基于模塊化思想構建智慧教室

馬朝鵬 楊紅波

目前各高校智慧教室的建設處于研究探討和實施實驗階段，本文分析了智慧教室概念和智慧教室建設現狀，總結智慧教室設計理念、應擁有的功能模塊以及建設與推廣使用過程中應注意的問題。提出智慧教室建設應結合學校自身學科特點與實際需求，以模塊化方式構建，為學校實現特色發展提供有力支撐。

智慧教室的概念

關于智慧教室的研究，最早可以追溯到1988年Rescigno 提出的“Smart-Classroom”。早期對智慧教室的研究較多關注的是技術與裝備效能。國內教育技術領域專家從不同視角和側重點對智慧教室的定義進行過闡述。如黃榮懷等[1]主要從環境構建的角度出發，提出智慧教室應是一種能優化教學內容呈現、方便學習資源獲取、促進課堂交互開展、具有情境感知和環境管理功能的新型教室，并構建了SMART模型。從實現方式和功能性要求角度，陳衛東等[2]認為，智能教室是一個能夠方便對教室所裝備的視聽設備、計算機、投影機、交互白板等進行控制和操作，有利于師生無縫地接入資源及從事教與學活動，并能適應包括遠程教學在內的多種學習方式，以自然的人機交互為特征，依靠智能空間技術實現的增強型教室。

筆者認為智慧教室是利用物聯網、大數據、人工智能等信息技術所構建的智慧教學環境，支持新型的教學模式和現代化教學手段的采用，通過師生網絡行為和無感知的數據采集、數據分析、數據挖掘提供有針對性的分析報告，促進和提高教與學的效率與質量，是數字教室和未來教室的一種形式。

智慧教室的設計理念

我們處在信息化的時代，信息化影響并改變著我們每個人的工作、學習和生活方式，而學生是信息時代的“原住民”，面對如火如荼的信息時代，教育必然要面臨一系列的挑戰，信息社會對教育教學提出新的要求。

信息社會對人才培養提出新要求。信息社會的基本原則是多樣化、綜合化、分散化、分權化、最佳化和時差化。這樣的原則和要求，決定了信息社會對人才、對教育的要求，信息社會所需要的人才，不僅注重能對知識進行存儲、檢索型的學力，更注重實際問題解決的能力，注重思維、分析、判斷、表現和創新的能力，注重面臨問題時的實際操作能力，這是一種創新型的人才。

信息社會要求改變教學方式。信息社會中，教學內容與資源的獲取途徑從單一化走向多元化。大量MOOCs、微課、創客等豐富的教學資源在網絡上可以自由獲取，教師不再是知識的唯一權威和占有主體。混合式教學、翻轉式教學、教學模式“主導+主體”的新型師生模式在課堂應運而生。學校智慧教室建設正是在這樣的背景下提出，智慧教室建設指導思想，就是要適應信息時代特點，營造人性化、智慧化教學環境;實踐新的教學模式;踐行“人人皆學、處處能學、時時可學”的國家號召;促進優秀教學經驗傳承和青年教師培養;打造新型智慧教學空間。

智慧教室的系統模型構建

經過對多所兄弟院校調研，各學校根據自己的學科特點、教學模式、課程內容有針對性地建設了多種形式的智慧教室，根據多方調研的結果，我們總結了智慧教室系統所包含的模塊[3]，認為智慧教室的建設應根據教與學的實際需求、前瞻性要求和項目投入的情況綜合考慮以模塊化方式構建。

（1）智慧教室建設應以智慧教學平臺為核心，沒有智慧教學平臺，智慧教室的“智慧”將無從談起。智慧教學平臺設計的核心思想是通過云計算、大數據整理、數據挖掘分析等平臺軟件技術促進教師的教學設計。平臺功能涵蓋課前、課中、課后等所有教學過程，為教學模式的轉變提供支撐。智慧教室系統應有強大的后臺管理、分析能力，應能及時地記錄和分析處理師生在教學活動中的數據，教師利用智慧教學平臺，進行課前備課、任務發布、課堂教學、互動交流、組織學生分組討論、課中調查及測試和反饋，課后師生可獲得教學情況的智能反饋與教學資源的智能推送。

（2）教學內容呈現模塊，視聽教學理論《視聽教學法之理論》（1946年）一書中提出了“經驗之塔”理論，認為人們學習時由直接到間接，由具體到抽象獲得知識與技能可提高學習效率與效果。根據此理論，教學內容的視聽化教學，多媒體教學課件在一線教學中已大量采用。清晰、方便、快捷地展現多媒體教學內容是本模塊主要解決的問題。多視窗演示系統是一種突破性的演示解決方案，它允許用戶訪問豐富的多媒體資源，包括圖像、視頻、音頻、網頁、PowerPoint教學課件等內容，該系統可以提供多種布局，輕松管理教學內容呈現。

（3）深度互動模塊，提供多屏展示與互動功能，有效支持互動型和小組協作型課堂教學活動的開展。該模塊應能夠通過互動軟件將智慧教室中的多屏硬件、師生移動端有機結合，實現人機互動、多屏互動、人人互動。

（4）虛擬現實模塊，虛擬現實技術應用于教與學的過程可增強學生的現實感和臨場感，增強學習內容的體驗，提高學習效果。該模塊包括虛擬現實基礎環境與顯示設備。該模塊應用的重點是虛擬現實課程資源的制作與利用。虛擬現實課程資源從技術制作角度可分為三個類型：三維建模類、全景照片類、全景視頻類。制作過程需結合具體教學內容與教學要求設計場景、人物、模型，按照虛擬課程制作規范完成全過程。

（5）遠程教學功能模塊，通過網絡軟硬件設備雙向聯通，實現實時的音視頻教學交互。滿足學校學術交流、雙向培養學生、遠程教學的需要。

（6）智能錄播模塊，可提供常態化錄播與精品錄播功能，通過智能跟蹤、智能導播實現同步錄制。教學視頻錄制后利用教學資源平臺，實現資源注入、資源分享與訂閱、資源評價，學生可以課后自主學習，鞏固學習效果。教師和管理者可以觀摩學習教學過程，實現自我提高和教學評價。

（7）智能控制模塊，利用網絡中控對教室設備進行一鍵式管理，利用物聯網技術實現智慧教室中溫濕度、燈光、窗簾等環境控制，還包括集控中心，對智慧教室進行集中遠程控制與設備管理。

各系統模塊需利用標準軟硬件格式與接口實現互聯互通，形成統一的數據中心，包含教與學的過程數據，通過無感知技術采集行為數據、教學資源數據、設備狀態數據等。

智慧教室建設與推廣過程中應注意的問題

在智慧教室建設過程中，高校可根據自身發展特色與學科特點，多部門協作，充分調研一線教學的需求。通過研討會、調查問卷的形式，在充分調研的基礎上確定建設內容，形成滿足學校發展需求的智慧教室方案。

在智慧教室推廣和使用過程中會面臨兩方面的挑戰：一是教師教學模式的轉變，學校需制定綜合方案推進教學模式的變革，方案應從教改立項、教學評價、教學效果與工作量績效等多方面，引導教師根據課程內容選擇新型教學模式，所以智慧教室建設應是學校多層次、多部門的一項綜合工作，整體推進才能取得智慧教室建設應有的效果;二是教師智慧教室使用培訓，首先在智慧教室系統建設過程中，智慧教學平臺的UI與UE的設計，需要從教學角度出發進行設計與開發，切合教學習慣，滿足教學個性化需求，平臺界面與功能簡單易操作，后臺功能強大。培訓內容應包含學習理論與教學理念的內容，促進教師教育觀念的轉變，包含功能介紹與實際操作，切合教師實際需求，解決教學過程中的技術支持方面的難點與痛點，從而促進信息技術與教育教學的深度融合。

智慧教室建設，通過新技術升級以服務教學為核心，構建更符合現代化教育理念的教學空間環境、新型教學理念和教學管理模式，讓教學質量精準分析、現代教學模式應用、教學環境智能管控、數據可視化呈現等基于技術創新應用的教學需求得以實現。智慧教室的建設與應用將促進學校課堂教學的創新水平上一個新臺階，形成線上線下有機結合的網絡化泛在學習新環境。

參考文獻

[1]黃榮懷，胡永斌，等. 智慧教室的概念及特征[J]. 開放教育研究，2012 （2）： 18-22.

[2]王麒，陳衛東，葉新東，等.未來課堂視域下的關鍵技術研究[J]. 中國遠程教育，2012（10）.

[3]薛宗瓏，王志獻，葉紅，薛瑞.智慧教室的功能及系統構成[J]. 中國教育技術裝備，2017（12）.