云環(huán)境下智慧教室的建設(shè)研究

朱燕

摘 要：隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)多媒體教室將被多功能智慧教室取代。智慧教室通過科技與教育的深度結(jié)合，使得教學(xué)真正做到智慧化和個性化，從而提高教學(xué)效率。文章首先介紹了智慧教室的誕生背景，分析了智慧教室的建設(shè)原則，然后給出了智慧教室建設(shè)的解決方案，將智慧教室建設(shè)分為4個子系統(tǒng)，分別是環(huán)境感控系統(tǒng)、云錄播系統(tǒng)、顯示互動系統(tǒng)、云課堂系統(tǒng)，并對每個子系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：智慧教室；云課堂；互動教學(xué)

1 智慧教室發(fā)展背景

目前，高職教育在校學(xué)生的學(xué)習(xí)主要還是以課堂教學(xué)為主，課后以網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、移動學(xué)習(xí)等手段進(jìn)行補充。因此在云技術(shù)高速發(fā)展的大環(huán)境下，智慧教室的概念應(yīng)運而生。學(xué)生進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)的教室經(jīng)歷了傳統(tǒng)的教室、多媒體教室、網(wǎng)絡(luò)教室等幾個階段的發(fā)展，而智慧教室不同于以往的各種模式，它是一種結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新型的、現(xiàn)代化的教育手段。在此之前諸多學(xué)者已經(jīng)對智慧教室做了大量的研究，并提出了多種概念模型，其中兩個模型最具有代表性，一是黃榮懷等[1]提出的“SMART”模型，把智慧教室概括成最能體現(xiàn)其特征的5個維度，分別是內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing）、環(huán)境管理（Manageable）、資源獲?。ˋccessible）、及時互動（Real-time Interactive）、情境感知（Testing），另一個是聶風(fēng)華等[2]從系統(tǒng)組成的角度構(gòu)建的“ISMART”模型，包括基礎(chǔ)設(shè)施（Infrastructure）、網(wǎng)絡(luò)感知（Network Sensor）、可視管理（Visual Management）、增強現(xiàn)實（Augmented Reality）、實時記錄（Real-time Recording）、泛在技術(shù)（Ubiquitous Technology）六大系統(tǒng)。兩個模型側(cè)重點不同，但是都體現(xiàn)了智慧教室的“智慧化”以及“個性化“。

2 智慧教室的建設(shè)原則

智慧教室的建設(shè)將遵循先進(jìn)性、可持續(xù)性、可擴(kuò)展性的原則。所謂先進(jìn)性表示智慧教室將前沿技術(shù)運用到教學(xué)一線，做到科技與教育的真正融合。可持續(xù)性是指智慧教室的建設(shè)必須做到節(jié)能環(huán)保并且便于后期維護(hù)；提高資源利用率，注重實用性，避免浪費；可擴(kuò)展性要求智能教室建設(shè)要考慮未來發(fā)展方向，為今后的擴(kuò)展留有接口和空間。

智慧教室以智能化硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，以云計算、軟件控制為支撐，以服務(wù)教學(xué)為導(dǎo)向，以課程為中心，以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，以信息資源建設(shè)和信息應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)為核心，實現(xiàn)教與學(xué)的多重互動，記錄教學(xué)軌跡，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和樂趣，從而提高學(xué)習(xí)效率[3]。

3 基于云的智慧教室建設(shè)方案

依據(jù)智慧教室的構(gòu)建模型和建設(shè)原則，我們初步把智慧教室的建設(shè)分為4個子系統(tǒng)，分別是環(huán)境感控系統(tǒng)、云錄播系統(tǒng)、顯示互動系統(tǒng)、云課堂系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 智慧教室系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 環(huán)境感控系統(tǒng)

環(huán)境感控系統(tǒng)基于教室物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，通過傳感技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，實現(xiàn)對教室燈光、溫度濕度狀態(tài)隨時做到智能檢測。教室內(nèi)的感知前端設(shè)備，例如光照傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器等實時傳遞相關(guān)數(shù)據(jù)、服務(wù)器端實時分析，工作人員通過智能終端經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)獲得實時信息后可以設(shè)置自動控制，或者手動地深入查詢或調(diào)控。

此外，智慧教室桌椅要求能夠靈活布局，動態(tài)組合，便于移動，適用于集中授課、小組學(xué)習(xí)、小組討論等多種學(xué)習(xí)模式。硬件設(shè)備必須充分考慮能耗問題，遵循綠色環(huán)保的建設(shè)理念，在滿足教學(xué)功能的同時選擇能耗最小、對環(huán)境影響最小的建設(shè)方案。

此外智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)與教務(wù)處課表的對接，根據(jù)課程安排提前開啟教室門禁、燈光、空調(diào)，并且按課程需求開啟教學(xué)設(shè)備等，在課程結(jié)束后自動關(guān)閉設(shè)備。

3.2 云錄播系統(tǒng)

云錄播系統(tǒng)基于圖像跟蹤采集、云存儲等技術(shù)實時采集課堂中的教學(xué)視頻、音頻、視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)（Video Graphics Array，VGA）以及教學(xué)資源、文本、圖片等數(shù)據(jù)，并錄制保存到主機中，實現(xiàn)多路視頻信號源、視/音頻文件和計算機畫面之間的切換。系統(tǒng)前端視頻采集采用專業(yè)攝像機，通過視頻信號線與主機相連，教師只需要簡單連接好設(shè)備，開啟錄播軟件，系統(tǒng)自動進(jìn)入錄制狀態(tài)。結(jié)束時，選擇“下課”，課件自動生成，并且系統(tǒng)提供簡易剪切編輯軟件，可對錄制好的課件進(jìn)行剪輯。

除了進(jìn)行課堂信息采集，該系統(tǒng)也可以進(jìn)行在線遠(yuǎn)程教學(xué)，云課堂在線學(xué)習(xí)，課后學(xué)生通過移動終端接入系統(tǒng)，實現(xiàn)在線課件點播，在線直播，可以做到任何時候、任何地點、隨時隨地在線學(xué)習(xí)。

3.3 顯示互動系統(tǒng)

傳統(tǒng)的多媒體教室顯示呈現(xiàn)技術(shù)主要經(jīng)歷了黑板板書、投影機以及觸控一體機等階段，或者幾種手段相結(jié)合的方式。然而傳統(tǒng)模式存在很多問題與不足，黑板板書效率低、缺少互動，傳統(tǒng)投影儀的亮度低、維護(hù)率高、成本高；觸控一體機也存在反光的問題，教室部分區(qū)域的學(xué)生可能看不清液晶觸控屏。而智慧教室顯示系統(tǒng)可一鍵從黑板切換到觸摸屏，并通過軟件平臺能以互動的方式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容（如PPT，視頻，圖片，動畫等），豐富的互動模板能把枯燥的教學(xué)素材變?yōu)榻换バ院?、視覺沖擊強的互動教學(xué)課程，通過觸控黑板的表面進(jìn)行交互，簡單、人性化的交互操作，將人與互動教學(xué)內(nèi)容有機地連接起來，讓師生之間產(chǎn)生更多課堂互動。豐富的人機互動方式結(jié)合視聽上的感官，讓教學(xué)和學(xué)習(xí)過程不再枯燥。師生之間更多互動，幫助學(xué)生加深對知識的記憶和學(xué)習(xí)。

智慧教室互動顯示系統(tǒng)可以對接教室中控網(wǎng)絡(luò)控制功能，通過教師的手寫電腦控制，也可通過校園網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，為實現(xiàn)教學(xué)、學(xué)術(shù)報告、會議、綜合性研討、演示交流及遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程會議等功能提供服務(wù)[4]。

3.4 云課堂系統(tǒng)

智慧教室以硬件為基礎(chǔ)，以資源平臺為核心。云課堂資源平臺是基于云計算技術(shù)開發(fā)，集課程資源展示、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、學(xué)習(xí)過程追蹤，師生互動、答疑和管理等功能于一體的綜合平臺，主要包含以下幾個功能模塊[5]。endprint

3.4.1 備課系統(tǒng)

教師通過平臺學(xué)校可以在線創(chuàng)建課程、設(shè)置課程的學(xué)分考核機制、設(shè)置課程展示模板等，并且可以多名教師協(xié)同工作，共同創(chuàng)建課程以及設(shè)置學(xué)生在線聽課、在線閱讀、在線提問、在線作業(yè)、在線考試、互動討論等流程。

3.4.2 資源調(diào)用

云課堂平臺可通過備課系統(tǒng)進(jìn)行課堂授課，教師可在課堂上直接引用備課系統(tǒng)中已經(jīng)創(chuàng)建好的課程及資源，包含課程章節(jié)內(nèi)容、作業(yè)模塊、考試模塊、資料模塊、學(xué)生管理等內(nèi)容。老師在課堂中，可以隨時調(diào)用平臺中事先準(zhǔn)備好的內(nèi)容，實現(xiàn)課前、課中、課后的連貫性。

云課堂可以實現(xiàn)與老師個人云盤的對接，課堂上，可以隨時調(diào)用云盤內(nèi)容，并對常規(guī)格式的文檔支持在線預(yù)覽功能，下載過的資源自動緩存到本地，避免大文件反復(fù)下載，節(jié)省時間。

老師可以通過多種終端對某一堂課的內(nèi)容進(jìn)行提前準(zhǔn)備，最終生成本堂課的教案，教案內(nèi)容包括：文字排版、各種教學(xué)互動的控件（如簽到、問答、測驗、投票、搶答、選人、文件等）。課堂上，可以以教案為大綱進(jìn)行教學(xué)，同時，如果課堂臨時發(fā)起一些活動，也可以保存成教案形式用于下堂課的重復(fù)使用。

3.4.3 課堂信息采集

云課堂平臺可以和錄播系統(tǒng)對接，錄制的視頻可以直接進(jìn)入到云平臺，并通過與學(xué)習(xí)平臺的對接，上傳到學(xué)習(xí)平臺，老師和學(xué)生可以方便地地調(diào)取、編輯、并成為課程建設(shè)的資料、素材。并且云課堂平臺可以完整地將課堂測驗記錄、考勤記錄、屏幕錄制、課堂筆記、老師、資料和PPT等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集整理及自動歸類，形成一套大數(shù)據(jù)分析，最終這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)入學(xué)習(xí)平臺。一方面老師可以對數(shù)據(jù)分析進(jìn)行有針對性的授課，另一方面，通過數(shù)據(jù)分析可以為教學(xué)的過程性評價提供依據(jù)。

3.4.4 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

平臺可支持輔助教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、純網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)修學(xué)分等教學(xué)模式。

輔助教學(xué)模式是指教師可以利用平臺上傳教學(xué)所需的資料，布置作業(yè)，批改作業(yè)，在線與同學(xué)們進(jìn)行討論答疑等活動，從而達(dá)到輔助教學(xué)的作用。翻轉(zhuǎn)課堂模式是將課程學(xué)習(xí)的過程由線下實體課堂反轉(zhuǎn)到線上網(wǎng)上教學(xué)。首先由學(xué)生在線上進(jìn)行自主的課程學(xué)習(xí)，在實體課堂中老師主要進(jìn)行討論與答疑等活動。純網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式是指所有的教學(xué)活動都在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行。使學(xué)生可以跨時間，跨地域靈活自主的進(jìn)行學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)修學(xué)分模式是在線教學(xué)中加入學(xué)習(xí)流程管理，監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)過程，設(shè)置各項學(xué)習(xí)指標(biāo)的權(quán)重，統(tǒng)計學(xué)習(xí)成績，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)合格后可以順利拿到所通過課程相應(yīng)的學(xué)分。

4 結(jié)語

智慧教室的建設(shè)依賴于多種先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，以硬件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以資源平臺為核心，可以實現(xiàn)實體課堂、線上課堂的多重互動，優(yōu)秀教學(xué)資源的共享。但是對于智慧教室的研究不能只停留在智慧建設(shè)層面，而應(yīng)該進(jìn)一步研究如何將它的智慧性與多種教學(xué)方法、教學(xué)策略或者教學(xué)模式相結(jié)合，最大限度地提高課堂效率和質(zhì)量，為學(xué)生提供個性化的、高質(zhì)量高水平的學(xué)習(xí)體驗。endprint