輔助外語教學的智慧教室功能設計研究

◎姚小挺 冒玲玲

（無錫商業職業技術學院 商學院，江蘇 無錫 214153）

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》明確指出，“信息技術對教育發展具有革命性影響，必須予以高度重視”。由此可見，教育的信息化是實現教育改革和發展目標的關鍵。而教育信息化的實現離不開教學場所（教室）的信息化。隨著物聯網技術的發展、大數據的應用，智慧教室的概念逐漸被引入外語教學改革探索之中。對智慧教室的功能設計及應用研究是外語教學改革的必經之路。本文將梳理智慧教室的發展歷程，分析智慧教室的概念內涵，結合外語教學對于教學環境的特殊要求，提出輔助外語教學的智慧教室功能設計，為輔助外語教學的智慧教室的建設及應用提供參考。

1 智慧教室的發展概述

教室是開展課堂教學活動的基本場所，為提升課堂的教學效果，人們不斷運用新技術、新設計來優化教室環境，豐富教室功能，進而提出了電化教室、多媒體教室、網絡教室、明日教室(ACOT)、智能教室、未來課堂等新穎的教室理念。1988年，國外學者羅納德·雷西尼奧首次提出了“Smart-Classroom”概念，受限于當時的科技水平，羅納德的智慧教室強調在傳統教室中嵌入計算機、網絡、交互式光盤播放設備、閉路電視、VHS程序等電子通訊設施設備。這一智慧教室雛形提升了教學效率與效果，具備了一定的實用性、創新性及趣味性，但功能結構過于簡單，缺少“智慧性”。

2008年，“智慧地球”概念提出后，國內外關于智慧教室的定義及功能設置出現了明顯的變化，物聯網、富媒體、大數據及人工智能技術在教育中得到不斷應用，智慧教室功能日益豐富、朝著智能化方向發展，逐步體現其“智慧性”。這期間，國內外代表性的案例有蘋果公司的“明日教室(ACOT)”，加拿大麥吉爾大學的“智能教室”，微軟的University of Szeged未來課堂項目，斯坦福大學的iRoom項目，清華大學的“智能教室”等。

2009年8月，時任中國總理溫家寶提出要在無錫建設“感知中國中心”。至此，依托于移動互聯技術的物聯網、云計算等新一代信息技術應用得到迅速推廣。隨著全面感知、泛在互聯、普適計算與融合應用等技術的突破，智慧社區、智慧家庭、智慧校園、智慧教室等新概念不斷涌現。我國的教育工作者也在不斷探索“智慧教室”的新內涵。2012年黃榮懷等認為智慧教室的智慧性體現在內容呈現（Showing）、教學管理（Manageable）、資源獲取（Accessible）、實時互動（Real-time Interaction）、情境感知（Testing）五個維度，由此提出了智慧教室的“S.M.A.R.T”概念模型[1]。這一概念模型全面地闡述了智慧教室的概念內涵，五個維度具體如下：（1）內容呈現突出了智慧教室的信息呈現能力，包括視覺和聽覺兩個方面。（2）教學管理體現了智慧教室對于整個教學環境及過程的管理功能。教學環境的管理包括：教學物理環境的管理（空間布局、設施設備、電器安全、溫度照明等）、教學仿真環境的管理（聲光電創設的虛擬場景）。教學過程管理包括教師課堂管理、學生學習過程監控、作業考試成績管理等方面。（3）資源獲取包含對有形的設備、無形的內容兩方面資源的獲取。有形設備是指支持教學活動的計算機、手機、平板、交互式白板、投影儀、擴音設備、實物展臺、VR設備、微課錄制系統等設施設備。無形的內容是指輔助課程學習的微課、課件、練習、測試、圖書、音視頻片段等在線學習資源。（4）實時互動的智慧教室讓人機互動、師生互動、生生互動變得更加自然、便捷。觸摸、手勢、視覺、語音等交互方式將替代鼠標鍵盤，進一步優化互動體驗。采用移動互聯技術消除時空障礙，實現時時互動、處處互動。智慧教室的互動跟蹤功能將記錄、儲存互動軌跡，為學習分析提供依據。（5）情境感知是指對教室的物理環境、學生的學習行為的感知能力。情境感知功能是智慧教室的神經系統，為智慧教室的物理環境、任課教師的教學活動、參與學生的學習安排提供調節、設計、調整的依據。

智慧教室的“S.M.A.R.T”概念模型全面闡述了智慧教室的內涵，為智慧教室的發展指明了方向，為智慧教室的功能設定提供了依據。本文將依據“S.M.A.R.T”概念模型，根據外語教學對教學環境的要求，探索輔助外語教學的智慧教室的功能設定。

2 外語教學對教學環境的新要求

外語教學環境是影響外語教學的重要因素。國內外著名學者對外語學習環境在二語學習中的作用高度重視。美國學者Rod Ellis曾指出,影響第二語言習得的三大因素有：內部環境因素(internal factors)、外部環境因素(external/environmental factors)與個體差異(individual differences)[2]。我國學者戴棟偉、束定芳也曾經將影響外語學習主要因素界定為:學習者的個人因素、學習的過程因素以及學習的環境因素。信息時代背景下，人們對外語教學的環境也有了新的要求：

2.1 智能調節教室環境的要求

研究表明，教室中的溫度、濕度、燈光等物理環境會直接影響師生的身心狀態，進而影響教學效果。單調的教室的空間布局、“秧苗式”桌椅擺放已經不能適應以學生為中心的，互動式教學課堂的要求。人們希望智慧教室能夠根據師生的教學需求，智能調節教學環境。而物聯網技術的應用也使之變得可能。

2.2 自動管理教室設備的要求

目前，多媒體網絡技術、信息通信技術等現代教育技術已經大量應用到外語的日常教學中，教室中的各類設備日益繁多。師生人工操作、維護這些設備需要耗費大量時間和精力。人們希望整合這些教室設備功能，集中自動控制，在智慧教室中實現設備的自動管理。

2.3 科學管理海量資源的要求

隨著翻轉課堂的興起，網絡教學平臺的使用，微課在外語教學中得以推廣，海量的富媒體形式的教學資源迫切需要得到科學的管理。

2.4 創設外語學習場景的要求

外語學習場景的需求來自于沉浸式外語教學的興起，所謂沉浸式（Immersion）外語教學是指通過創設仿真的外語學習場景，使用外語作為教學語言的教學模式，讓學生“浸泡”在仿真的外語環境中，自然習得外語的教學模式。沉浸式外語教學興起于加拿大，在歐美等諸多發達國家得到成功應用。沉浸式外語教學需要創設仿真的外語學習場景，讓學習者置身于語言應用的實際環境中，用仿真的場景激發學習者學習語言的興趣，提高學習效果。

2.5 輔助教師管理教學的要求

教育信息化的發展趨勢，各種新技術在外語教學中的應用，讓教師可以通過計算機控制的軟硬件、手機及其APP應用來實現對考勤、提問、互動、作業、測試、成績、評價等各方面的管理。教師也需要對其個人的課程資料、教師間的協同工作進行管理。

2.6 個性化智能導學的要求

外語學習需要根據學生個體的外語基礎、學習能力制定符合個性的學習計劃，遵循二語學習的一般規律，全方位記錄、監督學習過程，及時督促學習進度，才能達到良好的學習效果。這就需要智能教室具有個性化智能導學的功能。

2.7 輔助學生自主學習的要求

自上世紀末，H.Heloc將自主學習引入外語教學以來，外語教學中的自主學習模式得到廣泛應用，自主學習的實踐也取得了很大成功。而學生的自主學習涉及自主學習資源的管理、自主學習進度的制定及監控、自主學習成績的評定，以及教師對自主學習的指導等多個環節。這些環節不能完全依賴于教師的管理，而是要求配套的軟硬件設備，智能化的輔助學生自主學習。

2.8 支持課堂內外互動的要求

外語學習需要大量的操練，操練離不開師生之間進行大量的互動活動。外語學習中的互動活動也有利于激發學生的學習興趣，改善學習效果。而且現代外語課堂已不再局限于課堂內的師生問答，而是拓展到人機互動（游戲、程序）、生生互動、線上互動、課堂內外連線互動等多種形式。而這些豐富的互動形式需要智慧教室具備相應的功能，才能實現。

3 輔助外語教學的智慧教室功能設定

智慧教室是革新外語教學環境，提升外語教學效果的最佳工具。根據上述的需求分析，設定如下功能模塊，滿足外語教學的新要求。

3.1 感知反饋功能

感知功能是指敏銳感知教室的物理環境及學生的學習行為的功能。空氣、溫度、濕度、光線、聲音、顏色、氣味等是環境的物理因素，這些因素直接影響教師和學生的身心活動（李秉德，1991）。物聯網技術的應用讓智慧教室具備感知功能變得可行。通過智慧教室實時監測教室的環境參數，為環境調節提供依據。學生的學習行為感知是指獲取學生的操作記錄、互動情況、學習軌跡、情感表現、位置姿態等方面的數據，為學生的學習行為調節，教師的教學及指導提供依據。

3.2 設備管理功能

設備管理功能是指智慧教室的所有設施設備都具有較強的可管理性。智慧教室能夠按照人們的需要，在全自動、半自動、人工三種模式下對教室的空間布局、設備的狀態開關、環境的調節控制、場所的安全防范等進行有效的管控。在空間布局上，智慧教室能夠根據外語教學需要靈活布置桌椅空間，消除傳統“秧苗式”布局的被動性和局限性。設備管理上，智慧教室能在教學活動開展前后，自動開關所需設備（網絡、計算機、空調、照明、多媒體演示等），遇到突發故障，自動調用備用設備，并向設備管理部門發送維修信號。環境調節上，智慧教室能夠根據預設的程序，按照教師的要求，調用不同的環境模式，通過對燈光、溫度、濕度、空氣等控制調節教室的環境舒適度。場所的安全防范上，智慧教室配備監控安防設備，集安防、消防、自動應急處理等功能于一體，保證教室環境的安全性。

3.3 資源管理功能

這一功能包含有效制作、轉換、管理及使用富媒體形式資源的各項子功能。智慧教室中需配備的音視頻采集設備，方便教師錄制微課，并通過后臺處理軟件編輯音視頻，形成優質的顆粒化教學資源。資源形式之間通過智能軟件，相互轉換，方便外語學習。比如，通過科大訊飛的語音識別技術，將外語文本材料轉換為標準的朗讀音頻材料。同時，為保證資源的共享性，對于海量資源，采用云端管理的方式。并應用大數據分析，根據學生的個體水平、興趣喜好，個性化地向學生推送資源，讓學生個性化、定制式地使用學習資源。同樣，對于教室，智慧教室的資源管理軟件在搜索引擎的幫助下，能夠為教師管理、調取資源提供極大的方便。

3.4 創設情境功能

這一功能是指智慧教室通過各種技術手段，創設外語學習的虛擬場景，幫助教師更好地實現情境教學。（1）聲光電技術創造主題氛圍。智慧教室通過預設的程序，自動調節聲光電設備，通過制造聲場環境、色彩場景、光線背景，渲染外語學習的主題，尤其適合外語情景劇的表演。（2）三維環幕展示技術、藍幕摳像技術置身場景之中。將三維環幕與藍幕摳像相結合，先利用藍幕摳像讓教師或學生置身于虛擬的場景，再通過三維環幕展示出來，創造視覺的外語學習情境，特別適合外語演講、商務外語訓練中的產品演示（3）無線互聯技術超越空間限制。通過無線互聯技術，將手機、教室的電腦、多媒體演示系統互聯互通，實現教室內外場景的自由轉換，將涉外乃至外國的工作現場、旅游現場、生活現場直播到智慧教室之中，并進行連線交流。（4）VR虛擬現實技術。通過VR設備，向學生展現虛擬的國外生活現實，讓學生領略外國文化。

3.5 教師管理功能

這里的教師管理主要是指教師對教學資料、教學過程以及學生的信息等教學常規上的管理。這一模塊主要通過數據庫的數據存儲、數據檢索、數據分析，最終生成報告來實現。智慧教室通過感知反饋功能，搜集師生全方面的教與學的信息，依據教師的各項學習指標設置，管理學生及課堂并記錄教學過程，最終生成教學評價報告和學生的學習評價報告。

3.6 智能導學功能

智能導學是指教室的云端管理平臺，在感知、反饋學生的學習狀態后，根據教學目標，智能選擇與之相匹配的學習資源，并根據二語學習規律制定具體的個性化學習計劃，全程追蹤學習過程，及時給出糾偏提醒，進而全程監督、指導學生學習。

3.7 學生助學功能

這里的助學功能主要體現在輔助自主語言學習功能方面。智慧教室的云端管理平臺將結合其資源管理功能，按照教學計劃，根據學生的興趣喜好，設定科學的自學計劃，監督學生在課外進行大量的外語聽說讀寫譯操練，并記錄自學軌跡，作為評價的依據之一。

3.8 實時互動功能

智慧教室采用觸摸、手勢、視覺、語音等交互方式替代鼠標鍵盤，進一步優化互動體驗。通過智慧教室的云端管理平臺，將電腦程序、手機APP，應用于實現課堂內外、教室內外的多種形式互動：人機游戲互動，輔助單詞記憶；師生線上交流互動，實現課外答疑；生生之間多媒體交流互動，實現同伴督促分享，互動功能讓外語學習更有趣、也更有效。

4 結論

智慧教室的功能應用將改變傳統的外語教學模式，擴展外語教學空間，提高外語教學效率，給外語教學帶來革命性的影響。本文在吸取現有理論成果的基礎上，將智慧教室的設計與語言教學的需求緊密結合，讓智慧教室的先進功能來解決傳統外語教育中的眾多弊端，讓教室環境更健康舒適，讓教室的設備更易于操作，讓學習的資源更豐富好用，讓英語學習的場景更形象逼真，讓教師的管理更簡便科學，讓系統的導學更符合規律，讓學生的自學更自覺有效。這些功能將會改善外語教學效果，具有較高的實際應用價值。

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