高職智慧教室設計

◆林永

1 引言

隨著以物聯網、云計算、大數據等為代表的新一代信息技術的日趨成熟，教育領域亦掀起重大變革，匯集智慧技術、應用、管理等特征的智慧教室成為新的教學訴求。本研究在案例研究的基礎上，基于高職教育的實際需求，嘗試進行智慧教室的設計。

2 智慧教室概述

智慧教室（Smart Classroom）[1]，亦稱作未來教室（Future Classroom），是一種能優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展的新型教室。目前，不少研究者已致力于智慧教室的研究并取得一定成果。其中關于智慧教室的理論研究和技術實現相對成熟，例如：黃榮懷等提出智慧教室的SMART 模型[1]；聶鳳華等介紹了清華大學智慧教室的建設思路與集成方案[2]；陳磊等闡述了高職智慧教室的研究和應用現狀[3]；程敏從硬件和軟件兩個方面闡述了智慧教室的構建[4]；等等。

從已有研究來看，理論方面，關于智慧教室的概念特征、系統模型的研究已較成熟；案例方面，本科院校的建設案例較豐富，但針對高職設計的智慧教室案例屈指可數。故本研究以高職為落腳點，從實際教學需求出發，在已有文獻研究的基礎上進行高職智慧教室的設計。

3 高職智慧教室功能需求

從高職教學實際需求出發，結合新型的教學模式，總結高職智慧教室的五大功能需求。

功能需求一：環境智能管控智慧教室應能夠一鍵控制所有的多媒體設備，并能夠對教室中的燈光、空調、窗簾、溫度、濕度、PM2.5 值等進行智能監控及管理，實現教學場地環境的自動控制。

功能需求二：資源共享智慧教室應能夠方便智能地記錄教學過程，并將教師的整個授課過程及教學內容電子化、數字化，同時能夠支持課程在線直播、點播，方便共享學習。

功能需求三：創新教學智慧教室應能夠支持傳統教學、翻轉課堂、研討型教學、辯論型教學等多種教學模式，能夠實現多種方式的互動，通過信息化的手段增加組內、組間和師生的交流互動。

功能需求四：遠程互動實訓是高職教學中非常重要的一個環節，智慧教室應能夠實現與企業導師的雙向互動，與異地學生的同步教學，并支持與國內外優質學校進行跨校區的教研活動。

功能需求五：大數據分析智慧教室應能夠實現課堂大數據實時采集和反饋，為學習分析提供依據，促進教學干預和教師教學行為的改善，為學校和管理部門的決策提供基礎數據。

4 高職智慧教室設計

結合智慧教室的五大實際功能需求，本研究從整體架構、教室空間和功能模塊三個方面進行設計。

整體架構設計智慧教室總體架構分為云端和終端兩層，其中云端基于學校的私有教學云中心，提供課前、課中、課后全方位的教、學、管理等服務；終端部分通過互動教學網關，對教室內的環境設施、多媒體設備設施等進行智能感知和互動，實現與云端的業務同步。智慧教室整體架構設計如圖1 所示。

教室空間設計智慧教室整體裝修風格采用暖色調，以簡潔舒適為主。教室共配置36 套課桌椅，課桌椅可根據需要，隨機組合成圓形、方形或大小不一的形狀，以滿足不同教學模式的需求。智慧教室空間設計如圖2 所示。

圖1 智慧教室架構設計圖

圖2 智慧教室空間設計

圖3 智慧教室模塊功能設計

智慧教室為教師配置一個智能講臺、一臺平板電腦和兩個電子觸摸白板。其中，智能講臺搭載物聯管控系統，幫助教師完成課堂中的各種設備調用；平板電腦方便教師開展互動和資源共享；兩個電子白板分別配合完成課堂資源呈現、板書、遠程互動等不同的功能。

智慧教室為學生配置六個液晶顯示大屏，用于不同小組的分組討論和共享展示；同時為每名學生配備一臺平板電腦，用于課堂互動和資源獲取。

模塊功能設計為充分發揮硬件設施的作用，滿足高職教學的各項功能，智慧教室在可視化綜合管理平臺的基礎上，建立統一的認證、接口和權限管理的軟件環境，并對可視化綜合管理平臺進行模塊化的功能設計，劃分為五個系統模塊，如圖3 所示。

1）物聯網管控系統。智慧教室利用物聯網技術，實現對教室中所有多媒體設備、互聯教學設備、環境控制設備的網絡群控、聯動管理和可視化管理。課堂上，教師只需一鍵啟動，即可讓所有教學設備進入上課狀態；上課過程中，攝像機將全方位記錄教學過程；課程結束，教師只需一鍵下課，即可讓所有設備恢復至課前狀態，真正實現智能化管理。

2）全自動高清錄播系統。智慧教室配置全自動高清錄播系統，利用先進的圖像定位技術，實時掃描，跟蹤分析，精確傳輸空間內目標的位置、移動速度、距離等信息。無論師生處于教室的何種位置，都能自動識別并給予正面特寫鏡頭，能夠更好地符合創新課堂教學和各種研討型教學模式的精品課程資源錄制。錄制的教學資源可以直接發布，實時直播、點播，也可以上傳到公共資源管理服務平臺集中存儲。

3）智慧研討系統。智慧教室支持通過Pad、手機、電子白板等智能終端實現師生間的課堂互動、分組討論、交互解答、學習評價、復習指導、團隊協作等先進的教與學互動方式。在課前，教師通過課程一鍵導入完成備課，學生可以提前登錄并瀏覽資源以完成預習；在課堂上，多個屏幕通過不同形式的調度，讓交互和共享貫穿整個教學過程。各個小組可以互不干擾地進行討論、陳述與展示，還可以方便地在本組屏幕上看到其他小組的成果展示。教師將隨時發布課堂測驗，檢測學生的學習情況。學生在聽課過程中通過按“紅綠燈”，向教師反饋對知識的掌握情況；課后，師生可以通過研討系統，完成教學評估、資源回顧、課后測驗、在線答疑等。

4）遠程互動教學系統。智慧教室配置的遠程互動教學系統由便攜式高清錄播主機和視音頻采集設備組成。它完成了教師場景、學生場景和計算機課件畫面的采集，并通過智能切換，實時直播、同步記錄和存儲。遠程互動教學系統打破了時空限制，為遠程網絡教學、教研和培訓提供了技術支撐，提高了教育信息化的應用水平。

5）大數據分析系統。智慧教室學習平臺搭載大數據分析系統，支持收集教學的全部過程性數據和資源，為教師課堂分析和學生課后學習提供良好的支撐。優質過程性教育資源的建設和利用，能夠更好地培養學生的自主學習能力，優化教學過程，提升教學質量。

5 結語

信息時代的學習基于智能環境，智慧教室作為智慧學習環境的典型代表之一，以智能化引領教育理念和教育模式的創新，實現現代信息技術與傳統教學資源的有機整合，為師生創造最佳的課堂教學環境，營造良好的教學氛圍，為增強教學效果作出顯著貢獻。■