◆林永

1 引言

隨著以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等為代表的新一代信息技術(shù)的日趨成熟，教育領(lǐng)域亦掀起重大變革，匯集智慧技術(shù)、應(yīng)用、管理等特征的智慧教室成為新的教學(xué)訴求。本研究在案例研究的基礎(chǔ)上，基于高職教育的實(shí)際需求，嘗試進(jìn)行智慧教室的設(shè)計(jì)。

2 智慧教室概述

智慧教室（Smart Classroom）[1]，亦稱作未來教室（Future Classroom），是一種能優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學(xué)習(xí)資源獲取、促進(jìn)課堂交互開展的新型教室。目前，不少研究者已致力于智慧教室的研究并取得一定成果。其中關(guān)于智慧教室的理論研究和技術(shù)實(shí)現(xiàn)相對成熟，例如：黃榮懷等提出智慧教室的SMART 模型[1]；聶鳳華等介紹了清華大學(xué)智慧教室的建設(shè)思路與集成方案[2]；陳磊等闡述了高職智慧教室的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀[3]；程敏從硬件和軟件兩個(gè)方面闡述了智慧教室的構(gòu)建[4]；等等。

從已有研究來看，理論方面，關(guān)于智慧教室的概念特征、系統(tǒng)模型的研究已較成熟；案例方面，本科院校的建設(shè)案例較豐富，但針對高職設(shè)計(jì)的智慧教室案例屈指可數(shù)。故本研究以高職為落腳點(diǎn)，從實(shí)際教學(xué)需求出發(fā)，在已有文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行高職智慧教室的設(shè)計(jì)。

3 高職智慧教室功能需求

從高職教學(xué)實(shí)際需求出發(fā)，結(jié)合新型的教學(xué)模式，總結(jié)高職智慧教室的五大功能需求。

功能需求一：環(huán)境智能管控智慧教室應(yīng)能夠一鍵控制所有的多媒體設(shè)備，并能夠?qū)淌抑械臒艄?、空調(diào)、窗簾、溫度、濕度、PM2.5 值等進(jìn)行智能監(jiān)控及管理，實(shí)現(xiàn)教學(xué)場地環(huán)境的自動控制。

功能需求二：資源共享智慧教室應(yīng)能夠方便智能地記錄教學(xué)過程，并將教師的整個(gè)授課過程及教學(xué)內(nèi)容電子化、數(shù)字化，同時(shí)能夠支持課程在線直播、點(diǎn)播，方便共享學(xué)習(xí)。

功能需求三：創(chuàng)新教學(xué)智慧教室應(yīng)能夠支持傳統(tǒng)教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、研討型教學(xué)、辯論型教學(xué)等多種教學(xué)模式，能夠?qū)崿F(xiàn)多種方式的互動，通過信息化的手段增加組內(nèi)、組間和師生的交流互動。

功能需求四：遠(yuǎn)程互動實(shí)訓(xùn)是高職教學(xué)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，智慧教室應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)與企業(yè)導(dǎo)師的雙向互動，與異地學(xué)生的同步教學(xué)，并支持與國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)學(xué)校進(jìn)行跨校區(qū)的教研活動。

功能需求五：大數(shù)據(jù)分析智慧教室應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)課堂大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集和反饋，為學(xué)習(xí)分析提供依據(jù)，促進(jìn)教學(xué)干預(yù)和教師教學(xué)行為的改善，為學(xué)校和管理部門的決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 高職智慧教室設(shè)計(jì)

結(jié)合智慧教室的五大實(shí)際功能需求，本研究從整體架構(gòu)、教室空間和功能模塊三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

整體架構(gòu)設(shè)計(jì)智慧教室總體架構(gòu)分為云端和終端兩層，其中云端基于學(xué)校的私有教學(xué)云中心，提供課前、課中、課后全方位的教、學(xué)、管理等服務(wù)；終端部分通過互動教學(xué)網(wǎng)關(guān)，對教室內(nèi)的環(huán)境設(shè)施、多媒體設(shè)備設(shè)施等進(jìn)行智能感知和互動，實(shí)現(xiàn)與云端的業(yè)務(wù)同步。智慧教室整體架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

教室空間設(shè)計(jì)智慧教室整體裝修風(fēng)格采用暖色調(diào)，以簡潔舒適為主。教室共配置36 套課桌椅，課桌椅可根據(jù)需要，隨機(jī)組合成圓形、方形或大小不一的形狀，以滿足不同教學(xué)模式的需求。智慧教室空間設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖1 智慧教室架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖2 智慧教室空間設(shè)計(jì)

圖3 智慧教室模塊功能設(shè)計(jì)

智慧教室為教師配置一個(gè)智能講臺、一臺平板電腦和兩個(gè)電子觸摸白板。其中，智能講臺搭載物聯(lián)管控系統(tǒng)，幫助教師完成課堂中的各種設(shè)備調(diào)用；平板電腦方便教師開展互動和資源共享；兩個(gè)電子白板分別配合完成課堂資源呈現(xiàn)、板書、遠(yuǎn)程互動等不同的功能。

智慧教室為學(xué)生配置六個(gè)液晶顯示大屏，用于不同小組的分組討論和共享展示；同時(shí)為每名學(xué)生配備一臺平板電腦，用于課堂互動和資源獲取。

模塊功能設(shè)計(jì)為充分發(fā)揮硬件設(shè)施的作用，滿足高職教學(xué)的各項(xiàng)功能，智慧教室在可視化綜合管理平臺的基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的認(rèn)證、接口和權(quán)限管理的軟件環(huán)境，并對可視化綜合管理平臺進(jìn)行模塊化的功能設(shè)計(jì)，劃分為五個(gè)系統(tǒng)模塊，如圖3 所示。

1）物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)。智慧教室利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對教室中所有多媒體設(shè)備、互聯(lián)教學(xué)設(shè)備、環(huán)境控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)群控、聯(lián)動管理和可視化管理。課堂上，教師只需一鍵啟動，即可讓所有教學(xué)設(shè)備進(jìn)入上課狀態(tài)；上課過程中，攝像機(jī)將全方位記錄教學(xué)過程；課程結(jié)束，教師只需一鍵下課，即可讓所有設(shè)備恢復(fù)至課前狀態(tài)，真正實(shí)現(xiàn)智能化管理。

2）全自動高清錄播系統(tǒng)。智慧教室配置全自動高清錄播系統(tǒng)，利用先進(jìn)的圖像定位技術(shù)，實(shí)時(shí)掃描，跟蹤分析，精確傳輸空間內(nèi)目標(biāo)的位置、移動速度、距離等信息。無論師生處于教室的何種位置，都能自動識別并給予正面特寫鏡頭，能夠更好地符合創(chuàng)新課堂教學(xué)和各種研討型教學(xué)模式的精品課程資源錄制。錄制的教學(xué)資源可以直接發(fā)布，實(shí)時(shí)直播、點(diǎn)播，也可以上傳到公共資源管理服務(wù)平臺集中存儲。

3）智慧研討系統(tǒng)。智慧教室支持通過Pad、手機(jī)、電子白板等智能終端實(shí)現(xiàn)師生間的課堂互動、分組討論、交互解答、學(xué)習(xí)評價(jià)、復(fù)習(xí)指導(dǎo)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等先進(jìn)的教與學(xué)互動方式。在課前，教師通過課程一鍵導(dǎo)入完成備課，學(xué)生可以提前登錄并瀏覽資源以完成預(yù)習(xí)；在課堂上，多個(gè)屏幕通過不同形式的調(diào)度，讓交互和共享貫穿整個(gè)教學(xué)過程。各個(gè)小組可以互不干擾地進(jìn)行討論、陳述與展示，還可以方便地在本組屏幕上看到其他小組的成果展示。教師將隨時(shí)發(fā)布課堂測驗(yàn)，檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。學(xué)生在聽課過程中通過按“紅綠燈”，向教師反饋對知識的掌握情況；課后，師生可以通過研討系統(tǒng)，完成教學(xué)評估、資源回顧、課后測驗(yàn)、在線答疑等。

4）遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)。智慧教室配置的遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)由便攜式高清錄播主機(jī)和視音頻采集設(shè)備組成。它完成了教師場景、學(xué)生場景和計(jì)算機(jī)課件畫面的采集，并通過智能切換，實(shí)時(shí)直播、同步記錄和存儲。遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)打破了時(shí)空限制，為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、教研和培訓(xùn)提供了技術(shù)支撐，提高了教育信息化的應(yīng)用水平。

5）大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。智慧教室學(xué)習(xí)平臺搭載大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，支持收集教學(xué)的全部過程性數(shù)據(jù)和資源，為教師課堂分析和學(xué)生課后學(xué)習(xí)提供良好的支撐。優(yōu)質(zhì)過程性教育資源的建設(shè)和利用，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，優(yōu)化教學(xué)過程，提升教學(xué)質(zhì)量。

5 結(jié)語

信息時(shí)代的學(xué)習(xí)基于智能環(huán)境，智慧教室作為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的典型代表之一，以智能化引領(lǐng)教育理念和教育模式的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)資源的有機(jī)整合，為師生創(chuàng)造最佳的課堂教學(xué)環(huán)境，營造良好的教學(xué)氛圍，為增強(qiáng)教學(xué)效果作出顯著貢獻(xiàn)。■