方小坤 楊安新

1.揚(yáng)州市職業(yè)大學(xué)；2.揚(yáng)州市梅嶺中學(xué)教育集團(tuán)竹西中學(xué)

本文通過(guò)對(duì)智慧教室應(yīng)用實(shí)踐的分析研究，分析現(xiàn)有多媒體教室、信息化教室的應(yīng)用情況，提出集“物理空間+資源空間+社區(qū)空間”一體的新型學(xué)習(xí)環(huán)境，構(gòu)建智慧教室的“三位一體”模型，結(jié)合高校的實(shí)際情況，提出構(gòu)建“建構(gòu)-交流-協(xié)作-聯(lián)接-創(chuàng)造”5 維度學(xué)習(xí)環(huán)境系統(tǒng)的建設(shè)思想，將學(xué)習(xí)環(huán)境與信息技術(shù)深度融合到教育教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)、智慧教學(xué)的有效融合，促進(jìn)教育教學(xué)的改革創(chuàng)新，以期為智慧教室的研究、建設(shè)和應(yīng)用提供借鑒。

智慧教室是多媒體技術(shù)、信息化技術(shù)與教學(xué)深度融合，為小班化教學(xué)、線上線下教學(xué)、探究式教學(xué)等新形態(tài)教學(xué)模式提供創(chuàng)新形式平臺(tái)。在智慧教育的現(xiàn)代化教學(xué)背景下，如何結(jié)合專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)合理運(yùn)用智慧教室，把現(xiàn)代化教學(xué)實(shí)施和教學(xué)內(nèi)容有效連接起來(lái)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，打造面向未來(lái)的個(gè)性化、信息化、智慧化的學(xué)習(xí)環(huán)境，是高校教學(xué)工作者急需思考和解決的問(wèn)題。

1 智慧教室的概述

1.1 傳統(tǒng)多媒體教室的弊端

從技術(shù)角度看，常規(guī)的多媒體教室在教學(xué)過(guò)程中已不能滿足課程、教學(xué)模式改革的需求。首先，座椅擺放不利于師生互動(dòng)、課堂形式依舊是老師講學(xué)生聽(tīng)的填鴨、灌輸式教育。其次，課件形式也過(guò)于簡(jiǎn)單，往往學(xué)生一個(gè)U 盤就可以將一學(xué)期的材料帶走。智慧教室作為一種全新的教學(xué)環(huán)境逐漸進(jìn)入大家的視野，它可以打破傳統(tǒng)單向教學(xué)模式，結(jié)合多種互動(dòng)教學(xué)工具，實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)式教學(xué)。

1.2 智慧教室的概念

國(guó)內(nèi)外對(duì)智慧教室的研究，最早在2003 年開(kāi)始，對(duì)其智慧教室的概率的界定和描述也不盡相同。綜合各方的研究?jī)?nèi)容，對(duì)智慧教室的概率的定義存在一個(gè)共同的點(diǎn)就是為提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和效率，積極利用新興的信息化技術(shù)建立教與學(xué)的環(huán)境[1]。本文認(rèn)為智慧教室是將多媒體技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等新興信息技術(shù)，以增強(qiáng)師生互動(dòng)為主要核心，提供個(gè)性化教學(xué)，智能化學(xué)情分析管理，實(shí)現(xiàn)虛擬教學(xué)環(huán)境與多元化交互教學(xué)的物理環(huán)境深度融合的教學(xué)場(chǎng)所。

1.3 對(duì)智慧教室的新要求

目前，國(guó)內(nèi)的“智慧教室”品類繁多、用途各異，在華麗的外貌背后，往往是東拼西湊的現(xiàn)象比較嚴(yán)重。結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況和充分的市場(chǎng)調(diào)研[2]，本文提出了如下“3條”智慧教室建設(shè)要求：

（1）教學(xué)空間設(shè)計(jì)需覆蓋校內(nèi)全部課程，滿足各學(xué)院師生探究式教學(xué)的落地：多樣的課程需要有適合PBL（項(xiàng)目式學(xué)習(xí)）、TBL(小組合作學(xué)習(xí))創(chuàng)新教學(xué)的學(xué)習(xí)空間，讓理科、工科類專業(yè)的學(xué)生可以在上課時(shí)既能互動(dòng)學(xué)習(xí)還能動(dòng)手實(shí)踐，需要空間能夠靈活轉(zhuǎn)換，可以在研討型和普通授課型教室間按教學(xué)需求轉(zhuǎn)換，還需要有支撐多班級(jí)合并授課的大型教室空間。

（2）信息化技術(shù)和教學(xué)過(guò)程深度融合，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考：傳統(tǒng)的多媒體教室，往往就是計(jì)算機(jī)、液晶大屏、數(shù)字視頻展示臺(tái)、中央控制系統(tǒng)和音響的堆砌，大屏幕的作用只是簡(jiǎn)單的播放功能，而屏幕上的內(nèi)容若可以支持小組互動(dòng)、合作學(xué)習(xí)、屏幕聯(lián)動(dòng)等功能的融入，則可以讓整個(gè)教學(xué)過(guò)程變得生動(dòng)起來(lái)。

（3）通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分析提高教學(xué)效果：智慧教室中軟硬件的設(shè)備實(shí)時(shí)采集教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的情況，師生互換、學(xué)習(xí)成果分析、學(xué)生的考勤、電子課件學(xué)習(xí)等多維度數(shù)據(jù)采集，通過(guò)大數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化地分析，助力教師現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，提高教學(xué)效果。

2 智慧教室的設(shè)計(jì)

2.1 智慧教室的設(shè)計(jì)思路

智慧教室的構(gòu)建是采用教學(xué)法+空間+技術(shù)的PST框架為設(shè)計(jì)理念，通過(guò)打造“建構(gòu)-交流-協(xié)作-聯(lián)接-創(chuàng)造”5 維度學(xué)習(xí)環(huán)境系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)、智慧教學(xué)的有效融合，為信息化教學(xué)建設(shè)提供新的思路。

2.2 智慧教室的架構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)智慧教室圍繞StarC 云平臺(tái)進(jìn)行構(gòu)建，提出了智慧教室“三位一體”模型框架，如圖1 所示。該模型主要由頂層交互應(yīng)用層、中間層資源服務(wù)層、底層物理設(shè)施層三個(gè)層次構(gòu)成[3]，實(shí)現(xiàn)社區(qū)空間討論，教學(xué)資源空間共享，物理設(shè)施為依托的三位一體的智能化、信息化的教學(xué)環(huán)境。

圖1 智慧教室構(gòu)建模式Fig.1 Smart classroom construction mode

2.2.1 交互應(yīng)用層

其主要特點(diǎn)是為教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)、師生研究等多元化的教學(xué)形式提供了平臺(tái)。學(xué)習(xí)對(duì)象包含了學(xué)生、教師、社會(huì)人員等，既有傳統(tǒng)講授又有現(xiàn)代智慧學(xué)習(xí)，通過(guò)自主或協(xié)作學(xué)習(xí)形成了云端學(xué)校，增強(qiáng)其應(yīng)用面，提高了智慧教室使用效率。

2.2.2 資源服務(wù)層

其構(gòu)成主要是通過(guò)基于云計(jì)算將各應(yīng)用軟件、電子教學(xué)資源以及在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)等教學(xué)資源進(jìn)行有效集成，師生可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)平臺(tái)，例如筆記本、智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端互聯(lián)互通，形成統(tǒng)一的信息管理平臺(tái)，其核心功能包括：智慧課堂教學(xué)平臺(tái)與工具配備、教室智慧環(huán)境管理、學(xué)科資源制作與共享、教學(xué)數(shù)據(jù)采集與分析等，建成一個(gè)隨時(shí)隨地、虛實(shí)結(jié)合的個(gè)性化學(xué)習(xí)空間。

2.2.3 物理設(shè)施層

物理設(shè)施層主要包括教室基礎(chǔ)設(shè)施、多媒體教學(xué)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)與感應(yīng)設(shè)施以及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。智慧教室的設(shè)施主要包含物理空間布局、桌椅、智能錄播設(shè)備、視頻會(huì)議設(shè)備、智能錄播設(shè)備、后臺(tái)監(jiān)控管理系統(tǒng)等。

智慧教室“三位一體”模型基本包含了多層次遠(yuǎn)程教學(xué)、教學(xué)內(nèi)容、資源管理、學(xué)習(xí)記錄以及教學(xué)環(huán)境管理的等多方位智能化管理系統(tǒng)，是信息化教學(xué)建設(shè)的主體功能體現(xiàn)。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，可結(jié)合本校的實(shí)際需求，靈活調(diào)整各功能模塊進(jìn)行組合，適應(yīng)本校教學(xué)需求，提高課堂教學(xué)效果。

3 智慧教室的實(shí)現(xiàn)

智慧教室環(huán)境主要包含基礎(chǔ)設(shè)施層的硬件環(huán)境和綜合管理層的軟件環(huán)境[4]。在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中，必須將硬件環(huán)境和軟件環(huán)境建設(shè)有效結(jié)合起來(lái)，相互配套，才能將智慧教室的功能發(fā)揮到最大作用。

3.1 硬件環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

（1）結(jié)合實(shí)際教學(xué)需要，從教室空間布局和信息化新技術(shù)兩個(gè)方面綜合考慮。智慧教室的教室端需要和以上兩個(gè)方面進(jìn)行有效融合。根據(jù)專業(yè)教學(xué)特點(diǎn)和學(xué)生的實(shí)際特征，建設(shè)中需要按照“注重互動(dòng)，模塊搭配”為準(zhǔn)則，使智慧教室實(shí)現(xiàn)互動(dòng)交流-遠(yuǎn)程教學(xué)-小組討論-學(xué)情分析-課程錄制等多形式的交互呈現(xiàn)的智慧教學(xué)模式，形成教學(xué)常規(guī)和特色教學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展的教學(xué)體系。

（2）在智慧教室的建設(shè)中需要充分考慮物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用。既有本地的智能控制應(yīng)用，還需要為遠(yuǎn)程應(yīng)用和管理提供必要的硬件支持。例如網(wǎng)絡(luò)接入、光照傳感器、射頻識(shí)別、人體識(shí)別等傳感裝置，實(shí)現(xiàn)智慧教室的遠(yuǎn)程教學(xué)控制等功能。將教室端的各傳感器裝置通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入校園網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)教室硬件環(huán)境的智能化管理。

（3）將信息空間與物理空間進(jìn)行有效融合，運(yùn)用校園網(wǎng)的全面覆蓋，實(shí)現(xiàn)師生可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)，訪問(wèn)智慧教室終端設(shè)備，實(shí)施遠(yuǎn)程教學(xué)、智能化教學(xué)。

3.2 軟件環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

為了更好地發(fā)揮智慧教室的硬件環(huán)境設(shè)置，必須配套與其相對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)主要是運(yùn)用云平臺(tái)作為技術(shù)支撐，通過(guò)可視化硬件綜合平臺(tái)，將新型的運(yùn)行管理模式應(yīng)用到智慧教室的管理、資源以及服務(wù)要素中，建立統(tǒng)一的接口系統(tǒng)，認(rèn)證系統(tǒng)以及權(quán)限管理軟件環(huán)境中。根據(jù)目前主流的智能教室軟件系統(tǒng)可將其分為6 個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)可視化管理平臺(tái)進(jìn)行模塊化和層次化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（1）教務(wù)支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是將云平臺(tái)和教務(wù)管理、師生身份認(rèn)證以及一卡通等系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接。實(shí)現(xiàn)電子課表、師生考勤、學(xué)情分析、教學(xué)評(píng)估、教務(wù)消息等教務(wù)工作的智能化服務(wù)功能，建立一個(gè)智能化服務(wù)信息體系和教務(wù)管理系統(tǒng)。

（2）云桌面系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)師生可以隨時(shí)隨地運(yùn)用任何終端設(shè)備，通過(guò)身份認(rèn)證系統(tǒng)登錄訪問(wèn)個(gè)人的云桌面，查看教務(wù)信息以及智慧教室的使用情況。云桌面支持遠(yuǎn)程可視化教學(xué)管理，可節(jié)約教室的維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)結(jié)合，線上線下相結(jié)合。

（3）錄播管理系統(tǒng)。錄播管理系統(tǒng)是智慧教室必備的功能之一，該系統(tǒng)具有自動(dòng)化高清視音頻的錄制和采集功能，同時(shí)應(yīng)該包含課堂教學(xué)多畫面呈現(xiàn)錄制功能。也可根據(jù)學(xué)校的自身教學(xué)需求，將資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源高效利用，讓學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是將錄播數(shù)據(jù)、智慧教學(xué)各傳感器采集數(shù)據(jù)、軟件服務(wù)數(shù)據(jù)、教學(xué)數(shù)據(jù)以及維護(hù)管理、教務(wù)數(shù)據(jù)等進(jìn)行有效存儲(chǔ)和管理。數(shù)據(jù)安全是該系統(tǒng)的核心問(wèn)題，需要建立相對(duì)應(yīng)的安全保障措施。

（5）遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)。在線教學(xué)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，建立互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)互動(dòng)在線視頻教學(xué)平臺(tái)也是智慧教室的重要特征。運(yùn)用信息技術(shù)和云技術(shù)，打破時(shí)空的限制，為開(kāi)展遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和培訓(xùn)提供了技術(shù)支撐，同時(shí)也提高了信息化教學(xué)水平。

（6）智能化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體設(shè)備、可視化系統(tǒng)、互聯(lián)教學(xué)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備的狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)做到故障診斷、預(yù)警和資產(chǎn)使用情況的智能分析。通過(guò)該系統(tǒng)達(dá)到教學(xué)過(guò)程的全方位的感知，實(shí)現(xiàn)智慧管理，使智慧教室的使用達(dá)到最佳狀態(tài)，為良好的教學(xué)環(huán)境提供有力的保障。

4 結(jié)語(yǔ)

智慧時(shí)代的開(kāi)啟，智慧教育被大力倡導(dǎo)，智慧校園應(yīng)運(yùn)而生，作為其重要組成部分的智慧教室也成為主要趨勢(shì)。本文基于智慧教室的教學(xué)環(huán)境構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)與信息技術(shù)深度融合，實(shí)現(xiàn)信息化教學(xué)環(huán)境結(jié)構(gòu)的改變，促進(jìn)了智慧教室環(huán)境下教學(xué)模式改革，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)的自主性，提高學(xué)習(xí)效果，為信息化教學(xué)的建設(shè)提供有益借鑒和實(shí)踐探索參考。

引用

[1] 鐘志賢.論學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)[J].電化教育研究,2005(7):35-41.

[2] 陸根書,楊兆芳.學(xué)習(xí)環(huán)境研究及其發(fā)展趨勢(shì)述評(píng)[J].高等工程教育研究,2008(2):55-61.

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[4] 鐘曉流,宋述強(qiáng),胡敏,等.第四次教育革命視域中的智慧教育生態(tài)構(gòu)建[J].遠(yuǎn)程教育雜志,2015(4):34-40.