李海勝 姚存治 劉開茗 王艷萍

0 背景

智慧教室是一種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，更是智慧教育的時(shí)代體現(xiàn)。智慧教室的“智慧性”涉及教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)資源的便利獲取、課堂教學(xué)的深度互動(dòng)、情境感知與檢測(cè)、教室布局與電氣管理等多個(gè)方面，可概括為內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、及時(shí)互動(dòng)、情境感知等五個(gè)維度[1]。

智慧教室充分利用現(xiàn)代技術(shù)手段，在輔助教學(xué)的同時(shí)也在潛移默化地改變著教育教學(xué)方式。從投影儀、PPT，到現(xiàn)在的智慧終端、電子白板反映的正是教學(xué)設(shè)施隨信息技術(shù)的進(jìn)步不斷地升級(jí)換代。與此同時(shí)，教學(xué)方式的改變也對(duì)教學(xué)設(shè)施與環(huán)境提出了更高的要求，即教學(xué)設(shè)施與環(huán)境能夠支撐靈活多樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，能夠充分展現(xiàn)多樣的教學(xué)資源，能夠便捷地開展師生互動(dòng)，能夠隨時(shí)記錄學(xué)習(xí)過程。最終教學(xué)設(shè)施與環(huán)境的改變，潤(rùn)物細(xì)無聲地促進(jìn)教學(xué)理念的改變。

智慧教室建設(shè)的核心與重點(diǎn)是如何更加有效地輔助教育教學(xué)，而非設(shè)備先進(jìn)性的展現(xiàn)。目前，國(guó)內(nèi)智慧教室的研究主要集中于智慧教室的設(shè)計(jì)和建造，更多地關(guān)注技術(shù)水平的先進(jìn)性與功能的多樣性[2]。很大程度忽視了智慧教室的適用性與實(shí)用性，造成了智慧教室建設(shè)成本居高不下的問題，此外智慧教室應(yīng)用成效還處于初期探索階段。

1 智慧教室建設(shè)理念與設(shè)計(jì)思路

1．1 設(shè)計(jì)理念

1.1.1 以專業(yè)、課程需求為導(dǎo)向

高等職業(yè)院校（以下簡(jiǎn)稱高職院校）不同專業(yè)對(duì)智慧教室的功能需求也不盡相同。以物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)為例，該專業(yè)注重物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)，對(duì)智慧教室的需求著重于專業(yè)知識(shí)與智慧教室環(huán)境相結(jié)合。智慧教室在具備內(nèi)容呈現(xiàn)、師生互動(dòng)、資源獲取的同時(shí)，應(yīng)更多偏重環(huán)境管理與情境感知方面，將專業(yè)知識(shí)真實(shí)地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，這更有利于教師專業(yè)教學(xué)與學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)。一些基礎(chǔ)課程如《高等數(shù)學(xué)》，課程內(nèi)容偏重理論知識(shí)與邏輯推導(dǎo)。任課老師開發(fā)了立體化教材，學(xué)生通過手機(jī)APP 掃描二維碼即可查看視頻講解。這種形式一方面將抽象內(nèi)容形象化、具體化；另一方面改變教學(xué)方式，以在線資源為支撐開辟學(xué)生線上、線下學(xué)習(xí)的方式。此類課程更多地要求智慧教室資源獲取的便捷性，對(duì)智慧教室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有較高要求，智慧教室應(yīng)當(dāng)滿足學(xué)生對(duì)教學(xué)資源的大開發(fā)與高通量訪問需求。

1.1.2 與智慧校園建設(shè)相互融合

智慧校園、智慧教室系統(tǒng)相互“隔離”。一些高職院校存在有線網(wǎng)絡(luò)老化、無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)滯后與校園訪問潮汐困境（在短時(shí)間內(nèi)，學(xué)生集中訪問網(wǎng)絡(luò)資源，如學(xué)生網(wǎng)上選課，給服務(wù)器造成了巨大的壓力，而其他時(shí)間并無較大的訪問量）等現(xiàn)象，這在一定程度上制約了智慧校園功能的發(fā)揮同時(shí)也降低了智慧教室的能效。

調(diào)查顯示，大量智慧教室建設(shè)方案涵蓋智慧教室五個(gè)維度，系統(tǒng)內(nèi)部存儲(chǔ)了大量教學(xué)資源。但上述資源僅服務(wù)于智慧教室，脫離智慧教室卻無法發(fā)揮作用。這就造成智慧教室系統(tǒng)與應(yīng)用的“系統(tǒng)”孤島，無形中降低了其應(yīng)用效能。

智慧教室應(yīng)用數(shù)據(jù)無法融合到智慧校園當(dāng)中用于學(xué)習(xí)分析。智慧教室應(yīng)用與教務(wù)系統(tǒng)、學(xué)生信息管理系統(tǒng)等系統(tǒng)隔離，智慧教室采集的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)無法融入智慧校園業(yè)務(wù)系統(tǒng)當(dāng)中，這給智慧教室效能的發(fā)揮帶來了負(fù)面影響。二者相互融合才能將教師教學(xué)數(shù)據(jù)、學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)融合在一起，然后采用大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段對(duì)教師教學(xué)過程、學(xué)生學(xué)習(xí)過程，線上教學(xué)資源的使用情況進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，為教學(xué)質(zhì)量的提升提供依據(jù)。1.1.3 突破教室空間“限制”打造智慧學(xué)習(xí)環(huán)境

智慧教室的定義明確指出“智慧教室是一種智慧學(xué)習(xí)環(huán)境”而非教室當(dāng)中的智慧環(huán)境。目前智慧教室的建設(shè)主要集中于智慧“教室”的建設(shè)，而非智慧“環(huán)境”的建設(shè)，這給智慧教室的建設(shè)帶上了一個(gè)無形的“枷鎖”。這也形成了目前千篇一律的智慧“教室”的建設(shè)模式。

依據(jù)目前線上教學(xué)、反轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式，綜合智慧教室與智慧校園建設(shè)相互融合的原則，大力建設(shè)校園有線無線網(wǎng)絡(luò)，開放教務(wù)系統(tǒng)信息，采用大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，打造校園內(nèi)無處不在的學(xué)習(xí)環(huán)境，將校園建設(shè)成為一個(gè)智慧教室（智慧環(huán)境），從而打破智慧教室建設(shè)的局限。

1.1.4 空間環(huán)境“多姿多彩”

傳統(tǒng)教室在布局上對(duì)空間進(jìn)行一分為二的劃分，這種設(shè)計(jì)便于教室后部的學(xué)生看到教師與黑板，從空間的角度提升了教師教授知識(shí)的權(quán)威性，提升課堂教學(xué)的效率。但是這也拉遠(yuǎn)了教師與學(xué)生之間的距離，使學(xué)生產(chǎn)生畏懼心理，阻滯學(xué)生與教師之間的互動(dòng)，不利于課堂教學(xué)。此外，傳統(tǒng)教室在色彩搭配上千篇一律的采用白色。白色莊重、典雅，適用于大型教室，但應(yīng)用于小型教室上則有顯單板缺乏靈動(dòng)。

智慧教室在設(shè)計(jì)上應(yīng)摒棄一分為二的布局、一成不變的白色，應(yīng)當(dāng)基于教室用途、面積，設(shè)置多樣的布局，運(yùn)用多種色彩，營(yíng)造更加舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境。

1.2 建設(shè)分類

1.2.1 通用型智慧教室

通用型智慧教室注重內(nèi)容優(yōu)化呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)資源的便利獲取、課堂教學(xué)的深度互動(dòng)等通用需求功能的實(shí)現(xiàn)，主要面向注重內(nèi)容呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)資源的便利獲取、課堂教學(xué)的深度互動(dòng)等方面的課程或?qū)I(yè)使用，由此通用型智慧教室具備相對(duì)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。上述課程與專業(yè)較少涉及專業(yè)相關(guān)技術(shù)設(shè)備與設(shè)施，無須在智慧教室中展示專業(yè)技術(shù)設(shè)備，而更多地要求在課堂教學(xué)過程中在線資源的獲取與展示、學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)的采集等?；谕ㄓ眯椭腔劢淌业亩ㄎ?，通用型智慧教室的主要支撐課程為公共基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)課程等，如大學(xué)英語、思想政治教育、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等。通用型智慧教室主要包含多屏教學(xué)系統(tǒng)、課堂在線交互系統(tǒng)、人工智能課堂評(píng)價(jià)系統(tǒng)等。

1.2.2 專業(yè)型智慧教室

專業(yè)型智慧教室在具備通用型智慧教室全部功能的同時(shí)，還部署了專業(yè)教學(xué)所需的設(shè)備與設(shè)施，主要面向?qū)I(yè)技術(shù)課程使用。課堂教學(xué)需要智慧教室打造一個(gè)專業(yè)技術(shù)應(yīng)用的真實(shí)環(huán)境，以此來滿足專業(yè)技術(shù)學(xué)習(xí)需求?；趯I(yè)型智慧教室的功能定位，專業(yè)型智慧教室的主要使用課程為專業(yè)基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心課程等。因各類專業(yè)功能需求的不同，在設(shè)計(jì)建設(shè)專業(yè)型智慧教室時(shí)，須注重考慮相關(guān)專業(yè)技術(shù)知識(shí)的應(yīng)用，由此專業(yè)型智慧教室沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

以醫(yī)學(xué)類專業(yè)為例，討論其對(duì)智慧教室的需求。護(hù)理、呼吸治療技術(shù)、助產(chǎn)等醫(yī)學(xué)專業(yè)要求學(xué)習(xí)人體結(jié)構(gòu)與功能、醫(yī)學(xué)免疫與病原生物等專業(yè)課程。而如何讓學(xué)生便捷地觀察、學(xué)習(xí)人體形態(tài)結(jié)構(gòu)一直是醫(yī)學(xué)專業(yè)的教學(xué)難題。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality 簡(jiǎn)稱VR）應(yīng)用之前，只能讓學(xué)生觀看各種人體標(biāo)本、模型、圖示。VR技術(shù)為醫(yī)學(xué)教育帶來了一種全新的技術(shù)手段。借助VR構(gòu)建各種人體器官、系統(tǒng)的三維模型，學(xué)生可通過手機(jī)、VR 頭盔、電腦等途徑多角度觀察學(xué)習(xí)人體結(jié)構(gòu)。VR 系統(tǒng)還支持模擬解剖，并且對(duì)學(xué)生的操作給予反應(yīng)，如血管破裂血液流出等，相比傳統(tǒng)的尸體解剖，VR方式成本低且沒有時(shí)間、場(chǎng)地的限制[3]。

由此可見，醫(yī)學(xué)類專業(yè)對(duì)智慧教室的要求偏重于虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備以及虛擬現(xiàn)實(shí)教學(xué)系統(tǒng)的部署與應(yīng)用。

1.2.3 智慧教育點(diǎn)

智慧教育點(diǎn)是在校園網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用的支撐下，采用虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)在室外打造的“智慧教室”，突破場(chǎng)地的空間限制，將智慧教室的建設(shè)從“教室”擴(kuò)展到操場(chǎng)、花園、會(huì)堂等場(chǎng)所。在這些場(chǎng)所，各類移動(dòng)終端、學(xué)習(xí)平臺(tái)均可訪問在線資源，接入各類學(xué)習(xí)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的個(gè)性化線上線下學(xué)習(xí)。智慧教育點(diǎn)的建設(shè)打破了場(chǎng)地對(duì)智慧教室的限制，將智慧教室的建設(shè)從室內(nèi)擴(kuò)展到室外，形成了智慧教室新的建設(shè)模式。

隨著網(wǎng)絡(luò)課程資源建設(shè)，在線資源種類、數(shù)量、體積逐步增多變大并且新冠肺炎疫情期間直播、錄播課程大范圍使用，在線教育對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源（網(wǎng)絡(luò)速度與網(wǎng)絡(luò)帶寬）的要求越來越高，采用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)模式無法滿足要求。此外，部分智慧校園與智慧教室的系統(tǒng)與應(yīng)用在校園網(wǎng)外部無法訪問，這給智慧教育點(diǎn)在線資源的獲取以及學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)采集造成了障礙。由此，智慧教育點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境優(yōu)先采用自建、免費(fèi)使用模式。

2 智慧教室對(duì)教學(xué)模式的影響

智慧教室建設(shè)的目的即是利用先進(jìn)的信息化技術(shù)、設(shè)備與設(shè)施，為教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施提供更多的便利與手段，輔助提升教學(xué)質(zhì)量。智慧教室配備的教學(xué)設(shè)備是為教學(xué)服務(wù)的，應(yīng)為師生提供盡可能多的選擇，不能一味追求科技含量而忽略此最本質(zhì)的功能。隨著新技術(shù)的應(yīng)用智慧教室給現(xiàn)有教學(xué)方式帶來了以下影響。

2.1 資源獲取、內(nèi)容呈現(xiàn)更直觀

智慧教室最重要的基礎(chǔ)部分是高速、大帶寬的無線網(wǎng)絡(luò)。教學(xué)過程中教師讓學(xué)生下載教學(xué)資源；獲取資源后，教師學(xué)生手中的各類終端才能發(fā)揮應(yīng)有的作用。多種資源的使用，將課本抽象、復(fù)雜的知識(shí)通過多樣的形式表現(xiàn)出來，降低學(xué)生理解難度，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率。此外，有了網(wǎng)絡(luò)的支撐，各種設(shè)備、系統(tǒng)、應(yīng)用才能被訪問，學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)才能被采集。

智慧教室最直觀、最醒目的部分是智慧教室四周的多個(gè)顯示屏幕。在教學(xué)過程中，教師在線獲取教學(xué)資源，并在多個(gè)顯示屏幕上同步顯示或分屏顯示，充分發(fā)揮各種類型資源的優(yōu)勢(shì)，解決了普通教室后排學(xué)生因各種因素看不到、看不清黑板的問題。

2.2 師生交互更便捷

課堂師生交互讓教師即時(shí)掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況，并即時(shí)調(diào)整教授進(jìn)度與難度。傳統(tǒng)課堂教學(xué)，師生交互以提問、小測(cè)驗(yàn)居多，覆蓋面小，教師無法全面、準(zhǔn)確地掌握學(xué)生學(xué)習(xí)狀況。在智慧教室環(huán)境支撐下，各類教學(xué)軟件、終端支持開展各類師生交互，包括一鍵簽到、搶答、投票等。各類交互活動(dòng)經(jīng)系統(tǒng)后臺(tái)處理后，即時(shí)將結(jié)果傳遞給教師；教師對(duì)學(xué)生參與情況進(jìn)行評(píng)判后，評(píng)判結(jié)果反饋給學(xué)生端，學(xué)生可即時(shí)查看。師生交互平臺(tái)的使用，促進(jìn)師生交互由傳統(tǒng)一對(duì)一的“你問我答”向智能多元轉(zhuǎn)變，提升學(xué)生的課堂參與度。師生交互數(shù)據(jù)是學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的重要組成部分，師生交互的便捷更是有利于學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)的采集。

2.3 學(xué)習(xí)過程記錄與分析

移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代，學(xué)生通過各種在線學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)平臺(tái)主動(dòng)記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，這些數(shù)據(jù)反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)進(jìn)度。學(xué)習(xí)分析源于商業(yè)智能和網(wǎng)站分析，是用戶數(shù)據(jù)分析在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，指的是對(duì)教育領(lǐng)域的“大數(shù)據(jù)”處理和分析[4]。學(xué)習(xí)分析通過對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的分析，以倒溯方式考察影響行為產(chǎn)生動(dòng)機(jī)和需求等因素，以及行為背后所隱藏的學(xué)習(xí)目的、學(xué)生個(gè)性特征、學(xué)習(xí)環(huán)境等元素，最終目的是優(yōu)化學(xué)生的學(xué)習(xí)過程以及學(xué)習(xí)行為發(fā)生的環(huán)境[5]。在智慧教室框架下，融合教務(wù)、考勤、在線學(xué)習(xí)記錄等數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)習(xí)過程畫像，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)特征，差異性地推送學(xué)習(xí)資源，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)性化、智能化學(xué)習(xí)。

3 結(jié)語

智慧教室是教育教學(xué)與信息化技術(shù)深度融合的產(chǎn)物，為教師轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，更新教學(xué)模式提供了便利?；诟呗氃盒?shí)際，提出以專業(yè)、課程需求為導(dǎo)向，與智慧校園建設(shè)相互融合，突破教室空間“限制”打造智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，空間環(huán)境“多姿多彩”的智慧教室設(shè)計(jì)理念?；诟呗氃盒Ｕn堂教學(xué)實(shí)際需要將智慧教室的類型分為通用型智慧教室、專業(yè)型智慧教室、智慧教育點(diǎn)，優(yōu)化智慧教室的建設(shè)布局，提升智慧教室建設(shè)的效能?；谥腔劢淌业膽?yīng)用，總結(jié)提出智慧教室對(duì)教學(xué)模式的積極影響：資源獲取、內(nèi)容呈現(xiàn)更直觀、師生交互更便捷、學(xué)習(xí)過程記錄與分析。

信息技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)教室建設(shè)融入先進(jìn)的技術(shù)，新技術(shù)新設(shè)備解決了傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境與模式存在的問題，促使教師不斷更新、轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，改進(jìn)教學(xué)方法，創(chuàng)新教學(xué)模式。與此同時(shí)，教師教育教學(xué)理念的改變，教學(xué)模式的創(chuàng)新對(duì)教學(xué)軟硬件設(shè)施提出了更高的要求，不斷促使信息技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新升級(jí)。二者相互促進(jìn)，相互影響，不斷改善課堂教學(xué)生態(tài)。智慧教室的建設(shè)與應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步成為未來智慧教育發(fā)展的新趨勢(shì)和常態(tài)。