智慧教室的設(shè)計(jì)需求及功能建設(shè)

馮 煒

（南京藝術(shù)學(xué)院 信息化建設(shè)管理中心，江蘇 南京 210013）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷的發(fā)展，新一代的信息技術(shù)，如大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等，在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，教育領(lǐng)域也開始重視運(yùn)用新技術(shù)服務(wù)教學(xué)，以滿足師生的不同需求。

目前，國內(nèi)大部分高校大都仍停留在“粉筆+黑板”的模式，雖然建設(shè)了不少多媒體教室，但也只是轉(zhuǎn)變“計(jì)算機(jī)+投影”，教學(xué)改革僅停留在教學(xué)“表演”形式上，課堂教學(xué)只是由“人灌”變成了“電灌”[1]。教學(xué)的側(cè)重點(diǎn)還是停留在“記憶、理解與應(yīng)用”等低階的學(xué)習(xí)，并不適合新時(shí)期學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。智慧教室促使課堂教學(xué)形態(tài)重新構(gòu)建，使得傳統(tǒng)課堂教學(xué)向智能化和數(shù)字化轉(zhuǎn)變。智慧課堂的教學(xué)過程中，課前、課后和課上都實(shí)現(xiàn)新信息技術(shù)的應(yīng)用，課堂的學(xué)習(xí)效率大幅提高，有利于學(xué)習(xí)者自我分析與創(chuàng)造，滿足新一代學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。

本文在國內(nèi)外智慧教育研究的基礎(chǔ)上，對智慧教室的概念、發(fā)展與不足等方面進(jìn)行闡述，分析了智慧教室的重要性及其產(chǎn)生問題，為高校將來智慧教室的建設(shè)與應(yīng)用提供參考。

1 智慧教室的概念與特征

1.1 智慧教室的概念

北京師范大學(xué)的黃榮懷教授[1]用5個(gè)維度概括智慧教室的特征，即內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing）、環(huán)境管理（Manageable）、資源獲取（Accessible）、及時(shí)互動(dòng)（Real-time Interactive）、情境感知（Testing），簡稱“SMART”概念模型。

所謂智慧課堂，就是指充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，將課堂打造成智能、高效的學(xué)習(xí)空間，實(shí)現(xiàn)整個(gè)教學(xué)過程的反饋即時(shí)化、交流互動(dòng)立體化、教學(xué)資源推送智能化，全面變革現(xiàn)有的課堂教學(xué)模式，構(gòu)建大數(shù)據(jù)時(shí)代下的信息化課堂教學(xué)模式。

1.2 智慧課堂的特征

基于新一代信息技術(shù)下構(gòu)建的智慧教室呈現(xiàn)出以下幾大特征：（1）教學(xué)資源數(shù)字化。智慧課堂向?qū)W習(xí)者可以提供包含在線課程、微課、電子文檔、視頻語音和網(wǎng)頁等形式多樣的多媒體學(xué)習(xí)方式，使學(xué)習(xí)內(nèi)容更加生動(dòng)、有趣，并且能夠按照學(xué)生需求進(jìn)行智能化推送，滿足學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，提高學(xué)習(xí)效率。（2）學(xué)習(xí)資源網(wǎng)絡(luò)化與共享化。泛在化的網(wǎng)絡(luò)打破了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式受時(shí)間與空間的限制，通過移動(dòng)終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的連接實(shí)現(xiàn)在任何時(shí)間與任何地點(diǎn)獲取學(xué)習(xí)資源。同時(shí)，將校內(nèi)外學(xué)習(xí)資源的整合，實(shí)現(xiàn)了資源共享和資源的最大化，突破傳統(tǒng)課堂的限制。（3）個(gè)性化的學(xué)習(xí)。智慧課堂運(yùn)用大數(shù)據(jù)信息技術(shù)對學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘、整理與分析，使教師更精準(zhǔn)地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，便于針對每個(gè)個(gè)體的具體情況提出不同的教學(xué)安排，為學(xué)生提供個(gè)性化的教學(xué)服務(wù)。（4）數(shù)據(jù)化的教學(xué)反饋。智慧課堂利用信息技術(shù)軟件，對課堂教學(xué)過程進(jìn)行診斷與評價(jià)，采集在課堂上教師教學(xué)及學(xué)生的學(xué)習(xí)信息數(shù)據(jù)，運(yùn)用信息技術(shù)加以分析，能夠準(zhǔn)確地分析課堂上師生的學(xué)習(xí)行為，能夠得出真實(shí)、準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)評價(jià)結(jié)果，構(gòu)建更加合理的學(xué)習(xí)評價(jià)體系。（5）教學(xué)互動(dòng)更加立體化。在教學(xué)過程中，教師與學(xué)生、學(xué)生個(gè)體之間的學(xué)習(xí)交流更加靈活，可以利用各種智能化終端與智慧云服務(wù)平臺，不受時(shí)空限制地進(jìn)行交流與互動(dòng)學(xué)習(xí)。

2 智慧教室的設(shè)計(jì)需求

根據(jù)新時(shí)期國家教育信息化建設(shè)和發(fā)展思路，充分考慮到教學(xué)的需求，以探索課堂教學(xué)改革為重點(diǎn)，以“計(jì)算機(jī)+投影”為基礎(chǔ)，針對傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)環(huán)境重新構(gòu)建教室環(huán)境，創(chuàng)建適合面向數(shù)字一代學(xué)習(xí)者的教室環(huán)境是一種必然趨勢。以易互動(dòng)、教學(xué)形式多樣化、教學(xué)資源數(shù)字化和個(gè)性化學(xué)習(xí)為核心的智慧教室方案，融合了現(xiàn)代信息技術(shù)、教學(xué)方法、教室環(huán)境設(shè)計(jì)等要素，形成了新的學(xué)習(xí)生態(tài)環(huán)境。

智慧教室環(huán)境的構(gòu)建既要改善學(xué)校課堂環(huán)境和軟硬件設(shè)施，又要引入云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式和教育模式的變革和創(chuàng)新，構(gòu)建從設(shè)備到數(shù)據(jù)全面打通、從教學(xué)活動(dòng)到數(shù)據(jù)評價(jià)全面融合的整體框架[2]。智慧教室建設(shè)需要滿足以下需求：（1）教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)，可以多畫面地直播，包括：教師演示、教師與學(xué)生的互動(dòng)、學(xué)生移動(dòng)終端或者電子書包上的內(nèi)容與虛擬教學(xué)環(huán)境等。（2）教學(xué)資源的共享，教師可以將錄制的課程上傳到云平臺去，分享給其他同學(xué)。（3）教學(xué)設(shè)備集成化，能融合、連接與統(tǒng)一管理教室所有的設(shè)備。（4）互動(dòng)化教學(xué)，為課堂的教學(xué)活動(dòng)提供互動(dòng)功能，并可以將互動(dòng)的信息以數(shù)據(jù)的形式記錄下來。（5）打破空間學(xué)習(xí)，將傳統(tǒng)教學(xué)空間由單一的教室延伸到外部，學(xué)生可以從網(wǎng)絡(luò)多角度搭建多元的學(xué)習(xí)空間。（6）數(shù)據(jù)化教學(xué)系統(tǒng)平臺，為各種學(xué)習(xí)課件、教學(xué)視頻、和互動(dòng)提供承載的軟件平臺，給師生提供隨時(shí)訪問、管理和學(xué)習(xí)的空間，還可以通過大數(shù)據(jù)挖掘、分析，為個(gè)人提供個(gè)性化的服務(wù)。（7）教學(xué)評價(jià)與在線測試，在教學(xué)過程中，教師可以隨時(shí)收到學(xué)生對教學(xué)的評價(jià)信息，根據(jù)意見做出相應(yīng)調(diào)整。另外，教師還可以進(jìn)行隨堂測試，教學(xué)系統(tǒng)后臺運(yùn)算對學(xué)生測試結(jié)果進(jìn)行分析，有助于教師更好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。（8）智慧化環(huán)境控制系統(tǒng)，根據(jù)師生的需求對課堂內(nèi)的光線、音量、溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3 智慧教室的功能設(shè)計(jì)

智慧教室的功能架構(gòu)一般包括兩部分：硬件設(shè)備與虛擬環(huán)境操作系統(tǒng)。硬件設(shè)備主要是指在教室中用于教學(xué)活動(dòng)的各種教學(xué)設(shè)備，是課堂教學(xué)的物理基礎(chǔ)。同時(shí)，與虛擬環(huán)境操作系統(tǒng)相配套使用，實(shí)現(xiàn)智慧教學(xué)。虛擬環(huán)境指虛擬教室空間是實(shí)體教室的延伸與拓展，師生在此環(huán)境下可開展各種形式的在線教學(xué)，實(shí)現(xiàn)交流互動(dòng)，開展基于數(shù)據(jù)分析的教學(xué)反饋與評價(jià)[3]。

課堂應(yīng)用具有的功能模塊包括：（1）智能感應(yīng)系統(tǒng)。應(yīng)用紅外線傳感器，實(shí)現(xiàn)人進(jìn)教室開燈人走自動(dòng)燈滅；運(yùn)用照明感應(yīng)設(shè)備，可根據(jù)不同室外不同的光照調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光；既能節(jié)約能源還可以保護(hù)師生的健康；射頻識別通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)對物品的智能化識別、跟蹤、監(jiān)控管理。（2）學(xué)生考勤系統(tǒng)。學(xué)生進(jìn)入教室之后，可使用對應(yīng)的無線按鍵或?qū)W生的校園卡進(jìn)行簽到，名字自動(dòng)出現(xiàn)在教師的簽到列表上。（3）課堂互動(dòng)功能。在教學(xué)課堂上，通過教學(xué)資源調(diào)用、教師和學(xué)生之間互動(dòng)、課堂學(xué)生管理等功能，將教室互動(dòng)部分展現(xiàn)出來，教師只需要在控制屏上點(diǎn)擊相關(guān)的功能鍵，就可以進(jìn)入課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，解決傳統(tǒng)課堂不能了解學(xué)生對知識點(diǎn)掌握程度的問題。（4）建立教學(xué)資源庫。將慕課、微課和相關(guān)的多媒體課件等課程資源存儲在云平臺上，形成了豐富多樣的教學(xué)資源，教師可以將課堂教學(xué)與翻轉(zhuǎn)課堂、線上教育相結(jié)合，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以使用備課系統(tǒng)中創(chuàng)建好的課程資源，如本章內(nèi)容、作業(yè)習(xí)題、拓展學(xué)習(xí)資料與考試功能等。教師在課上可隨時(shí)調(diào)取，實(shí)現(xiàn)在整個(gè)課程教學(xué)的連貫性。（5）課堂管理功能。在上課前與課堂上，教師通過筆記本、iPad等電子終端設(shè)備進(jìn)行課堂點(diǎn)名，在系統(tǒng)中查詢到學(xué)生的出勤情況，實(shí)現(xiàn)在課堂上師生、學(xué)生與學(xué)生之間的教學(xué)互動(dòng)。學(xué)生通過按鈕舉手發(fā)言，教師會給予發(fā)言權(quán)利，并對發(fā)言內(nèi)容進(jìn)行講解和反饋。學(xué)生可進(jìn)行小組討論，采用多種方式展示成果，教師可到小組屏幕發(fā)言進(jìn)行探討，并對學(xué)生展示的內(nèi)容進(jìn)行評價(jià)。如此，營造良好的課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力。（6）課堂的情況智能分析。運(yùn)用人臉識別技術(shù)，結(jié)合學(xué)生聽課的行為數(shù)據(jù)，判別每個(gè)學(xué)生在課堂上的專注力，分析聽課專注力指數(shù)。老師在整個(gè)課程的教學(xué)過程中對學(xué)生的答題得分率、課堂活躍度、學(xué)習(xí)進(jìn)退步情況與學(xué)習(xí)困難點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行綜合評價(jià)。（7）教室遠(yuǎn)程管理。可在遠(yuǎn)程狀態(tài)下監(jiān)測設(shè)備，如出現(xiàn)異常情況及時(shí)會發(fā)出警告，管理人員可在第一時(shí)間了解故障原因，保障教學(xué)課堂的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

教室是學(xué)校教學(xué)中最主要的場所，智能化的教學(xué)場所有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)習(xí)效果。本文闡述了智慧教室的建設(shè)需求與功能的設(shè)計(jì)要求，希望對高校智慧教室的研究、建設(shè)與應(yīng)用提供一定的參考價(jià)值。