文/蔡建軒 李梅

在教育部《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中，明確提出了要持續(xù)推動(dòng)信息技術(shù)與教育深度融合，促進(jìn)“信息化應(yīng)用水平和師生信息素養(yǎng)普遍提高”。目前，廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院在廣東省高職院校信息化教學(xué)方面取得著實(shí)顯著的成績(jī)，不斷探索推進(jìn)信息技術(shù)對(duì)教育教學(xué)的積極影響，充分結(jié)合學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)，穩(wěn)抓高職院校學(xué)生的特點(diǎn)，利用先進(jìn)的信息技術(shù)及教學(xué)方法，著力提升學(xué)生的創(chuàng)新思維和知識(shí)技能，增強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)，為社會(huì)輸送高素質(zhì)技術(shù)型人才。在這此過程中，多功能智慧課室的建設(shè)是學(xué)校在信息技術(shù)與教育教學(xué)融合過程的一個(gè)重要領(lǐng)域，運(yùn)用信息化理念和信息技術(shù)，打造高實(shí)用性、高智能化和高水平的課室，進(jìn)行教學(xué)環(huán)境優(yōu)化與重構(gòu)，繼而利用信息技術(shù)改善教學(xué)效果，為學(xué)校人才培養(yǎng)提供優(yōu)質(zhì)的條件。

近年來，隨著“翻轉(zhuǎn)課堂”和“混合式教學(xué)”等教學(xué)模式在高職院校的應(yīng)用，多功能智慧課室在高職院校具有突出的建設(shè)需求。本文從多功能智慧課室的設(shè)計(jì)原則、功能模塊設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行了闡述，為高職院校智慧課室提供建設(shè)思路。

設(shè)計(jì)原則

多功能智慧課室是當(dāng)前教學(xué)模式改革以及學(xué)生學(xué)習(xí)對(duì)教學(xué)環(huán)境要求的集中體現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式改革的重要支撐。學(xué)院智慧課室建設(shè)在設(shè)計(jì)的過程中，充分遵循了以下原則。

1.標(biāo)準(zhǔn)化

多功能智慧課室建設(shè)是一項(xiàng)高程度的系統(tǒng)集成工程，需將計(jì)算機(jī)、平板電腦、交互式一體機(jī)和功能軟件等信息化元素進(jìn)行無縫連接，有機(jī)結(jié)合，因此，多功能智慧課室所采用的軟硬件需遵照國(guó)際或國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，具有規(guī)范性，滿足系統(tǒng)集成要求，能實(shí)現(xiàn)多功能智慧課室信息資源的調(diào)用與共享，同時(shí)符合信息安全和消防安全等標(biāo)準(zhǔn)化要求。

2.功能完整

目前，國(guó)內(nèi)智慧課室的研究總結(jié)出了SMART模型，即從內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing）、環(huán)境管理（Manageable）、資源獲?。ˋccessible）、及時(shí)互動(dòng)（Real-time Interactive）、情境感知（Testing）等五個(gè)維度建設(shè)智慧課室。在設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮實(shí)訓(xùn)教學(xué)和小組教學(xué)各方面的需求，因此多功能智慧課室需涵蓋傳統(tǒng)授課、多屏互動(dòng)、云錄播、混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)和智能中控等多個(gè)功能，以適應(yīng)新型教學(xué)模式實(shí)施過程對(duì)教學(xué)環(huán)境的多樣化需求。

3.可維護(hù)性

圖1 多功能智慧教室環(huán)境

多功能智慧課室建成之后，面對(duì)密集繁重的教學(xué)安排，維護(hù)管理將成為一項(xiàng)日常性的工作。為了便于課室的維護(hù)和管理，在設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮到良好的可管理性和可維護(hù)性。課室中的所有軟硬件系統(tǒng)在安裝、調(diào)試、維護(hù)和使用各方面應(yīng)盡量簡(jiǎn)便，避免繁雜的操作，提升可管理性和可維護(hù)性，最大程度地保證使用和維護(hù)效率，優(yōu)化管理和維護(hù)過程。

模塊設(shè)計(jì)

多功能智慧課室在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該圍繞服務(wù)教學(xué)和服務(wù)師生發(fā)展，全面支撐教學(xué)模式改革，在功能模塊設(shè)計(jì)方面，應(yīng)該做到功能合理多樣，在智慧課室建設(shè)設(shè)計(jì)中，包括環(huán)境設(shè)計(jì)和功能模塊設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。

1.環(huán)境設(shè)計(jì)

如圖1所示，智慧課室在環(huán)境設(shè)計(jì)上要求充分考慮課堂教學(xué)活動(dòng)、錄播、混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)和中控等因素。

首先，在高職院校課堂教學(xué)活動(dòng)中，需充分體現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，學(xué)生自由、自主地管理和支配自己的學(xué)習(xí)空間，同時(shí)，要充分考慮分組教學(xué)的方式，方便學(xué)習(xí)開展討論，因此，在環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，可考慮使用連體式的活動(dòng)課桌椅，活動(dòng)的課桌椅可以根據(jù)教學(xué)需要隨時(shí)拼成常規(guī)課室或討論小組的研討課室形式，以此支撐課堂教學(xué)活動(dòng)的有效開展。

其次，在多功能智慧課室需要用于精品課程錄播，考慮過程的影像和聲音效果，在環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)，要全面考慮課室的燈光，采用分組式的燈光，可在錄播過程根據(jù)成像效果進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)；錄播過程需要安靜、無雜音的課室環(huán)境，因此需要對(duì)課室的墻面、天花和窗簾等方面做吸音處理，減少外界環(huán)境雜音對(duì)課程錄播的干擾。

第三，混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)需搭建綠箱，通過攝像機(jī)采集，配合混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)將所需的物品完成摳像處理，因此在環(huán)境設(shè)計(jì)中，要預(yù)留10～15平方米的空間搭建綠箱；

第四，在中控部分，需要從課室的易管理性和易用性出發(fā)，在環(huán)境設(shè)計(jì)中利用中控平臺(tái)對(duì)課室所有計(jì)算機(jī)硬件、交互式一體機(jī)、門禁、燈光、空調(diào)和功放等進(jìn)行集中管理，最終實(shí)現(xiàn)課室設(shè)備簡(jiǎn)便化控制，滿足高效、靈活、有序的課室設(shè)備集中管理，達(dá)到易用、安全和節(jié)能的效果。

2.功能模塊設(shè)計(jì)

（1）多屏互動(dòng)功能

多屏互動(dòng)的設(shè)計(jì)思路主要從以下兩個(gè)方面出發(fā)，一是由于課室較大，入座課室后方的學(xué)生無法清晰地看到教師講臺(tái)的屏幕，此時(shí)采用分屏技術(shù)，在課室的中間或者后方設(shè)置屏幕，方便學(xué)生觀看，使坐在不同角度、不同方位的學(xué)生能清楚看到教學(xué)內(nèi)容；二是小組教學(xué)將成為高職院校課堂教學(xué)的主流方式，當(dāng)小組進(jìn)行討論時(shí)，每個(gè)小組將對(duì)應(yīng)一個(gè)交互式屏幕，學(xué)生可以將討論結(jié)果在分屏上進(jìn)行展示，當(dāng)教師講解或者小組展示討論結(jié)果時(shí)，可以智能地將小組的屏幕內(nèi)容推送至教師講臺(tái)的屏幕以及其他小組的屏幕上，方便教師進(jìn)行講解和批注。

（2）混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)功能

作為面向高職院校所有專業(yè)的智慧課室，不能只針對(duì)某個(gè)專業(yè)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)設(shè)備放置，因此，引入虛擬現(xiàn)實(shí)的元素，通過虛擬現(xiàn)實(shí)資源的建設(shè)，豐富智慧課室的實(shí)訓(xùn)功能?；旌犀F(xiàn)實(shí)是在虛擬現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上，融入第三人稱視角，將置于綠箱內(nèi)的人和物放置到虛擬現(xiàn)實(shí)資源中，實(shí)現(xiàn)高度仿真的教學(xué)效果，解決教學(xué)重難點(diǎn)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。因此在多功能智慧課室設(shè)計(jì)時(shí)，可以融入混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，配置虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，結(jié)合高清攝像機(jī)和綠箱，打造高水平的混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)功能，通過模擬實(shí)際世界，學(xué)生沉浸式學(xué)習(xí)，在虛擬現(xiàn)實(shí)資源中進(jìn)行實(shí)操，掌握實(shí)際的技能，適用于需要掌握實(shí)操技能的課程學(xué)習(xí)，可以極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，大大提高課堂教學(xué)的效果。

（3）錄播功能

精品課程資源是學(xué)校數(shù)字化學(xué)習(xí)中心的重要組成部分，高職院校教師的課程錄制將成為常態(tài)化。在多功能智慧課室中，錄播功能尤為重要。錄播平臺(tái)的設(shè)計(jì)，需考慮多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)位，設(shè)置教師特寫、教師全景、學(xué)生特寫、學(xué)生全景以及板書追蹤特寫等多個(gè)畫面，高度適應(yīng)課室中教師的位置變化和學(xué)生座位的調(diào)整。錄播控制平臺(tái)由視頻采集、音頻采集與處理、跟蹤系統(tǒng)和導(dǎo)播組成，采用圖像識(shí)別和自動(dòng)追蹤技術(shù)，按照對(duì)老師行為、學(xué)生行為、電腦畫面進(jìn)行跟蹤拍攝，并自動(dòng)制成高質(zhì)量的教學(xué)視頻資源。錄播平臺(tái)需達(dá)到高度的智能化，教師只需通過一鍵式操作即可完成課堂的全過程實(shí)況拍攝，無需另外的人工投入。

（4）課室智能管理功能

在傳統(tǒng)的管理方式中，設(shè)備一般配備物理按鍵，在使用和關(guān)閉時(shí)用手動(dòng)方式進(jìn)行管理控制，多功能智慧課室在使用的過程中，設(shè)備種類多樣且較為分散，若采用傳統(tǒng)的管理方式，會(huì)大大降低使用效率，同時(shí)缺乏統(tǒng)一管理，無法達(dá)到節(jié)能效果。因此，需要引入課室智能管理中控系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建管理平臺(tái)，將課室中的交互式一體機(jī)、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、空調(diào)、燈光及門禁等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，通過1臺(tái)平板電腦即可完成對(duì)設(shè)備的控制，包括一鍵開關(guān)機(jī)、視頻信號(hào)切換、空調(diào)控制、燈光調(diào)控和門禁控制等。通過設(shè)計(jì)課室智能管理功能，充分簡(jiǎn)化設(shè)備控制過程，教師在上課過程中，可以輕松通過平板電腦控制課室里的任何設(shè)備（如圖2所示），提高教學(xué)過程的流暢性。下課時(shí)，教師可以通過一鍵關(guān)閉系統(tǒng)的功能對(duì)課室里的所有設(shè)備進(jìn)行軟關(guān)機(jī)，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的效果。

多功能智慧課室關(guān)鍵技術(shù)

圖2 通過平板電腦對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制

智慧課室的建設(shè)與信息技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)，國(guó)內(nèi)外在研究智慧課室的建設(shè)時(shí)也大多以技術(shù)研究為重點(diǎn)，關(guān)注點(diǎn)大多在如何利用新興技術(shù)創(chuàng)建教與學(xué)的環(huán)境，促進(jìn)資源個(gè)性化呈現(xiàn)、教學(xué)交互多元化，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和相關(guān)技能的提高上。在多功能智慧課室建設(shè)過程中，采用關(guān)鍵技術(shù)包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，其他功能更為齊備的智慧課室中，可能涉及人工智能技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，各類關(guān)鍵技術(shù)在智慧課室起到了重要的作用。

1.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建課室智能中控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)課室所有設(shè)備的控制；利用RFID技術(shù)，結(jié)合射頻IC卡，搭建門禁系統(tǒng)，根據(jù)課表對(duì)教師進(jìn)行門禁授權(quán)，教師在課表有課的時(shí)間段可進(jìn)行自助開門，簡(jiǎn)化了課室管理環(huán)節(jié)。除了以上功能外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以通過溫濕度傳感器或光敏儀等感知課室的溫濕度和光線，對(duì)課室內(nèi)的窗簾、燈光、空調(diào)等進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，為師生營(yíng)造更加良好的教與學(xué)的環(huán)境。

2.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)，搭建了混合現(xiàn)實(shí)教學(xué)平臺(tái)，制作了包括汽車檢修與維護(hù)、旅游英語及商務(wù)談判等VR資源，為教學(xué)過程提供真實(shí)情景再現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的循環(huán)利用。

3.云計(jì)算技術(shù)

在多功能智慧課室設(shè)計(jì)中，云計(jì)算技術(shù)主要應(yīng)用在以下兩個(gè)方面，一是用于建設(shè)教學(xué)資源庫，將教師的課件等教學(xué)資源上傳至云空間，解決多種大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問題，同時(shí)解決了教學(xué)資源跨平臺(tái)訪問、開放性和共享性的問題；二是用于云錄播，在錄播系統(tǒng)完成視頻和聲音采集后，合成的教學(xué)視頻可以自動(dòng)的上傳至云空間，自動(dòng)形成精品課程資源，方便學(xué)習(xí)者利用云平臺(tái)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

4.人工智能技術(shù)

在多功能智慧課室建設(shè)中，人工智能技術(shù)可以與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，在課室安裝多個(gè)高清攝像頭，對(duì)學(xué)生臉部進(jìn)行識(shí)別，解決課堂考勤問題，同時(shí)，在課程進(jìn)行過程中，實(shí)時(shí)抓取學(xué)生的臉部表情、移動(dòng)軌跡和各種動(dòng)作，進(jìn)行智能分析，教師上課的過程中，可以通過數(shù)據(jù)儀表盤，掌握學(xué)生上課情緒和行為，及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，改善課堂教學(xué)效果；另外，教室可以配備智能麥克風(fēng)，將教師講課內(nèi)容及學(xué)生回答內(nèi)容進(jìn)行實(shí)錄，并實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)化為文字，方便教師與學(xué)生及時(shí)整理課堂教學(xué)資料。人工智能技術(shù)在智慧課室建設(shè)過程更深層次的應(yīng)用，可結(jié)合交互式一體機(jī)，在分組教學(xué)時(shí)，學(xué)生將討論成果輸入到一體機(jī)上，利用人工智能技術(shù)自動(dòng)識(shí)別輸入內(nèi)容，對(duì)討論成果進(jìn)行智能分析，給出具有針對(duì)性的評(píng)價(jià)，輔助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

建設(shè)效益

立足高職院校人才培養(yǎng)的特點(diǎn)，結(jié)合上述的原則、技術(shù)開展多功能智慧課室建設(shè)，能有效地支撐教與學(xué)過程問題的解決，取得顯著的效益，主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

一是遵循標(biāo)準(zhǔn)化、功能完整和可維護(hù)性原則進(jìn)行智慧課室建設(shè)，能夠形成功能多樣且易用、穩(wěn)定的教學(xué)環(huán)境，學(xué)生可以置身其中，通過教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)環(huán)境的有機(jī)融合，深刻地掌握知識(shí)技能，進(jìn)而促成高職院校綜合型人才培養(yǎng)的目標(biāo)；

二是高職院校學(xué)生大多喜歡新鮮事物，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)和人工智能等新技術(shù)，能充分提高其教學(xué)過程的興趣，使興趣貫穿學(xué)習(xí)過程，促進(jìn)知識(shí)的有效掌握；

三是高職院校人才培養(yǎng)需要考慮學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的鍛煉，課室的設(shè)計(jì)融入虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)元素，讓學(xué)生在教學(xué)過程中反復(fù)操練，在虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中充分掌握技能的原理和操作要領(lǐng)，提升了學(xué)生在實(shí)際操作過程中的動(dòng)手能力；

四是多功能智慧課室簡(jiǎn)單易用的課程資源錄播，促進(jìn)了信息化教學(xué)資源的積累，為高職院校學(xué)生提供了自主學(xué)習(xí)的資源，有助于學(xué)生自習(xí)能力的提升。

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，多功能智慧課室在技術(shù)、功能和應(yīng)用范圍上都將有更大的突破，并將支撐高職教育教學(xué)模式的變革，輔助高職人才培養(yǎng)質(zhì)量的提升。