姚方莉

陜西師范大學 立人中小學數(shù)字化教育研究所，西安 710061

課堂教學是學生接受系統(tǒng)教育最重要的一個環(huán)節(jié)?，F(xiàn)行的課堂教學存在諸多的問題，例如:效率低、互動差、反饋不及時、資源匱乏、缺少個性化的輔導(dǎo)，等。隨著傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、富媒體技術(shù)、云計算技術(shù)等的蓬勃發(fā)展，智慧教室作為一種新型的現(xiàn)代化教學手段，體現(xiàn)了教室環(huán)境的智慧、教學應(yīng)用的智慧、互動學習的智慧，給教育行業(yè)帶來了新的機遇，是學校信息化發(fā)展到一定程度的內(nèi)在需求，是當今智慧學習時代的必然選擇。文章對智慧教室的概念、特征、組成、平臺構(gòu)架以及組合方案進行了介紹，以期對智慧教室的研究提供參考。

1 智慧教室的概念及特征

1.1 概念

隨著智慧社區(qū)、智慧城市、智慧校園等新興概念不斷涌現(xiàn)，智慧教室的興起也是一種必然的趨勢。

對于智慧教室的界定國內(nèi)外的學者從不同的角度出發(fā)有不同的觀點，國內(nèi)比較有代表性的觀點主要有:黃榮懷認為“在傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、富媒體技術(shù)及人工智能技術(shù)充分發(fā)展的信息時代，教室環(huán)境應(yīng)是一種能優(yōu)化教學內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展，具有情境感知和環(huán)境管理功能的新型教室，這種教室被稱為智慧教室。智慧教室是一種典型的智慧學習環(huán)境”［1］;陳衛(wèi)東認為“所謂智慧教室，就是一個能夠方便對教室所裝備的視聽、計算機、投影、交互白板等聲、光、電設(shè)備進行控制和操作，有利于師生無縫地接入資源及從事教與學活動，并能適應(yīng)包括遠程教學在內(nèi)的多種學習方式，以自然的人機交互為特征的，依靠智能空間技術(shù)實現(xiàn)的增強型教室”［2］。

國外比較有代表性的觀點主要有:①智慧教室是一個完全整合的交互系統(tǒng)，允許用戶從一個中控點無縫接入媒體［3］;②智慧教室可以被定為一個擁有計算機、投影儀、多媒體設(shè)備(錄像和DVD)、網(wǎng)絡(luò)接入、揚聲器等設(shè)備，且能夠調(diào)節(jié)光照和控制視頻流的教室［4］;③智慧教室是一個完全自服務(wù)，用戶有好的有助于教和學的環(huán)境，教師要用的資源以簡單、易用的方式進行配置［5］;④智慧教室允許用戶以一種盡可能自然的方式與其交互［6］。

綜上，國內(nèi)外學者專家對智慧教室的概念并沒有統(tǒng)一的界定，在一定程度上會影響智慧教室的發(fā)展。

1.2 特征

智慧教室具有以下幾大特點:①無處不在的泛感知，各種各樣的學習資源可以隨時隨地地進行采集，不再受到地域和時間的限制;②泛在的智能管道，即公網(wǎng)與校園網(wǎng)相結(jié)合，有線與無線相互補充實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)保障教育資源;③云計算數(shù)據(jù)中心，解決信息孤島的問題，實現(xiàn)各機構(gòu)信息關(guān)聯(lián)共享;④豐富全面的教育應(yīng)用，制定多樣的智慧教室解決方案以適應(yīng)多種學習方式;⑤綠色創(chuàng)新運營平臺，軟件應(yīng)具有開放性，全民可共同參與［7］。

2 智慧教室的組成

智慧教室系統(tǒng)主要由以下4個部分組成(如圖1所示)。

圖1 智慧教室的組成

2.1 教育綜合管理平臺

教師可以進行課前備課，課后布置作業(yè)、發(fā)布成績，等;家校溝通環(huán)節(jié)中，教師可把學生的學習狀況反映給家長，家長通過電子書包教育管理系統(tǒng)可以了解學生的學習情況，掌握學習進度，把握學生動態(tài)，獲取學校信息，搭建學校與家長溝通的橋梁，促進孩子健康成長。

2.2 課堂互動學習

教師利用電子黑板系統(tǒng)和電子書包系統(tǒng)在課堂上隨時發(fā)起互動討論，布置電子作業(yè)，發(fā)布信息，把握學生的學習狀況，即時反饋回答學生信息;學生可以及時答題，捕捉薄弱環(huán)節(jié)，并且能夠向教師提問，學生之間也可以互相交流學習，完成教師布置電子作業(yè)，等;教師可以進行隨堂評測，也可遠程在線指導(dǎo)，學生的學習情況能生成可視化的分析報告，教師可根據(jù)具體的狀況做針對性輔導(dǎo)，實現(xiàn)個性化的教學。

2.3 教室安防系統(tǒng)

通過監(jiān)控器、傳感器與云數(shù)據(jù)平臺連接，可以監(jiān)控教室溫度、濕度、光線、環(huán)境等相關(guān)參數(shù)，以及班級情況實時視頻監(jiān)控，幫助教師及時掌握校園情況和學生學習狀況。通過視頻監(jiān)控等監(jiān)控設(shè)備，可以對校園突發(fā)事件進行及時地發(fā)現(xiàn)、報警、處理。

2.4 教育資源平臺

資源平臺系統(tǒng)有學校自有資源、第三方資源、其他資源?？芍С仲Y源的及時下載、發(fā)布廣播、信息推送、隨時調(diào)用、全程錄像和直播教學到客戶端。資源主要包含:教學設(shè)計、教案、視頻、教學精品、精選圖庫，等。

3 智慧教室的平臺構(gòu)架

智慧教室的平臺構(gòu)架由設(shè)備、門戶、應(yīng)用、服務(wù)、數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)7個部分組成(如圖2所示)。

圖2 智慧教室平臺構(gòu)架

3.1 設(shè)備

智慧教室支持多種設(shè)備接入用于設(shè)備連接。設(shè)備主要包括電子白板、電子黑板、筆記本電腦、平板電腦、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、打印機、手機、監(jiān)視器等一系列智慧教室的設(shè)備。另外，還包含智慧教室的周邊輔助設(shè)備，如充電柜、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、備用電源，等。

3.2 門戶

教育云服務(wù)網(wǎng)站，通過統(tǒng)一的登錄服務(wù)，可以支持用戶在電子書、手機、電腦等終端進行登錄，登陸后可享受多種服務(wù)，并在門戶網(wǎng)站上集合教育資源管理，家校聯(lián)絡(luò)管理，學校教學管理，賬號服務(wù)管理等多種相關(guān)功能的入口。

3.3 應(yīng)用

綜合智慧教室的主要功能，按照模塊化、獨立化原則進行設(shè)計，主要包括遠程教育系統(tǒng)、互動教學系統(tǒng)、教育應(yīng)用商店、教室智能控制、教學質(zhì)量評估系統(tǒng)、云書城、教師線上備課系統(tǒng)及智能閱卷系統(tǒng)。

3.4 服務(wù)

提供支撐應(yīng)用層操作的相關(guān)基礎(chǔ)服務(wù)，包括數(shù)據(jù)挖掘服務(wù)、身份認證服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、多媒體點播直播服務(wù)、全文檢索服務(wù)及文件服務(wù)。

3.5 數(shù)據(jù)

智慧教室平臺擁有多數(shù)據(jù)庫的支撐，保證了該平臺數(shù)據(jù)的龐大性、可靠性、穩(wěn)健性、賬號數(shù)據(jù)的安全性，主要包含用戶數(shù)據(jù)庫、教學系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、資源數(shù)據(jù)庫及評價系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

3.6 基礎(chǔ)

基礎(chǔ)云服務(wù)包括存儲服務(wù)、服務(wù)器服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。支撐智慧教室平臺系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施可以在云的環(huán)境下穩(wěn)定工作。

3.7 網(wǎng)絡(luò)

智慧教室平臺所依賴的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)包含平臺所涉及到的網(wǎng)絡(luò)，有4G、3G、2G、無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)，等。

4 智慧教室的組合方案

4.1 方案一

該方案適用于學校新建的智慧教室。靜電防塵推拉黑板，不改變原有的粉筆書寫習慣，靜電吸附紙張、粉塵、上課可輕松掛圖，支持無塵書寫，并且可以使用投影、實現(xiàn)互動操作，打造全新的教學模式。

教室配備明細:①靜電防塵推拉黑板;②短焦投影機;③數(shù)字實物展臺;④無線路由器;⑤電子充電車;⑥電子白板;⑦投影支架;⑧電子書包;⑨服務(wù)器機架。

4.2 方案二

該方案亦適用于學校新建的智慧教室。使用寬屏無塵白板，既可作為虛擬白板投影顯示，又可以取代傳統(tǒng)有塵黑板進行常規(guī)教學，環(huán)保書寫筆，實現(xiàn)無塵化教學。

教室配備明細:①無塵教學板;②短焦投影機;③數(shù)字實物展臺;④無線路由器;⑤電子充電柜;⑥電子白板;⑦投影支架;⑧電子書包;⑨服務(wù)器機架。

4.3 方案三

該方案適用已經(jīng)開通了班班通的學校，目前大部分試點學校都可以采取此方案實現(xiàn)智慧教室。

教室配備明細:①電子白板;②數(shù)字實物展臺;③無線路由器;④電子充電柜;⑤中控講臺;⑥電子書包;⑦服務(wù)器機架。

4.4 方案四

該方案適用已有電子白板和班級電腦的學校，學校只需購買教師終端、學生終端、充電推車、云端服務(wù)即可，可以使用學校現(xiàn)有的資源。

教室配備明細:①電子書包;②無線路由器;③服務(wù)器機架;④電子充電車。

5 建設(shè)案例及成效

5.1 案例一

陜西師大立人中小學數(shù)字化教育研究所指導(dǎo)智慧教室試點之—“長慶涇渭小學”。該電子書包試點選擇數(shù)學和英語課作為試點科目，將小學3年級6班作為試點班，并將試點課程教師所負責的其他同年級各班作為對照班。技術(shù)運行環(huán)境采用電子書包作為終端，配套安裝安卓操作系統(tǒng)以及互動學習管理系統(tǒng)，教室運行環(huán)境基于WIFI局域網(wǎng)構(gòu)建;云端服務(wù)器面向用戶提供賬號管理與信息防護等安全服務(wù)。經(jīng)過第一階段(2012年8月到2013年1月)的試點，該班級在數(shù)學課的成績有小幅度的提升，試點班前測平均成績低于對照班0.4分，后測成績則較對照班高出0.26分，高出年級平均成績2.6分，課堂教學觀察及教師課后訪談均發(fā)現(xiàn)學生思維更加靈活，自信心及創(chuàng)新能力有了較大提升，敢于發(fā)表自己的見解，部分創(chuàng)意甚至超出教師的預(yù)期［8］。

5.2 案例二

圖3 智慧教室實景圖

清華大學五道口金融學院成立伊始便啟動了“清華大學五道口金融學院信息化教學環(huán)境及視聽應(yīng)用系統(tǒng)工程”建設(shè)項目［9］。該智慧教室(如圖3所示)根據(jù)物理空間的面積和層高，設(shè)計成70席的扇形階梯教室，在教室內(nèi)加裝無線路由，實現(xiàn)WIFI網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，云服務(wù)與學生平板電腦、智能手機等移動終端一起組成了一個虛實結(jié)合的個性化學習空間。該智慧教室滿足教學活動的實際需求，在保證方案實用性的基礎(chǔ)上，還應(yīng)著眼于提升整個教室環(huán)境的智能化水平，以適應(yīng)未來智慧教室的發(fā)展趨勢［9］。該教室不僅支持教學和學習，還可以進行交互演示和視頻會議，具備較高的實用性和可靠性。

新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)及在教室課堂中的應(yīng)用，必將會改變課堂以及教學的結(jié)構(gòu)和形式。目前，未來課堂的設(shè)計與應(yīng)用已經(jīng)逐漸成為教育技術(shù)學研究一個新領(lǐng)域，智能教室是未來課堂的一個重要形式，智能性也是未來課堂的重要特性之一，加強智能教室的研究將有助于我們對課堂進行重新認識和設(shè)計，最終構(gòu)建出一個面向未來創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求和新課程改革需要的一個充分關(guān)注課堂主體自由、發(fā)展的和諧新型課堂/教室［2］。

［1］黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等.智慧教室的概念及特征［J］.開放教育研究，2012，(2):22-27

［2］陳衛(wèi)東，葉新東，張際平.智能教室研究現(xiàn)狀與未來展望［J］.遠程教育雜志，2011，(4):39-45

［3］Forster K.Technology on the move［EB/OL］.http://www.timenet.com.au/technology_on_the_move.html，2010-02-01

［4］Ardire S.A Message From President Douglas Allen［EB/OL］.http://ridgewaterpo-rtfolio2.project.mnscu.edu，2010-02-01

［5］Kumar H.Smart Classroom［EB/OL］.http://www.sece.ac.in/smart_class.aspx#，2010-02-01

［6］Echols J.The Intelligent Classroom［EB/OL］.http://infolab.northwestern.edu/projects/the-intelligent-classroom/，2010-02-01

［7］鼎師科技.智慧教室解決方案［EB/OL］.http://www.dingshitech.com/product_wisdom_classroom.html，2010-02-01

［8］周榕.電子書包課堂教學應(yīng)用的現(xiàn)象解讀與推進策略研究［J］.電化教育研究，2013，(11):103-109

［9］聶風華，鐘曉流，宋述強.智慧教室:概念特征、系統(tǒng)模型與建設(shè)案例［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，(7):5-8