效。因此，在课堂里，学生类群多样，智力多元，因此，假定统一教学模式对课堂上所有同学都有效就是个认识误区。

对于教师来说，挑战莫过于如何设计自己的课堂教学，使其照顾到学生的多元智力，这样，在一堂课里，教师可有效地联结教室内所有学生，使得自己的讲课真正起到强化学生的学习效果的作用。如果，教室内师生联结出现错位，那么，最常见的后果就是学生没有很好掌握教学内容，而在以后的考试中得低分。有人会说，学生考试得低分的原因是多种多样的，但是，课堂上师生一开始的联结是否对位这一点所起到的作用是不容低估的。不仅如此，这种师生联结错位也会使得学生在其他以内容教学为前提的课程中也难有好的表现。换句话说，在合理的期限内，学生对所学信息记不住。师生联结错位也使得学生失去上课的动力。所以说，明白课堂内学生的智力是多元化的，可以帮助我们更好地设计课堂教学，使得师生教与学更好地匹配联结。让我们看一个如何向学生讲解叫做“泵”的食品加工设备的例子吧。教师完全可以边讲边展示一台泵的照片。但是，光靠泵的照片还不能说清楚泵内的何种变化引起被“泵”的液体的压力上升。

如果教师用一动画(见图 1)来配合照片，那么，学生就会立刻理解泵内的工作原理。使用教育技术(照片与动画)会使得复杂的设备变得浅显易懂。就是因为内心明确了这样一个目标，我们才制作了一百多部食品加工设备的动画，展示其运行原理，并上传互联网供学生自主学习使用。(http://rpaulsingh.com/animations/animations_master.html)

图 1

图 1 离心泵工作原理示意图

一般认为，学生参与式学习的黄金标准是，学生可亲手操作实验室设备。但是躬亲式实验也有局限性。在人数多的班级里，难于保证人人上手操作机器或设备。多数学生只不过在实验室里围观一场演示，其教学价值十分有限。实验室里的现代分析仪器常常都是简易版，一按启动按钮，检测结果就会在屏幕上显示出来。这样一来，是站在仪器边还是离仪器很远的地方来按一下按钮，已经显得无关紧要了。1997年，美国国家航空航天局(NASA)首次将“火星探路者号”(Pathfinder)成功地着陆于火星表面。看到从地球上遥控机器人的过程真是鼓舞人心。看到火星车在火星表面做无人探险，我们不禁联想起能否通过互联网发送遥控讯号来遥控一部设备。然而，该领域的专家告诉我们，使用平常的手段是做不到的。1997年的时候，互联网仍处于襁褓阶段，远程发送大量数据是个十分艰巨的任务。来我实验室工作的一位访问科学家接受了这个艰巨的任务，我们一同创新，完成了几个可通过互联网遥控的实验室实验。如图 3所示，其中一个实验是，使用一部装有不同感应器的食品干燥器，来测定流经某一正在干燥中的食品样品的空气温度与湿度。该设计及其它几种基于互联网的实验设计，后来都开放给来自数个国家的学生。该项目使我们证实了教师可以通过国际学生网络来提升全球的教育水平。学生们操作联网了的设备的同时，也获得了数据。在本项目中，我们特意把来自墨西哥与阿根廷高校的学生与我们加州大学戴维斯分校的学生合作。学生们在同一周里做完实验，然后一起分析数据，合作起草联合实验报告。当他们开始跨越国境形成网络时，他们的体验是十分积极的。在农业科技的许多领域里，这种远程在线实验的概念在现今是很容易实践的。在物联网(Internet of Things)的环境下，利用互联网将各种实验室设备彼此联网，并设计一些可使得来自全球不同高校的学生共享的实验--完成这样一项工作的可能性是多种多样的。

图 2

(http://rpaulsingh.com/learning/virtual/experiments/lethality/index.html) 图 2 罐内热灭菌模拟实验截屏

图 3

图 3 使用布卢姆分级法的学习等级

在另一项目中，我们创建了一些虚拟实验，用计算机模拟食品加工过程，用来弥补躬亲式实验的不足。在农业科技里，许多实验需要数小时才能完成。由于时间限制，常常把实验压缩到只测试少数几项输入条件简化模式。实验室里需要数小时完成的实验，用计算机模拟其实只需几秒钟就得出结果。这样一来，学生做完躬亲式实验后，就可以做虚拟实验，并从附加输入中获得数据。这种方法给我们带来了假设分析的机会，不仅能唤起学生做实验的好奇心，也学到了其它方法中学不到的东西。研发虚拟实验所用的计算机模拟来自于我们过去三十多年的研究成果。这些虚拟实验室实验的四分之一目前已搬到互联网上(http://rpaulsingh.com/learning/virtual/virtual.html)。图 2展示的就是一帧食品灌装过程的截屏。使用者可通过缩放罐的大小与调节蒸汽温度、加热、冷却时间，来测定罐装食品灭菌过程中可以达到的致死度。这些虚拟实验室手段只提供与躬亲式实验中所获取的相似的电子表格式的数据，但是它们仍然含有不少教学元素。学生仍然需要对数据进行分析才能回答虚拟实验中提出的讨论题。

2014年9月号的美国《大西洋月刊》刊登了一篇《论大学的未来》的文章(Wood, 2014)。作者说，“讲课的方式是节支降本的，但是有违教育学原理，是一种极棒的教法，但却是一种极渣的学法。”讲课确实是“性价比”较高的。一位教师可按教室大小同时给10名、甚至500名学生讲课。该文作者对这种教学场景下的学习效果提出了质疑。布卢姆(Bloom)目标分类学原理告诉我们，人们的知识学习与行为是分层级的(见图 3)。教室里，学生一般接受的只是事实性信息，他们恭听强记，最后在考试中回答问题时再把所记内容复述出来。遗憾的是，这种记忆是短期的，学生们不能在任意的长时期内记住这些信息，更重要的是，他们没有学会如何使用这些信息来创造性地解决问题。为了提高学习质量，有必要追求布卢姆分类层级的更高层次，学生不仅要记住事实性信息，也要有应用、分析、综合、评价该信息的机会。如果我们在课程设计上涵盖了这些步骤，学生的课堂参与度就会提高，对知识摄取与内化也会随之提高。教师要启发学生思考，激励学生通过先解构知识，然后再重构知识，来开展学习，尽管结果可能有所不同。这就是21世纪的课堂需要的教学方法，这样我们才能吸引最优秀、最聪明的学生学习农业与生命科学。随着人口的日益增加与自然资源的日益减少，整个世界无疑要直面大量的粮食与健康问题，迫切需要未来的毕业生们给出复杂问题的创造性解决方案。

2001年，我受一家商业机构之邀来开发一门在线网络课程。该公司计划将该课程推销给产业从业者，以实现终生学习。在开发该课程过程中，我可以保留我教自己学生所用课程资源的知识产权。我为该公司总共制作了10个单元的课程。每个单元均含有课文、图表、动画、假设问题和自测题。当我试图用于我自己教的班级时，起初我对如何在教学中有效使用这些网络课程材料感到没有十分把握。在传统教室里，我站在讲台上来展示这些在线课程内容，对我自己和我的学生来说，都缺乏刺激性、兴奋性。这时我做出相反的决定，干脆把我的网络课程内容刻录成光盘给学生，让他们在家里个人电脑上看完再来课堂听讲。为确保每个学生对光盘内容做到了预览，每堂课开始我都安排5-10分钟的小测验。剩下的课堂时间就是讨论。我和学生均从主题相关的个人经验角度对光盘内容展开讨论。对于学生来说，他们所谓的经验或来自他们所上的相关课程，或来自于他们的企业实习。我与他们分享的是我给企业做咨询的亲身体验或我近期发表的相关题目的研究论文。2001年，当我第一次开这门课时，我把它称作“混合课(hybrid course)”。不过，近年来，这种授课方法被叫做“翻转课堂(Flipped classroom)”了。近期许多研究显示，此种“翻转课堂”教学系统确实是一种高效的学习方法。这种以学生为中心的教学方法使学生能够较高程度并饶有兴趣地参与教学活动，因此能够掌握教学内容并融入他们的长时记忆中。如果我们能够在教学上全面引入布卢姆目标分类学原理，学生就能创造性地探求课堂上所讨论的问题的答案。

过去十年里，电子游戏在年轻一代中十分流行。于是，我们试图探索一下在教学中引入电子游戏是否能够成为一种沉浸式学习工具。在美国农业部“高等教育挑战基金”的资助下，我们开发了一部名叫“啤酒岛”的演示酿酒过程的电子游戏。该游戏从啤酒酿制前的选材开始，接着就是一家啤酒厂之旅，里面可以接触到酿酒过程中的各个操作程序。酿酒需要较深层次的化学、微生物学、发酵科学、物理学、工程学与食品科学知识。电子游戏场景提供给学生一个机会，使他们能够联想起过去学习过的相关学科知识，达到融会贯通。图 4展示的是一帧酿酒厂之旅的截屏，包括与酒厂使用的加工设备的互动。

图 4

图 4 酿酒电子游戏截屏

2014年，在一项欧盟资助的项目里，我们开发了另一部取材于一家沙丁鱼加工厂、关于食品安全话题的名为“沙丁鱼的复仇”的电子游戏。该游戏告诉学生，食品加工操作的不规范可导致产出对健康有害的产品。游戏玩家扮演的就是食品安检员，其专门职责就是查出哪个加工步骤失控。该游戏已上网，网址是https://www.iseki-food.net/students/fishcanninggame。

近年的信息技术进步促进了教育的普及。美国麻省理工学院、哈佛大学和斯坦福大学率先开启了大型在线开放课程(MOOCS)，并在短期内风靡一时。麻省理工开设的这类课程中有一门叫“电路与电子学”，该课程有15万名学生注册，其中7000名顺利通过了考试。该课程的投入不过是麻省理工每年教授100~200名学生所需的师资力量。这就说明在线开放课程效能价格相当划算。但是它们在提高本科生学习效果方面的价值还有待进一步讨论。这些课程对于行业从业者往往比较有用，因为他们选课往往很有明确的动机，或者说对常跳槽的人也很实用，因为他们急需学习新知识。

教育内容获取途径拓宽的另一方法是使用知识点短课视频，这样学生可用来自主学习或将其作为翻转课堂一个环节。2014年，我想要调查一下食品科学与工程领域对此种教学资源的需求。为此，我开发了约150个此种短课视频，并利用“ YouTube”开放到网络。图 5所示就是利用音频与视频相结合，来模拟冷冻知识点的个性化教学短片。“Google”提供有如何使用“ YouTube”视频的全面的解析。过去一年里，我的这些短课视频的浏览次数达到250, 000次以上。更重要的是，总来自198个国家的使用者的听课时间已达到12, 600小时。我在“ YouTube”短课视频制作与使用上的有限经验证明了这种教育内容在全球有很大需求。我们教育工作者要开发这种教育资源，并使这些资源同时可用于翻转课堂。

图 5

(http://rpaulsingh.com/learning/videos/video_top.html) 图 5 短课视频截屏

当我们讨论在线教育的机遇时，我们也需要回答教师的未来角色会有什么变化等诸多问题。教师必须出现于教室，只有教师才能给学生注入信心来学好新内容。教师要给学生提供灵感与智慧。应使学生在互动中学习，可以依托课题项目，在实施过程中，学生可以互学，教师在一旁可以提供咨询与指导。今天的教育技术给教师提供了大量的机遇来开发网络教育资源。这些资源可以提高学生寻找信息、评价信息并对其可信性与效度水准进行批判性判断的能力。大学的管理者面临的挑战是如何评估与激励教师对教学的投入，并且要对那些以教育技术为基础，为自己学生还有远程学生开发教学内容的教师给予认可。所有这些都是教育领域里的新范式。毫无疑问，互联网最终会提供给我们优良的工具来开发与分享创新性教育资源。

(文中图表版权属于R·保罗·辛格)