1. 引言
近些年，基于计算机的教育教学研究与实践得到了深入发展，已经被教育界广泛认可。但是围绕如何定位“数字化课堂”，如何构建在线开放教育教学模式，是各类教育研究领域讨论的热点话题 [1]。从目前教育教学的实践意义来看，不论是传统课堂教学，还是网络在线教育，需要求解的问题不是仅仅取决于什么样的教育与教学形式，也不是仅仅决定于哪种信息化手段和计算机技术，而是寻求能够充分体现教育教学中的多元化和个性化 [2]。有的研究者认为，数字时代的教学体系与模式，应该是基于线下教学有效模式，将其融入到网络数字环境的教学中 [3]。要实现数字时代的有效教学，必须解决如下三方面的问题：
1) 线上与线下教学优势的相互融合，有效利用线上教学开放式、多元化等特点 [4]；
2) 形成对称性信息下的课堂教学情境，减少或消除教学过程中的不确定性 [5]；
3) 有效利用数字化、信息化的教学手段和环境，为学习者创造一个自主的、自适应的学习环境和个性化发展空间 [6]。
本文研究目的：基于数字化的人机交互特点，建立一种减少信息不对称性、增强教学有效性“可拓课堂”教学系统。该教学系统是教育教学信息技术的一个新的研究模式。
2. “可拓课堂”教学系统构建
2.1. 构建背景
长期以来，课堂教学一直是教学研究的主题，不论采用什么样的教学模式，其目的都是为了达到有效的教学效果。传统教学模式体现以教师为主导地位，倡导科学与艺术为一体的教学理念，将学生带入求知与得知的学习空间。本世纪以来，以“学生为中心”的教学理念成为教育与教学研究领域的热点，例如，互动式课堂、翻转课堂、对分课堂、开放课堂等教学模式，在促进教与学的积极性，培养学生个性化，提高教学质量方面发挥了重要作用 [7]。但是传统的课堂讲授是一种结构化教学模式，仅仅依靠有限的教学时–空间条件，难以实现“以学生为中心”的教学效果 [8]。
近年来的教学研究认为：“要寻求开放教学的有效性，教学模式应该是面向对象的、面向个体属性的，面向多目标的。” [9] 要实现这种教学模式，必须减少师生间的信息不对称性。在翻转课堂教学模式研究中，通过课前的知识传递、课堂的知识内化、课后的知识提升三个环节，改变了以往单纯课堂讲授形式，强调课外学生的自主学习。但是这种课堂教学的角色转换能否达到有效教学的目的，是否适用于所有的课程，以及在课堂教学实践中的可操作性问题，目前还存在着一定的争议 [10]。另外，翻转课堂过多体现学生的自主性，忽略了教师的引导和交互作用，并且在具体的实施中，如何有效地利用网络与信息技术来实施课前知识传递与课后知识提升，是翻转课堂研究与实践中必须解决的问题。
2.2. “可拓课堂”的基本框架
本文在计算机系统中设计了一种“可拓课堂”教学运行机理，对翻转课堂教学模式进行了扩展，建立了一个具有师生信息交互情境的视频在线课堂教学模式，称为“可拓课堂”。具体来说，将教学前(“课前”)与课堂教学后(“课后”)的相关教学活动纳入教学范畴，构成了一个数字化教学系统，称为数字化“可拓课堂”教学系统。如图1所示：
Figure 1. Digital “extended classroom” teaching system platform
图1. 数字化“可拓课堂”教学系统平台
“可拓课堂”是指在计算机系统中构建了一个具有“课前”“课中”“课后”三个环节的教学系统。首先，“课前”环节是指教师与学生根据教学内容所进行的“课前”信息交流活动，是在教学系统的人机交互问答界面进行的。“课前”信息交流有两个目的：一是向学生介绍课堂教学的基本内容，使学生针对所学内容做好知识与心理上的准备(类似通常的预习)，同时提出相应的学习问题。二是教师通过人机交互界面得到学生对教学内容的初步感知，以及获得为课堂教学提供支持的有效信息，达到教师与学生之间的思维同步。其次，“课中”教学环节体现了以“教师为中心”的课堂讲授模式，但这种讲授是面向对象的，是针对学生基本需求的教学模式。也就是说，“课中”教学是师生信息对称情境下的教学。
最后，“课后”环节类似于翻转课堂中的提升阶段，不同的是，这里的“课后”是“课中”的继续，体现在网络上的教学信息交流。其意义与传统的课后复习不同，它是通过学生课后思考与练习，来验证“课中”学习效果，并且通过在线师生交流达到对课程的进一步理解和深化。
2.3. 理论意义与价值
“可拓课堂”教学系统具有多元化、个性化的自组织特点，通过“课前”“课中”“课后”线上教学的自组织过程，为减少教学系统的不确定性，增强学生自主性提供了具有实践智慧方法。
2.3.1. 减少教学中的不确定性
在线教学系统是一个复杂系统，其复杂性体现在教学效果的不确定性。对于一个教育教学系统来说，在教育者(教师)与被教育者(学生)之间，存在着教学认知与学习认知上的信息不对称性。这种信息不对称性产生了教学过程的不确定性。实际上，一个有效教学模式是在不断的提高教与学的认知中形成的。具体来说，“可拓课堂”教学系统经过从不确定性到确定性，从确定性到新的不确定性的自组织过程。这种不确定性与确定性的转化过程体现了在从教学中认识教学，通过对教学思维、方法、模式和过程的认识来发现与改进教学。图1表明，通过教学的自组织和自适应过程，教学模式总是遵循着从原有教学模式进入新的教学模式，教学系统正是基于这种机理来确定其满足所需要的教学。
2.3.2. 增强学生的自主学习
以“学生为中心”的建构主义教学思想已经提出了近40年，但是，如何做到以“学生为中心”，要具体通过实践来验证 [11]。也就是说，以“学生为中心”存在着不同教学属性的可变不确定问题，即教师教与学生学之间的相互统一问题，这也是课堂教学实践研究未解决的问题。实际上，从教学理论研究角度，“可拓课堂”是对建构主义教学思想进行了深化与改进，体现在教学内容设计、教学方法实施、教学过程控制、教学效果验证等方面。
从教学实践研究角度，“可拓课堂”可以解决教学中的信息不对称性，建立了一个可信的、可操作性的、可实现的实践教学模式 [12]。“可拓课堂”为从学习中学会学习(或学习中发现学习)提供了有效的学习平台。从学习中学会学习来自皮亚杰的同化和迁移理论 [13]，其意义是运用己有的知识来同化新的知识，或者将己有的知识结构迁移到新的信息中去，这种学习理论的意义体现了学习认知的“可拓性”，即学习的目的是明确如何学习 [14]。
诚然，“可拓课堂”采用了一种面向学生个体属性的教学模式，其基本内涵是：以学生个性化特征和感知属性为教学核心，分类设计教学目标、教学内容。在通常的课堂教学中，如何根据学生个体学习属性控制教学节奏、把握教学内容的深广度是比较困难的。但是通过在线师生交互平台，就可以有效地解决不同个体属性的差异化教学问题。
2.3.3. 教学系统的“超循环”特点
检验教学模式有效性和教学效果可信性的关键，在于能否建立一个由师生共同参与的超循环教学系统。在“可拓课堂”教学系统中，具有“课中”与“课后”教学状态的再现与诊断。师生可以通过这种教学循环体，来减少或消除教学中的不确定性。这种教学循环不同于微课中的导、学、展、评、练的循环教学模式。实际上，一个完整的微课程资源是通过微视频将学生“课前”“课中”课后的学习活动连接在一起。对于“可拓课堂”来说，“课中”与“课后”循环体的质量决定了教学系统进入下一个循环体的质量。在这个教学循环体中，师生主客体间的关系发生了变化。对于“课中”环节，教师是主体，学生是客体，而在“课后环节”，学生是主体，教师是客体。
另外，“课中”与“课后”循环体的循环次数不是确定性的指标，取决于学生的个体属性，但必须明确的是，循环体的学习效果决定了进入下一个循环体的质量。也就是说，如果一个教学系统能够从一个可信的循环体进入到一个新的循环体，则称该教学系统具有超循环运行机制 [15]。“可拓课堂”超循环系统具有自我诊断功能，教师和学生通过此系统可以检验教与学的过程和效果。以目前音乐教学的实际状况为例，在音乐教学中，教学对象的个体属性与教学目标并不是完全一致。因此在音乐教学中，要获得音乐教学的有效性，就必须对学生的个体音乐属性和培养目标进行分析与设计，这是一种面向对象的音乐教学模式。同时，可以根据学生个性化的特点，建立一个“课前”“课中”“课后”超循环的“可拓课堂”教学模式。
3. “可拓课堂”的运行实例
本节以新冠疫情期间线上音乐教学为例，介绍“可拓课堂”的基本运行过程。教学内容：在线学习《克罗地亚狂想曲》作品演奏。通常情况下，作品演奏课程是在线下进行的，也就是“可拓课堂”的“课中”环节。由于新冠疫情的影响，将“课中”环节也在线上实施。
3.1. “课前”信息传递
教师通过互联网教学平台，向学生布置本节课教学内容以及需要了解的相关信息。学生通过互联网聆听作品的演奏，了解课程预备信息。如图2所示：
Figure 2. Online “pre-class” information exchange platform
图2. 线上“课前”信息交互平台
3.2. “课中”教学模式
“课中”教学通常是指规定时间内的课堂教学。通常音乐表演的教学模式是，教师通过现场演奏示范，向学生讲授弹奏技能和音乐表现特点。在有限的现场演奏与讲解时间内，学生对教师示范的感知程度，以及对作品的理解程度存在较大的不确定性。也就是说，在“课中”教学中，学生对教师的讲解和示范记住了多少、理解了多少是很难说清楚的。另外，不同的教学情境下、不同的教与学的状态，以及不同的“课前”准备，学生的学习效果具有较大差异。对于在线“课中”教学来说，虽然学生不能直接感知教师示范与激情讲解的场景，但是网络视频演奏的人工智能模拟，以及不断重复性的视频播放，对增强学生音乐感知和课后练习发挥了重要作用。图3给出了线上演奏技术的动态指法训练的智能模拟过程：
Figure 3. The velocity distribution of playing fingering
图3. 演奏指法的力度分布图
图3给出的演奏指法的动态特征，是一种具有局部与整体，从慢到快的分部模拟过程，能够强化学生对演奏技能的感知。同时结合教师对演奏技能的讲解，来理解和掌握作品演奏的技能。演奏技能的讲解图可以配合教师的演奏示范视频随时播放，具有强化知识、促进学习的功能，如图4所示：
Figure 4. Explanation of the fingering and playing characteristics of the works
图4. 作品演奏指法与弹奏特点讲解图
3.3. “课后”交流与提升
在网络教学系统平台上，教师能够及时得到学生对学习内容的理解和掌握情况，以及是否运用了合理有效的思考、练习等学习方法。学生通过与教师交流能够发现自身存在的问题，以及从哪些方面能够表现自身的特点。在教师与学生的信息交流基础上，共同进入到下一次课的准备环节。对于音乐表演“可拓课堂”的运行过程来说， 每一次在线教学是经过从“课前”、“课中”、“课后”的一次教学循环。在线“可拓课堂”教学系统可以随时回顾教学与学习过程，每一次回顾就是一次“可拓课堂”的教学循环，经过多少次循环进入超循环(下一次课程)决定于学生的学习效果。研究表明，由于每个学生在“可拓课堂”中的学习效果是不同的，不同的学生参与教学循环的次数n是不同的，循环的效果也存在着偏差。另外，课前准备与课中教学的关联度，课中教学与课后追踪的关联度是决定教学质量的关键。
4. 讨论与结论
传统的课堂教学体现在“以教师为中心”，以翻转课堂和对分课堂等为代表的当代教学模式，强调以“学生为中心”。许多教学实践表明，采用什么样的教学模式是由课程性质和学生属性决定的。也就是说，一个合理和有效的教学模式，应该是在师生信息对称的条件下，通过教与学的自组织、自适应过程，达到理想学习效果的模式 [16]。
“可拓课堂”教学模式的主要特点是注重师生教与学得思维同步，“课前”与“课后”的教学信息交流，减少了信息不对称性，提高了教学的确定性。实际上，课前预习和课后练习是决定课堂教学效果的传统模式，但在具体实施中则是被动的、不确定的。“可拓课堂中”的“课前”与“课后”是与“课中”融合为一个整体，具有教学信息的人机交互与师生互动的循环功能，可以在同一个教学系统中，实现不同个体学习属性和个性化需求。通过“可拓课堂”实验结果发现，“可拓课堂”从形式上是在远程开放教学系统平台上扩展了“课前”与“课后”教学辅助的信息功能，但本质上是提升了教学效果的“可信性”。也就是说，从“可拓性”到“可信性”才是“可拓课堂”教学模式的真正意义。不难发现，通过“可拓课堂”教学过程，减少了教学中的不确定性，从而提升了教学可接受程度，也就是达到了从“可拓性”到“可信性”的目的。
通过对音乐表演专业的教学实践，“可拓课堂”有利于对不同个体属性和不同培养目标的教学形式。并且，“课前”与“课后”的在线辅助课堂细化了教学内容，具有复现感知、强化认知的教学功能。“可拓课堂”教学模式的突出特点体现在两个方面：一是通过“课前”与“课后”师生信息交流，有利于减少信息不对称，增强课堂教学的针对性；二是具有“课中”与“课后”教学循环体的智能特点，有利于学生自主学习与面向对象的个性化教学需求，体现了从教学感知到教学认知的“可拓认知”特点。
本文以课堂教学师生之间的信息不对称为研究背景，结合互动式课堂、翻转课堂、对分课堂的特点与优势，将教师的主导作用与学生的自主性相互融合，构建一种具有自组织、自适应的在线教学模式——“可拓课堂”。研究表明，“可拓课堂”教学思想体现了“课前”与“课后”师生的网络信息交流，是一种“大课堂”的教学理念。“可拓课堂”是基于网络时代教育与教学特点的教学模式，是一种实践性教学研究，需要通过各种课程的实验分析建立它的理论体系和教学模式。
基金项目
本文系教育部2021年第二批产学合作协同育人项目“音乐信息技术新文科课程建设与实践研究”(项目编号：202102160003)阶段性成果。