徐雅靜　鄭世玨　劉聰　肖遙+區(qū)詩柔

摘 要：隨著信息時代的到來和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，以智慧教室為代表的智慧學(xué)習環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)已經(jīng)得到了廣泛的關(guān)注。智慧教室是學(xué)校的信息化發(fā)展到一定階段的內(nèi)在訴求，是當今時代的必然選擇。文章通過分析智慧教室的系統(tǒng)組成以及相關(guān)硬件平臺，介紹了一種基于云端平臺的智慧教室的設(shè)計與實現(xiàn)，以華中師范大學(xué)智慧教室的建設(shè)為例，展示了這種設(shè)計方式的具體實施案例。

關(guān)鍵詞：智慧教室；云平臺；未來教育

21世紀以來，隨著計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們的生活方式發(fā)生了翻天覆地的變化，“智慧生活”的浪潮正在全面襲來，而在教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已漸漸無法滿足現(xiàn)代學(xué)習者的學(xué)習需求，為了適應(yīng)現(xiàn)代化教育，“智慧教室”應(yīng)運而生[1]。

智慧教室是數(shù)字教室和未來教室的一種形式，在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生接受教育最重要的一個環(huán)節(jié)[2]，而傳統(tǒng)課堂的疑問確認環(huán)節(jié)往往無法得到預(yù)期效果，不利于教師對每位學(xué)生進行個性化輔導(dǎo)。與此同時，信息時代的學(xué)習本質(zhì)也發(fā)生了改變，學(xué)生由依靠機械記憶掌握知識轉(zhuǎn)變?yōu)樵诨芋w驗中理解獲取知識。信息技術(shù)的快速發(fā)展使得物聯(lián)網(wǎng)與云計算技術(shù)日益成熟，計算機、交互白板等現(xiàn)代化設(shè)備逐漸進入課堂。本文針對如何推進未來學(xué)校建設(shè)[3]這一問題，進行了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型現(xiàn)代化智慧教室系統(tǒng)的相關(guān)討論，結(jié)合華中師范大學(xué)智慧教室的建設(shè)，闡述了怎樣為在校師生提供更加良好的教學(xué)與學(xué)習環(huán)境。

1 智慧教室的系統(tǒng)組成

按照具體的功能來劃分，智慧教室由教授呈現(xiàn)系統(tǒng)、學(xué)習資源系統(tǒng)、交互討論系統(tǒng)、環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)5個部分組成。這5個部分共用教室中的軟硬件資源，在相互聯(lián)系協(xié)調(diào)的同時又各自獨立地完成任務(wù)[4]。

1.1 教授呈現(xiàn)系統(tǒng)

教授呈現(xiàn)系統(tǒng)指的是傳遞教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)，是智慧教室的重要組成部分之一，也是開展課堂教學(xué)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)由內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機一體機、問答器和配套控制軟件構(gòu)成。傳統(tǒng)的黑板教學(xué)被內(nèi)置電子白板的觸控投影機代替，實現(xiàn)了無塵教學(xué)，保護了師生健康。

1.2 學(xué)習資源系統(tǒng)

學(xué)習資源系統(tǒng)包括教師網(wǎng)關(guān)、學(xué)生網(wǎng)關(guān)以及智慧教學(xué)系統(tǒng)，如圖1所示。教師網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)支持教師通過手機、筆記本電腦進行移動教學(xué)，還可與學(xué)生移動終端同步，以便進行提問、疑點反饋等互動教學(xué)功能。學(xué)生網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)同樣支持學(xué)生小組學(xué)習研討與資源共享。

學(xué)生在系統(tǒng)終端進行隨堂測驗，提交后直接查看答題結(jié)果以及錯題解析。錯題將被自動匯入學(xué)生的錯題本。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計功能為教師計算每種題型的正確率，并提供直觀的圖表顯示，生成“S-P”曲線表，給出教學(xué)建議。

1.3 交互討論系統(tǒng)

交互討論系統(tǒng)是在課堂教學(xué)的過程中，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間進行交互的支持系統(tǒng)，如圖2所示。教師根據(jù)WiFi與坐標定位實現(xiàn)自動考勤。在學(xué)習過程中，學(xué)生如果對某個知識點沒有學(xué)會，可以單擊按鈕進行聽課反饋，教師會重新講授學(xué)生沒有掌握的知識點。

1.4 環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)

采用嵌入式架構(gòu)使用環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)為學(xué)生營造一個健康、舒適的學(xué)習環(huán)境，能夠提高學(xué)生的學(xué)習效率，如圖3所示。智慧教室中的桌椅預(yù)置了傳感器，感知學(xué)生的坐姿狀態(tài)，提醒學(xué)生矯正坐姿。除此之外，燈光控制系統(tǒng)和空調(diào)控制系統(tǒng)均可通過置于教室的傳感器采集數(shù)據(jù)并進行相關(guān)控制。其中空調(diào)控制系統(tǒng)通過溫濕度傳感器檢測室內(nèi)溫度，實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動控制。

1.5 信息發(fā)布系統(tǒng)

信息發(fā)布系統(tǒng)支持向所有終端播放機發(fā)送信息，也可脫機發(fā)布信息。發(fā)布者可以對信息進行編輯，每條信息由多個頁面組成，每個頁面可分割成多個可編輯區(qū)域，實現(xiàn)圖、文、視頻信息的組合編輯以及播放。發(fā)布者也可以對已發(fā)布內(nèi)容的顯示方式、顯示內(nèi)容、業(yè)務(wù)種類進行修改和刪減。

2 硬件平臺搭建系統(tǒng)

傳統(tǒng)教室中的設(shè)備的管理與維護缺乏智能化功能，維護困難，能耗高。而智慧教室集成了電子白板、觸控一體機、高清遠程互動錄播主機、光傳感器等硬件設(shè)備，使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對設(shè)備進行統(tǒng)一管理，能夠更好地使硬件服務(wù)于教學(xué)，如表1所示。

電子白板教學(xué)采用分屏觸摸操控，支持用一臺電腦同時連接兩臺觸控一體機，兩臺一體機高清顯示，構(gòu)成統(tǒng)一電腦界面，兩臺觸控一體機可以同時觸摸和書寫。教師可以一邊展示課件一邊進行板書，在一臺觸控一體機上播放多個課件的同時在另一臺觸控一體機上進行板書，方便對比教學(xué)。高清遠程互動錄播主機采用嵌入式硬件架構(gòu)，內(nèi)嵌音頻矩陣模塊，實現(xiàn)混音、回聲抵消、嘯叫抑制、自適應(yīng)降噪等功能，采用H.323協(xié)議，可以實現(xiàn)主機與主機、主機與第三方主流視頻會議終端之間的互動。教師可以使用U盤存儲錄制內(nèi)容，結(jié)束后直接取盤即可。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

智慧教室的優(yōu)越性使其在全國范圍內(nèi)大面積得到使用，華中師范大學(xué)構(gòu)建的基于云端平臺的智慧教室也正處于完善與使用中，每間智慧教室中都配備搭建了相關(guān)的硬件平臺和軟件系統(tǒng)。教師使用智慧教室授課如圖4所示。

3.1 軟件環(huán)境

華中師范大學(xué)在智慧教室中引入了一套云課程平臺系統(tǒng)，輔助教師的教學(xué)活動，幫助學(xué)生更好地進行學(xué)習。云課程平臺系統(tǒng)提供了PC端和移動端兩種版本，方便師生通過移動設(shè)備隨時查看課程最新動態(tài)。教師可以在云課堂上記錄學(xué)生到課情況，上傳課件、視頻，發(fā)布作業(yè)、測驗。學(xué)生還可在論壇上反饋學(xué)習建議。云課程平臺系統(tǒng)反映了學(xué)生整個學(xué)期的學(xué)習狀態(tài)，可作為教師給出平時成績的重要參考。系統(tǒng)將與教務(wù)管理系統(tǒng)對接，方便學(xué)校組織架構(gòu)管理。

3.2 使用情況

經(jīng)過一學(xué)期的建設(shè)使用，智慧教室中各項參數(shù)指標均達到了期望值。電子白板教學(xué)軟件的教學(xué)內(nèi)容雙高清雙屏展示，構(gòu)成的完整顯示畫面最高可達到3 840×1 080；錄播主機支持分辨率為1080 p的視頻錄制與播放；環(huán)境控制系統(tǒng)實時監(jiān)測教室內(nèi)各項數(shù)據(jù)，并自動控制燈光、溫度等。智慧教室在軟硬件的配合下為廣大在校師生提供了一個舒適的學(xué)習環(huán)境。

4 結(jié)語

智慧教室不再是一間封閉的教室，而是成為開放的學(xué)習空間，它打破了教室的圍墻壁壘，調(diào)動了師生之間的互動積極性，為學(xué)生提供了或整或零的廣泛的學(xué)習時間以及學(xué)習環(huán)境[5]，提供學(xué)生學(xué)習狀態(tài)分析數(shù)據(jù)幫助教師更好地開發(fā)學(xué)生潛力，提高學(xué)習效果。華中師范大學(xué)對此進行了有益探索，然而基于云端平臺的智慧教室的建設(shè)道路還很漫長，如何提高學(xué)生參與度，增強學(xué)生的學(xué)習能力，培養(yǎng)出有智慧有膽識的新型人才，還值得深入探討。

[參考文獻]

[1]李康康，趙鑫碩，陳琳.我國智慧教室的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（7）：25-30.

[2]何克抗.智慧教室+課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)變革—實現(xiàn)教育信息化宏偉目標的根本途徑[J].教育研究，2015（11）：76-81.

[3]宋東茂.構(gòu)建智慧型的未來教室[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2014（4）：72.

[4]孟延豹.博雅智慧教室系統(tǒng)環(huán)境搭建初探[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2013（5）：49-53.

[5]吳俊杰.未來教室：構(gòu)建開放式創(chuàng)新的創(chuàng)客學(xué)園[J].中國信息技術(shù)教育，2015（z2）：155-156.endprint