智慧教室的設(shè)計(jì)構(gòu)建探究

司海峰++梁艷++岳桂貞

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.241

摘 要：在當(dāng)前教育信息化背景下，許多學(xué)校的學(xué)習(xí)環(huán)境與新時(shí)期需求之間存在著較大差距?；谶@些差距，提出了“智慧教室”的設(shè)計(jì)構(gòu)想。文章通過分析智慧教室的設(shè)計(jì)思路和系統(tǒng)模型，并結(jié)合學(xué)校的實(shí)際情況，著重討論了智慧教室的構(gòu)建方案和具體實(shí)現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：智慧教室 設(shè)計(jì)構(gòu)建 實(shí)現(xiàn)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0241-03

從信息社會的發(fā)展趨勢來看，人類已經(jīng)進(jìn)入“智慧化”時(shí)代?！爸腔鄣厍?、智慧城市、智慧社區(qū)”等構(gòu)想紛紛出爐，“智慧化”已成為大家共同的發(fā)展方向。在這一背景下，對肩負(fù)著人才培養(yǎng)和科學(xué)研究雙重重任的高校來說，“智慧校園”構(gòu)想也被提了出來。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”政策的助推下，“智慧校園”建設(shè)已成為當(dāng)前高校信息化的主流。而“智慧校園”建設(shè)的重點(diǎn)則是“智慧教室”的建設(shè)。

北京師范大學(xué)黃榮懷教授認(rèn)為：在傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、富媒體技術(shù)及人工智能技術(shù)充分發(fā)展的信息時(shí)代，教室環(huán)境應(yīng)是一種能優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學(xué)習(xí)資源獲取、促進(jìn)課堂交互開展，具有情境感知和環(huán)境管理功能的新型教室，這種教室即為智慧教室。

對廣大學(xué)校來說，如何構(gòu)筑智慧學(xué)習(xí)環(huán)境以適應(yīng)信息時(shí)代下的需求，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)方式的變革，如何實(shí)現(xiàn)真正的教育信息化，已成為當(dāng)今教育技術(shù)研究迫切需要解決的深刻課題。

1 當(dāng)前學(xué)習(xí)環(huán)境與新時(shí)期需求存在的差距

在我國，大規(guī)模的教育信息化建設(shè)始于本世紀(jì)初。經(jīng)過十余年的發(fā)展，教育信息化已經(jīng)被廣泛推廣和普及，教育信息化水平也得到了很大的提高。但同時(shí)我們也應(yīng)該清醒認(rèn)識到：仍有不少學(xué)校的整體信息化水平偏低，教育還停留在“回憶、理解和應(yīng)用”等低級認(rèn)知階段，與信息化教育的總體目標(biāo)還存在著較大差距。

具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施方面：作為主要教學(xué)場所的教室，布局單一，缺乏個(gè)性、缺少特色，不利于師生互動(dòng)交流，難以開展靈活多樣的教學(xué)活動(dòng)； 教室的網(wǎng)絡(luò)配置，既不能滿足教師對信息的多樣性需求，也難以滿足學(xué)生對知識深入探究的需要。

（2）教學(xué)方面：一般教室只安裝了大屏幕投影，使得不少教師只顧看著屏幕讀課件，很少進(jìn)行師生互動(dòng)。而且多媒體投影的顯示特點(diǎn)是片段化、比較離散，所展示內(nèi)容不連續(xù)，容易造成學(xué)生理解與授課線索間的不同步。

（3）管理方面：各類教學(xué)教輔設(shè)備管理維護(hù)水平偏低，仍停留在人工管理階段，談不上智能化管理。一旦出現(xiàn)故障，排查方式又非常落后，經(jīng)常事倍功半，效率極低，而維護(hù)管理成本卻居高不下。

2 智慧教室的設(shè)計(jì)

2.1 智慧教室的設(shè)計(jì)思路

智慧教室經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)從當(dāng)初的“單一設(shè)備智能化”和“設(shè)備控制智能化”發(fā)展到現(xiàn)在的“教學(xué)系統(tǒng)環(huán)境智能化”這個(gè)階段。所以，智慧教室的設(shè)計(jì)應(yīng)該從技術(shù)實(shí)現(xiàn)和空間規(guī)劃兩個(gè)方面入手，構(gòu)建一個(gè)充滿人性關(guān)懷、各構(gòu)成要素和諧共存的教學(xué)環(huán)境。比如空間設(shè)計(jì)方面，傾向于使用分布式空間布局、對講臺及學(xué)生桌椅進(jìn)行動(dòng)態(tài)組合、室內(nèi)色彩搭配要有豐富變化等；在技術(shù)實(shí)現(xiàn)方面，要對各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行綜合分析，將各種軟、硬件技術(shù)運(yùn)用進(jìn)去，比如對教學(xué)環(huán)境和各種設(shè)備的智能控制、泛在的網(wǎng)絡(luò)接入、各種智能管理平臺的搭建等。

另外，還應(yīng)該將具體學(xué)科的教學(xué)特點(diǎn)考慮進(jìn)去，讓智慧教室與教學(xué)模式緊密結(jié)合，這樣才能做到“教、室”合一，相輔相成。

2.2 智慧教室的系統(tǒng)模型

通過對智慧教室的應(yīng)用定位和構(gòu)想設(shè)計(jì)，構(gòu)建出智慧教室的相應(yīng)系統(tǒng)模型，該模型大致包含以下七大系統(tǒng)。

（1）教學(xué)交互系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由帶電子白板功能的觸控投影一體機(jī)、音響設(shè)備、話筒拾音設(shè)備、問答器及相關(guān)軟件組成。這樣可以在課堂教學(xué)中方便地實(shí)現(xiàn)師生交互。

（2）身份管理及考勤系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由安裝于教室門口的RFID考勤機(jī)、身份識別SIM卡及相關(guān)軟件組成，其中SIM卡上可使用RFID標(biāo)簽存儲個(gè)人信息，形成RFID-SIM卡，通過此卡來實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證和考勤管理。

（3）設(shè)備管理系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由RFID讀卡器、標(biāo)簽、及相關(guān)軟件組成。該系統(tǒng)不光用于教室，還可用于實(shí)驗(yàn)室，將室內(nèi)的各種設(shè)備儀器貼上RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽內(nèi)存有設(shè)備的相關(guān)信息，這樣便于對設(shè)備進(jìn)行管理和監(jiān)控。

（4）燈光控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由亮度傳感器、燈光控制器、窗簾控制系統(tǒng)及相關(guān)軟件組成。通過感應(yīng)室內(nèi)亮度，來控制燈光照明及室內(nèi)窗簾處于打開或關(guān)閉狀態(tài)。

（5）溫度控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由空調(diào)電源控制器、溫濕度傳感器及相關(guān)軟件組成。通過監(jiān)測室內(nèi)溫度和濕度，并對比預(yù)設(shè)閾值來決定空調(diào)的制冷和制熱，以及是否需要除濕。

（6）通風(fēng)換氣系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由排風(fēng)扇、空氣傳感器及相關(guān)軟件組成。通過空氣傳感器監(jiān)測室內(nèi)二氧化碳濃度，并對比預(yù)設(shè)閾值，以決定是否自動(dòng)開啟排風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)換氣。

（7）視頻監(jiān)控系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要由攝像頭及相關(guān)軟件組成。在教室內(nèi)安裝攝像頭，以監(jiān)控人員及資產(chǎn)設(shè)備的進(jìn)出情況，所采集影像實(shí)時(shí)傳送到終端顯示屏上，并同步存入電腦，為實(shí)時(shí)監(jiān)控或事后查證提供依據(jù)。

2.3 智慧教室的具體實(shí)現(xiàn)

下面以西安思源學(xué)院為例，談?wù)勚腔劢淌业木唧w實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)西安思源學(xué)院的日常教學(xué)狀況，以及教學(xué)改革要求，確定智慧教室要適用于教學(xué)中的師生互動(dòng)交流、課堂內(nèi)外的小組討論、還有精品課程錄制及遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)等。為此依托學(xué)校已經(jīng)建成的校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和教室控制中心，進(jìn)行相應(yīng)的智慧教室構(gòu)建，其整體架構(gòu)見圖1。

該架構(gòu)主要包括網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境、多屏互動(dòng)系統(tǒng)、移動(dòng)式空間環(huán)境和教學(xué)輔助系統(tǒng)四個(gè)部分。

（1）網(wǎng)絡(luò)支持環(huán)境：借助校園網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上搭建起基于RFID子網(wǎng)和傳感器子網(wǎng)的校園物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，全面實(shí)現(xiàn)各類終端設(shè)備之間的互聯(lián)互通，為智慧教室的建立構(gòu)筑支撐平臺和人性化的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（2）多屏互動(dòng)系統(tǒng)：教室里應(yīng)該配備交互式顯示終端、源于同一PC的組合投影、可交互式電子白板及平板電腦等。教師利用多屏的連續(xù)顯示特點(diǎn)，可以增加所講授知識的前后銜接性，使學(xué)生在腦海里建立起緊密的知識關(guān)聯(lián)，從而有效促進(jìn)學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解和記憶。另外，學(xué)生還可以根據(jù)各自需求，選擇不同的顯示終端和內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，也可將自己的學(xué)習(xí)成果投影到顯示終端上，供大家分享和討論，營造出一個(gè)合作交流、互助自主的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（3）移動(dòng)式空間環(huán)境：教室布局應(yīng)該合理，色彩搭配應(yīng)能提振精神，學(xué)生桌椅最好設(shè)置成可活動(dòng)式，這樣可以根據(jù)需要擺成各種樣式，比如學(xué)生聽課時(shí)，桌椅按普通教室樣式擺放；小組討論時(shí)，桌椅又可以改換成圓桌會議式；當(dāng)然還可以有其他式樣。再搭配多屏顯示和立體聲效，完全可以滿足各類教學(xué)需求。

（4）教學(xué)輔助系統(tǒng)：該系統(tǒng)主要包括課程錄播系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)及教學(xué)資源庫等。其中，課程錄播系統(tǒng)主要用于對教學(xué)過程進(jìn)行記錄，便于學(xué)生自學(xué)或回看，也方便老師進(jìn)行教學(xué)自查及總結(jié)；視頻會議系統(tǒng)主要用于異地實(shí)時(shí)教學(xué)，比如學(xué)生在家里或在病床上可以同步收看教師授課，還能進(jìn)行有效互動(dòng)；教學(xué)資源庫主要為教師和學(xué)生提供各類學(xué)習(xí)資源，方便大家查閱參考。

3 結(jié)語

綜上所述，智慧教室已成為當(dāng)今教育信息化的重要體現(xiàn)。對智慧教室的運(yùn)用，不光要體現(xiàn)在先進(jìn)的技術(shù)上，更要體現(xiàn)在以人為本的教學(xué)理念上。與智慧教室相襯的教學(xué)模式改革也要成為我們探究的重要內(nèi)容，只有這樣才能夠最大限度地發(fā)揮智慧教室的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 程敏.智慧教室的設(shè)計(jì)與構(gòu)建[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2015（6）：141-142.

[2] 司海峰.基于IPv6的智慧校園網(wǎng)絡(luò)過渡規(guī)劃設(shè)計(jì)[D].西安：西安工程大學(xué)，2016.

[3] 黃懷榮.智慧教室的概念及特征[J].開放教育研究，2012（2）：133-134.