云環境下智慧教室的建設研究

朱燕

摘 要：隨著網絡技術、云計算、物聯網等技術的飛速發展，傳統多媒體教室將被多功能智慧教室取代。智慧教室通過科技與教育的深度結合，使得教學真正做到智慧化和個性化，從而提高教學效率。文章首先介紹了智慧教室的誕生背景，分析了智慧教室的建設原則，然后給出了智慧教室建設的解決方案，將智慧教室建設分為4個子系統，分別是環境感控系統、云錄播系統、顯示互動系統、云課堂系統，并對每個子系統的功能需求進行了詳細闡述。

關鍵詞：智慧教室；云課堂；互動教學

1 智慧教室發展背景

目前，高職教育在校學生的學習主要還是以課堂教學為主，課后以網絡學習、移動學習等手段進行補充。因此在云技術高速發展的大環境下，智慧教室的概念應運而生。學生進行課堂學習的教室經歷了傳統的教室、多媒體教室、網絡教室等幾個階段的發展，而智慧教室不同于以往的各種模式，它是一種結合了網絡、云技術、物聯網技術的新型的、現代化的教育手段。在此之前諸多學者已經對智慧教室做了大量的研究，并提出了多種概念模型，其中兩個模型最具有代表性，一是黃榮懷等[1]提出的“SMART”模型，把智慧教室概括成最能體現其特征的5個維度，分別是內容呈現（Showing）、環境管理（Manageable）、資源獲取（Accessible）、及時互動（Real-time Interactive）、情境感知（Testing），另一個是聶風華等[2]從系統組成的角度構建的“ISMART”模型，包括基礎設施（Infrastructure）、網絡感知（Network Sensor）、可視管理（Visual Management）、增強現實（Augmented Reality）、實時記錄（Real-time Recording）、泛在技術（Ubiquitous Technology）六大系統。兩個模型側重點不同，但是都體現了智慧教室的“智慧化”以及“個性化“。

2 智慧教室的建設原則

智慧教室的建設將遵循先進性、可持續性、可擴展性的原則。所謂先進性表示智慧教室將前沿技術運用到教學一線，做到科技與教育的真正融合。可持續性是指智慧教室的建設必須做到節能環保并且便于后期維護；提高資源利用率，注重實用性，避免浪費；可擴展性要求智能教室建設要考慮未來發展方向，為今后的擴展留有接口和空間。

智慧教室以智能化硬件設備為基礎，以云計算、軟件控制為支撐，以服務教學為導向，以課程為中心，以教師為主導，以學生為主體，以信息資源建設和信息應用系統建設為核心，實現教與學的多重互動，記錄教學軌跡，提高學生的學習興趣和樂趣，從而提高學習效率[3]。

3 基于云的智慧教室建設方案

依據智慧教室的構建模型和建設原則，我們初步把智慧教室的建設分為4個子系統，分別是環境感控系統、云錄播系統、顯示互動系統、云課堂系統（見圖1）。

圖1 智慧教室系統構成

3.1 環境感控系統

環境感控系統基于教室物聯網的建設，通過傳感技術、無線網絡技術和通信技術，實現對教室燈光、溫度濕度狀態隨時做到智能檢測。教室內的感知前端設備，例如光照傳感器、濕度傳感器、溫度傳感器等實時傳遞相關數據、服務器端實時分析，工作人員通過智能終端經過網絡獲得實時信息后可以設置自動控制，或者手動地深入查詢或調控。

此外，智慧教室桌椅要求能夠靈活布局，動態組合，便于移動，適用于集中授課、小組學習、小組討論等多種學習模式。硬件設備必須充分考慮能耗問題，遵循綠色環保的建設理念，在滿足教學功能的同時選擇能耗最小、對環境影響最小的建設方案。

此外智能控制系統可以實現與教務處課表的對接，根據課程安排提前開啟教室門禁、燈光、空調，并且按課程需求開啟教學設備等，在課程結束后自動關閉設備。

3.2 云錄播系統

云錄播系統基于圖像跟蹤采集、云存儲等技術實時采集課堂中的教學視頻、音頻、視頻傳輸標準（Video Graphics Array，VGA）以及教學資源、文本、圖片等數據，并錄制保存到主機中，實現多路視頻信號源、視/音頻文件和計算機畫面之間的切換。系統前端視頻采集采用專業攝像機，通過視頻信號線與主機相連，教師只需要簡單連接好設備，開啟錄播軟件，系統自動進入錄制狀態。結束時，選擇“下課”，課件自動生成，并且系統提供簡易剪切編輯軟件，可對錄制好的課件進行剪輯。

除了進行課堂信息采集，該系統也可以進行在線遠程教學，云課堂在線學習，課后學生通過移動終端接入系統，實現在線課件點播，在線直播，可以做到任何時候、任何地點、隨時隨地在線學習。

3.3 顯示互動系統

傳統的多媒體教室顯示呈現技術主要經歷了黑板板書、投影機以及觸控一體機等階段，或者幾種手段相結合的方式。然而傳統模式存在很多問題與不足，黑板板書效率低、缺少互動，傳統投影儀的亮度低、維護率高、成本高；觸控一體機也存在反光的問題，教室部分區域的學生可能看不清液晶觸控屏。而智慧教室顯示系統可一鍵從黑板切換到觸摸屏，并通過軟件平臺能以互動的方式呈現教學內容（如PPT，視頻，圖片，動畫等），豐富的互動模板能把枯燥的教學素材變為交互性好、視覺沖擊強的互動教學課程，通過觸控黑板的表面進行交互，簡單、人性化的交互操作，將人與互動教學內容有機地連接起來，讓師生之間產生更多課堂互動。豐富的人機互動方式結合視聽上的感官，讓教學和學習過程不再枯燥。師生之間更多互動，幫助學生加深對知識的記憶和學習。

智慧教室互動顯示系統可以對接教室中控網絡控制功能，通過教師的手寫電腦控制，也可通過校園網實現遠程控制，為實現教學、學術報告、會議、綜合性研討、演示交流及遠程教學、遠程會議等功能提供服務[4]。

3.4 云課堂系統

智慧教室以硬件為基礎，以資源平臺為核心。云課堂資源平臺是基于云計算技術開發，集課程資源展示、網絡教學、學習過程追蹤，師生互動、答疑和管理等功能于一體的綜合平臺，主要包含以下幾個功能模塊[5]。endprint

3.4.1 備課系統

教師通過平臺學校可以在線創建課程、設置課程的學分考核機制、設置課程展示模板等，并且可以多名教師協同工作，共同創建課程以及設置學生在線聽課、在線閱讀、在線提問、在線作業、在線考試、互動討論等流程。

3.4.2 資源調用

云課堂平臺可通過備課系統進行課堂授課，教師可在課堂上直接引用備課系統中已經創建好的課程及資源，包含課程章節內容、作業模塊、考試模塊、資料模塊、學生管理等內容。老師在課堂中，可以隨時調用平臺中事先準備好的內容，實現課前、課中、課后的連貫性。

云課堂可以實現與老師個人云盤的對接，課堂上，可以隨時調用云盤內容，并對常規格式的文檔支持在線預覽功能，下載過的資源自動緩存到本地，避免大文件反復下載，節省時間。

老師可以通過多種終端對某一堂課的內容進行提前準備，最終生成本堂課的教案，教案內容包括：文字排版、各種教學互動的控件（如簽到、問答、測驗、投票、搶答、選人、文件等）。課堂上，可以以教案為大綱進行教學，同時，如果課堂臨時發起一些活動，也可以保存成教案形式用于下堂課的重復使用。

3.4.3 課堂信息采集

云課堂平臺可以和錄播系統對接，錄制的視頻可以直接進入到云平臺，并通過與學習平臺的對接，上傳到學習平臺，老師和學生可以方便地地調取、編輯、并成為課程建設的資料、素材。并且云課堂平臺可以完整地將課堂測驗記錄、考勤記錄、屏幕錄制、課堂筆記、老師、資料和PPT等數據進行采集整理及自動歸類，形成一套大數據分析，最終這些數據可以進入學習平臺。一方面老師可以對數據分析進行有針對性的授課，另一方面，通過數據分析可以為教學的過程性評價提供依據。

3.4.4 網絡教學

平臺可支持輔助教學、翻轉課堂、純網絡教學和網絡修學分等教學模式。

輔助教學模式是指教師可以利用平臺上傳教學所需的資料，布置作業，批改作業，在線與同學們進行討論答疑等活動，從而達到輔助教學的作用。翻轉課堂模式是將課程學習的過程由線下實體課堂反轉到線上網上教學。首先由學生在線上進行自主的課程學習，在實體課堂中老師主要進行討論與答疑等活動。純網絡教學模式是指所有的教學活動都在網絡上進行。使學生可以跨時間，跨地域靈活自主的進行學習。網絡修學分模式是在線教學中加入學習流程管理，監控學生學習過程，設置各項學習指標的權重，統計學習成績，使學生在課程學習合格后可以順利拿到所通過課程相應的學分。

4 結語

智慧教室的建設依賴于多種先進技術的結合，以硬件系統為基礎，以資源平臺為核心，可以實現實體課堂、線上課堂的多重互動，優秀教學資源的共享。但是對于智慧教室的研究不能只停留在智慧建設層面，而應該進一步研究如何將它的智慧性與多種教學方法、教學策略或者教學模式相結合，最大限度地提高課堂效率和質量，為學生提供個性化的、高質量高水平的學習體驗。endprint