雙屏智慧教室的建設(shè)與實(shí)踐探究

張凱 楊再明 呂戀生 史秋藝

摘? ?要：教室作為目前在校學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的主要場(chǎng)所，是教育教學(xué)創(chuàng)新改革的“主陣地”，在教學(xué)過程中發(fā)揮的作用是不可替代的。在分析傳統(tǒng)的多媒體教室存在的問題基礎(chǔ)上，文章對(duì)傳統(tǒng)的多媒體教室進(jìn)行全新的設(shè)備架構(gòu)和學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)，構(gòu)建了以雙屏互動(dòng)為核心的智能化教學(xué)支持環(huán)境，提出了一種全新的雙屏互動(dòng)智慧教室的解決方案，并對(duì)其使用效果進(jìn)行了調(diào)查研究，以期對(duì)智慧教室的建設(shè)提供可借鑒的解決方案。研究表明：雙屏智慧教室對(duì)課程教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)有良好的促進(jìn)和支持作用，一定程度上推動(dòng)了課堂教學(xué)方法和模式的改革，師生對(duì)未來在智慧教室上課持積極樂觀的態(tài)度。

關(guān)鍵詞：智慧教室;雙屏互動(dòng);教學(xué)環(huán)境;設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);使用效果

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2021）05-0091-06

一、智慧教室建設(shè)的背景

從教學(xué)信息的流向來講，教室作為目前在校學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的主要場(chǎng)所，既是教學(xué)信息收集的起點(diǎn)，也是各類教學(xué)信息匯聚的終點(diǎn)，是教育教學(xué)創(chuàng)新改革的“主陣地”，在教學(xué)過程中發(fā)揮的作用是不可替代的。教育部《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》明確提出“要構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)支持環(huán)境，開展以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)支持環(huán)境建設(shè)”。[1]教育部《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育，全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》（簡(jiǎn)稱“新高教40條”）第11條明確提出：“要大力推進(jìn)智慧教室建設(shè)，構(gòu)建線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式?！盵2] 2017—2019年地平線報(bào)告（高等教育版）均將重新設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)空間作為短期趨勢(shì)（未來1～3年）內(nèi)驅(qū)動(dòng)高等教育采納的教育技術(shù)。國(guó)內(nèi)外眾多高校開始重新設(shè)計(jì)教室環(huán)境，從傳統(tǒng)的以講授為主的學(xué)習(xí)空間設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛陧?xiàng)目、問題、協(xié)作、團(tuán)隊(duì)展示、研討等多樣化的空間設(shè)計(jì)，以構(gòu)建全新的教室學(xué)習(xí)環(huán)境來提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。如何構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的教學(xué)環(huán)境，推進(jìn)和規(guī)劃智慧（未來）教室的建設(shè)，成為各個(gè)高校教育技術(shù)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。

二、傳統(tǒng)多媒體教室存在的問題

近年來，隨著學(xué)校教育信息化不斷推進(jìn)和現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，高?；緦?shí)現(xiàn)了多媒體教室的全覆蓋?；诙嗝襟w教室的教育技術(shù)在學(xué)校中也基本得到了普及與應(yīng)用，教師上課從傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”模式轉(zhuǎn)變成目前的“計(jì)算機(jī)+投影”模式。但是，大部分教師的授課模式還是以講授式為主，根本無法滿足現(xiàn)代教學(xué)互動(dòng)的要求。研究表明，在使用多媒體教室進(jìn)行教學(xué)過程中暴露出諸多問題。

（1）教師依賴板書的習(xí)慣無法在多媒體設(shè)備上完全實(shí)現(xiàn)，教師需要頻繁在黑板和多媒體講臺(tái)前切換幻燈片和板書，多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)難以完全融合，限制了教師課堂能力的發(fā)揮，影響了教學(xué)效果。

（2）多媒體教學(xué)往往包含的信息量大，呈現(xiàn)內(nèi)容“堆砌”，信息變化速度快，學(xué)生應(yīng)接不暇，思維跟不上，妨礙了學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解和消化。[3]

（3）多媒體呈現(xiàn)的“間斷性”展示，割裂了教學(xué)內(nèi)容的前后聯(lián)系，學(xué)生沒有時(shí)間對(duì)知識(shí)進(jìn)行聯(lián)系和對(duì)比，導(dǎo)致學(xué)生思維的不連貫，影響對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。[3][4]

（4）在授課過程中，拘泥于多媒體課件上的內(nèi)容，有些教師處于“念PPT”狀態(tài)，成了變相的“滿堂灌”。

（5）傳統(tǒng)的多媒體教室環(huán)境多與講授型教學(xué)方式相適應(yīng)，重點(diǎn)在于教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)的高效化和多媒體化，缺乏深度的互動(dòng)技術(shù)手段。[5]

（6）統(tǒng)一“秧田式”的座位布局，不利于多種教學(xué)活動(dòng)的開展，只有靈活運(yùn)用矩形、梯形、圓形、馬蹄形或者可以任意組合拼接等多種座位布局才能滿足當(dāng)前的教學(xué)需求。[6]

雙屏互動(dòng)顯示技術(shù)的出現(xiàn)使這一問題的解決成為可能，針對(duì)目前存在的這種問題，我們構(gòu)建了一種全新的雙屏互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)解決方案，在ICT（Information and Communication Technology，即信息和通信技術(shù)）與教室建設(shè)和融合方面進(jìn)行了有益的探索和嘗試，以期對(duì)智慧教室的建設(shè)提供可借鑒的解決方案。

三、雙屏技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

雙屏顯示是以多頭輸入顯卡或主板提供2個(gè)視頻接口和顯示設(shè)備為硬件基礎(chǔ)，在同一臺(tái)主機(jī)系統(tǒng)可以輸出和控制兩個(gè)顯示設(shè)備的內(nèi)容。目前雙屏顯示支持復(fù)制模式、擴(kuò)展模式。復(fù)制模式：雙屏顯示相同的內(nèi)容;擴(kuò)展模式：兩個(gè)屏幕顯示內(nèi)容不同，可進(jìn)行主輔屏幕設(shè)置，主屏幕顯示桌面圖標(biāo)和主程序，桌面背景圖像和狀態(tài)欄拉伸延長(zhǎng)至另一個(gè)屏幕，可以通過鼠標(biāo)拖動(dòng)主程序到另一個(gè)屏幕。[7]雙屏互動(dòng)技術(shù)就是建立在操作系統(tǒng)的桌面擴(kuò)展技術(shù)基礎(chǔ)之上，傳統(tǒng)教學(xué)軟件僅能夠適應(yīng)一塊物理屏實(shí)現(xiàn)在一個(gè)桌面的范圍內(nèi)全屏顯示以及操作，雙屏互動(dòng)教學(xué)軟件則是在軟件邏輯上增加了對(duì)多屏情況下的判斷與處理。

傳統(tǒng)軟件僅識(shí)別一個(gè)桌面的大小，采取傳統(tǒng)窗口的形式，可由用戶根據(jù)使用情況拖拽到主桌面或者擴(kuò)展桌面上進(jìn)行使用。在進(jìn)行程序創(chuàng)建方面，只會(huì)根據(jù)一塊物理屏幕的顯示區(qū)域創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的程序，通常一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)程序從創(chuàng)建到顯示需要經(jīng)歷主程序窗口的創(chuàng)建、在主程序?qū)由辖⒁粋€(gè)看不見的邏輯層來處理顯示，處理之后建立一個(gè)我們可以看得見的視窗層，那么程序從上至下創(chuàng)建時(shí)全部都是按著一塊物理屏幕的信息進(jìn)行的，當(dāng)接入多個(gè)硬件設(shè)備的時(shí)候，程序并沒有去處理多屏幕的情況，依舊按一個(gè)屏幕的情況進(jìn)行處理，在多屏幕情況下，程序并不能被充分應(yīng)用起來。

在雙屏互動(dòng)教學(xué)軟件設(shè)計(jì)之初我們就考慮了多屏的情況，當(dāng)設(shè)備接入多個(gè)屏幕的情況下，軟件會(huì)建立一個(gè)足夠覆蓋多個(gè)屏幕顯示空間的軟件窗口，保證充分利用到現(xiàn)有的顯示空間。雙屏互動(dòng)教學(xué)軟件在進(jìn)行程序創(chuàng)建時(shí)先檢測(cè)硬件環(huán)境，確認(rèn)目前有幾個(gè)物理顯示器，之后根據(jù)物理顯示器計(jì)算出總的顯示區(qū)域，根據(jù)總顯示區(qū)域創(chuàng)建一個(gè)足夠大、可以覆蓋所有顯示區(qū)域的主程序窗口。創(chuàng)建后再建立邏輯層，邏輯層有意增加針對(duì)多屏模式的控制，并增加可以進(jìn)行擴(kuò)展的控制單元，使三屏、四屏等成為可能。在邏輯控制層建立完畢后根據(jù)物理顯示器的數(shù)量創(chuàng)建與屏幕數(shù)量相等的視窗層，視窗層分別顯示在不同的物理屏幕上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多屏下的顯示與控制，實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。多屏顯示系統(tǒng)在獲取信息與創(chuàng)建顯示區(qū)域部分增加了針對(duì)多屏的判斷，結(jié)合硬件環(huán)境，創(chuàng)建了與之對(duì)應(yīng)的軟件視窗層，多屏顯示的程序邏輯如圖2所示。

四、雙屏智慧教室的軟硬件構(gòu)成及基礎(chǔ)環(huán)境建設(shè)

教室是教學(xué)的主陣地，隨著教育信息化不斷推進(jìn)，大量的新技術(shù)在教室中使用，多媒體教室及其裝備正在向全數(shù)字化、智能化的未來教室方向發(fā)展，創(chuàng)建適合學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的新型教室環(huán)境是一種必然趨勢(shì)，智慧教學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)與應(yīng)用已經(jīng)成為教育技術(shù)學(xué)研究的一個(gè)新領(lǐng)域。為解決傳統(tǒng)多媒體教學(xué)存在的問題，結(jié)合學(xué)校教學(xué)改革的需求，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)構(gòu)建了以雙屏互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)為核心的智慧教室，并作為教學(xué)環(huán)境建設(shè)與應(yīng)用的改革試點(diǎn)。雙屏智慧教室主要由雙屏交互教學(xué)系統(tǒng)、直錄播系統(tǒng)、教學(xué)擴(kuò)音系統(tǒng)、智能中央控制系統(tǒng)、可移動(dòng)桌椅等部分構(gòu)成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，主要涉及軟硬設(shè)備，如液晶觸控屏（2塊）、雙屏互動(dòng)教學(xué)軟件、智能交互系統(tǒng)、互動(dòng)主機(jī)（計(jì)算機(jī)）、混合矩陣、多媒體功放、多媒體音箱、無線擴(kuò)音設(shè)備、智能錄播主機(jī)、音頻處理器、拾音話筒、云臺(tái)攝像機(jī)、智能中央控制系統(tǒng)、時(shí)序電源、語音網(wǎng)關(guān)、IP電話、讀卡器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、無線AP、智慧講臺(tái)等。[8]

1.雙屏互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)

雙屏互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)由多點(diǎn)液晶觸控屏、高性能計(jì)算機(jī)、視頻切換（混合）矩陣、雙屏互動(dòng)教學(xué)軟件等軟硬件構(gòu)成。在雙重編碼理論的指導(dǎo)下，實(shí)現(xiàn)雙屏工作模式下支持雙屏拼接融合，主要實(shí)現(xiàn)以雙畫面的形式進(jìn)行四種模式教學(xué)內(nèi)容的雙軌展示，意義關(guān)聯(lián)，達(dá)到同時(shí)激活學(xué)生大腦語言系統(tǒng)和非語言系統(tǒng)的效果，促使學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)更容易吸收學(xué)習(xí)內(nèi)容。第一是鏡像顯示模式，雙屏顯示相同內(nèi)容。第二是關(guān)聯(lián)顯示模式，在左右雙屏上按上下頁(yè)邏輯關(guān)系顯示文檔內(nèi)容，并支持雙屏任意頁(yè)顯示，同時(shí)可任意屏鎖定。第三是板書關(guān)聯(lián)模式，一個(gè)屏顯示文檔內(nèi)容，另外一個(gè)屏顯示板書。第四是一個(gè)屏顯示為主機(jī)內(nèi)的其他教學(xué)軟件或者教學(xué)資源，另一屏顯示電子白板功能或者文檔內(nèi)容。雙屏互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)提供了四顯示模式和雙屏內(nèi)容互換功能，可以滿足教師不同教學(xué)風(fēng)格的個(gè)性化教學(xué)設(shè)計(jì)需求，教師可以根據(jù)課前準(zhǔn)備情況和教學(xué)過程的實(shí)際需要選擇合適的教學(xué)方式。交互液晶觸控屏替代傳統(tǒng)黑板，為教師提供方便的交互式電子白板，實(shí)現(xiàn)板書的書寫、標(biāo)注、演算、推理等功能;支持各種顏色的畫筆和橡皮擦等功能;支持多種常用幾何圖形——圓形、三角形、矩形、六邊形、星形等快速調(diào)用，自動(dòng)手勢(shì)識(shí)別切換書寫筆、電子板擦、頁(yè)面放大、頁(yè)面縮小、對(duì)象資源放大、對(duì)象資源縮小、移動(dòng)頁(yè)面等功能，通過多指手勢(shì)（單指書寫/雙指縮放、拖動(dòng)/三指翻頁(yè)）的操作實(shí)現(xiàn)無限放大、無限縮小、無限漫游，滿足教師大量板書需求，系統(tǒng)達(dá)到了“隨處可寫，隨時(shí)可寫”的效果，實(shí)現(xiàn)了板書的無塵化教學(xué)。

智慧教室的后面和側(cè)面墻壁亦配置了智能交互一體機(jī)，可以作為顯示屏幕來顯示教師的教學(xué)內(nèi)容，也可作為師生交流互動(dòng)的一體機(jī)或分組討論時(shí)學(xué)生的演示、互動(dòng)屏幕。手機(jī)、平板上的教學(xué)內(nèi)容可以通過無線投屏系統(tǒng)共享到小組觸摸大屏上，小組學(xué)習(xí)成員可以在觸摸大屏上任意投屏顯示各自的學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過觸摸大屏板書、標(biāo)注形成交流與協(xié)作。各小組之間可以通過分組觸摸大屏，把其他小組形成的學(xué)習(xí)結(jié)果內(nèi)容呈現(xiàn)在自己的分組觸摸大屏上，進(jìn)行小組間的討論、反思、總結(jié)，以小組為單位進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)，促進(jìn)大家一起共同完成課程進(jìn)度。教師作為課堂教學(xué)模式的重要組織角色，可以對(duì)各分組討論的內(nèi)容進(jìn)行廣播展示，把分小組的學(xué)習(xí)結(jié)果統(tǒng)一展現(xiàn)在教學(xué)觸摸大屏和小組觸摸大屏上，通過對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果的共同探討完成課堂上的師生互動(dòng)。[10]

2.智慧教學(xué)交互系統(tǒng)

智慧教學(xué)交互系統(tǒng)由各種學(xué)習(xí)終端、教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)、云服務(wù)器等組成，是課堂教學(xué)過程中師生、生生交互的支持系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)師生、生生互動(dòng)，小組討論和學(xué)習(xí)，學(xué)生的個(gè)人探究、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的記錄。智慧教室配置了多種智慧教學(xué)交互工具（學(xué)習(xí)通、雨課堂、云白板等），方便教師自由選擇，系統(tǒng)提供了基于掃描二維碼進(jìn)入班級(jí)和簽到的課堂考勤;進(jìn)行PPT授課，主題討論和分組任務(wù)的課堂討論、測(cè)驗(yàn)和作業(yè)的課堂練習(xí);具備評(píng)分、投票、問卷和學(xué)生反饋等教學(xué)環(huán)節(jié)，在整個(gè)課堂教學(xué)中教師可自由組合使用各個(gè)環(huán)節(jié)。教師可以基于課程內(nèi)容開展互動(dòng)課程活動(dòng)，利用如搶答、問卷、投票、主題討論、詞云、評(píng)分、課堂計(jì)時(shí)等功能，快速提升課堂氣氛、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，深化學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。同時(shí)，教學(xué)交互系統(tǒng)還可以將遠(yuǎn)程異地教室、筆記本、手機(jī)、平板的攝像頭畫面、學(xué)習(xí)內(nèi)容投屏顯示到本地的智慧教室中，同時(shí)將本地智慧教室的教學(xué)內(nèi)容發(fā)送到異地的互動(dòng)端，將分組教學(xué)的課內(nèi)互動(dòng)與遠(yuǎn)程教學(xué)的異地互動(dòng)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生、教師與教師之間的全互動(dòng)教學(xué)，為創(chuàng)新教學(xué)模式、提高課堂效率提供基礎(chǔ)環(huán)境。[10]

3.智能錄播系統(tǒng)

智能錄播系統(tǒng)主要由智能錄播主機(jī)、錄播管理系統(tǒng)、識(shí)別智能跟蹤系統(tǒng)、高清云臺(tái)攝像機(jī)、專業(yè)采訪話筒（吊麥）、數(shù)字音頻處理器、資源管理云平臺(tái)等軟硬件構(gòu)成。錄播系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)音視頻的采集，以教室場(chǎng)景生成系統(tǒng)為基礎(chǔ)，采用圖像識(shí)別智能跟蹤技術(shù)，錄制過程無人值守，依據(jù)課表信息，對(duì)課堂教學(xué)過程的視頻和音頻進(jìn)行實(shí)時(shí)同步錄制，準(zhǔn)確捕捉演講者（教師、學(xué)生）的位置變化，通過對(duì)人物行為識(shí)別分析，智能驅(qū)動(dòng)高清攝像機(jī)對(duì)教師和學(xué)生進(jìn)行跟蹤拍攝。專業(yè)采訪話筒（吊麥）、數(shù)字音頻處理器等音頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)課堂現(xiàn)場(chǎng)拾音、處理、合成及輸出工作。由于聲音的效果對(duì)錄播質(zhì)量的影響較為明顯，配置的數(shù)字音頻處理器一定要內(nèi)置音頻矩陣、均衡器、混音器、回聲抑制器、反饋抑制器、噪聲抑制器等模塊，對(duì)音頻進(jìn)行過濾和處理，保證聲音的真實(shí)感，使聲音得到真實(shí)的表現(xiàn)和還原，提高語音清晰度和可懂度，從而提升錄播系統(tǒng)整體質(zhì)量。

考慮到學(xué)校日后錄播設(shè)備的持續(xù)投入，應(yīng)通過一套應(yīng)用平臺(tái)將分散在各個(gè)智慧教室的錄播系統(tǒng)集中化管理，所有底層視頻傳輸服務(wù)進(jìn)行聚合，完成音視頻編碼、數(shù)據(jù)采集。資源管理云平臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行數(shù)據(jù)處理發(fā)布、存儲(chǔ)、應(yīng)用和管理，平臺(tái)具有在線直播、視頻點(diǎn)播、隨堂（教學(xué)）評(píng)價(jià)、虛擬切片視頻知識(shí)生成、S-T課堂行為分析、基于人工智能的課堂教學(xué)行為分析等功能，師生可以上傳和管理視頻、文檔、課件等教學(xué)資源?；谠破脚_(tái)可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化精品課程錄制、在線課堂教學(xué)督導(dǎo)、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)、移動(dòng)聽（評(píng)）課、學(xué)生自主學(xué)（復(fù)）習(xí)、電子巡考、課堂上的互動(dòng)教學(xué)、教師教學(xué)反思、人工智能的課堂教學(xué)行為分析等應(yīng)用，促進(jìn)課堂教學(xué)的可視化、精細(xì)化、智能化的管理，為改善教學(xué)方式、提升教學(xué)質(zhì)量提供科學(xué)支撐和依據(jù)，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提升。

4.智能教學(xué)擴(kuò)音系統(tǒng)

教學(xué)擴(kuò)音系統(tǒng)一般由功率放大器、音箱、無線擴(kuò)音設(shè)備等設(shè)備構(gòu)成，是整個(gè)智慧教學(xué)系統(tǒng)中很重要的部分。清晰、穩(wěn)定的語音擴(kuò)聲是影響課堂教學(xué)質(zhì)量好壞的重要因素之一，教學(xué)擴(kuò)聲對(duì)語言清晰度和聲音還原解析力要求很高。在傳統(tǒng)教學(xué)過程中往往不注重語音處理功能，從而存在各種各樣的問題，如話筒嘯叫、擴(kuò)音失真、音響雜音、聲場(chǎng)不均勻等等。在智慧教室建設(shè)過程中，功率放大器要選用具有反饋抑制技術(shù)，內(nèi)置自動(dòng)靜音器、電平控制器，保真度高、聲音清晰、頻響寬的產(chǎn)品，有效地抑制嘯叫，保證語言的傳送質(zhì)量，較好地保持原聲。音箱選用圓弧形的外殼設(shè)計(jì)，使揚(yáng)聲器邊緣輻射的聲波形成簇形波，有效形成多波束發(fā)射和接收，使輻射以球面波狀擴(kuò)散，有效抑制揚(yáng)聲器內(nèi)部駐波。同時(shí)，根據(jù)教室房間的大小選定具有垂直與水平兩個(gè)方向輻射夾角、指向特性圖案、靈敏度級(jí)的音箱，提高語音清晰度，最終達(dá)成教師講課語音清晰、自然、真實(shí)。無線擴(kuò)音系統(tǒng)設(shè)備可以先用手持式無線話筒，方便任課教師在教室內(nèi)自由活動(dòng)，不再局限于講臺(tái)周圍，可以很方便地走下講臺(tái)與學(xué)生進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)，提高學(xué)生的課堂參與度，讓教學(xué)過程更輕松、流暢和高效，提升課堂教學(xué)效果。

5.智能中央控制與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

智能中央控制系統(tǒng)主要包含智能融合控制終端、繼電器、時(shí)序電源管理器、讀卡器、IP對(duì)講和設(shè)備集中管理平臺(tái)，主要實(shí)現(xiàn)智慧教室各類設(shè)備的集中本地控制和遠(yuǎn)程控制，本地控制主要指教師可以通過控制面板實(shí)現(xiàn) “一鍵上課，一鍵下課”，對(duì)設(shè)備的開關(guān)、功放的音量大小、信號(hào)切換、錄播的開啟與關(guān)閉等進(jìn)行個(gè)性化控制，真正實(shí)現(xiàn)“所見即所控”，可極大程度上節(jié)約系統(tǒng)、設(shè)備的維護(hù)管理開銷。設(shè)備集中控制管理軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)教室端設(shè)備使用狀態(tài)，如設(shè)備的開啟狀態(tài)、運(yùn)行情況、故障預(yù)警、被盜報(bào)警、使用情況、故障統(tǒng)計(jì)等，讓管理人員可以快速準(zhǔn)確地掌握智慧教室的使用情況，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和隱患，真正做到動(dòng)態(tài)、智能化的管理和維護(hù)，提高管理效率，解決了大規(guī)模智慧教室的運(yùn)維。配合數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，IP對(duì)講系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智慧教室與控制中心之間語音和視頻通訊，實(shí)現(xiàn)了可視化對(duì)講。如果教師在使用智慧教室過程中有任何問題，可以通過IP電話與控制中心的管理人員通話，實(shí)時(shí)解決教室存在的問題，方便設(shè)備報(bào)修與維護(hù)。

智慧教室的管理系統(tǒng)與教務(wù)排課系統(tǒng)進(jìn)行課表數(shù)據(jù)對(duì)接，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，在管理平臺(tái)內(nèi)生成課表管理系統(tǒng)，并根據(jù)學(xué)校教學(xué)作息時(shí)間和教室排課的情況，提前10分鐘（自由設(shè)定）自動(dòng)打開即將上課教室的相關(guān)設(shè)備，進(jìn)入上課模式，下課后，延時(shí)10分鐘（自由設(shè)定）關(guān)閉教室設(shè)備，進(jìn)入下課模式，真正實(shí)現(xiàn)了智能化、人性化控制方式。根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，有很多臨時(shí)借用教室或者其他突發(fā)性情況，將校園一卡通（IC卡）作為教師身份識(shí)別的一種方式，上課插卡，當(dāng)校園卡通過讀卡器認(rèn)證通過后，所有設(shè)備自動(dòng)開啟，正常進(jìn)入上課模式，下課拔卡，所有設(shè)備關(guān)閉，進(jìn)入下課模式。嘗試綁定授權(quán)的任課教師，通過微信掃描二維碼，對(duì)設(shè)備進(jìn)行開關(guān)機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)了自助式操作與管理，解決了大規(guī)模智慧教室的管理。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要采集教室內(nèi)的溫濕度信息、光照度信息、CO2濃度、PM2.5值等數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)定的規(guī)則自動(dòng)開啟空調(diào)和新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行溫濕度調(diào)節(jié)和CO2濃度調(diào)節(jié)，達(dá)到設(shè)定值后自動(dòng)關(guān)閉;自動(dòng)開啟燈光并調(diào)節(jié)亮度、開合窗簾提供自然光源，營(yíng)造舒適的教學(xué)環(huán)境。

6.泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

智慧教室內(nèi)提供有線網(wǎng)絡(luò)方式接入，保證各個(gè)教室之間的設(shè)備互聯(lián)互通以及設(shè)備入網(wǎng)的訪問，3G、4G、WIFI信號(hào)全覆蓋，提供泛在的無線接入環(huán)境，方便師生便捷地獲取教學(xué)和學(xué)習(xí)資源。有線網(wǎng)和無線網(wǎng)互聯(lián)互通，使信息空間與物理空間進(jìn)行全面連通、融合協(xié)同，便于師生、設(shè)備、資源相互之間的無縫連接。

7.基礎(chǔ)環(huán)境建設(shè)

智慧教室需要對(duì)教室空間環(huán)境進(jìn)行全新定義與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)人性化的教學(xué)環(huán)境。按照未來教室各教學(xué)裝備系統(tǒng)安裝部署要求，要從整體環(huán)境、聲學(xué)環(huán)境、燈光光源、電路線路、桌椅布局等多方面綜合考慮，裝修風(fēng)格要體現(xiàn)信息化及現(xiàn)代感，總體效果要達(dá)到和諧、大方、實(shí)用、美觀。

頂面可以做設(shè)計(jì)，進(jìn)行幾何分割，營(yíng)造一種設(shè)計(jì)感、科技感和現(xiàn)代感，給師生一定的視覺沖擊力。頂棚材料建議以基層框架為基礎(chǔ)，面層可以選擇具有阻燃性的軟膜天花。四周墻體采用淺色吸音材料，建議使用聚酯纖維吸音板（隔音板）而不是多孔吸音板，以防攝像機(jī)拍攝角度不正時(shí)，畫面會(huì)出現(xiàn)摩爾紋現(xiàn)象。為保證拾音不受外界聲音干擾，窗戶加裝中空玻璃窗體并增加密閉性。為避免不可預(yù)見的自然光照影響，窗簾選用帶遮光層的雙層窗簾布（也是為吸聲考慮）。地面可以使用PVC材質(zhì)的靜音塑膠，易于打理和維護(hù)。

燈光均勻布光，保證室內(nèi)的各個(gè)區(qū)域的光照亮度合理均勻，在適度范圍內(nèi)盡量提高光亮度，一般教師區(qū)光照度最少應(yīng)該達(dá)到700LX，學(xué)生區(qū)最少達(dá)到500LX。由于攝像效果還有賴于適宜的色溫，參照演播室色溫標(biāo)準(zhǔn)，建議選擇色溫在3050±150K的三基色燈管。[9]需要注意的是，對(duì)于觸控屏前的燈光可單獨(dú)設(shè)計(jì)開關(guān)，根據(jù)實(shí)際使用進(jìn)行靈活開關(guān)控制。為不影響錄播系統(tǒng)的拾音效果，空調(diào)和新風(fēng)系統(tǒng)一定要選用具有靜音效果的產(chǎn)品，盡量減少或避免空調(diào)聲音過大造成的聲音污染。在智慧教室建設(shè)過程中，由于設(shè)備較多、空調(diào)和新風(fēng)系統(tǒng)用電功率較大，建議供電系統(tǒng)從主配電箱拉取專線，謹(jǐn)慎沿用原教室電路，同時(shí)，可配置電源穩(wěn)壓器、防雷器等保持穩(wěn)定電壓和預(yù)防雷擊，保證設(shè)備使用和消防安全。

互動(dòng)是未來課堂的核心，傳統(tǒng)的“秧田式”桌椅布局限制了師生互動(dòng)，改變是智慧教室的必然選擇。為了能支持和兼顧講授式、小組合作、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、PBL教學(xué)、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等多種教學(xué)模式的快速轉(zhuǎn)換，配合課堂的各種布局，智慧教室配置的桌椅一定要選用可靈活移動(dòng)的桌椅，桌子之間可以自由拼接，亦可選擇帶寫字板的旋轉(zhuǎn)椅子，可以根據(jù)授課內(nèi)容及課堂任務(wù)需求，進(jìn)行靈活的調(diào)整，隨意拆分、組合，組合成各種不同的形狀，為拓展師生互動(dòng)、生生互動(dòng)方式提供硬件支持，[11]方便教師與學(xué)生進(jìn)行即時(shí)交流與討論，讓教學(xué)模式在需要轉(zhuǎn)化時(shí)既方便又快捷。

五、雙屏智慧教室建設(shè)與應(yīng)用效果調(diào)查

為了檢驗(yàn)雙屏智慧教室建設(shè)和應(yīng)用效果，筆者以使用本教室的教師和學(xué)生為調(diào)查對(duì)象進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問卷調(diào)查。

1.教師調(diào)查結(jié)果

參與問卷調(diào)查的有21位教師，智慧教室的軟硬件設(shè)備的總體滿意度達(dá)到了95.24%，相比傳統(tǒng)多媒體教室在教室環(huán)境（85.71%）、授課方式（71.43%）、學(xué)習(xí)方式（66.67%）、學(xué)習(xí)終端（66.67%）、互動(dòng)方式（76.19%）等方面有所提升和改變，總體達(dá)到了智慧教室預(yù)期設(shè)計(jì)和建設(shè)目標(biāo)。

95.24%的教師認(rèn)為智慧教室對(duì)教學(xué)有一定的促進(jìn)作用，80.95%教師認(rèn)為教室配置設(shè)備很好，能滿足教學(xué)需求，提高了課堂教學(xué)效率，52.38%的教師認(rèn)為智慧教室分區(qū)利用了空間，方便了小組討論和自主學(xué)習(xí)，教學(xué)互動(dòng)更加智能，便于獲取更多的教學(xué)資源，但是6名教師認(rèn)為智慧教室的功能操作復(fù)雜，功能不易掌握，這說明系統(tǒng)還需要進(jìn)一步的優(yōu)化與改善。

在課堂教學(xué)中教師采用了不同于傳統(tǒng)的教學(xué)方法，如分組（協(xié)作）學(xué)習(xí)（47.62%）、混合式教學(xué)（71.43%）、翻轉(zhuǎn)課堂（38.1%）、探究式教學(xué)（38.1%）、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（28.57%），這從一個(gè)側(cè)面說明智慧教室在一定程度上推動(dòng)了課堂教學(xué)方法和模式的改革。相比普通的多媒體教室，學(xué)生的課堂表現(xiàn)也有所提高，教師認(rèn)為有很大提高的占比52.38%，有所提高的占比42.86%。

95.24%的教師認(rèn)為智慧教室對(duì)提高自己的教學(xué)水平起到了積極的推動(dòng)作用，并表示愿意在以后的教學(xué)中選擇性使用智慧教室。對(duì)于影響使用智慧教室的原因，23.81%的教師認(rèn)為技術(shù)太過復(fù)雜，很難掌握，42.86%的教師認(rèn)為增加了自己的教學(xué)工作量，增加了教學(xué)負(fù)擔(dān)，23.81%的教師認(rèn)為學(xué)校對(duì)教師的信息技術(shù)培訓(xùn)不到位，33.33%的教師認(rèn)為學(xué)校沒有制定相應(yīng)的配套和激勵(lì)措施，缺乏持續(xù)使用的動(dòng)力。

從調(diào)查結(jié)果來看，智慧教室滿足了教師的教學(xué)需求，增加了教學(xué)互動(dòng)，對(duì)課程教學(xué)有一定的促進(jìn)和支持作用，一定程度上推動(dòng)了課堂教學(xué)方法和模式的改革。但在教師的信息技術(shù)培訓(xùn)、學(xué)校激勵(lì)措施配套、教學(xué)工作量認(rèn)定等方面略顯滯后，影響了教師使用的積極性。

2.學(xué)生調(diào)查結(jié)果

參與問卷調(diào)查的有75位學(xué)生，與傳統(tǒng)的教學(xué)課堂模式相比，84%的學(xué)生表示喜歡和非常喜歡，對(duì)教師授課模式總體評(píng)價(jià)較高。98.67%的學(xué)生認(rèn)為智慧教室的環(huán)境激發(fā)了自己的學(xué)習(xí)興趣，對(duì)比普通教室，89.33%的學(xué)生認(rèn)為有利于自己掌握和理解知識(shí)，93.33%的學(xué)生認(rèn)為有利于提高自己的合作、協(xié)作能力，90.66%的學(xué)生認(rèn)為有利于提高分析和解決問題的能力，97.33%的學(xué)生認(rèn)為在智慧教室上課提高了全體人員的課堂參與度，激發(fā)了自己的學(xué)習(xí)興趣。98.67%的學(xué)生表示愿意接受教師繼續(xù)使用智慧教室進(jìn)行課程教學(xué)。

從調(diào)查結(jié)果來看，智慧教室滿足了學(xué)生的基本學(xué)習(xí)需要，增強(qiáng)了課堂的交互性，提高了學(xué)生協(xié)作學(xué)習(xí)的能力和分析解決問題的能力，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)具有良好的促進(jìn)和支持作用，在此類教室上課學(xué)習(xí)的學(xué)生持積極樂觀的態(tài)度。

六、結(jié)語

多媒體教室轉(zhuǎn)型智慧教室的建設(shè)與應(yīng)用是高校教學(xué)環(huán)境改革與教學(xué)模式創(chuàng)新應(yīng)用研究的重要課題。但對(duì)于智慧教室建設(shè)，目前尚沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)智慧教室整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)上一定要遵循國(guó)際上成熟、通用的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和協(xié)議，保證平臺(tái)與第三方產(chǎn)品的主動(dòng)對(duì)接與被動(dòng)對(duì)接。同時(shí)，高校應(yīng)從學(xué)校教學(xué)改革實(shí)際需求出發(fā)，以教學(xué)需求為中心，反復(fù)論證演繹，準(zhǔn)確理解相關(guān)業(yè)務(wù)要求，確定適用于本校智慧教室的頂層設(shè)計(jì)方案，并通過少量的智慧教室進(jìn)行試點(diǎn)探索，取得經(jīng)驗(yàn)后，再把試點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)和做法推廣開來。[12]誠(chéng)然，智慧教室的建設(shè)離不開任課教師的積極關(guān)注、大力支持、參與應(yīng)用，但將教育新思想、教學(xué)新理念融合到對(duì)新設(shè)備和新技術(shù)的應(yīng)用之中卻非“一日之功”，亦非“一人所為”，這就需要在學(xué)校的層面上建立和完善相關(guān)的教師信息化素養(yǎng)與應(yīng)用技能培訓(xùn)運(yùn)行機(jī)制、教學(xué)改革創(chuàng)新激勵(lì)機(jī)制，切實(shí)扭轉(zhuǎn)目前存在的“因認(rèn)識(shí)不足而難以接受、培訓(xùn)不力而阻礙應(yīng)用、制度缺失而失去動(dòng)力等”不利局面，在明確和充分認(rèn)識(shí)教育信息技術(shù)帶給傳統(tǒng)教學(xué)深刻變革的基礎(chǔ)上，積極轉(zhuǎn)變思維定式，穩(wěn)步推進(jìn)對(duì)教師信息技術(shù)與課程整合方面的培訓(xùn)工作，使廣大任課教師能夠?qū)ⅰ袄砟?、設(shè)備、技術(shù)、信息、技能”等全方位多角度融合于教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)“觀念與行為的雙驅(qū)動(dòng)”策略，切實(shí)促進(jìn)教學(xué)水平和質(zhì)量的提高，以防新建的智慧教室成為一種奢侈的擺設(shè)或高級(jí)的PPT演示場(chǎng)所。

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（編輯：王天鵬）