陳君濤　馬艷花　展金梅　林嵐

摘要：智慧教育時代，如何通過教室科技及空間設計的輔助，使得以學生為主體的教學設計與學習活動，能夠更加普遍的應用于教室，從而深化學習，是國內外高校這幾年一直在持續(xù)探討的議題。探討近年來各高等院校設計智慧教室相關的教學理念，支持主動學習策略的教室功能設計、推動現狀、實施策略與可能遇到的問題，從而擬定智慧教室推行策略，配合更加彈性多元的課程教學模式，對師生日常的教學活動等相關數據進行記錄、分析，為培養(yǎng)學生全面發(fā)展、提升教師的教學水平提供技術支持。

關鍵詞：智慧時代；智慧教室；主動學習；策略分析

一、智慧教室相關設計理念

本研究收集智慧教室、主動學習教室、SCALE-UP（Student Centered Active Learning Environment with Upside-Down Pedagogies）與TEAL（Technology Enabled Active Learning）等四類與智慧教室相關的教室類型定義與建設內容，雖然名稱各有不同，但其目的則不外乎為了提倡以學生為主體的學習方式[1]，分述如下：

（一）智慧教室

《國家發(fā)展改革委辦公廳 工業(yè)和信息化部辦公廳關于組織實施2020年新型基礎設施建設工程（寬帶網絡和5G領域）的通知》明確要求建設5G＋智慧教育應用示范。提出“基于5G、VR/AR、4K/8K超高清視頻等技術，打造百校千課萬人優(yōu)秀案例，探索5G在遠程教育、智慧課堂/教室、校園安全等場景下應用，重點開展5G+高清遠程互動教學、AR/VR沉浸式教學、全息課堂、遠程督導、高清視頻安防監(jiān)控等業(yè)務[2]?！?/p>

智慧教室是教學改革的實踐主戰(zhàn)場，是教育信息化，智慧化的核心場景[3]。在5G時代，探索和建設深度融合5G技術的智慧教室，對于推進教育的智能化和創(chuàng)新融合具有重大的意義。智慧教室是一種科技強化的教室，強化教與學，整合學習科技包括計算機、特制軟件、學員的互動技術、網絡、聲音以及視覺技術。為提供科技實現教學多元化，運用多樣技術，通過智慧教室的情境管理，老師在教學上能擁有更多元的運用，協(xié)助教師創(chuàng)造新的教學模式，使學生能更深入參與教學活動。整合各項信息設備，通過完善的網絡通訊技術，并運用各種數字化教材、學習資源及教學方法，提供一個教學更有效率、學習更有成效、城鄉(xiāng)沒有落差、對地球更友善且能培養(yǎng)學生更高層次能力（例如：問題解決、創(chuàng)意思考、共創(chuàng)智慧等）的動態(tài)學習環(huán)境[4-5]。

（二）主動學習教室

建立一個大型的主動學習空間，由不同領域專家所做出的貢獻，如教室室內設計師、建筑師、專家、以及教學教導，針對如何通過實體的學習空間設計與學習科技的輔助，改善傳統(tǒng)教室在教學上的困難而提出設計構想。

主動學習教室的設計，是以學習者為中心，富含學習科技理念的教室，這種教室包含了學生討論桌椅，設計用來實踐主動學習策略。每張桌子都配置平面顯示器以及麥克風，以呈現學生的階段性學習成果；同時也設置了供教師使用的設備操控中心，提供教學者呈現數字化教材或特定學習小組的學習成果供其他學生觀摩。

（三）以學生為主體結合翻轉課程的主動學習環(huán)境

建立創(chuàng)新的教學環(huán)境，促使并提倡學生與老師之間的互動。教室的設計著眼于大量學生（100人以上）的群組學習。教室的學習空間包含一臺可上網的計算機、學生端大圓桌、投影幕以及墻面上的大白板，此類教室能改善學生在學習課程過程中的問題解決能力、課程核心概念的理解能力和改善學生的學習態(tài)度等。

（四）科技輔助主動學習

在模擬、視覺化、桌面實驗、網站作業(yè)指派以及個性化學習反饋系統(tǒng)中應用多媒體軟件，可以提升學習成效。在桌椅的配置方面，亦采組合桌形式，講師桌置于教室中央，以拉近講師與每位學生之間的距離，強化互動，創(chuàng)造教室內更多的黃金學習區(qū)域。

綜上所述，ALC、SCALE-UP、TEAL等支持主動學習策略的智慧教室，其與一般多媒體教室相較，強化功能與其支持的教學活動如下：

1.課堂講授。投影熒幕搭配電子白板與玻璃白板功能，方便示范授課內容之演練過程；例如公式推導、簡報重點標記等功能。

2.腦力激蕩。學習小組通過計算機或行動工具，將討論過程以有線或無線訊號共享于液晶電視及玻璃白板，借此讓各學習小組比對液晶電視上顯示的授課內容，并在玻璃白板上寫出推演及應用等，支持學生進一步學習。

3.學習成果分享。每組輪流利用無線共享設備呈現腦力激蕩的成果后，再由老師點評與指導，讓學生可彼此比較各小組經過歸納、分析、模擬指定學習單元內容后之學習成果。

4.直播、錄像與同步視訊。讓請假或需課后學習的同學，也能實時或課后上網觀看教學過程的錄像；教師也可以在智慧教室上課的同時，選擇將課堂上的講授實況公布于網絡教學平臺之上，這樣可不受限于實體教室座位數的限制。

二、智慧教室建設策略研究

（一）整體方案架構

智慧教室的整體架構采用云邊端架構?；谠七叾藚f(xié)同架構，通過5G網絡把教室里的一切與云端連接起來，實現線上線下融合智慧教學，支持隨時隨地的教和學，精細化的管理和評價，通過數據的創(chuàng)新實現教學過程全面掌握并輔助智慧教學。

教師端通過各類智能終端完成教學內容展示、互動教學，以及教學過程數據采集（音視頻，課件，板書等）。除教學設備外，教室端還需要能良好的支持教師和學生的自帶終端包括PC端、PAD、手機，例如無線投屏，無線網絡接入等。

在云端提供面向教師、學生、管理者的各類教學應用，應用覆蓋課前、課中和課后全過程和教、學、管、評全維度。基于華為云（Welink）打造遠程互動教學平臺。同時構建學校教育視頻管理和分析云平臺，支撐各類教學活動，實現教學數字化轉型，將教學內容和過程全量數據提取轉變成數字化，通過大數據分析輔助教學提升。結合華為強大的AI能力，實現將非結構化的課堂音視頻數據轉化成結構化的知識數據，最大化釋放數據價值[6-7]。

（二）黃金學習區(qū)域的重構與拓展

Park（2014）的研究呈現傳統(tǒng)教室的黃金區(qū)域及陰影區(qū)域，圖1的“黃金區(qū)域”（1B、2B）及“準黃金區(qū)域”（2A、3B、2C）相較于教室的其他區(qū)域，較容易獲得學生的青睞（74.8%，15.9%），其原因為：（1）比較有機會獲得與授課教師之間的眼神交流及互動；（2）對于長時間保持注意力的集中以及學習動機而言，是比較優(yōu)越的位置；（3）在觀看教室前方投影及白板時，具有較佳的視野，而不會因遭到其他同學打擾而分心。

基于以上考量，為了避免產生過多容易形成學習障礙與干擾的教室座位陰影區(qū)域，智慧教室的設計，以增加“黃金區(qū)域”及“準黃金區(qū)域”，同時減少“陰影區(qū)域”的學生座位數為首要考量，從而強化老師與學生之間眼神與言語的雙向交流，以及教材顯示區(qū)與學生之間的知識傳遞。

（三）智慧教室三種架構部署

整體方案圍繞三個核心打造智慧教室技術體系：

（1）以WeLink+智慧屏為核心，構建教學應用入口，支持遠程互動教學和本地多屏互動，分組互動教學。

（2）以微云為核心，構建錄播/巡課/督導，AI 視頻應用（無感考勤、課情分析）。

（3）以中控為核心，構建教室設備/環(huán)境的統(tǒng)一管控入口。

1.標準型智慧教室

中小型智慧教室，用于日常講授型；包含內容展示系統(tǒng)，拾音擴音系統(tǒng)，遠程教學系統(tǒng)，常態(tài)化錄播系統(tǒng)，設備/環(huán)境管理系統(tǒng)，空間物聯(lián)網系統(tǒng)。支持不同校區(qū)或者教室實時互動，支持老師、學生在家或異地通過手機、PAD、PC遠程接入，滿足疫情或其他情況下，師生無法到教室的情況下教學。

基礎教學功能包括：內容展示、拾音擴音、教學設備管控、遠程互動教學、常態(tài)化錄播、分組互動教學、直播教學、視頻會議、門禁、班牌、教學環(huán)境管控等；基礎教學環(huán)境改造：教室空間設計和聲場處理（墻面、地面、天花、燈光改造）、教室家具（講授/互動靈活轉換型教學座椅，講臺等）。

2.綜合型智慧教室

教室學生座位人數較多的智慧教室，用于日常教學+小型學術報告；包含內容展示系統(tǒng)，拾音擴音系統(tǒng)，遠程教學系統(tǒng)，常態(tài)化精品錄播系統(tǒng)，設備/環(huán)境管理系統(tǒng)，空間物聯(lián)網系統(tǒng)。

基礎教學功能包括：內容展示、拾音擴音、教學設備管控、遠程互動教學、常態(tài)化精品錄播、直播教學、視頻會議、門禁、班牌、教學環(huán)境管控等；基礎教學環(huán)境改造：教室空間設計和聲場處理（墻面、地面、天花、燈光改造）、教室家具（講授型座椅，講臺等）滿足遠程互動教學、討論教學、常規(guī)授課、學術報告、演講等教學活動及模式的顯示、擴聲功能。

3.研討型智慧教室

在多屏互動型智慧教室中，學生通過隨意的移動座椅，可以組成不同的互動模式，比如大家圍成一圈或一字型，形成共同的分享模式，或者組成4人，6人，8人這種不定數量小組，快速進入小組討論的學習場景，從而達到理想的互動分享效果。

多屏互動型智慧教室主要適用于討論教學、常規(guī)授課、學術報告、演講等教學活動及標準化考場模式。對多屏互動型智慧教室的主要功能需求為交互討論和多媒體教學。它是智慧教室的基本型，在此基礎上可拓展為其他應用功能的智慧教室。包含內容展示系統(tǒng)，拾音擴音系統(tǒng)，遠程教學系統(tǒng)，常態(tài)化錄播系統(tǒng)，設備/環(huán)境管理系統(tǒng)，空間物聯(lián)網系統(tǒng)，投屏&多屏互動系統(tǒng)。

（四）簡化操作流程的教學設備控制系統(tǒng)

智慧教學環(huán)境管理控制中心是教學環(huán)境及裝備的管控中樞，是全校教學環(huán)境（教室、會議室、廳堂等綜合應用環(huán)境）數據信息的匯聚和智能化管控的平臺。智慧教學環(huán)境管理控制中心的建設目標是通過軟硬件相結合和數據挖掘技術，將所有教室多媒體裝備系統(tǒng)的運行、控制、管理信息數據整合集成到管理控制中心機房，形成一體化的智慧教學管理控制平臺。通過基于網絡的智能采集、智能分析、智能管控和智能視窗，使教學環(huán)境實現本地管理控制和遠程管理控制相結合，并能實時建立和更新設備檔案、運行檔案、環(huán)境日志等。

1.結合主動學習策略的教學設備操作模式：在智慧教室中的顯示設備，除了用來顯示教師的授課教材之外，也可以呈現學習小組的討論過程及階段性的學習成果，因此，智慧教室內的控制系統(tǒng)必須支持教學內容及學習成果的彈性切換。

2.結合教室預約系統(tǒng)的生物特征辨識門禁系統(tǒng)：將臉型辨識系統(tǒng)與教室預約系統(tǒng)結合，可節(jié)省管理教室的人力成本。

3.其他教學設備操控自動化的建設與設計考量：

（1）可追蹤教室內說話者的追焦攝影機：用以同時追蹤教師與學生，作為網絡直播、錄影或視訊會議的重要元件。

（2）可自動偵測輸入訊號源的影音輸入端子：可依據教師自備計算機或行動載具所內建的HDMI、VGA等訊號源，一旦接線妥當后，系統(tǒng)即可自動偵測并于顯示設備上呈現輸入信號。

（3）可升降的教師講桌：每位教師的身高不盡相同，透過可升降的講桌，可配合教師的身高，發(fā)揮其應有的效能，講桌上配置麥克風、設備控制系統(tǒng)面板與顯示器等設備，以有線信號傳輸為主，避免信號干擾的問題。

（4）可遠端監(jiān)控與操作教室教學設備的控制系統(tǒng)：透過遠端監(jiān)控與操作，可提升設備操作的維護效率及人力；同時，可適度運用各設備商提供之控制系統(tǒng)程序接入界面API，掌握并開發(fā)更高度自動化的設備自動控制流程。

三、結語

智慧教育時代的開啟，智慧教育逐步嵌入到教室環(huán)境建設之中，作為其重要組成部分的智慧教室也成為各類學校關注的重要內容。本文基于智慧教室的設計理念，探討了智慧教室的設計策略，圍繞“WeLink+智慧屏”“微云”和“中控”三個核心打造智慧教室技術體系，推動了智慧教育技術與教學環(huán)境建設深度融合，推動了智慧教學環(huán)境結構性的改變，推動了智慧教室環(huán)境下教學模式的變革，充分融入主動學習教室、以學生為主體結合翻轉課程的主動學習環(huán)境和科技輔助主動學習等設計理念，突出學生學習的自主性，提升學習成效，為教育信息化改革提供有益借鑒和實踐探索參考。H

參考文獻

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[7]李風燕，張婧.智慧教室方案設計概述[J].中國教育技術裝備，2019，16：37-39．

基金項目：本文系1.2022 年度海南省高等學校教育教學改革研究重點項目“5G+ 虛擬仿真協(xié)同共享教學改革研究與實踐（HnjgZD2022-59）”；2.2022年瓊臺師范學院校級教育教學改革研究資助項目“智慧教育背景下師范生信息化教學能力培育要素及路徑研究（QTjg2022-20）”階段性研究成果