開放互通式多媒體教學環境的智慧干預*——以西北工業大學為例

初建杰 王 聰

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開放互通式多媒體教學環境的智慧干預*——以西北工業大學為例

初建杰1王 聰2

（1．西北工業大學機電學院，陜西西安 710072；2．西北工業大學信息中心，陜西西安 710072）

面對在現代化教學環境建設方面已有一定積累的高校，以智慧化教育理念引導校園信息化建設，是優化多媒體教學的全新方式。文章采用智慧干預的方法，通過多媒體教學環境智慧化的必要性分析，明確了多媒體教學環境在教學交互過程、學習行為方式、運行管理效果等方面的需求。此外，文章還以西北工業大學為例，研究了開放互通式多媒體教學環境的智慧干預方法和實施策略，構建了“3點5維7S”智慧干預模型，試圖為教學智慧管理體系從應用轉向服務提供可持續、可評價、可決策的思路。

智慧干預；多媒體教學環境；服務管理；教育技術應用

《教育部2015年工作要點》著重提到教育管理公共服務平臺、決策服務系統和統計基礎數據庫建設，強調了高校儀器設備和優質資源開放共享建設的緊迫[1]。信息時代的教、學將以智慧化的環境為依托，提供支持服務類別的管理模式，故有必要進行前瞻性教學環境的設計與優化。為滿足開放大學理論與發展的需要、科學謀劃“十三五”信息化建設規劃工作，西北工業大學從2014年開始研究智慧校園實施對策。基于此，本研究著重從為學生提供智慧學習、為教師提供智慧教學、為校園提供智慧管理與服務的角度，力爭為校園信息化建設的持續優化與智能決策提供依據和可能。

一多媒體教學環境智慧化的必要性分析

多媒體教學環境是利用信息技術，在特定空間內開展的包括音視頻、燈光陳設、空間操作等一系列關于設備、系統、資源、交互等因素的教學活動的綜合。我國高等教育教學大多以群體面授的形式展開，教室規模、座位編排、課堂氣氛、師生關系和現代教學工具都是獨立存在又相互制約的關聯要素，必須有現代信息技術作支撐，并需要融入學習者的認知、情感、技能及協作，最終為教學改革和發展服務。經研究，教學場所的狀態對師生的身心和行為有直接影響。因此，教學環境要能激發學習情境，為與環境相關的行為提供智能幫助；要能充分發揮多媒體優勢，為活動效果提供智能保障。

1 滿足“教”、“學”及“教學交互”的智慧需求

多媒體教學環境在教育信息化中具有重要地位[2]。從傳統的板書、課件投影、多媒體信息呈現及遠程應用，到對教學環境集控制、安防、協調于一體的智能管理，教學環境發揮著支持整個教學過程和直接影響教學效果的作用。隨著信息技術的發展，教學環境儼然是以空間使用為基礎的綜合協作體系，視為管理控制平臺組成的數字化多媒體視聽應用群落[3]。由于現代教學環境是由多要素構成的復雜系統，媒體智能設備輔助教學的優越性越發凸顯，導致教育要求、學習個體需求及日常教學的高效管理需求越發迫切。因此，發揮多媒體實時交互的優勢、拓展學習方式、最大限度地開放和互通，便成為必然選擇。

（1）從教學交互過程分析，教室是學生接受系統教育的主要功能場所。有效的教學環境承載著現代化教學手段，并能夠正確引導學習。按照建構主義學習理論，通過環境建立的認知結構和意義，體現在“交互”是激發學習動機、激勵并保持學習主觀能動性、啟發學生開展積極思維的有效手段之一。進而，必須根據教室環境內的課堂教學互動距離、多媒體工具輔助效率、教學活動參與度等因素，來確認學習效果。

（2）從學習行為方式分析，學生認知、行為、情感及社會化參與的有機結合是構成學習行為方式的載體，而環境全方位刺激著教學的感官，形成“邊教邊學邊建立”的狀態。利用多媒體目標認知和重組信息的特點，讓學生通過“感知—概括—應用”的思維過程去發現知識、掌握規律，引導構建基礎知識體系，從而在多媒體教學環境中養成自主、探究及合作的精神，培養學生學習的態度、意識、能力和習慣。

（3）從運行管理效果分析，為滿足信息化教學的需要，各校不斷加大對多媒體建設的投入，而先進設備在網絡的支撐下，改善了教學環境，優化了資源利用率。然而調研結果顯示，國內一些高校多媒體教室的使用率在30%～70%之間，只有少數高校使用率在80%以上，管理的附加工作量、教學過程的操作負擔等問題并存。

綜上所述，必須建立科學的服務管理體系，利用多媒體教學環境有效支持教、學和交互效能，建立物聯、協同的教學管理系統和智慧化多媒體教室，進而有效構建智慧化管理模式。這其中，高水平的授課教師、精心組織的教學內容、自主學習的學生群體、高效率的協作互動，以及良好的師生關系、融洽的教學環境，是不可或缺的因素。

2 智慧型多媒體教學環境的特征

先進技術與教育模式相互影響，改變了學習形態與管理習慣。多媒體教學環境是教育信息化建設的重要內容[4]，其不斷優化促進了主動建構知識及能力的生成，使動態的交互過程圍繞學習目標展開并持續進行。智慧型多媒體教學環境是以往電子化教學環境的高端形態，其特征及因素分析如表1所示。全面感知的環境需要各種信息資源、認知工具、師生等因素的交互支持，當多媒體教學環境可以支持自主、探究、協作或問題解決時，就形成了智慧化的簡單過程，進而通過智慧化的因素介入，實現校園智慧化的服務和管理。

表1 智慧型多媒體教學環境特征及因素分析（從左向右演變）

近十年來，借助創新交互設備和環境感知智能技術的支持，越來越多的有關創新教學與學習活動的研究不斷涌現并趨于多樣化[5]，如視頻會議、微課、慕課、創課、國際高校聯合教學等形式的學習空間延伸至網絡虛擬空間乃至校外，使多媒體教學活動空間更具開放性。可見，智慧化的多媒體教學環境是一種面向管理的師生交互及行為配適的過程，也是通過開放式拓展資源支持和多種媒體集成的數據互通，并以自主選擇和智能推送來獲取信息，進而實現全面感知的教與學體驗。

二開放互通式多媒體教學環境的智慧干預

1 “開放互通”的干預方法

2015年，北京師范大學智慧學習研究院發布《智慧學習環境白皮書》，強調教室的智慧化管理的目的是使學習內容進一步適應環境的感知，并提出了智慧教室“SMART概念模型”[6]，從教與學的角度設立教學目標和問題導向。基于此，本研究引入智慧干預的方法，以開放的教學方式為信息共享提供條件保障，以互通的規范數據為教學環境覆蓋決策服務。

（1）以開放的資源創新教學方式

智慧校園建設的核心是提供智慧應用與服務[7]。學校資源從不同角度提供著大量的知識指導素材，便于隨時獲取和調用，而學生對學習內容和目標應自主地加以選擇。為滿足師生需求和體驗，必須建立良好的教學尊重和“情境”信賴：一方面，教學空間組織形式和密度對教學成效產生較大影響，直接干擾師生關系營造、協作學習反應和信息的交流過程，應根據課程專業定制和不同類型的多媒體教室，提供全面的智能感知環境和綜合信息服務平臺；另一方面，應通過系統集成、業務整合，以統一的信息門戶為各類用戶提供聯動的智慧應用，使校園各類資源信息在協調配置的同時，讓整個多媒體教學環境這個生態系統處于相對穩定的狀態，為智慧校園的建設提供安全可靠的環境。

（2）以互通的數據支撐教學環境

網絡是信息化的承載主體，更是“互聯網+校園”的保障，意味著與教學、管理、服務的深度融合，促使形成新的技術形態、數據形態、組織形態及關系形態。目前，高校跨校區、多樓宇、樓層分布廣的中控管理難度成倍增加，人員配備、設備選型與運行效率形成反差。為了保障教學行為能及時有效地實現資源的流通和共享，應充分利用新型互聯網，以有線、無線、VPN服務及專網全覆蓋的網絡環境為支撐，逐漸接納靈活、分散、共享、優化的異地即時的信息交流與協作管理，進行校內外融合實踐性活動，并將教學行為數據化、管理數據共享化、共享要素廣泛化，重新設計和調整教學環境。

2 “智慧干預”的實施策略

智慧化的教學環境并不是單純的多媒體教學設備的使用，而是面向“數字原住民”群體推出的智慧教育與體驗的策略。本研究認為，“智慧干預”的實施策略可理解為立足頂層設計和基礎架構之上，與各業務系統做到互聯互通，并合理配置資源、重組知識，對跨機構、多系統、眾業務的靈活介入提供支持。

（1）頂層設計、統籌規劃，建立“三位一體”指導體系

按照西北工業大學的信息化建設規劃，學校出臺了信息化建設、網絡與信息系統運行、用戶、安全等一系列相關的管理制度，把近五年的建設目標、重點突破任務、實施計劃及保障細則等內容按照業務各層次、各要素進行了節點劃分的統籌規劃。同時，以“學生域”為建設主線，強調教、學的設計和參與，加強跨部門有效資源的聯動機制，通過基本數據的清洗與整合，建成主題數據倉庫，為實施數據交換提供基礎數據服務，最終形成了頂層設計、標準規范、基礎數據庫“三位一體”的工作指導體系，使規劃可實施、可操作。

（2）需求牽引、標準先行，規范數據出入渠道

結合實際建設需求和學校發展狀況，西北工業大學參考《多媒體教學環境工程建設規范》，從供配電、網絡與建筑物理環境、音視頻系統、多媒體智能控制設備功能及互聯、數字語言學習環境、系統集成等方面，與校園統一接口；按照“域”的概念，將校園信息分成活躍的應用模塊，向相關業務部門展開意見征集，細化分級目標后分步建設，為保障數據安全，搭建集中存儲環境；當師生進入課堂環境后，感知設備會根據身份識別提供相應的服務，教學設備會自行啟動進入到待用狀態；針對跨校區，還建立了遠程故障解除和備份，使介入教學過程的行為可被隨時調用、挖掘，并提供決策支持，以逐步規范著校園信息的數據源與流向，并保證信息的唯一性、準確性和決策效率。

（3）教學為根本、體驗為原則，多媒體教學環境升級改造

多媒體教學設備是教學基礎建設的重要組成部分。在新技術的驅動下，應協同控制多種現代視聽、燈光幕布等設備，營造現場演示與實時交互的教學系統環境，以實現多媒體設備生命全周期管理的信息化，并形成常態的應對策略。西北工業大學根據近年多媒體教室的應用需求和教師問卷調查，于2014年提出開放式多媒體教學管理模式并啟用，跨校區新建246間多媒體教室，并在學校辦公室、信息中心、國際教育學院設置了視頻會議系統環境；多媒體教學環境課堂遵循一體化設計、智能化操作、統一化服務的理念，采用全開放式管理所有設備，只需校園卡便可實現一卡即時自助管理模式，如圖1所示。其中，中控講臺系統、無線藍牙耳麥、教室功能類型、定位錄播方式、服務器等均有維護和管理相應問題的智能對策，逐步形成了技術融合、終端融合、平臺融合的統一標準；在查看、對講、故障解除、秩序巡視、安全控制等方面，可實現遠程分工管理、跨校區實時監控及數據的抓取與統計，故提高了教學智能操作體驗，也為各類應用提供了基礎數據；教學過程數據則保存在感知系統中，既可作為教務管理的一線資料，為領導決策提供參考；又可持續為學校積累數據資產，推動智慧管控的實現。

圖1 西北工業大學多媒體教學環境課堂實時截圖

（4）提升教學、科研、管理的信息技術素養

為了提高教師的信息化能力和信息安全敏感度，使教師更好地掌控現代化多媒體環境，由學校信息中心牽頭，針對各學院、各業務部門信息員開展了階段性系列化信息安全培訓和主題講座，并定期發布信息安全簡報。學校還構建了“西北工業大學機構知識庫”，面向全校收集研究成果，其數據與學校“教師主頁”系統對接，形成信息化展示學校師資隊伍的智能平臺。

（5）建立分目標、任務驅動的工作機制

西北工業大學將“學生為根、育人為本、學者為要、學術為魂、責任為重”的辦學理念融入到信息化建設的過程中，關鍵環節把關，落實完成重點保障任務，建立了核心工作深度保障機制，并根據規劃統一部署各業務部門開展信息化建設，通過業務流程梳理和優化再造，推動信息系統的建設。另外，學校還建立了系統培訓機制，開展了經驗交流與推進會，以營造全校信息化建設的參與氛圍，使信息系統循序漸進地得以完善。

總之，西北工業大學構建了教學環境的主體特征，并通過智能化的教學管控與治理干預教學過程，讓教與學在可感知、可適應的環境中順利完成。

三智慧干預模型的構建

現代化基礎設施建設是辦一流大學和一流學科建設的條件之一，但國內高校多媒體教學環境發展至今，容易忽略現代化基礎設施建設的進一步設計與規劃。西北工業大學基于教務、教學、學習的日常業務重構與服務支撐協調，提出了開放互通式多媒體教學環境的“智慧干預”策略——以智慧化標準來規范教室的建設和環境的運行，以開放的資源獲取方式和互通的數據共享作為強大支撐，盡可能和諧地進行多媒體環境的管理和服務。在智慧校園的發展目標下，本研究基于開放、互通、感知，從資源調用、教學交互、無縫信息、數據標準、安全環境等五個維度，構建了“3點5維7S”智慧干預模型，如圖2所示。

圖2 “3點5維7S”智慧干預模型

圍繞發揮教、學和交互效應這一問題，“智慧干預”在提升教學策略、完善管理流程的同時，還包括以下干預表現：針對教學效果的預見探測、針對資源的收集調用、針對信息的服務推送和針對業務數據的協調管理，這是智慧校園持續運維的關鍵。

1 預見探測

教師運用多元的教學策略，培養學生的信息應用、溝通創造等關鍵能力，提升教學效能并形成評價，以有效支持學生學習，創新教學方式，并依托課堂交互、智能錄播、遠程協助、標準化考試等形成教學系統環境。

2 收集調用

學校信息化由資源、網絡、技術應用、人才、政策、法規和標準等要素構成，其中資源是核心，配置要合理。通過跨兄弟院校、跨校區、跨專業的教育云聯通，如西北工業大學、西安電子科技大學、西北大學三校聯盟，共同探索學分互認機制，并在統一的標準規范下形成地域輻射，使數字化資源豐富的、多種應用系統集成的、相關業務高度整合的校園智慧環境實現知識的無縫獲取和交流。

3 服務推送

聚合豐富的資源，覆蓋課堂內外全程，識別學習個體特征和情景，提供無縫互通的網絡通信，拓展校園時空維度，積極推進虛擬化與云服務“無形有感”的教學體驗。

4 協調管理

利用教學環境各類資源信息傳輸通道，設計相對獨立于校園網的教學環境專用網絡，搭建高效的智能化教學環境管理平臺。為此，西北工業大學加強實施統一的角色授權及身份認證體系，集成了全校主要業務的十大應用系統及業務數據庫主題集，并推行信息化規范與標準，加強業務流程及管理數據的整合、運維與服務，以實現資源的統一規劃和管理。

智慧干預要不斷拓展空間環境（如會議廳、圖書館、實驗室、機房、開放學習中心、室內外操場、展廳、博物館、教師發展中心等），創設能與教、學產生互動關系或知識信息傳達交互的場所。教學將適合的技術與有效的方法結合產生交互，當課程與資源固有的結構和模式被重組并向校園內外延伸，就形成了智慧校園的新關系形態，加速了校園的“開放”和“互通”。

四智慧教學環境的發展趨勢

高等教育具有培養人才、科學研究、服務社會的責任屬性，其體系下的教學環境始終要圍繞校園搭建這一平臺，構成教學行為的信息交互狀態——這種狀態必然以信息技術為支撐，以智慧干預為手段，以開放融合、眾創互通為核心，通過互聯網優化開放課程的建設，從建設、使用、管理上達到智慧標準。縱觀國際態勢，新加坡的智慧教育計劃強調利用信息技術來改變教學方式、開發全新的學習資源和評價方式，并建立個性化學習空間和國家范疇的教育基礎設施[8]；韓國的“智慧教育推進戰略”包含數字教科書的開發和應用、推進教學資源的公共利用、強化教師的智慧教學能力等；美國的智慧教育框架倡導個性化學習體驗，通過云課堂、交互社交媒體等平臺，實現海量數據的收集、過濾、分析和適應，并據此制定科學的教育決策。可見，智慧的管理方法能將數據統一集成并運行，給決策提供更多信息，允許各業務協作，能提高教育的可靠性和質量。經調研，本研究認為智慧教學環境的發展趨勢表現為：

1 結合學科專業進行統籌規劃

在日新月異的信息時代，智慧教學環境要結合學科專業進行統籌規劃，對各類設備及與教學活動相關的行為予以集中控制、安全維護和智能監管，有效采集動態信息，與“云網端”結合，實時解決和反饋教學過程數據并傳給桌面顯示系統或手機終端，實現多媒體管控的一體化。

2 通過多樣化載體優化教學呈現

教室布局及設備設施既要滿足教師的信息化多元需求，也要滿足學生對知識主動探究的需要；要利用生物識別技術進行身份認定和信息存取，并確保信息的安全、可靠、準確；要通過未來教室、云課堂、智能高清移動錄播、交互平板等載體，無縫接入資源及教學活動，采取包括遠程教學在內的多種學習方式。

3 建立學習者認知結構，體驗“云學習”

在實現設施維護自動化、設備控制集成化、課程錄編智能化、無線終端互聯化的基礎上，智慧教學環境應建立云資源支持下的學習者認知結構，并依托智能終端，利用具有互動探究特色和開放式可持續發展的個性化分布式學習系統，提供以知識學習為核心的共建共享服務。

目前，“互聯網+”成為了“十三五”教育信息化的新動力。可見，建立并推廣涵蓋教學環境、教學資源、教學方法、教師和學習者等各方面教學要素在內的智慧教育生態系統并形成良性循環，必須加速引導與推進，不僅要為教與學提供開放、互通的智能化體驗，也要為培養具有高階思維能力的人才提供有力支持。

[1]中華人民共和國教育部.教育部2015年工作要點[OL].

[2]周紅春,梁靜.新媒體傳播環境下高校教學方式的變革[J].中國電化教育,2013,(8):91-94、109.

[3]鐘曉流,李海霞,杜婧,等.多媒體教學環境標準解讀[J].電化教育研究,2013,(9):62-65、71.

[4]中國教育技術協會技術標準委員會.多媒體教學環境工程建設規范[M].北京:清華大學出版社,2011:10.

[5]王勝清.面向智慧校園的虛擬教室設計與大學教法創新[J].中國教育信息化,2013,(15):54-56.

[6]李深白.10個重點快速瀏覽《2015中國智慧學習環境白皮書》[OL].

[7]黃榮懷,楊俊鋒,胡永斌.從數字學習環境到智慧學習環境——學習環境的變革與趨勢[J].開放教育研究,2012,(1):75-84.

[8]陳耀華,楊現民.國際智慧教育發展戰略及其對我國的啟示[J].現代教育技術,2014,(10):5-11.

編輯：小米

The Wisdom Intervention of Interoperable Multimedia Teaching Environment——Taking Northwestern Polytechnical University for Example

CHU Jian-jie1WANG Cong2

For the colleges and universities that have a certain accumulation in construction of modern teaching environment, using wisdom education concept to guide the construction of campus information technology is a new way to optimize their multimedia teaching. By analyzing the necessity of wisdom education environment using wisdom intervention method, the paper definited the demands of the multimedia teaching environment in teaching interactive process, learning behavior and management effect. Moreover, the paper took Northwestern Polytechnical University for example, studied the wisdom intervention method and implementation strategy of open, interoperable multimedia teaching environment, constructed wisdom intervention model consisted of “3 points, 5 dimensions and 7S”, trying to provide sustainable, evaluable, decision-making thought for the transfer of wisdom education management system from application to service.

intelligence intervention; multi-media teaching environment; service management; application of educational technology

G40-057

A

1009—8097（2016）09—0066—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.09.010

本文受西北工業大學2014年高等教育基金重點項目“數字校園建設與創新發展研究”（項目編號：2014GJZ03）資助。

初建杰，副教授，博士，研究方向為多媒體交互與工業設計研究，郵箱為cjj@nwpu.edu.cn。

2015年12月30日