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电子白板教学的局限性

摘要：本文针对目前电子白板在学校的课堂教学中大规模推广的实际 情况，提出了应该理性对待采购和应用的问题，并从交互性、信息量计算、思维训练和人文精神等几个方面对电子白板在课堂教学中表现出的教学非适应性进行了分 析。从本质上说，任何教育装备都存在着教学的适应和不适应两方面的性质，笔者对电子白板进行分析的目的是希望用户根据学科和学生特点来科学地选择这一教育 装备，避免不理性的跟进而人为地造成浪费。
关键词：交互白板；非适应性；熵增原理；感知降维；装备人文

Keywords: interactive e-whiteboard; non-adaptive; principle of entropy increase; reduce of perceived dimensionality; equipment humanities

    目前，电子白板在学校教学中的应用已经 很普及，人们对它的热情日益高涨，称其为“功能无限”和“科技与教育的最完美结合”。此时写这篇文章并非是要反对使用电子白板，只是想提请专家和厂商注 意，当我们向学校推介这个产品时，既要说明它对教学的适应性，也要指出其非适应性，而让用户根据自己的具体情况进行客观的选择，不要误导他们。泰坦尼克号 在第一次下水时，曾被当时的人们誉为“上帝也无法让它沉没”的船只。电子白板在教学中确实存在许多优势，但也不乏劣势，客观地对其进行分析是理性、科学的 态度。以下，我们采用逻辑实证的方法进行分析。虽然辨证的逻辑实证法也使用“证伪”思想，即“有一例不成立，则原命题不成立”，但是我们仍然表示这不是对 电子白板进行全盘否定，而只是想证明电子白板具有众多优点的同时也存在必须注意的缺点，在教学中也必然存在局限性，我们应该科学、理性地对待它的采购与使 用。

1．历史经验的启示

    笔者曾于十年前，估计是北京地区首例， 在首都师范大学物理系101教室里安装了一块加拿大Smart Board电阻膜型80英寸的电子白板。其后学校又在不同的教室中安装了6块。但是到了2002年，7块电子白板全部被拆了下来，至今睡在仓库里。由使用 新技术而产生的一些新奇效果对人们的刺激是我们很快接受电子白板的根本原因，但当人们了解了它的原理和熟悉了它的使用，并且考虑它的教学作用后，往往就不 再对它投入过大的热情。而这些表现都是不够理性的[1]。

    据江苏省常州市教育装备与勤工俭学管理 中心吴靖副主任反映，目前国内一些经济发达的地区，电子白板的采购已呈现出每个班级一块的态势。为了能够对目前电子白板用户的分布情况有个大概的了解，笔 者做了一些检索和统计的工作。首先，通过互联网的Google对3组关键词进行搜索，结果显示在表1中。然后，对《中国现代教育装备》杂志2010年第6 期电子白板专刊登出的27篇文章进行统计，结果显示在表2中。通过对这些数据的分析，我们有理由相信，电子白板的用户主要集中在基础教育，尤其是在小学阶 段。而造成这种情况的原因是由于小学生对这一新技术的新奇感和它类似于游戏一样的交互功能。相比较而言，高校对它的态度表现出更加冷静，这是对高科技发展 认识的更加成熟的表现。

2．课堂交互的作用

    电子白板又称“交互式电子白板”，人们 普遍认为课堂教学的交互性是其最大特点之一。现在我们理性地思考一下，这一交互是在谁与谁之间进行的。对“交互”（Intreaction）与“交互性” （Interactivity）这两个词，北京师范大学的陈丽教授有比较深入的研究。陈教授在她的文章中说道：“在麦加利辞典（Macquarie Dictionary）中对‘交互’的一般定义是‘相互作用（action on each other）’。在《教育大词典》中将Interaction翻译成术语‘相互作用’，并将相互作用定义为一个因素各水平之间反应量的差异随其他因素的不 同水平而发生变化的现象（顾明远，1997）。”[2]而对交互学习的分类，陈教授在她的文章中这样总结：“Moore 的交互分类理论将交互划分为三种类型（Moore, 1989）：1)学习者与学习内容的交互；2)学习者与教师的交互；3)学习者与学习者的交互。Hillman在1994年提出了第四种交互：学生与界面 的交互（Hillman，1994）。”[3]这就是我们常说的课堂教学中的三种交互情况，即师-生交互、生-生交互与人-机交互。

    通过对交互式学习定义和类型的分析可 知：①交互的目的在于教学信息的传播（“一个因素各水平…发生变化的现象”）；②交互只发生在主、客体两者之间（action on each other）；③交互的主客体间通过语言、文字或非语言方式（图象、表情等）进行信息交流；④交互的双方必须具备语言（或非语言）的问与答的交流能力 （即，有问有答方为交互）；⑤交互的双方在交流时应该处于相同的语境（各说各话显然不能形成交互）。于是可以看出，电子白板由于与计算机相连，所以具有较 强的实时交互性，而普通黑板则不具有交互性，一些特殊用途和处理过的小黑板则具有较弱的交互性。但是，由于交互只发生在主、客体两者之间，课堂教学时，教 师使用电子白板对学生进行教学，如果学生未到电子白板前进行直接操作，则学生与电子白板之间的人-机交互并没有发生。可以想象，一 个40人左右学生的课堂在40多分钟的教学中不可能让每个学生分别到电子白板前来与其交互1分钟，那样的课堂教学将无法进行。所以，通常的课堂电子白板教 学多为两种交互形式占主导地位：一是教师与学生之间的师-生交互，一是教师与电子白板之间的人-机交互。学生与电子白板之间的人-机交互少之又少。课堂教 学时，大部分时间是教师在操作电子白板，人-机交互是在教师和白板之间发生的，这一点对于学生来说与普通黑板的作用无异。交互的本质在于知识的传播，学生 是知识的受体，课堂教学的交互主要发生在师生之间，白板与黑板只是信息传播媒介。从性价比的角度去考量，在普通课堂教学的情况下，电子白板未必优于黑板。 显然，片面夸大电子白板的课堂教学交互作用是不够科学的。

3．信息传播的作用

    许多人认为电子白板作为多媒体教学的工具，可以有效地增加课堂教学的信息量。为此我们有必要对课堂教学中信息量的计算方法和计算结果进行介绍。教学信息量的计算方法与教学信息的特性有着直接的关系，所以我们必须从信息的特性出发来说明[4]。

    信息的特性1：事件 发生后，人们从中获得的信息量 与该事件发生的概率 有关，而且事件 发生的概率 越大，则我们从中获得的信息量 越小，反之亦然。正如人们常说的：狗咬人不是新闻（因为其出现的概率相对较大，信息量小），人咬狗才是新闻（因为出现的概率小，信息量大）。于是我们可以 猜测信息量与概率的关系似乎应该是。但是，由于必然事件的概率为1，而我们从必然事件中获得的信息量应该为0，为了同时满足上述这些条件，于是定义事件发 生时我们从中获得的信息量，单位为比特（Bit）。这样，我们就可以将信息理解为“反映一个事物性质的事件发生时，人们对它的事后知识与事前知识之差”。 如果我们的“事后知识”就是对该事物了解的全部知识或简称“知识”，则“事前知识”在整个过程中就显得是比较不重要的，它被称为“冗余”（多余的）。于 是，我们可以简单地认为：知识 = 信息 + 冗余。冗余的不重要是相对于信息而言的，但是有时我们也不能够完全忽视它的作用。例如，当我们向一个从事信息通信工作的中国人表述用9个汉字所组成的知识 “克劳德•艾尔伍德•香农”时，也可以只用两个字“香农”就能够让他了解我们的意思。此时，可以认为“香农”两个字是信息，而另外7个字就是冗余。而当我们向一个会说汉语的美国人表述这个知识时，由于可能造成的重名，即使将这9个字全用上也显不够，还要增加更多的冗余，如，我们要说：“克劳德•艾尔伍德•香农，生于1916年4月30日，死于2001年2月26日；美国数学家，信息论的创始人；密歇根大学学士，麻省理工学院博士。”

    信息的特性2：一个事件发生时，人们从 中获得的信息量因人而异，即原来对该事件了解多的人其获得的信息量小，了解少的人获得的信息量大，而且人们对该事件的反应表现是不同的。例如，北京市的三 元桥地区，每天早上7:30-9:30道路必然十分拥堵。如果北京交通台在这个时段播出路况消息说“现在三元桥堵车”，则这条消息对于一个老司机或出租车 司机来说就是冗余，因为他知道这样的事情天天发生。而这条消息对于一个从未在这个时候走过此路段的新手司机来说，就可能成为非常有价值的信息。另外，如果 人们都没有听到这条路况消息，则他们的表现或行为是不一样的，老司机会绕道而行，新司机有可能直奔而去。所以我们可以从人们的行为表现，侧面地估算出反映 一个事物的事件发生时人们所得到的信息量。教学信息测量中常用的S-T分析、Flanders课堂互动分析[5]、语言交互分类系统（VICS）[6]等，就是通过对课堂教学的教师行为和学生行为进行分类、编码、统计而计算教学信息量的。

    信息的特性3：教育信息传播的过程中，信息熵总是具有增加的趋势。设一个系统中每个事件的发生都可以取个不同的状态，而且总共只有个状态，则每个状态在该系统中出现的概率应该满足，而我们从中获得的平均信息量为：
或者记作：。这个表达式与统计力学中熵函数的表达式一样，所以被称为信息熵。当系统中的个状态等概率地出现时，于是我们可以计算出此时的信息熵，而且发现它是系统可能的信息熵的最大值，即 最大信息熵。统计力学中有一个熵增加原理，是说物体的热总是具有从温度高的地方向温度低的地方扩散的趋势，当各处的温度都相同时系统的熵最大。教育信息传 播时也有相同的情况，当知识只存在于教师头脑中时，教学系统的信息熵为0，而通过教育信息传播使系统中所有学生都相同地掌握了教师的知识时，系统具有最大 信息熵。这样，教学过程就成为信息熵增加的过程，且总具有增加的趋势，我们称其为教育信息的“熵增原理”。根据教育信息的“熵增原理”，教育信息熵大应该 优于信息熵小。所以，我们可以通过计算教学系统的信息熵，根据其大小来判断课堂教学的效果。语言交互分类系统（VICS）就是这样一个测量方法。

    根据教育信息上面的3个性质，VICS 将课堂教学的教师行为和学生行为按表3所示进行分类（显然这个系统的，最大信息熵应为），然后对一个实际课堂的教学过程按时间顺序进行分段的行为编码，最 后根据每个行为编码出现的概率计算信息熵，同时认为信息熵相对较大的课堂教学效果相对较好。于是，我们用VICS对一个使用电子白板的课堂和一个未使用电 子白板的课堂（同一教师，同一教学内容，不同的班级）进行对照分析，其中没有使用电子白板的常态教学的信息熵为3.0138bit，使用电子白板进行教学 的信息熵为3.0219bit。其结果显示，它们之间并无较大差异。得到这样一个结果其实应该在情理之中，因为一节课要传达给学生的知识点就是教学信息本 身。而为了让学生能够很好地掌握这些知识点（信息），需要利用学生与该知识点有关的事前知识（冗余），根据“最临近发展区”理论，将这些知识点用大量的冗 余进行“包装”，然后传递给学生。于是，在课堂上就出现了教师通过口述、黑板板书、电子白板与多媒体展示等方式进行知识阐述的情况。其中，电子白板与多媒 体展示的内容会比教师口述和黑板板书的内容要多，但是我们不能就由此得出电子白板与多媒体教学的信息量大的结论。因为课堂教学的信息量是指这些知识点，它 不因多媒体的使用而增加，所以电子白板与多媒体教学增加的是冗余（或说是相对有用的冗余），而不是信息本身。不过，针对具有不同知识储量的学生，提供不同 数量的冗余，也是十分必要的。所以，电子白板可以增加教学信息量的“神话”起码是值得怀疑的。

    电子白板为人们所称道的又一个优点是直 观教学，尤其对几何图形变化过程的呈现使人一目了然。在使用电子白板的课堂教学中，我们都希望充分发挥电子白板的各种功能，例如三维动画的显示效果，而谁 也不愿意将它当作普通黑板使用。于是在进行教学设计时，我们总是将原来使用语言说明的问题设计成为直观的图形问题。但是语言说明是帮助学生进行“思想实验”[7]的 最有力工具，所以我们必须警惕，在课堂教学中电子白板的直观教学功能使用多了，将取代和削弱学生的抽象思维和逻辑思维训练，对学生认知能力的培养是不利 的。电子白板的直观教学作用为西方一些国家所称道，但是，中西方的文化有着巨大的差异，其中汉字就是这些差异之一。使用象形文字的中国人，几乎整个儿童时 期都在学习汉字，大约在小学毕业前（9、10岁前后）所掌握的文字才能够开始阅读各种书籍。以至于在上个世纪二、三十年代，北京大学的钱玄同教授（核物理 学家钱三强的父亲）甚至认为中国的文字制约了国家科学技术和国力的发展，而提出要求废除汉字。直观（非思维）、形象（非抽象）、感性（非理性）认知是中国 儿童习惯的主要学习方式，但是应该警惕它有可能阻碍了学生认识客观世界能力的提高和创新思维的发展。

    人对外界事物的感觉存在着“降维”的现象，例如人的视觉。设想我们生活在1维的空间中（这就是在进行“思想实验”）， 则我们只能看到一个0维的点；如果是在一个2维的空间，我们就可以看到一条1维的线；事实上我们正处于一个3维的空间，所以我们看到的是一个物体2维的 面，要想看到该物体的全部，即3维的体，就必须绕到物体的后面去看，而在“绕”的过程中我们花费了时间，而且使用了先前对空间的记忆，其实我们是在3维空 间的基础上增加了一个时间维，使整体实现4维。我们感知物体的维度总要比我们所处空间的维度低1维，这种“感知降维”现象迫使我们在认识客观事物时必须进 行空间感性思维和逻辑理性思维的结合。人在学习中对事物的认识并不总是存在着足够的时间和空间，允许我们“绕”到事物的“后面”去了解它的全貌，所以在教 学中对学生进行抽象思维和逻辑思维训练就显得十分必要，正如几何学、制图学等教学中对学生做的这种思维训练。因此，我们要充分考虑对电子白板的直观教学功 能是否应该慎用的问题。

5．装备人文的思考

    对教育装备的认识，除了科学技术方面的考虑外还必须有人文精神的体现[8]。人文精神的本质是追求“真、善、美”，表现在教育装备的开发和管理理念中就是以人为本的价值观、可持续发展的生态观[9]（绿 色装备、装备环保）以及人-机-环境的艺术观。一个新技术的出现（如：计算机、多媒体、互联网、电子白板、Moodle、ViKi 、WebLog、移动通信、云计算、…），人们总是将其引入教育教学中，或作为教学内容，或作为教育装备。从事教学和教学研究的人员一般都是以首先接受这 种教育装备的态度为前提，而对教学过程、教学方式进行优化设计，以便能够最好地适应和运用这一教育装备，让人服从于装备。教育装备人的思路与此相反，我们 更多地考虑如何使这个教育装备能够更好地为教育教学服务，所以我们经常是以批判的目光来看待各种新兴的教育装备。当然，我们做得还很不够，没有真正从教学 需求出发去主动设计出更多的新型教育装备，而总是被动地将各种新技术推向教学环境建设。但是，我们的研究对象是教育装备本身，我们的研究工作是科学的、客 观的，也是人性化的。一个新的教育装备出现，人们并不是很了解它，在这种情况下大量推广用于教学，无异于是在拿学生做试验（大量的电子白板教学研究的文章 反映了这一现象）。在医学上，用病人做医学试验是不道德的，也是法律所不允许的。虽然教育法没有对教学试验的问题做任何法律限制规定，但是慎重一些应该是 没错的。毕竟，医学试验失败了，影响的只是个别人，而教学试验的失败会影响更多的人，难道这不值得专家们和厂商们认真思考吗？

    电子白板作为被时代推崇的现代教育装 备，从人机工程学的角度看应该体现以人为本才对，但事实并非如此。通过我们对电子白板尺寸的人机因素分析可以看出，由于受到投影机正投方式（长距或超短 距）和投影长宽比（4:3或16:9）的限制，电子白板在安装上存在着无法克服的“教师够得着与学生看得见”之间的矛盾[10]。 除此之外，还存在许多我们正在进一步研究的问题，如：电子白板的使用是否真的能够降低教师教学的劳动强度；学生长期注视具有反光特性的高亮投影屏，教师也 是长时间面对投影机的直接照射，这些对他们的视力是否会有影响；投影机风扇和计算机风扇扰动起来的尘埃在室内空气中占有多大比重；这些电子设备产生的电磁 辐射强度在什么样的量级上；电子白板表面涂料是否环保；系统的可靠性与其复杂性成反比，由计算机、投影机、电子白板构成的系统出现故障的概率有多大（课堂 教学对设备故障为“零容忍”）；…，等等。教育装备管理理论中有一个“四效”问题，它是指对教育装备如何发挥使用的效能，优化教学的效果，提高学习的效率 和增加教育的效益。它们分别对应有科学而理性的评价方法和评价指标体系，是客观、量化的评价，而非主观、定性的评论。关于电子白板可以降低教师教学的劳动 强度一说是值得商榷的，电子白板的一些特殊功能确实减少了教师上课的书写动作，但是他们要花费比以前更多的备课时间来应付电子白板的使用和相应的教学设 计。而且，由于人对事物的注意力与同时关注的事物数量有关，当同时处理的事物数量较大时，处理失误的概率将大幅度增加。教师在课堂上讲授课程的同时还要时 刻分神去对付电子白板上的各种功能按钮和链接操作，会使讲课的失误率增加，这必将严重影响教学效果。另外，仅从教育装备的效率方面考虑，其目的也主要是提 高学习者的学习效率从而降低认知负荷，降低教师劳动强度并不是我们的主要目的，所以不应该把降低教师劳动强度作为推广电子白板的理由。关于投影机亮度对师 生视力的影响也在研究中，一些初步的研究表明，由于人眼对亮度的适应范围很宽[11]，所以电子白板反射光对学生视力不会造成较大影响；而由于教师在讲台上不停移动，在投影机直接照射和无照射下频繁切换，有可能对他们的视力造成不良影响。其它的相关问题也都在笔者及其团队的研究之中，相信不久将能够陆续拿出研究成果。