智慧教室結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建研究
——“功能—結(jié)構(gòu)”關(guān)系視角

□ 劉 選 劉革平 廖 劍

一、問題透視：新時代呼吁智慧教室研究邁向新臺階

隨著智能技術(shù)的快速發(fā)展，其對教育的影響越來越廣泛且深遠(yuǎn)。智慧教育（smart education）就是智能技術(shù)賦能教育所創(chuàng)生的新概念，這一新概念不僅彰顯了技術(shù)本身所具有的“智慧性”，更賦予技術(shù)促進(jìn)教學(xué)、學(xué)習(xí)、管理、評價等過程的“智慧性”，并最終期冀能促進(jìn)人的智慧發(fā)展。智慧教育的理念植根于對未來復(fù)雜社會的挑戰(zhàn)應(yīng)對、學(xué)校教育的變革需求、對技術(shù)賦能教育的美好期待以及科技企業(yè)的創(chuàng)新助力等復(fù)雜情境。由于其具有前瞻性、包容性和創(chuàng)新性的特征，因而引發(fā)了智慧教育研究和實踐的快速發(fā)展。智慧教室（smart classroom）就是智慧教育理念的具體產(chǎn)物之一。從字面意思來理解，智慧教室就是將各類智能技術(shù)加載于教室中而形成的用于支持各類教學(xué)活動開展的教學(xué)場域。它具有富媒體工具和智能化環(huán)境支持的技術(shù)屬性，通過智能技術(shù)與人的協(xié)同和融合，旨在優(yōu)化課堂運行狀態(tài)，并智適應(yīng)支持學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)和教師的群體化教學(xué)（王星等,2021），以及為高效教學(xué)管理提供便捷和支持。

從政策層面來看，在新一輪教育信息化推進(jìn)過程中，教育新基建被視為助力實現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的重要抓手（鄭旭東&周子荷,2021），其所提出的智能、泛聯(lián)、韌性、治理、綠色、融合和生態(tài)等要求（祝智庭等,2021），對當(dāng)前的智慧教室建設(shè)提出了新的要求。從研究層面來看，智慧教室自2012年以來就成為一個持續(xù)受到關(guān)注的研究熱點（李葆萍等,2019）。從實踐層面來看，大中小學(xué)都已建成或在建各種類型的智慧教室，眾多科技企業(yè)也推出了各種類型的智慧教室模型及其技術(shù)支持方案。然而當(dāng)前智慧教室在建設(shè)實踐層面存在典型的“建用矛盾”，表現(xiàn)為為建而建、建用脫節(jié)、重建輕用（胡國強等,2019;程敏,2021）。筆者認(rèn)為，造成這種現(xiàn)象的重要原因在于研究者和實踐者對智慧教室的認(rèn)識存在偏差，研究層面將任何智能性的教學(xué)環(huán)境或空間均視為“智慧教室”，實踐層面則盲目引進(jìn)和建設(shè)各種由高性能硬件設(shè)備和智能軟件支持的“智慧教室”，卻未見具有普遍指導(dǎo)價值的智慧教室模型為研究和實踐提供指導(dǎo)。

鑒于此，本研究嘗試探索如下問題：第一，智慧教室作為智慧教育實施的重要場域，其研究樣態(tài)大致是什么樣的？第二，當(dāng)前實踐中非常多樣的智慧教室存在哪些共性？第三，如何構(gòu)建一個合理的智慧教室結(jié)構(gòu)模型以豐富智慧教室的理論研究并為實踐發(fā)展提供理性的指導(dǎo)？

二、研究樣態(tài)：當(dāng)前智慧教室研究的畫像描摹

（一）國內(nèi)智慧教室研究的總體概況

為了較全面地了解國內(nèi)智慧教室的研究現(xiàn)狀，筆者利用中國知網(wǎng)（CNKI）通過關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索。檢索條件為KY='智能教室'OR KY='智慧教室'OR KY='未來教室'OR KY='技術(shù)增強的教室'OR KY='技術(shù)豐富的教室'OR KY='智慧學(xué)習(xí)環(huán)境'OR KY='智能學(xué)習(xí)環(huán)境'OR KY='智慧學(xué)習(xí)空間'OR KY='智能學(xué)習(xí)空間'。截至2022年3月1日，共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)1,893篇。其中，學(xué)術(shù)期刊論文1,556篇，學(xué)位論文166篇，會議論文156篇，報紙文章15篇。其分布和統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 我國“智慧教室”相關(guān)研究刊文情況

從表1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，就刊文總量的變化而言，我國智慧教室相關(guān)研究在2019年達(dá)到峰值345篇，2015—2017年和2017—2019年是研究增長最快的兩個時段。2019年后研究有所回落，但總量仍保持在較高位。值得注意的是，由于學(xué)位論文上網(wǎng)時間存在遲滯現(xiàn)象，故2021年的學(xué)位論文數(shù)可能還會增加?？傮w而言，我國學(xué)者對智慧教室的研究持續(xù)關(guān)注，而且隨著新一輪教育信息化改革尤其是教育新基建政策的落實推進(jìn)，我國智慧教室研究可能會迎來又一波熱潮。

（二）智慧教室研究的主題

由于文獻(xiàn)綜述類文章能夠較好地展現(xiàn)該領(lǐng)域當(dāng)前的研究概況，故筆者重點對國內(nèi)學(xué)者有關(guān)智慧教室的綜述文章進(jìn)行了梳理和分析（見表2）。從表2可知，已有綜述研究的時間跨度不同，所采用的分析工具主要有Citespace、Bicomb、SPSS，所應(yīng)用的分析方法主要有內(nèi)容分析法和關(guān)鍵詞詞頻分析法，涉及的數(shù)據(jù)庫主要有CNKI、IEEE、Web of Science，分析的文獻(xiàn)量均較多。

表2 我國“智慧教室”綜述文章梳理與比較

進(jìn)一步梳理和分析相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前學(xué)界對智慧教室的研究主要聚集在支持技術(shù)、教學(xué)模式建構(gòu)、學(xué)習(xí)過程與結(jié)果的分析與評價等方面。其中，支持技術(shù)涉及展示技術(shù)（如交互式白板）、存儲技術(shù)（如云計算）、交互技術(shù)（如互聯(lián)網(wǎng)）、感知技術(shù)（如物聯(lián)網(wǎng)）、評估技術(shù)（如數(shù)據(jù)分析）等（黃榮懷等,2012;Koper,2014;Mogas-Recalde et al.,2021）。教學(xué)模式建構(gòu)主要是基于智慧教室的功能定位，運用智能技術(shù)設(shè)計、支持并實現(xiàn)其特定功能而建構(gòu)的一種教學(xué)模式。例如，黃榮懷等人（2012）從內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、即時互動和情境感知五個方面，構(gòu)建了智慧教室的SMART模型；聶風(fēng)華等人（2013）從基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)感知、可視管理、增強現(xiàn)實、實時記錄和泛在技術(shù)六個方面，構(gòu)建了智慧教室的iSMART模型；Saini和Goel（2019）基于智慧教室中的技術(shù)演變提出了一種智慧教室研究模式，包括智慧教學(xué)內(nèi)容、智慧教學(xué)交互、智慧教學(xué)評估和智慧物理環(huán)境四個方面。在學(xué)習(xí)過程與結(jié)果的分析與評價方面，相關(guān)研究主要集中在智能技術(shù)支持下的數(shù)據(jù)追蹤、教學(xué)交互、教學(xué)反饋、效果改進(jìn)、使用體驗和滿意度等方面。例如，利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分析學(xué)生注意視線的變化以評價團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)的效果（Guo&Barmaki,2020），或者利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人臉識別優(yōu)勢自動、持續(xù)性地記錄學(xué)生在整個學(xué)習(xí)過程中的情況（Nguyen et al.,2021）。又如，利用智能機器人為學(xué)生提供交互式的內(nèi)容和交流反饋（黃甫全等,2021），運用交互式電子白板通過“公有云”將本地與遠(yuǎn)端的教學(xué)課堂進(jìn)行聯(lián)通與互動（韋怡彤等,2019），或者構(gòu)建基于課堂應(yīng)答系統(tǒng)的互動教學(xué)模式（李紅美&張劍平,2015），以期不斷促進(jìn)學(xué)生的知識習(xí)得、技能發(fā)展和滿意度提升。

綜上所述，當(dāng)前學(xué)界關(guān)于智慧教室的研究已取得諸多成果，表明智慧教室這一主題具有較強的研究潛力和前景，將激勵研究者和實踐者持續(xù)、深入地探索智能技術(shù)賦能教學(xué)的理論模式創(chuàng)新和實踐應(yīng)用創(chuàng)新。

三、實踐審視：智慧教室支持實踐教學(xué)的典型特色

由于智慧教室被賦予位置感知、情境感知、社會感知、互操作性、無縫連接、適應(yīng)性、泛在性、完整記錄、自然互動、高度參與等諸多技術(shù)特征（Zhu et al.,2016），因而受到諸多科技企業(yè)的青睞。他們紛紛推出各種智慧教室的建設(shè)原型和技術(shù)方案，助力不同類型的大中小學(xué)校實現(xiàn)教育信息化的轉(zhuǎn)型和升級。筆者從實踐視角梳理并分析了六種典型智慧教室的功能和特色（見表3），以管窺當(dāng)前智慧教室的實踐概況。

表3 典型智慧教室的功能與特色比較

通過表3的比較和歸納，可以從如下方面來審視實踐領(lǐng)域智慧教室的共性和特色：其一，在技術(shù)層面，智慧教室主要由硬件設(shè)備（如桌、椅、白板、音視頻采集設(shè)備、傳感器、平板、儲物柜等）和軟件系統(tǒng)（如支持硬件運行的軟件系統(tǒng)）構(gòu)成，強調(diào)空間的設(shè)計與布局，且根據(jù)教學(xué)功能的差異可以設(shè)計成各種不同類型的智慧教室。其二，在支持教學(xué)層面，智慧教室均能支持課前、課中、課后的全流程教學(xué)過程，并發(fā)展出不同的教與學(xué)模式，如翻轉(zhuǎn)教學(xué)、合作學(xué)習(xí)、探究教學(xué)、混合教學(xué)等。同時“數(shù)據(jù)”成為智慧教室收集和分析的重要要素，不僅有助于教師實時跟蹤和優(yōu)化教學(xué)，而且能為學(xué)習(xí)者的個性化學(xué)習(xí)和小組協(xié)作學(xué)習(xí)提供可視化的支持，也能為教師和管理者提供促進(jìn)其專業(yè)發(fā)展和科學(xué)管理的可信證據(jù)。這些都是智慧教室未來發(fā)展需要考量的問題。

總之，無論從研究層面還是實踐層面來看，智慧教室均在技術(shù)和教學(xué)兩大方面受到關(guān)注，并通過技術(shù)與教學(xué)的互相促進(jìn)不斷提升技術(shù)賦能教學(xué)的成效。但是，隨著智能技術(shù)和教學(xué)實踐的同步發(fā)展，智慧教室的研究與實踐必將面臨新的問題和挑戰(zhàn)。例如，在研究層面面臨智慧教育環(huán)境下的教師專業(yè)發(fā)展問題、“立德樹人”背景下對學(xué)生的綜合評價問題，以及教學(xué)管理的科學(xué)化問題等；在實踐層面除了存在企業(yè)與學(xué)校之間的“供需鴻溝”，還存在學(xué)校自身的“建用矛盾”，以及智能技術(shù)使用對教師和學(xué)生提出的挑戰(zhàn)。理性應(yīng)對這些挑戰(zhàn)迫切需要從理論層面構(gòu)建一種具有通用價值的智慧教室結(jié)構(gòu)模型。

四、模型構(gòu)建：“功能—結(jié)構(gòu)”視角下的智慧教室結(jié)構(gòu)模型

（一）智慧教室的功能與結(jié)構(gòu)關(guān)系

要構(gòu)建一種具有通用價值的智慧教室結(jié)構(gòu)模型，首先要明確智慧教室的主要功能。筆者嘗試從“功能—結(jié)構(gòu)”關(guān)系的視角構(gòu)建一種智慧教室結(jié)構(gòu)模型。從當(dāng)前研究和實踐層面對智慧教室的探索來看，智慧教室應(yīng)支持教學(xué)、學(xué)習(xí)、評價、管理和教研五個方面。其中，教學(xué)、學(xué)習(xí)和評價為三項基本功能，不僅體現(xiàn)在大多數(shù)智慧教室研究中，也體現(xiàn)在幾乎所有的智慧教室系統(tǒng)中。這三項基本功能也是傳統(tǒng)教室具有的基本功能，只不過伴隨社會和教育理念的發(fā)展以及技術(shù)的進(jìn)步有所革新。管理和教研兩項拓展功能在互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)時代變得越發(fā)重要。其中，管理是面向管理者和教師的基于可信數(shù)據(jù)的“全面、全程、自動化、智能化”治理（楊現(xiàn)民等,2020），教研是面向教師專業(yè)發(fā)展的“教研互促”（胡小勇&徐歡云,2020），同時智慧教室的管理和教研功能也有助于提升教學(xué)、學(xué)習(xí)和評價的質(zhì)量、效率和科學(xué)性。

智慧教室支持教學(xué)、學(xué)習(xí)、評價、管理和教研五大功能的結(jié)構(gòu)關(guān)系見圖1。由圖1可知，智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)和智慧評價是智慧教室中開展的三類主要活動，其中智慧教學(xué)與智慧評價是為了促進(jìn)學(xué)生的智慧學(xué)習(xí)，同時智慧學(xué)習(xí)產(chǎn)生的反饋與智慧評價也能為智慧教學(xué)的改進(jìn)提供依據(jù)。另外，智慧管理能夠為智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)、智慧評價和智慧教研提供全方位的保障，以不斷提高其實施效率；智慧教研則能為智慧教學(xué)、智慧學(xué)習(xí)、智慧評價和智慧管理提供持續(xù)改進(jìn)的證據(jù)和優(yōu)化的路徑，以不斷提高其實施質(zhì)量?？傊?，智慧教室的五大功能是在智能技術(shù)的支持下通過不斷協(xié)同、動態(tài)耦合而實現(xiàn)運行的。

（二）智慧教室的結(jié)構(gòu)要素與模型

在從研究與實踐層面、現(xiàn)實與前瞻視角提出智慧教室的功能后，筆者一方面借鑒著名教育家李秉德教授（1991,pp,12-14）提出的“教學(xué)七要素”理論（教學(xué)包括學(xué)生、教學(xué)目的、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)反饋和教師七個要素），另一方面參考已有研究對智慧教室結(jié)構(gòu)維度的劃分（Saini&Goel,2019），在此基礎(chǔ)上提出智慧教室的結(jié)構(gòu)模型包括物理/虛擬環(huán)境、內(nèi)容與資源、教學(xué)交互、測試與評價、數(shù)據(jù)治理五大要素（見圖2）。這五大要素與智慧教室五大功能的基本映射關(guān)系表現(xiàn)為：智慧教室的物理/虛擬環(huán)境是實現(xiàn)五大功能的基礎(chǔ)保障，內(nèi)容與資源、教學(xué)交互兩大要素旨在聯(lián)通智慧教學(xué)和智慧學(xué)習(xí)兩大主要功能，測試與評估要素支持智慧評價功能的實現(xiàn)，數(shù)據(jù)治理要素主要支持智慧評價、智慧管理和智慧教研功能的實現(xiàn)。

圖2 智慧教室的結(jié)構(gòu)模型

（三）智慧教室的結(jié)構(gòu)模型闡釋

下文將從技術(shù)賦能與實踐應(yīng)用的綜合視角對智慧教室的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行系統(tǒng)闡釋。

1.物理/虛擬環(huán)境

物理/虛擬環(huán)境是智慧教室的物化形態(tài)，是開展智慧教學(xué)活動的場域，需要觀照硬件設(shè)備和環(huán)境因素兩個層面，對應(yīng)于“教學(xué)七要素”中的“教學(xué)環(huán)境”。從技術(shù)演進(jìn)視角歷時性地看，教室中的硬件設(shè)備在技術(shù)的推動下不斷更新?lián)Q代，依次出現(xiàn)的設(shè)備有黑板、桌椅、幻燈機、電視、多媒體系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺、電子白板、移動教學(xué)平臺、物理/虛擬實驗設(shè)備等。隨著技術(shù)的發(fā)展，原來的設(shè)備被更具智能性的同類設(shè)備所替換，但由于經(jīng)濟(jì)和文化差異的影響，這些設(shè)備均存在于當(dāng)前的教室空間中。

在環(huán)境因素方面，由于教室是一個較為封閉的空間，且班容量通常較大，因而需要提供舒適的課堂環(huán)境以保障有效學(xué)習(xí)的發(fā)生（Mendell&Heath,2005）。通常情況下，影響課堂學(xué)習(xí)的環(huán)境因素主要包括照明、溫度、濕度、聲學(xué)、空氣質(zhì)量等。例如，有研究者設(shè)置了自動控制開窗，通過使用PT100熱阻器來測量溫度，使用二氧化碳傳感器來測量空氣質(zhì)量，以此為學(xué)生提供舒適的室內(nèi)溫度和清新的空氣（Stazi et al.,2017）。還有研究者使用了由煙霧傳感器、溫度/濕度傳感器和安全傳感器組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs）來收集安全信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)環(huán)境不安全時就會使用ZigBee技術(shù)發(fā)布緊急警告（Gong et al.,2013）?？傊?，無論實踐領(lǐng)域選取何種功能的智慧教室，都應(yīng)盡可能地考慮為使用者提供舒適的外在環(huán)境，使其能夠全身心地沉浸于學(xué)習(xí)之中。

2.教學(xué)內(nèi)容與資源

內(nèi)容與資源既是聯(lián)通智慧教學(xué)與智慧學(xué)習(xí)的關(guān)鍵載體，也是實施智慧教學(xué)的必要條件，對應(yīng)于“教學(xué)七要素”中的“教學(xué)內(nèi)容”。從技術(shù)演進(jìn)視角歷時性地看，內(nèi)容與資源的表現(xiàn)形式依次為教材、圖冊、教具、膠片、磁帶、光盤、網(wǎng)站、電子書、在線課程等。智慧教室中的教學(xué)內(nèi)容與資源應(yīng)在格式表征、內(nèi)容展示、發(fā)送傳輸方面進(jìn)行綜合考量。

在格式表征上，智慧教室中用于教學(xué)的內(nèi)容主要通過多媒體元素的形式來表征，主要有文字、圖片、音頻、動畫、視頻、虛擬/增強現(xiàn)實等形式。不同的媒體元素具有不同的特性和限度，教師只有充分認(rèn)識到不同元素適于表征的教學(xué)內(nèi)容時，才可能產(chǎn)生促進(jìn)教學(xué)的積極效應(yīng)（Mayer,2014）。隨著智能技術(shù)的發(fā)展，內(nèi)容與資源的表征將更加多模態(tài)化，也將更利于增強學(xué)生的認(rèn)知和學(xué)習(xí)體驗。

在內(nèi)容展示上，智慧教室需要硬件設(shè)備和系統(tǒng)的支持。早期主要的內(nèi)容展示設(shè)備是黑板、電視和投影機，隨著智能技術(shù)的發(fā)展交互式電子白板、平板電腦、機器人、傳感器、智能手機也被應(yīng)用于不同情境的教學(xué)中。支持內(nèi)容和資源展示的技術(shù)也越來越體現(xiàn)出整合性，例如在利用幻燈片進(jìn)行內(nèi)容展示的教學(xué)情境中，早期是教師只能在電腦前小范圍移動，后來則既可以利用交互式電子白板替代幻燈片，也可以利用傳感器、智能手機和移動設(shè)備來自由操作幻燈片（Leon et al.,2017）。

在發(fā)送傳輸上，其經(jīng)典的傳輸模式是將智慧教室中涉及的教學(xué)內(nèi)容和課堂實錄通過教育云傳輸?shù)竭h(yuǎn)端，其用到的技術(shù)主要有有線局域網(wǎng)，無線局域網(wǎng)，藍(lán)牙，移動熱點，3G、4G、5G網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)等。學(xué)校需要綜合考慮傳輸速率、傳輸效果和成本等因素確定可行的技術(shù)方案。例如，可基于高校的現(xiàn)實需求和技術(shù)體系設(shè)計一套智能教室物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實施方案（Zhang&Li,2021），以用于動態(tài)管理能源設(shè)備的運行，最大限度地提高能源的利用效率（Sitoula et al.,2019）?？傊?，智慧教室應(yīng)能為師生提供設(shè)計精良、形式多樣、量多質(zhì)優(yōu)、動態(tài)更新、存取方便的內(nèi)容和資源，才能為教師更好地進(jìn)行“因材施教”并為學(xué)生進(jìn)行個性化學(xué)習(xí)提供保障。

3.教學(xué)交互

交互是智慧教學(xué)的核心所在（陳麗&王志軍,2016）。教師和學(xué)生只有全身心地參與和投入智慧教學(xué)交互中，才能更好地實現(xiàn)知識和技能的習(xí)得，并將其創(chuàng)新性地應(yīng)用于實際問題解決。在智慧教室中，交互主要發(fā)生在學(xué)生—教師、學(xué)生—學(xué)生、學(xué)生—內(nèi)容三個層面，對應(yīng)于“教學(xué)七要素”中的“學(xué)生”“教學(xué)內(nèi)容”“教師”。

學(xué)生與教師之間的交互主要有提問與回答、交流溝通、遠(yuǎn)程交互等活動類型，所需的技術(shù)設(shè)備主要有電腦、投影儀、應(yīng)答系統(tǒng)、交互白板、遙控器等。例如，師生既可以利用智慧教室中的課堂應(yīng)答系統(tǒng)來加強學(xué)生與教師之間的互動和聯(lián)系（李紅美&張劍平，2015），還可以利用“翻轉(zhuǎn)課堂在線工具問題管理系統(tǒng)”（Question Management System for Flipped Classroom，QMSFC）來提高翻轉(zhuǎn)課堂情境下學(xué)生在線學(xué)習(xí)的參與度（Mikic-Fonte et al.,2019）。

學(xué)生與學(xué)生之間的交互主要有項目組協(xié)作、組間協(xié)作、與其他同伴的協(xié)作交流、遠(yuǎn)程協(xié)作等活動類型，其所需的支持設(shè)備主要有平板電腦、臺式機、投影儀、智能手機等。當(dāng)前大多數(shù)智慧教室均能支持學(xué)生與學(xué)生之間的交互，既可通過靈活設(shè)置教室布局來開展面對面的協(xié)作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，也可通過論壇、討論組、維基百科、QQ、微信等方式開展在線協(xié)作學(xué)習(xí)（王志軍等,2018），還可借助交互式白板和公有云開展混合式協(xié)作交流。

學(xué)生與內(nèi)容之間的交互主要有內(nèi)容學(xué)習(xí)、問題演示、環(huán)境營造、實驗探究等活動類型，所需的支持設(shè)備和工具主要有電腦、投影儀、智能手機、通信網(wǎng)絡(luò)、AR/VR設(shè)備等。學(xué)生與內(nèi)容之間交互的實質(zhì)是學(xué)生對內(nèi)容進(jìn)行閱讀、操作、體驗、探索、思考的過程，以及可以對內(nèi)容進(jìn)行選擇、控制、編輯、評價、模擬會談、自動反饋、學(xué)習(xí)指導(dǎo)、情境再現(xiàn)等操作（王志軍等,2017）。例如，學(xué)生既可利用智慧教室中的紙筆數(shù)字書寫技術(shù)與內(nèi)容進(jìn)行交互（張曉梅等,2020），也可利用頭戴式顯示器與VR設(shè)備來探究STEAM教學(xué)中的活動奧妙（Villanueva et al.,2020），以此不斷增強學(xué)習(xí)的沉浸感、參與感和滿足感?？傊腔劢淌覒?yīng)盡可能為教學(xué)交互提供多樣化的支持，以使教師和學(xué)生能夠全程參與和投入教學(xué)交互中，進(jìn)而促進(jìn)有效學(xué)習(xí)的實現(xiàn)。

4.測試與評價

對學(xué)習(xí)進(jìn)行定期評價是保障學(xué)習(xí)質(zhì)量的重要途徑，對應(yīng)于“教學(xué)七要素”中的“教學(xué)反饋”。評價的目的主要是檢驗教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成程度，其形式主要有形成性評價和終結(jié)性評價兩種。在傳統(tǒng)教學(xué)中，針對學(xué)生的評價方式主要有作業(yè)、測驗、考試和考勤等，針對教師主要考察其專業(yè)知識、教學(xué)態(tài)度、教學(xué)組織和技術(shù)應(yīng)用等。在智慧教室中，均借助技術(shù)實現(xiàn)自動化或半自動化評價。

在自動化測試方面，智慧教室主要提供針對客觀題和主觀題兩種題型的測試。針對客觀題（包括單/多項選擇、判斷題）的自動化測試，其基本原理是通過智慧教學(xué)平臺中特制的答題板讓學(xué)生提交答案，計算機等智能設(shè)備會調(diào)用相應(yīng)的程序來自動判斷正確或錯誤的數(shù)量，從而為教師和學(xué)生提供針對性的反饋。而針對主觀題（如簡答題、論述題、編程作業(yè)、制圖等）要實現(xiàn)自動化評價則有較大的挑戰(zhàn)，必須借助教師的豐富經(jīng)驗才能彌補這一不足。

在自動化考勤方面，智慧教室既可通過登錄設(shè)置來實現(xiàn)，也可通過使用智能卡來實現(xiàn)。例如，智慧教室既可規(guī)定教師和學(xué)生通過賬號登錄才能進(jìn)行學(xué)習(xí)，還可利用RFID標(biāo)簽、NFC、生物識別（如指紋、人臉）等技術(shù)來實現(xiàn)自動化考勤（Chew et al.,2015;Nguyen et al.,2021）。

在自動化反饋方面，智慧教室不僅可針對常規(guī)性問題為師生提供智能反饋，也可針對內(nèi)嵌其中的客觀和主觀題目的作答情況提供即時反饋和指引，還可根據(jù)教師的教學(xué)風(fēng)格和學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)展自動推送相關(guān)內(nèi)容，以此不斷提升師生的教學(xué)存在感，促進(jìn)其知識習(xí)得和技能發(fā)展。總之，智慧教室應(yīng)盡可能提供功能豐富、使用友好、內(nèi)容專業(yè)的自動化測試與評價工具，以供各學(xué)校按需選擇和使用。

5.數(shù)據(jù)治理

教學(xué)數(shù)據(jù)作為一種重要“資產(chǎn)”，內(nèi)蘊其中的價值日益受到學(xué)界的重視。對智慧教室中的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，關(guān)鍵在于如何對其進(jìn)行收集、處理、保存、管理、分析、可視化和解釋（Wing,2018），使之能為智慧教學(xué)、學(xué)習(xí)、評價和管理提供科學(xué)的方法和路徑指導(dǎo)，這就是“數(shù)據(jù)治理”的內(nèi)涵，可對應(yīng)于“教學(xué)七要素”中的“方法”（不僅局限于“教學(xué)方法”）。早期教室中的教學(xué)數(shù)據(jù)主要以作業(yè)、教案、成績單等形態(tài)存儲，其主要應(yīng)用于對師生的綜合評價。當(dāng)更多的智能設(shè)備、系統(tǒng)和工具應(yīng)用于智慧教室后，課堂教學(xué)的全過程幾乎都可以數(shù)據(jù)形態(tài)存儲和表征，這就使得智慧教室中的數(shù)據(jù)治理成為非常重要的問題。從方法層面來看，智慧教室中數(shù)據(jù)治理的核心主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)收集、清洗、建模、分析應(yīng)用四個方面。

在數(shù)據(jù)收集上，所用到的技術(shù)主要有記錄/錄制技術(shù)、抓取技術(shù)和感知技術(shù)，與之相應(yīng)的設(shè)備主要有電腦、拾音器、錄像機、RFID/NFC、手機傳感器、生物傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等。智慧教室中發(fā)生的所有教學(xué)活動和學(xué)習(xí)行為都可被自動采集并存儲在專門的服務(wù)器上，以便后期被加工和應(yīng)用于教學(xué)評價和學(xué)習(xí)改進(jìn)。例如，既可利用物聯(lián)網(wǎng)采集教室內(nèi)的各種環(huán)境信息數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)對智慧教室的智能控制（Li&Chen,2020），也可利用多個拾音器和攝像機對教學(xué)課堂進(jìn)行多方位、循環(huán)式的全面數(shù)據(jù)采集（Hulens et al.,2018）。

在數(shù)據(jù)清洗上，首先應(yīng)明確數(shù)據(jù)清洗的目的是對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的技術(shù)處理以達(dá)到對數(shù)據(jù)質(zhì)量的強化。智慧教室應(yīng)具有對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、篩選和運算的各種技術(shù)機制，方便教師能夠合規(guī)地篩選和應(yīng)用數(shù)據(jù)來甄別教學(xué)質(zhì)量和改進(jìn)教學(xué)。例如，可以從海量的在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中篩選學(xué)習(xí)者基本特征、在線學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)路徑三類數(shù)據(jù)來構(gòu)建學(xué)習(xí)者畫像，以發(fā)現(xiàn)“高風(fēng)險學(xué)習(xí)者”并為其提供精準(zhǔn)的教學(xué)干預(yù)和支持服務(wù)（肖君等,2019）；可以針對不穩(wěn)定和易丟失的感官數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)包容量、包間延遲、數(shù)據(jù)類型和隨機振幅水平等方面設(shè)計相應(yīng)算法，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升（Bhadoria&Bajpai,2019）。

在數(shù)據(jù)建模上，首先要明確其基本原理是圍繞特定的教育和教學(xué)目標(biāo)，對收集到并經(jīng)過清洗處理的數(shù)據(jù)，借助容量足夠的存儲設(shè)備和算力強大的計算設(shè)備，運用一定的算法和技術(shù)來構(gòu)建一種教學(xué)數(shù)據(jù)模型。智慧教室支持的數(shù)據(jù)建模既可以是中觀層面的系統(tǒng)建模，也可以是微觀層面的教學(xué)應(yīng)用分析建模。例如，針對智慧教學(xué)中的導(dǎo)學(xué)環(huán)節(jié)可以采取學(xué)習(xí)路徑生成與導(dǎo)航技術(shù)，針對評價環(huán)節(jié)可以采取學(xué)習(xí)者畫像與個性化推薦技術(shù)（鄭慶華等,2019），針對教學(xué)視頻分析可以采取頻繁序列挖掘算法和聚類分析方法（王冬青等,2020）。

在數(shù)據(jù)分析應(yīng)用上，首先應(yīng)明確數(shù)據(jù)治理的旨?xì)w是對數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，這也是教育數(shù)據(jù)價值增值的直接體現(xiàn)。智慧教室中數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的情境主要有問題診斷、教學(xué)改進(jìn)、個性化推薦、學(xué)生畫像、綜合評價、科學(xué)管理等?；诙嗄B(tài)數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用能夠為上述情境問題的解決提供可信證據(jù)，有助于從根本上提升教學(xué)的質(zhì)量和效率。例如，可以對進(jìn)化性學(xué)習(xí)資源進(jìn)行建模和數(shù)據(jù)分析，以促進(jìn)學(xué)生的智慧發(fā)展、知識構(gòu)建和課程參與（李冀紅等,2018）；可對社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行語義挖掘和文本挖掘，以輔助改進(jìn)智慧教室中的第二語言學(xué)習(xí)過程（Aguilar et al.,2019）。

五、反思前瞻：用智慧教室結(jié)構(gòu)模型理性指導(dǎo)研究與實踐

當(dāng)前，新技術(shù)和新設(shè)備在智慧教室中所占比例越來越大，已成為智慧教室發(fā)展的強大動力。并且，智慧教室相比于傳統(tǒng)教室對課堂教學(xué)效果具有中等偏上的正向提升作用（張婧曼,2020,p.1）。這種技術(shù)發(fā)展和教育需求的雙向助力更加推動智能技術(shù)在教育教學(xué)中的深入應(yīng)用。從技術(shù)發(fā)展視角來看，智慧教室中加載的智能設(shè)備和技術(shù)在不斷向整合和進(jìn)化的趨勢邁進(jìn)，其智能性、便捷性和靈活性都在不斷增強。針對當(dāng)前智慧教室實踐中存在“建用矛盾”、認(rèn)識上的“重技術(shù)輕教學(xué)”偏誤以及如何合規(guī)利用數(shù)據(jù)等問題和挑戰(zhàn)，筆者嘗試從三個方面提出應(yīng)對之策。

第一，針對當(dāng)前智慧教室實踐中的“建用矛盾”，研究者和實踐者應(yīng)理性認(rèn)識智慧教室的本質(zhì)、功能和結(jié)構(gòu)模型，摒棄追求智能化程度越高越好的狹隘技術(shù)觀，而應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平、已有信息化基礎(chǔ)設(shè)施水平、師生信息素養(yǎng)等因素，結(jié)合學(xué)校未來的戰(zhàn)略考量，整體規(guī)劃設(shè)計智慧教室的建設(shè)方案，并因地制宜地建設(shè)既能夠負(fù)擔(dān)得起又能常態(tài)化使用的智慧教室。具體而言，一方面，可以根據(jù)實際情況對傳統(tǒng)教室和多媒體教室進(jìn)行改造升級，如既可以增加有助于增強呈現(xiàn)和交互效果的多功能投影設(shè)備和智能終端，也可以布置可旋轉(zhuǎn)的多功能課桌，方便教師開展各種模式的教學(xué)；另一方面，可以根據(jù)特定需求建設(shè)新的智慧教室，如可以通過充分的市場調(diào)研和專家咨詢，選取恰當(dāng)?shù)闹腔劢淌医ㄔO(shè)方案，尤其要綜合考量智慧教室對教學(xué)、學(xué)習(xí)、評價、管理、教研等綜合功能的支持，使智慧教室真正成為一種科學(xué)、高效賦能師生的生態(tài)系統(tǒng)。

第二，針對當(dāng)前智慧教室實踐中的“重技術(shù)輕教學(xué)”問題，研究者和實踐者應(yīng)樹立正確的技術(shù)觀，辯證地看待技術(shù)與教學(xué)的關(guān)系。教學(xué)始終是教育的核心，技術(shù)則是手段，二者遵循各自的邏輯而不斷向前發(fā)展。但是教學(xué)和技術(shù)并不是兩條永不相交的平行線，而是通過不斷地相互融合來解決教育教學(xué)中的問題。一方面，要謹(jǐn)防商業(yè)對智慧教室的炒作，即凸顯那些無關(guān)教學(xué)的技術(shù)要素；另一方面，要理性認(rèn)識各種智能技術(shù)的應(yīng)用價值及其限度，切實關(guān)注智慧教室中技術(shù)與教學(xué)的融合，不斷通過教學(xué)實踐來檢驗智能技術(shù)在增強教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、教學(xué)交互、教學(xué)評價反饋、教學(xué)數(shù)據(jù)挖掘與分析等方面的應(yīng)用效果。在智慧教室為教師教學(xué)、評價、管理和教研提供支持和便利的同時，教師也要從教學(xué)實踐中不斷總結(jié)和提煉寶貴經(jīng)驗，為智慧教室的優(yōu)化和改進(jìn)提供支撐。

第三，智慧教室典型的“技術(shù)豐富的環(huán)境系統(tǒng)”特征，使得未來的智慧教室面臨更多的關(guān)于課堂數(shù)據(jù)治理的問題。如前文所述，智慧教室中的數(shù)據(jù)治理雖然從應(yīng)用過程來看主要包括數(shù)據(jù)收集、清洗、建模、分析應(yīng)用四個環(huán)節(jié)，但是在數(shù)據(jù)治理實踐中卻面臨多模態(tài)數(shù)據(jù)有效融合難、通用數(shù)據(jù)分析模型缺乏、數(shù)據(jù)應(yīng)用有違倫理等挑戰(zhàn)。鑒于此，未來可采用多管齊下的措施：一方面可以通過技術(shù)攻關(guān)來突破技術(shù)瓶頸，不斷增強算力和多模態(tài)數(shù)據(jù)融合能力；另一方面可根據(jù)國家出臺的《個人信息保護(hù)法》《新一代人工智能倫理規(guī)范》等法律法規(guī)，確立教育數(shù)據(jù)采集、分析和應(yīng)用應(yīng)以“立德樹人”作為核心價值導(dǎo)向，編制相應(yīng)的倫理規(guī)范指南，通過專門培訓(xùn)和分類指導(dǎo)不斷提升教師和學(xué)生的數(shù)據(jù)素養(yǎng)水平（胡小勇等,2022），最終使得智慧教室支持教學(xué)的效能發(fā)揮到最優(yōu)水平。

注釋：

①競業(yè)達(dá)智慧教室.http://www.jyd.com.cn/front/solution/solution_plan.htm?channelType=education&id=22.

②三盟AIoT智慧教室.http://www.sunmnet.com/index.php/show-18-24.html.

③醍摩豆智慧教室.https://www.habook.com.cn/class.php?act=view&id=2.

④銳捷智慧教室.https://www.ruijie.com.cn/cp/zhjs-selector/#lhzh.

⑤因度智慧教室.http://www.indota.cn/.

⑥ 101智慧教室.http://smart.101.com/solution.shtml.