信息技术构建的虚拟环境具有可重构性强、可共享性强、灵活、安全的特点，可为师生提供更加灵活多样的教学方式和学习方式，从而形成新的课堂形态。无论是正式学习还是非正式学习，无论是经济发达地区还是经济欠发达地区，虚拟环境都可以带来全新的教学和学习体验，支持教学活动的顺利开展。本节将分析云计算环境、虚拟实验室、虚拟软件和移动卫星车等案例，追踪虚拟环境带来的新型课堂形态。

一、云计算环境促进学习与教学的协同

云计算（Cloud Computing），起源于2007年的Google-IBM的分布式计算项目，是指通过互联网的专门资源中心，以便于以扩展、按需供给的方式让用户获得所需服务和工具的服务模式。云计算资源支持在线协作、文件存储、虚拟化和灵活访问。基于云计算的服务包含有基础设施服务（如虚拟机、虚拟存储等）、平台服务（公共服务平台、电子商务平台等）和软件服务（如Google Apps）。云计算在《2012年地平线报告》中被列入近期应用的技术，在《2013年地平线报告》中又再一次列入近期应用范围内，充分说明云计算将继续以崭新、拓展的方式影响着我们的日常生活。

互联网的不断扩大推动了云计算在教育领域中的广泛应用，越来越多的学校已将云计算视为存储、备份、软件服务等问题的解决方案，如Google Apps、微软Office 365教育版等已经成为教育机构非常流行的选择。许多学校将电子邮件基础设施迁移至Gmail，并采用谷歌应用程序或者微软Office 365进行文档共享和协作。随着教育信息化基础设施的不断完善，云计算技术在教育领域中的重要性日益凸显，如云盘的应用、资源的同步、在线平台的协同学习等。由此，云计算在现代课堂教学中的角色将显得日益重要。

（一）在线云应用促进学与教协同

Google Apps是由Google提供的个性化服务，包括Google云端硬盘、Google协作平台等网络应用程序，能够有效支持教师和学生同步开展在线协作交流，共同编辑文档，并进行作业、笔记等文档的同步保存。

霍巴特市位于美国的印第安纳州。2012年，该市的一些小学和中学将Google Apps及Facebook、Twitter等一些社交媒体工具引入了课堂教学之中并进行推广，教师和学生在课室和家中使用基于云计算的服务和工具开展教学和学习，在提升学生知识的同时有效培养了学生的批判性思维能力。

霍巴特中学（Indiana Hobart Middle School）将Google Apps引入了学校的课堂教学之中，为教师和学生提供了一个实时互动的平台，学生在学校中使用便携式电脑参加课程的学习，在家中使用家庭电脑做作业并提交、查看教师的反馈信息。Matthew Whiteman 教师在其社会研究课程中使用了Google Apps（go.nmc.org/hobart），课堂教学中，教师基于Google协作平台提出问题，学生在平台上进行交流，每个学生都可以同步看到其他学生发布的信息，并进行回复，教师基于学生讨论交流的内容为学生提供及时反馈。课后，教师将家庭作业、时间安排及相关注意事项放到平台上，学生在家中登录平台查看作业信息、使用Google Doc编辑作业并提交，教师对Google Doc进行编辑，修改作业。

另外，Google Apps也为那些因为生病等原因不能上课的学生提供了学习渠道，学生可以在家中使用Google Apps查看并参与教师和其他学生在平台上的活动，使用Google Docs进行作业编辑并提交[1]，同时由于作业是存储在云端库中，学生不用担心作业的丢失，在学校使用连入网络的便携式电脑就可以看到自己的作业。

图6-10 Matthew Whiteman教师的社会研究课堂

图6-11 学生使用Google Apps协作平台进行交流

（二）协作交流云平台促进小组协同

Office 365教育版（Microsoft Office 365 for Education），是微软基于云计算的产品，包括Exchange Online、SharePoint Online、Lync Online、Office Web Apps、Office专业加强版组件及能够满足教师和学生需求的模板设计等，其能够有效支持教师和学生创建在线小组，协作编辑文档并进行作品的分享[2]。2011年，在英国BETT（British Educational Training and Technology Show）教育科技展上，微软正式宣布了截至2013年，微软Office 365教育版已经协助包括印度尼西亚、美国、希腊、波兰、立陶宛、中国等多个国家的多所学校及教育中心构建了教育数字化平台。

Binus中心，位于印度尼西亚雅加达市，致力于培养学生的高素质人力资源技能。2012年，该中心启动了Binus中心教育合作伙伴计划（BCEP，Binus Center Education Partner Program），覆盖到了幼儿园、小学、初级和高级中学。为了能够有效地将ICT整合到学科的课程教学中，提升教师和学生的ICT技能，Binus中心为合作伙伴学校中共计15 000名学生购买了15 000份微软Office 365教育版在线软件套件。课堂教学中，教师布置学习任务，鼓励学生以小组的形式开展学习交流，学生通过自己的电脑设备使用Office Web Apps创建在线小组，共享想法和观点，共同编辑小组文档，缺课的小组成员可以在家中或者在任何能够上网的地方借助电脑设备参与小组内部的交流，与小组成员同步编辑小组文档，并以Word文档或者PowerPoint课件等形式呈现自己小组的作品。任务最后，学生小组将作品与其他小组和教师进行共享，教师引导小组学生之间进行相互评价。

二、虚拟实验室成为实验教学课堂新形态

虚拟实验室（Virtual Laboratory），也被称为远程实验室（Remote Laboratory），其概念最早于1989年由美国William Wuff教授提出，用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境。1999年8月，联合国教科文组织在美国爱荷华州立大学召开的会议上将“虚拟实验室”定义为：为了实现远程协作、实验研究或其他创新活动，通过分布式信息和通信技术产生并发布结果的电子平台。通常来说，虚拟实验室是一个通过网络访问的在线平台，而访问设备也不限于计算机，一些新近开发的远程实验室还支持移动设备的访问。无论学生位于何处，通常都可以拥有7×24小时的开展科学实验的机会，而且能够获得真实的实验室工作体验。

虚拟实验室因其成本低、可重用性高、可共享性强、不受时空限制、不易损坏、安全性高等特征在实验教学领域特别是远程教育领域和对实验安全性要求较高的领域受到教师和学生的青睐。特别是近年来，随着三维建模技术、人机交互技术、数字化控制技术以及虚拟现实技术等技术的发展与普及，人们普遍认为，虚拟实验能够为学习者特别是有需求的学习者提供灵活、开放、自主的实验教学环境和学习资源，以弥补传统实验的不足和缺失，进而提高当下教育的教学质量。总的来说，虚拟实验室已经成为中小学、职业教育、高等教育领域，特别是远程教育领域开展科学教学、技术教育、工程教育、数学教育（统称为STEM教育）等的重要“场所”。

（一）开放专业虚拟实验室提升高中生专业技能

专业实验室建设费用和维护成本较高，相对比较独立，难以成为普通校园的一部分。很多学校往往因为缺乏一些专业性要求较高的仪器设备，使得对应的专业实验难以开展。然而，虚拟实验室最重要的优势之一是：资源共享。有条件的单位或者组织利用虚拟实验室的相关技术开放专业实验室，实现专业仪器设备的共享。

纽约大学理工学院（New York University Polytechnic School of Engineering）是纽约大学下属的18所学院之一，创建于1854年。该学院是美国第二古老的私立工程技术学校。为解决纽约周边各州高中学校专业仪器缺乏的问题，纽约大学理工学院为该地区的高中生免费开放在线虚拟实验室。到目前为止[3]，纽约周边的3个州的高中学生可以通过虚拟实验室参与和设计18门信息安全专业的课程教学实验。完成相应的课业之后，攻读硕士学位的学生就可以获得国家安全局颁发的信息保障证书。对于虚拟实验室来说，除了具有资源共享的特征外，最重要的特征就是可重构性。纽约大学理工学院的虚拟实验室能够通过浏览器直接访问https：//vital.poly.edu/interim/，也可以实现远程配置。该项目解决了高中生难以接触专业实验室和实验设备的困境，而且，项目中的每一位参与者都能获得所需的主机和网络组件，灵活安排时间和进度完成特定的实践任务。

（二）开放虚拟实验室提升学习者的真实体验

在某些传统教学实验中，如果实验者对实验的操作规范和技能不熟悉，安全很难得到保证，容易对实验者造成伤害，同时，实验仪器也容易损坏，造成实验器材数量的减少，如果实验器材不能及时更新，一定程度上会影响后续实验的安排。然而，虚拟实验室具有可重构性，能够从一定程度上解决传统实验安全性及时间安排不够灵活的问题，而且还能为实验者提供真实的实验环境和实验体验。

Inquiry-to-Insight（I2I）项目是美国斯坦福大学霍普金斯海洋研究中心和瑞典歌德堡大学埃里克森海洋研究中心的合作项目。自2008年成立以来，I2I项目一直得到瓦伦堡全球学习网络的资助。该项目的参与者是两个国家的高中生和初中生。参与项目的中学生利用虚拟环境共同学习、讨论和设想解决海洋环境问题的方案，促进不同国家中学生的国际协作。2011年2月，瑞典哥德堡大学设计开发了虚拟海洋酸化实验室。在这一项目中，学生使用最新的海洋数据在虚拟的海洋酸化实验室里研究瑞典西海岸古尔马峡湾（Gullmar Fjord）的海洋环境酸化的问题，所使用的科学数据都是由该项目中的海洋专家所收集的真实数据，能够保证研究的有效性。2012年1月，该项目的研究者持续一年追踪了瑞典吕瑟希尔小镇上的500多位高中生使用虚拟工具来探索瑞典西海岸古尔马峡湾的海洋环境。该项目的合作者斯坦福大学同时评估了这500多位学生的使用虚拟实验室后的知识水平。该评估结果使得Gothenburg的研究者能够研究学习者们如何建立对科学工作和概念的理解。利用虚拟工具的方式具有较强的适用性，能够广泛应用在自然科学和社会科学两个学习情境中，同时，也能很好地帮助学习者理解科学知识是如何产生的。2014年开始，研究者试图了解虚拟实验室中的学习者是如何在工作中发现答案的，讨论如何设计研究和实验以产生知识。

图6-12 海洋酸化实验虚拟实验室

三、虚拟世界中隐现“真实课堂”

Second Life（中文译作“第二人生”）是由林登实验室（Linden Lab）建立的互联网上的三维虚拟世界，测试版于2003年5月发布。用户通过注册成为Second Life的居民，居民可以定制自己的虚拟化身（性别、相貌、身高、肤色等），虚拟化身可以像现实世界中一样进行漫游、交流、购物、学习等，其最大特点就是为用户提供一个平台和工具让人们在这里尽情发挥自己的创造力。

根据Linden Lab公布的Second Life历史成就统计，截至2013年，已经拥有3 600万注册用户，累计在线时间相当于217 266年。平均每月有超过40万新用户加入，而月均活跃用户数量则有100万。Second Life中的虚拟陆地面积接近700平方英里，相当于14个旧金山城市的大小。目前，很多公司、新闻、影视、医药卫生、航天、军事、建筑设计、旅游等行业都加入了这一虚拟世界浪潮中。

Second Life教育潜能的发掘始于2005年，当时一些教育工作者开始在Second Life中尝试进行一些教育教学活动（Lester，2006）。2006年，登录Second Life的教育工作者人数飞速增长，教育应用发展迅猛。很多学校与教育机构也在Second Life设置虚拟校园、图书馆、教室、招生处等以扩大其影响，同时也为其教师、学生探索新的教学途径和方法提供场所。如俄亥俄州立大学购买了7个岛屿打造其虚拟校园；斯坦福大学在Second Life里建立了虚拟图书馆；南加州大学商学院在Second Life里提供场地让其学生经营管理虚拟资产。据Second Life的教育宣传册介绍，至2010年已有来自世界各地超过700多个学校及教育机构入住Second Life。Second Life广泛应用于各个领域的教学，包括医学、商业、文学、艺术、生物、历史、语言、旅游等。经过多年的实践，其教育应用已经形成了一定的规模。

（一）虚拟环境中进行中文辅导教学

在语言教学中，Second Life最大的优势是可以为学习者之间的交互提供与情境相关的空间，它是一种三维的虚拟世界，它具有高仿真性和沉浸性，学习者的语言交流具有极强的沉浸性和临场感。另外，Second Life可以为学习者提供参与真实的任务的情境，为学习者运用目的语与真正的听众进行交流创造条件。

澳大利亚莫纳什大学于2007年在Second Life购买了一座虚拟岛屿，中国研究系于2007年下半年在岛上建造了具有中国文化特色的书院，还建造了茶馆、医务室、旅行社、商业街、蔬菜市场等虚拟设施供情境教学使用。2009年，中国研究系建立了专门针对中国语言文化学习方面的活动的“中国岛”。2013年起，中文辅助教学课程要求学生每个学期要定期参加中国岛上的活动：初级学习者要进行三次1.5小时以上语言常规训练，主要是通过文本和语音练习教科书上的内容；进行三次1小时以上的任务型语言学习，任务设计基于教科书和真实生活；另外，学生要参与每周2个小时的课堂直播，进行语言巩固和练习。

图6-13 澳大利亚莫纳什大学“中国岛”

中国研究系的Scott Grant老师自2008年以来一直在利用Second Life进行中文辅助教学，截至2012年，已经有1 000名左右的学生在这里学习过中国语言文化。Grant老师进行了多种富有创意的教学尝试，他的尝试大致可分为以下三类。

1.真实情景中的语言训练：针对一二年级初级或中级水平的语言课而设计的活动。“中国岛”为学生提供了接近中国实景的学习环境，学生能够在几乎真实的环境中学习。在“面对面”的课堂上学习词汇、句子和中国文化知识，并在课后进行练习、拓展和复习。比如，在学习与交通有关的话题时，他让学生在“中国岛”的3D虚拟火车站、飞机场练习买票、上车/登机，并给在中国的朋友发电子邮件通知自己所乘车次/航班及到达时间。

2.真实任务下的语言训练：针对三年级中高级程度的“中文媒体课”（Chinese Media Studies）进行的尝试。在这门课中，老师设计了一系列真实的任务，让学生进行语言学习和训练。例如，其中一个任务是让学生们采访来自中国、美国、新加坡的嘉宾，莫纳什中国岛上有专门为该课建立的电视采访室，嘉宾们被请到电视采访室接受全中文的采访。采访结束后，学生要发布书面新闻报道，并且在虚拟电视台进行播放。

3.中文对话训练：“中国岛”设有各年级均适用的课外聊天室，学生们可以在聊天室中用中文进行语音或者文本聊天，高年级的学生可以帮助低年级的学生进行练习。

（二）虚拟环境中开展远程教学

在远程教学中，教师和学生在时空中处于分离状态，师生之间存在着心理空间和物理空间的交互影响距离，加强师生交互可以有效地缩短这个距离，Second Life中师生作为居民以虚拟化身在场，通过表情、语言和动作的交互能够有效缩短交互影响距离。Second Life在远程教学中逐渐发挥其巨大的潜力，一些大学已经在Second Life中开展课程，探索在虚拟世界进行远程教学的可能性。

英国开放大学从2006年就开始在Second Life中进行教学工作。最初，开放大学拥有两座岛屿——Cetlment和SchomeBase。2008年，Second Life中的开放大学就已经成长、发展为一个活跃的、兴盛的场所。新的岛屿Open life在2008年年初建成。2009年，开放大学购买了它的另外一座岛屿——Open Life Village。目前，开放大学的主要教学场所集中在Open Life岛上，在岛上分布着各种教与学的活动场所，为了增强参与者的真实体验，开放大学创造了一个与真正课堂平行的身临其境的三维环境，这里有与真实环境对应的建筑物、树木和街道，在模拟真实学习场所的虚拟环境中，学生如同身处传统的教学空间。不管教师和学生身在何处，他们作为Second Life的居民可以在岛上聚集，参与在线课程，进行实时交互，完成学习任务，参与集体活动。教师在虚拟世界里可以对学生进行“面对面”的交流与辅导，及时接收来自学生的反馈信息，并且快速、高效地对学生的问题做出回应。

图6-14 Second Life中开放大学的“面授课”

Second Life给课程参与者提供的环境使得学校能在不同距离的学生间创建良好的社群氛围，也为参与者提供了非常丰富的与讲师、其他参与者直接沟通的媒体。Second Life上的远距离教学，可以让教师和学生仿佛共处同一空间内，让学生有一种集体上课的感觉，交流的方式也与现实交流相差无几，有效缩短了师生之间的时空距离。同时，通过Second Life，开放大学有效地提高了学生在“面授教学”中的出席率。

四、移动卫星车助力经济欠发达地区构建信息化课堂

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，特别是非洲、南美和亚洲的经济欠发达国家或地区。教学点，也被称为不完全小学，是一种为学生提供小学教育的场所。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。在教学方式上，以教师讲授为主，教师指导学生预习、听课、完成课后作业。由于授课教师的教学能力和专业知识非常有限，教学点的教学质量难以保证。教学点成为各国教育中的最薄弱环节。

为了应对这一挑战，世界各国均尝试使用信息技术来提升教学质量。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在经济欠发达国家和地区的教学点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。这种通常依托一辆汽车来建设，车上装有发电机、卫星接收设备、计算机服务器和无线路由器等。将这辆汽车开赴教学点以后，能够提供两种类型的服务：一是卫星教学视频接收服务，可将接收到的视频内容呈现在教学点的电视屏幕上；二是可提供优质资源网络共享服务，将计算机服务器存储的优质数字资源通过无线路由器共享给教学点，师生通过计算机或手持设备学习。[4]从实践来看，“移动卫星车”构建的信息化课堂能够有效支持优质教育资源共享，对于学生学习和教师培训起到重要作用。

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。自2009年启动以来，项目第一期试点工作在巴基斯坦北部山区曼泽拉（Mansehra）已经完成，主要涉及学科为数学。截至2013年12月，已有46所学校加入该项目，1 500名小学生从中受益。项目第二期正在启动，预计到2014年年底，将有1 200所学校加入其中，涉及学科包括乌尔都语、英语、数学等。

坎特（chatter）公立小学是北部山区曼泽拉区的偏远学校之一，共有五个年级的35名学生，3位老师。由于师资缺乏，长期以来该校的乌尔都语、英语、数学、宗教等课程无法正常开设，教学质量处于较低水平，学生辍学率较高。2013年以来，该校加入了“移动卫星车”项目，为该校四年级和五年级学生提供数学教学支持。坎特公立小学的教师制订了详细的资源需求清单、播放时间、学生活动安排。移动卫星车的技术人员准时把车辆开到该小学。每到周五，曼泽拉区委派一辆移动卫星车到坎特公立小学，并建无线课堂。按照学校的要求，该车将可汗学院（Khan Academy）开发的数学课程存放在计算机服务器上，通过无线路由器将视频传输到师生的平板电脑上，供师生学习。经过一学期的教学应用，学生的学习成绩大幅度提升，对于数学的学习兴趣有所提高，98%的学生认为视频讲授的方式使他们更容易理解数学知识。

图6-15 移动卫星车

图6-16 无线课堂示意图

利用移动卫星车构建的信息化课堂既可以接收卫星视频信号，也可以设置无线网络实现优质视频资源共享。作为一种新兴的课堂形态，移动卫星车对于经济欠发达地区实现优质教育资源共享，提升教学质量具有一定的现实意义。

[1] Paul Kelsall. School Starts to Benefit from Google Apps[DB/OL].http：//www.roketix.co.uk/2012/09/25/school-starts-to-benefit-from-google-apps/5760.html，2014-01-28

[2] Microsoft.Office 365 Education[DB/OL]. http：//office.microsoft.com/en-us/academic/，2014-03-06

[3] NYU-ePoly Online Graduate Program[EB/OL].http：//engineering.nyu.edu/academics/online/masters/cybersecurity，2014-03-08

[4] Zualkernan I A，Karim A. Using a Traveling Van to Deliver Blended Learning in a Developing Country[C].Advanced Learning Technologies（ICALT），2013 IEEE 13th International Conference on. IEEE，2013：429-431