基于工作流2.0的智慧教室設計與研究

殷莉　陳益均

摘 要：本研究在梳理了國內外有關智慧教室研究成果的基礎上，分析校內各相關部門的職能，促成以業務流程為中心，以服務師生為導向，整合分散功能模塊，在智慧教室的全生命周期中引入工作流引擎，構建設備易管理、功能可伸縮、流程可配置的混合式學習平臺和智慧學習空間，實現資源共享和部門間的高度協調，從而提高教學管理水平，推動學校教育信息化發展。

關鍵詞：智慧校園；智慧教室；工作流；教育信息化

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2016）22-0019-04

一、引言

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》[1]指出了教育信息化對國家信息化整體發展的戰略意義，要高度重視信息技術對教育發展的革命性影響，加快教育信息化進程。隨著物聯網、云計算和大數據等新技術的興起，具有智慧技術、智慧管理和智慧應用等特征的智慧教室成為教室建設新的熱點。建設以需求為導向的智慧教室系統，處理好教育與技術、教育信息化與教育技術的關系 [2]，對于解困目前智慧校園建設、消除多媒體教學面臨的困境、促進學生創新能力的提高以及變革信息時代教學方式具有重要意義。

二、智慧校園的興起及研究現狀

1.智慧校園

智慧校園是數字化校園發展到一定階段的產物，“智慧”一詞源于2008年11月IBM提出的“智慧地球”概念，專家學者從各自的研究領域對智慧校園進行了不同的詮釋。計算機科學專家突出智慧校園的智能感知和技術支撐功能，認為智慧校園是以物聯網和云計算為基礎的，將物理基礎設施和IT設備互聯的信息化應用模式[3]；教育技術學專家側重教學平臺、教學資源、教學過程和教學管理等信息化，構建智慧學習環境與智慧課堂，推動學校教學改革，提高人才培養質量[4]；教育信息化管理專家側重智慧校園的應用和服務，認為智慧校園是具有高度感知能力、協同能力和服務能力的有機整體，是建設覆蓋學校所有核心業務的教育管理信息體系，構建智慧校園，提供全生命周期、一站式的服務平臺[5]。筆者認為，智慧校園是以物聯網為基礎，將學校的教學科研、管理服務與校園資源和應用系統充分融合，基于深度的數據挖掘與分析，堅持服務為本，以應用為導向，以BYOD（Bring Your Own Device）方式提供智能化、一站式的管理與服務過程支撐，其核心特征是將基于移動互聯的信息化服務融入學校的各個服務領域，實現互聯和協作，為學校與社會提供相互交流和感知的接口，為師生提供全面的智能感知環境和綜合信息服務平臺，提供基于角色的個性化定制服務[6]。

多媒體教室是開展現代教育技術和教學活動的重要平臺， 隨著需求的擴展，多媒體教室在內涵上不斷延伸，涉及多個領域，所應用的技術多樣化和復雜化，多媒體設備集成化、智能化和開放化。國外學者有從交互式學習環境定義的[7][8]，也有從中控集成管理定義的[9][10]，黃榮懷等[11]提出“SMART”概念模型，認為智慧教室是充分利用網絡技術、傳感技術、人工智能技術和富媒體技術構建的一種智慧學習環境，其智慧性體現在內容呈現（Showing）、環境管理（Manageable）、資源獲取（Accessible）、即時互動（Real-time Interactive）和情境感知（Testing）五個維度。聶風華[12]等進一步提出了“iSMART”系統模型，認為智慧教室是為教學活動提供智慧應用服務的物理空間及支撐軟硬件裝備的總和，以智慧技術來提供智慧服務，由基礎設施（Infrastructure）、網絡感知（NetworkSensor）、可視管理（Visual Management）、增強現實（Augmented Reality）、實時記錄（Real-time Recording）、泛在技術（UbiquitousTechnology）六大系統組成。綜合國內外智慧教室已有的概念，本文作者認為智慧教室是智慧校園的重要組成部分，是利用當今先進的計算機技術和教學理念，提高基礎設施的感知能力，創新設計教學活動的規劃、組織和考核流程，構建設備易管理、功能可伸縮、流程可定制，促進個性化學習和泛在學習的平臺和智慧學習空間。

工作流的概念起源于生產組織和辦公自動化領域，工作流管理聯盟（Workflow Management Coalition） 對工作流的定義是一類能夠完全或者部分自動執行的經營過程，它根據一系列過程規則，使文檔、信息或者任務能夠在不同的執行者之間進行傳遞與執行[13]。工作流分析業務過程，抽象出業務本質特征，將業務過程劃分為任務組，描述了每個任務的輸入輸出參數，整合工作流程中的相關資源，管理各項任務的邏輯、規則和條件，按照預設工作流調用和監控相關資源，實現業務處理過程自動化、程序化管理[14]。工作流2.0則實現流程管理自動化、智能化和整合化，消除信息孤島，基于業務實現流程引擎靈活地、個性化地動態配置。

2.國內外研究現狀

教學方式從口手相授→計算機輔助教學→在線學習→混合式學習，學習環境也相應進行著變革，從僅有普通黑板和課桌椅的傳統教室→具有幻燈機和電視的視聽教室→具有計算機、投影和功放等設備的多媒體教室→采用無線通信、普適計算和物聯網等技術的智慧教室。

由于技術水平和教育理念的差異，各國對智慧教室的研究側重點并不一致，主要集中于智能教室的實現技術、應用效果、實現功能以及未來課堂研究等幾個方面。智慧教室在英文中有“Smart Classroom”和“IntelligentClassroom”兩種翻譯，以這兩個關鍵詞在IEEE 數據庫中檢索到近十年（2005-2014）共刊發論文392篇，以“智慧教室”和“智能教室”為主題在CNKI中共檢索到論文80篇，從檢索到的文獻看，國外智慧教室研究最早要追溯到1988年羅納德·雷西尼奧提出的“Smart-Classroom”，國內對此項研究主要集中于2008年IBM提出“智慧地球”之后。國外具有代表性的研究有：迪堡大學的DEBBIE項目針對課堂筆記的自動化的研究，喬治亞理工學院的Classroom 2000 、加拿大麥吉爾大學的Intelligent Classroom 、康奈爾大學的 Lecture Browser對記錄課堂教學過程進行研究，亞利桑拿州立大學對促進協作學習進行研究，美國西北大學對設備控制技術進行研究，多倫多大學知識媒體設計研究所的ePresence項目對遠程教學進行研究[15]，國內具有代表性的研究有：黃榮懷提出的“SMART”概念模型，陳衛東對智慧教室功能和技術設計方面的研究，葉新東和許亞峰對設計研究主題方面的研究，胡衛星對應用研究主題方面的研究，普旭對智慧教室評價方面的研究[16]。

三、 基于工作流的智慧教室的設計

1.設計理念

現階段，教學模式改革不能簡單的考慮學習者、教學者、資源或者是學習環境，而是要充分利用智慧校園的理念，整合多方資源，將校內教學環節中的人和物綜合起來，處理好整體與局部的關系，走可持續發展之路。智慧教室關系到教學計劃的制訂、課程教學安排、課外活動管理、教學質量考核和學習評價等諸多方面，智慧教室的角色已經從邊緣到中心，成為核心的支點，各個職能部門和教學單位轉為幕后，為工作流中的各個環節提供必要的技術支撐和流轉控制。因此，要充分運用新興信息技術和教育理念來提高師生的信息化素養，將應用與學科、管理結合，采用數據分析和數據挖掘技術，建立多元評價機制。

（1）頂層設計，提高信息化意識

高校教育信息化包含教學基礎平臺、教學資源、教學過程和教學管理等信息化，將信息技術與教育理念相結合，使教學的所有環節信息化，從而不斷創新教學模式，提升教學內涵，擴大教育覆蓋面，促進教學資源有效利用，提高教學質量[17]。該工程是一項系統的、長期的工程，涉及學校眾多職能部門，面向全校師生，因此，做好頂層設計，建章立制，從機制體制上進行保證，確保項目的可持續性。改革涉及到專業設置，課程設計，教學組織，學時安排，評價機制等多項工作的重組，協調好多方關系，建立新型的教學管理，研究教學理論，將理論與實踐相結合，建立教學模式更新的循環和迭代機制，適應新技術的發展。解決當前學校數據分析和輔助決策上的不足，以學校在辦學過程中積累的大量原始數據為基礎，通過數據交換平臺，構建大數據中心，實現對數據的高層次分析。

（2）提升教學基礎設施配置，推行精細化管理

教學基礎設施是學校日常教學活動的基本條件，同時也為教師提供新技術和新教法，為課程教學改革提供技術支撐。因此，需要進一步提升已建設的智慧教室配置，整合資源，建設全覆蓋的標準化考場和常態化錄播系統，建設常規教學、多媒體教室管理、安防監控、課程錄播和督導聽課一體化系統。

優化流程，與教務系統對接，簡化現有教室管理流程，依據學校安排的課表操作，教室的多媒體設備只能由任課教師在學校安排的時間、地點通過刷讀本人的校園卡控制開啟使用設備，從而實現教室管理智能化，大大方便了教師，減少了管理人員的工作負擔。實現教室內設備的精細化管理，科學統計投影機的工作時間，及時更新設備，確保高質量的投影效果；通過預約系統，簡化學生課外活動使用多媒體的流程。

（3）重塑教學流程，構建混合式教學體系

以多媒體教室為支點，構建課堂多媒體教學、在線網絡學習和翻轉課堂等多種教學形式的混合式教學體系。利用全覆蓋的常態化錄播教室，在不改變現有授課情況下，由教師自主的進行資源建設，錄制的視頻可用于新教工授課的自我檢查，自己編輯制作微視頻，學生選課的預覽參考等。通過多輪授課，形成自己的體系，經過培育和指導，最終形成精品微課和精品視頻公開課。

（4）加強教師信息化培訓，樹立新的教學理念

教育信息化不是簡單的將信息技術運用到學科，而是教育理念和教學模式的變革，教師信息化教育能力是提高教育質量和教學效率的關鍵，教師專業技術水平、職業道德和信息化素養是考核教師能否勝任工作的重要指標，因此，要對教師進行多方式、持續化的信息化培訓，把教師應用信息技術能力作為教師業務能力的基本要求，加強利用信息技術改造教學方法，提高教學質量，推進教學改革的理論和應用等內容的培訓，將教育技術能力評價結果納入教師評價體系。

2.總體框架

按照可持續發展的理念，將智慧校園按照全生命周期來規劃，如圖1所示，整個過程分為建設和運行兩大部分，采用工作流引擎，從任務的發起到終結，按照各部門的職能劃分進行主工作流的創建，在關鍵環節根據職能部門的管理需要進行子工作流的創建，在工作流中涉及硬件感知設備和應用系統，均使用自動化程序智能地主動響應。同時，工作流能夠根據不同的要求進行調整配置，實現個性化服務。

建設的第一發起人是教務處，根據學校在校生人數、開課數、生均座位數等指標進行全校智慧教室數量的規劃，現代教育技術中心作為學校的信息化部門，根據教務處提出的建設要求，進行智慧教室技術的調研和方案制定，根據當前的新技術制定招標方案。方案提交設備處審核，由招投標管理辦公室進行招標，現代教育技術中心負責施工過程的管理，最終由設備處組織教務處、財務處、審計處和現代教育技術中心等職能部門的相關人員組成的小組對項目進行驗收，驗收合格后，全部交現代教育技術中心進行運維。

運行部分細分為申請、使用、分析和保養。教室交付后，現代教育技術中心將全校的教室作為一個統一的資源池，任何需要使用教室的行為都以現代教育技術中心為入口。首先，使用教室必須提出申請，經相關管理部門審核同意后分配教室資源，使用完成后，及時回收資源，并對使用過程中采集的各種數據和資源進行分析和利用，對教室進行常規的保養和故障的處理。在教學過程中進行混合式教學的技術支撐，指導教師進行微課等教學資源的制作，提供資源平臺統一管理，并對全校師生開放，實現從設計、輔導、創作、使用、提升再到設計的閉環流程。

3.模塊設計

使用教室的過程中，權限管理和記錄保存是兩項重要的工作。如圖2所示，權限管理是刷卡人員在該時段是否具有該教室的使用權，包括卡介質是否合法、人員信息是否合法以及使用權是否合法，同時對刷卡記錄和設備使用信息進行詳細準確的記錄，實現考勤管理、教學質量管理和設備更新等決策分析。為確保數據的準確性和一致性，按照權威數據由相應職能部門產生、維護和推送的原則，利用數據交換工具，分別由人事系統、教務系統和一卡通系統將教師數據、學生數據和校園卡數據同步到本業務系統中，并設定同步機制，確保數據的一致性，也便于后期進行數據統計和數據挖掘的準確性。

刷卡使用教室，分為教學安排和學生課外活動的申請，首先確定卡的合法性，排除掛失卡等異常卡，然后確定設備使用權限，主要依據是根據課表和課外活動使用申請表，根據校園卡取得用戶信息，如果是教師身份，則根據課表和非常規教學活動申請表來判定。每學期初，教務處根據教學計劃、教學任務和多媒體教室數據，一次性排定常規教學任務課表，同時，為解決學期中調課情況，利用數據交換工具將教學系統和智慧教室管理系統實時同步，如果出現調課，需要根據非常規教學活動來確定是否有合適的資源可調配。課外活動使用教室需要在使用前進行申請和審批，采用可靈活配置的工作流引擎制定工作流表單，簡化流程，鼓勵學生的課外活動。提出申請使用智慧教室資源的學生必須是經過信息化培訓，申請提出后，由班主任或輔導員對活動內容進行審核，再由系統根據申請活動內容、空閑教室情況和設備的使用狀況，由系統自動分配資源。最終，將所有持卡用戶使用智慧教室資源的記錄存放到使用記錄表中，通過數據圖表的形式展現給管理部門和決策者。

智慧教室采用集安防監控、督導聽課和常態化錄播于一體的視頻系統，在滿足平安校園時，教學督導組利用系統，根據分配的權限，實時聽課，不僅解決了奔波教室的勞累，而且解決因工作原因未能按時聽課的領導可以通過事后調看錄像進行觀看，同時在系統中能給出聽課意見，及時反饋給授課教師，便于及時改進。授課教師能夠進行授課過程的常態化錄制，授課完成后上傳到資源平臺，教師通過回看視頻進行教學改進，利用資源平臺工具進行發布微視頻，滿足學生混合式學習需求。

四、 結束語

教室已進入全面智慧化建設階段，要充分運用先進的教育理念和以人為本的服務宗旨，從物聯化、集成化、智能化出發，加強智慧化教學環境和優質共享資源建設，分析研究新形勢下教學工作面臨的新任務新要求，深入思考師生關系、教學過程組織和現場教學管理等問題，將新的教育思想觀念貫穿到教學過程及教學管理實踐中，落實教學改革和質量提升工程，提高人才培養質量。

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（編輯：郭桂真）