摘要：数字孪生作为虚实等体、信息同步和交互聚敛的虚实共生系统得到了教育研究者的关注,但是目前数字孪生的教育应用局限于技术优势勾勒,未能聚焦学习者的高阶思维能力培养。数字孪生具有培养高阶思维能力的独特优势,能够创建复杂的问题解决环境、提供可验证的智慧功能以及创设信念形成的反思语境。根据数字孪生和高阶思维的特点,提出了面向高阶思维能力培养的数字孪生智慧教学模型,阐释了以数字孪生为基础的教与学原理。将数字孪生智慧教学模型与翻转学习模式进行整合,提出了数字孪生智慧教学翻转学习模式,开发了问题解决支架、动态概念图谱和多元批判评价教学策略。模式有效实施的关键是创建智能化的数字孪生体、聚焦复杂问题解决以及适切的学习活动设计。

摘要：各类学习空间的优势互补可以促进有效学习,但课堂教学始终未能达成实体学习空间、虚拟学习空间和自然学习空间的跨越和融合。基于数字孪生技术构建数字孪生智慧学习空间,有望实现各类学习空间的一体化,为学习者具身探究自然与社会和高阶思维发展提供支持。数字孪生智慧学习空间由虚实共生空间及资源、信息传输系统、智慧大脑系统、教与学支持系统等核心要素构成,能够支撑具有跨时空高保真体验、分布式跨区域协作、虚实共生数据驱动、面向设计的真实学习等特征的学习活动。其构建应当在遵循整体性、智能性、探索性、融合性原则基础上,从物理空间、云端服务和数字空间三个逻辑层次进行结构设计。基于数字孪生智慧学习空间的教学可采用数字孪生探究教学模式,从课前、课中和课后三个阶段以及实施过程、学习空间、学习活动及学习评价四个层面围绕问题解决展开,并采用知识共享驱动和涟漪拓展探究的教学策略,以促进学习者的深度协作知识建构。

摘要：课前浅层学习和课内深度学习是翻转课堂学习模式的基本特征,然而探讨课前和课中双向深度学习的研究却鲜少出现。针对这一问题,文章以天平为隐喻,以耦合理论、建构主义和社会系统理论为基础,构建了一个促进课前与课中双向深度学习的"天平式耦合深度学习模型"。随后,文章采用基于设计的研究方法对此模型的有效性进行了检验,以32名本科生为实验对象,通过三轮迭代实验逐渐解决了深度学习难以持续、在线深度会话动力不足等问题。研究结果表明,迭代后的天平式耦合深度学习模型能够实现翻转课堂课前与课中双向深度学习的目的,并提升学习者的高阶思维能力。

摘要：数字孪生是未来教育方式变革的重要技术之一,但由于其教育应用不足,故需要汲取经典教学案例的相关经验。为此,文章采用案例分析法,选取美国的加州大学、瑞士的应用科学大学和芬兰的坦佩雷大学为案例学校,从理论基础、学习环境、学习活动和模式构成要素四个维度分析了数字孪生教育应用的教学模式。在此基础上,结合数字孪生教学法概念框架,文章设计了数字孪生教育应用的一般性教学模式,包含问题解决方案假设、数字孪生模拟验证、实践检验与应用等环节。最后,文章分析了数字孪生教育应用对我国的启示,以推动我国深度挖掘数字孪生的重要价值并进一步扩大其应用范围。