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        高職院校多功能智慧課室的設計與實現(xiàn)

        2018-09-17 10:07:18蔡建軒李梅
        中國教育網(wǎng)絡 2018年8期
        關(guān)鍵詞:課室錄播虛擬現(xiàn)實

        文/蔡建軒 李梅

        在教育部《教育信息化2.0行動計劃》中,明確提出了要持續(xù)推動信息技術(shù)與教育深度融合,促進“信息化應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)學院在廣東省高職院校信息化教學方面取得著實顯著的成績,不斷探索推進信息技術(shù)對教育教學的積極影響,充分結(jié)合學校人才培養(yǎng)目標,穩(wěn)抓高職院校學生的特點,利用先進的信息技術(shù)及教學方法,著力提升學生的創(chuàng)新思維和知識技能,增強學生綜合素質(zhì),為社會輸送高素質(zhì)技術(shù)型人才。在這此過程中,多功能智慧課室的建設是學校在信息技術(shù)與教育教學融合過程的一個重要領(lǐng)域,運用信息化理念和信息技術(shù),打造高實用性、高智能化和高水平的課室,進行教學環(huán)境優(yōu)化與重構(gòu),繼而利用信息技術(shù)改善教學效果,為學校人才培養(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”等教學模式在高職院校的應用,多功能智慧課室在高職院校具有突出的建設需求。本文從多功能智慧課室的設計原則、功能模塊設計、關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢等方面進行了闡述,為高職院校智慧課室提供建設思路。

        設計原則

        多功能智慧課室是當前教學模式改革以及學生學習對教學環(huán)境要求的集中體現(xiàn),是實現(xiàn)教學模式改革的重要支撐。學院智慧課室建設在設計的過程中,充分遵循了以下原則。

        1.標準化

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

        2.功能完整

        目前,國內(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)、資源獲取(Accessible)、及時互動(Real-time Interactive)、情境感知(Testing)等五個維度建設智慧課室。在設計的過程中,需要考慮實訓教學和小組教學各方面的需求,因此多功能智慧課室需涵蓋傳統(tǒng)授課、多屏互動、云錄播、混合現(xiàn)實教學和智能中控等多個功能,以適應新型教學模式實施過程對教學環(huán)境的多樣化需求。

        3.可維護性

        圖1 多功能智慧教室環(huán)境

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

        模塊設計

        多功能智慧課室在設計時,應該圍繞服務教學和服務師生發(fā)展,全面支撐教學模式改革,在功能模塊設計方面,應該做到功能合理多樣,在智慧課室建設設計中,包括環(huán)境設計和功能模塊設計兩個部分。

        1.環(huán)境設計

        如圖1所示,智慧課室在環(huán)境設計上要求充分考慮課堂教學活動、錄播、混合現(xiàn)實教學和中控等因素。

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

        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)境設計時,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)境雜音對課程錄播的干擾。

        第三,混合現(xiàn)實教學需搭建綠箱,通過攝像機采集,配合混合現(xiàn)實教學平臺將所需的物品完成摳像處理,因此在環(huán)境設計中,要預留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)境設計中利用中控平臺對課室所有計算機硬件、交互式一體機、門禁、燈光、空調(diào)和功放等進行集中管理,最終實現(xiàn)課室設備簡便化控制,滿足高效、靈活、有序的課室設備集中管理,達到易用、安全和節(jié)能的效果。

        2.功能模塊設計

        (1)多屏互動功能

        多屏互動的設計思路主要從以下兩個方面出發(fā),一是由于課室較大,入座課室后方的學生無法清晰地看到教師講臺的屏幕,此時采用分屏技術(shù),在課室的中間或者后方設置屏幕,方便學生觀看,使坐在不同角度、不同方位的學生能清楚看到教學內(nèi)容;二是小組教學將成為高職院校課堂教學的主流方式,當小組進行討論時,每個小組將對應一個交互式屏幕,學生可以將討論結(jié)果在分屏上進行展示,當教師講解或者小組展示討論結(jié)果時,可以智能地將小組的屏幕內(nèi)容推送至教師講臺的屏幕以及其他小組的屏幕上,方便教師進行講解和批注。

        (2)混合現(xiàn)實教學功能

        作為面向高職院校所有專業(yè)的智慧課室,不能只針對某個專業(yè)進行實訓設備放置,因此,引入虛擬現(xiàn)實的元素,通過虛擬現(xiàn)實資源的建設,豐富智慧課室的實訓功能?;旌犀F(xiàn)實是在虛擬現(xiàn)實的基礎(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)實資源中,實現(xiàn)高度仿真的教學效果,解決教學重難點,同時激發(fā)學生學習興趣。因此在多功能智慧課室設計時,可以融入混合現(xiàn)實技術(shù),配置虛擬現(xiàn)實設備,結(jié)合高清攝像機和綠箱,打造高水平的混合現(xiàn)實教學功能,通過模擬實際世界,學生沉浸式學習,在虛擬現(xiàn)實資源中進行實操,掌握實際的技能,適用于需要掌握實操技能的課程學習,可以極大地提升學生的學習積極性,大大提高課堂教學的效果。

        (3)錄播功能

        精品課程資源是學校數(shù)字化學習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。錄播平臺的設計,需考慮多個標準機位,設置教師特寫、教師全景、學生特寫、學生全景以及板書追蹤特寫等多個畫面,高度適應課室中教師的位置變化和學生座位的調(diào)整。錄播控制平臺由視頻采集、音頻采集與處理、跟蹤系統(tǒng)和導播組成,采用圖像識別和自動追蹤技術(shù),按照對老師行為、學生行為、電腦畫面進行跟蹤拍攝,并自動制成高質(zhì)量的教學視頻資源。錄播平臺需達到高度的智能化,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,設備一般配備物理按鍵,在使用和關(guān)閉時用手動方式進行管理控制,多功能智慧課室在使用的過程中,設備種類多樣且較為分散,若采用傳統(tǒng)的管理方式,會大大降低使用效率,同時缺乏統(tǒng)一管理,無法達到節(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,將課室中的交互式一體機、計算機、電視機、空調(diào)、燈光及門禁等設備進行聯(lián)網(wǎng),通過1臺平板電腦即可完成對設備的控制,包括一鍵開關(guān)機、視頻信號切換、空調(diào)控制、燈光調(diào)控和門禁控制等。通過設計課室智能管理功能,充分簡化設備控制過程,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備(如圖2所示),提高教學過程的流暢性。下課時,教師可以通過一鍵關(guān)閉系統(tǒng)的功能對課室里的所有設備進行軟關(guān)機,達到節(jié)能環(huán)保的效果。

        多功能智慧課室關(guān)鍵技術(shù)

        圖2 通過平板電腦對設備進行控制

        智慧課室的建設與信息技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān),國內(nèi)外在研究智慧課室的建設時也大多以技術(shù)研究為重點,關(guān)注點大多在如何利用新興技術(shù)創(chuàng)建教與學的環(huán)境,促進資源個性化呈現(xiàn)、教學交互多元化,實現(xiàn)學習者的學習和相關(guān)技能的提高上。在多功能智慧課室建設過程中,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)。在實際應用中,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,實現(xiàn)對課室所有設備的控制;利用RFID技術(shù),結(jié)合射頻IC卡,搭建門禁系統(tǒng),根據(jù)課表對教師進行門禁授權(quán),教師在課表有課的時間段可進行自助開門,簡化了課室管理環(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,對課室內(nèi)的窗簾、燈光、空調(diào)等進行實時調(diào)控,為師生營造更加良好的教與學的環(huán)境。

        2.虛擬現(xiàn)實技術(shù)

        利用虛擬現(xiàn)實技術(shù),結(jié)合混合現(xiàn)實技術(shù),搭建了混合現(xiàn)實教學平臺,制作了包括汽車檢修與維護、旅游英語及商務談判等VR資源,為教學過程提供真實情景再現(xiàn),實現(xiàn)了教學資源的循環(huán)利用。

        3.云計算技術(shù)

        在多功能智慧課室設計中,云計算技術(shù)主要應用在以下兩個方面,一是用于建設教學資源庫,將教師的課件等教學資源上傳至云空間,解決多種大量數(shù)據(jù)存儲的問題,同時解決了教學資源跨平臺訪問、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,合成的教學視頻可以自動的上傳至云空間,自動形成精品課程資源,方便學習者利用云平臺進行自主學習。

        4.人工智能技術(shù)

        在多功能智慧課室建設中,人工智能技術(shù)可以與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合,在課室安裝多個高清攝像頭,對學生臉部進行識別,解決課堂考勤問題,同時,在課程進行過程中,實時抓取學生的臉部表情、移動軌跡和各種動作,進行智能分析,教師上課的過程中,可以通過數(shù)據(jù)儀表盤,掌握學生上課情緒和行為,及時調(diào)整教學策略,改善課堂教學效果;另外,教室可以配備智能麥克風,將教師講課內(nèi)容及學生回答內(nèi)容進行實錄,并實時轉(zhuǎn)化為文字,方便教師與學生及時整理課堂教學資料。人工智能技術(shù)在智慧課室建設過程更深層次的應用,可結(jié)合交互式一體機,在分組教學時,學生將討論成果輸入到一體機上,利用人工智能技術(shù)自動識別輸入內(nèi)容,對討論成果進行智能分析,給出具有針對性的評價,輔助學生進行自主學習。

        建設效益

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

        一是遵循標準化、功能完整和可維護性原則進行智慧課室建設,能夠形成功能多樣且易用、穩(wěn)定的教學環(huán)境,學生可以置身其中,通過教學內(nèi)容與教學環(huán)境的有機融合,深刻地掌握知識技能,進而促成高職院校綜合型人才培養(yǎng)的目標;

        二是高職院校學生大多喜歡新鮮事物,運用物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實和人工智能等新技術(shù),能充分提高其教學過程的興趣,使興趣貫穿學習過程,促進知識的有效掌握;

        三是高職院校人才培養(yǎng)需要考慮學生實際動手能力的鍛煉,課室的設計融入虛擬現(xiàn)實實訓元素,讓學生在教學過程中反復操練,在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中充分掌握技能的原理和操作要領(lǐng),提升了學生在實際操作過程中的動手能力;

        四是多功能智慧課室簡單易用的課程資源錄播,促進了信息化教學資源的積累,為高職院校學生提供了自主學習的資源,有助于學生自習能力的提升。

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

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