高校智慧教室的設計與實現

王松禹 ，王 寧

高等院校是推進教育信息化、教育現代化的主體，其信息化水平是衡量一所學校教學、科研和綜合實力的重要指標?！秶抑虚L期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》和《教育信息化十年發展規劃（2011-2020年）》中明確指出：“把改革創新作為教育發展的強大動力；把促進公平作為國家基本教育政策；把提高質量作為教育改革發展的核心任務?！辈⑦M一步提出加快教育信息化建設的意見和建議。教育信息化的核心內容是教學信息化，教學是學校的重要工作，教學信息化就是要使教學手段科技化、教育傳播信息化、教學方式方法現代化，利用信息技術創建理想的教學環境，為學生提供全新的、全媒體的學習方式和方法，徹底顛覆傳統課堂，改變傳統的教學結構和教學方式。

以互聯網+、云計算、物聯網等為代表的新技術，正在不斷催生新思維、新產品、新技術、新服務，推動教育事業更好更快地發展。隨著校園信息化建設的發展，傳統教室支撐的課堂形態越來越不能適應當前教學改革的需要，學校開始尋求模式創新之路，智慧教室作為技術與教育深度融合的產物應運而生。智慧教室既是互聯網+、大數據、云計算等新技術融合的產物，也是現代教室轉型發展、模式升級的結果。

一、構建智慧教室環境，開展新型教學模式

傳統教學是“黑板+粉筆”，以教師的“教”、學生的“學”為主體的教學模式進行教育教學，20世紀初期，把計算機引入課堂教學，隨之產生了多媒體教室。傳統課堂主要表現為課堂教學模式單一、教學行為無法分析、異地教學無法實現、出勤率統計方式煩瑣、學生聽課狀態憑主觀判斷、教室對現代化教學參與度不高、管理者缺乏有效直觀的手段來進行教學監督管理等問題。所以，如何促進“傳統課堂”向“智慧課堂”的轉型發展，是我們需要思考的。

智慧教室是數字教室和未來教室的一種形態，一種新型的教育形式和現代化教學手段，通過智慧課堂系統進行深度課堂互動，改變傳統課堂單向灌輸的模式，同時基于物聯網技術集智慧教學、人員考勤、設備管理、環境智慧調節、視頻拍攝及遠程控制于一體的新型現代化智慧教學系統，是推進未來學校建設的有效組成部分。

圖1 傳統課堂和智慧課堂對比分析

隨著教育信息化的進一步推進，同時受到國際和國內新時代教學模式的影響，改變現有教室結構，實現智慧課堂顯得尤為重要，所以智慧教室的構建應從以下幾個方面著手。

第一，教育教學質量化。隨著互聯網+、大數據和云計算等信息技術的發展，新的技術手段不斷涌現，教學模式也在不斷發生變化，逐漸從單純的知識傳授向素質培養方面轉變，從教師單向的知識灌輸向教與學的互動方面轉變。課堂教學環節是學生接受傳統教育最重要的環節，課堂上教師和學生互動是提高教學質量、學生學習新知的關鍵步驟。傳統教學過程中，課堂點名簽到、提問回答環節、師生課堂互動環節、課堂小測試環節存在諸多問題，已經不適合現代化教學的需要?；凇霸啤奔夹g集智慧教學、課堂互動、人員考勤、視頻拍攝及遠程控制于一體的新型現代化智慧教室正在全國應用普及。智慧課堂作為一種新型的教育形式和現代化教學手段，可解決傳統教育教學過程中遇到的問題，增強師生互動能力，提升綜合教學質量。

第二，課程錄制專業化。對于面向精品課、公開課等優質課程建設的專業化錄播教室，要求實現更高的課程質量和更好的課程效果。以自動錄播系統為核心，具有智能錄制和智能跟蹤的功能；配備多機位專業攝像機，實現高清或全高清質量的畫面采集；結合專業的非線性編輯系統，包裝制作出精美的具有極高再利用價值的視音頻文件。

第三，課程錄制自動化。學校在專業的拍攝人員和導播人員方面資源有限，而錄制課程又較多，在保證錄制出優質課程資源的前提下，實現對教師、學生、PPT、板書等機位的自動導播，真實完整地記錄整個教學場景。同時將錄制完成的課程視頻直接保存到網絡教學平臺上，實現自動化課程制作。

第四，課堂智能交互。利用先進的互聯網技術激活課堂，使教師與學生之間的互動更加有趣，更加便捷。解決傳統課堂教師不能快速了解學生對知識點掌握程度，無法開展新的教學模式等問題，使課堂環節更具現代化，教師與學生之前溝通更為順暢。

第五，信息統一發布。隨著課程錄制建設，亟需實現學校級乃至區域化的教育資源統籌管理，實現以教學視頻為核心的大規模教育資源存儲、管理和共享，并進一步通過資源共享平臺，滿足MOOC、網絡教研等各種教育業務應用的需求。

基于物聯網技術集智慧教學、人員考勤、設備管理、環境智慧調節、課程拍攝及遠程控制于一體的新型智慧教室具有基于數據的教室、高效教學的教室、個性化學習的教室、合作探究的教室、動態開放的教室等多種特點。

二、智慧課堂系統設計

智慧課堂系統以平臺為基礎、以數字化教學資源為支撐、以教師服務為導向、以資源和課程為中心、以教師為主導、以學生為主體，以數字化建設和應用為核心，匯聚智慧網絡教學、師生互動交流、答疑討論和智慧管理等功能。其中包含以課程為主線，有效整合校內、校外的優質數字化教育資源；以課程建設為中心，開展作業、考試、答疑、討論、評價等互動教學活動，充分發揮信息化平臺在課堂教與學活動中的作用。

智慧課堂要具備以下功能模塊：

一是備課系統。智慧課堂系統通過平臺，教師在線創建課程、設置課程的學分、考核機制、設置課程展示模板等，學生在線聽課、在線閱讀、在線提問、在線作業、在線考試、在線互動討論、學分審核、獲得學分等。

二是課堂互動系統。智慧課堂互動系統包含四大模塊，為保證教師能夠更加靈活方便地在課堂上進行課堂教學互動，將智慧課堂系統設計的更加簡單易用，通過資源調用、教學互動、屏幕控制、學生管理四大部分，將教室互動部分的功能完整展現，教師通過大屏一鍵式觸控，直接點擊相關功能，進行課堂互動。

三是課程資源庫。智慧課堂通過智能備課系統進行課堂授課，教師在課堂上直接使用備課系統中已經創建好的課程及數字化資源，包含課程章節內容、作業習題模塊、考試模塊、拓展資料模塊、學生管理等內容。教師在課堂隨時調取平臺中事先準備好的內容，實現課前、課中、課后的連貫性。

四是課堂信息采集。智慧課堂系統能完整地將課堂小測驗結果、考勤結果、屏幕錄制、課堂筆記、教學PPT課件、學習資料等數據進行采集整理及自動歸類，形成大數據分析，最終這些數據進入學習平臺，為教師數據分析提供強有力的數據支撐，同時也方便教師進行有針對性的授課，通過數據分析為教學的過程性評價提供依據。智慧課堂系統對課堂教學中的測驗、鎖屏、投票、搶答、學生展示、問答、共享屏幕、簽到、積分、云盤等操作完整地記錄下來，并顯示具體的時間，形成時間軸樣式的統計，對課堂的教學情況情況一目了然。

五是課堂管理。在課前及課上，教師通過筆記本、PAD課堂點名，學生通過筆記本、PAD端簽到，學生端確認之后，教師端會顯示已簽名和未簽名的學生情況，點擊某個學生，可以查看他們的簽到情況。實現教學互動的生生互評功能，通過學生課堂核心問題的回答與討論，實現對單個學生或互動小組進行生生互評，充分實現探究型交流與互動，提升課堂活躍氛圍，設計更加生動的課堂教學環節，營造良好的教育教學環境。

六是考試。教師通過題庫進行選題或者在線編輯試題，設置各類題型的數量和分值創建試卷，試卷創建好以后，教師根據測驗的時間，參加測驗的對象，發起測驗。學生就能接收到該試卷進行測驗。支持從題庫中選題進行組卷的功能，教師對試卷中的試題設置添加、修改、刪除、任意排序、預覽等功能，還可以對試題進行分值分配；試卷包括客觀題、主觀題、復合題等；題的屬性包括類別、難度系數、適用層級等。同時，系統能根據題的使用頻率和學生回答的正確率進行自適應的調整難度系數，力求難度系數符合真實情況，提高參考價值。

七是作業。包含線上作業和線下作業。線上作業，即從作業的發布、接收到批閱，全部流程都在網上完成，學生通過移動終端在線接收作業，做作業，關注作業的反饋情況，隨時查看教師的評語及成績；線下作業，即教師將作業在線上布置下去，學生線下完成，線下提交。學生對任意作業進行收藏，將自己認為重要的知識點集中到一起當作之后學習的要點。老師通過平臺直接布置作業，批改作業。

八是討論。智慧課堂系統為學生提供在線交流的功能。師生就課程學習進行討論，答疑，增強師生互動，加深學生對知識的理解。教師在線回答學生提出的問題，方便教師與學生之間的即時溝通，教師對討論中的帖子進行管理，如加精帖子、置頂討論，便于系統自動為學生精準地推送討論問題，提高討論版的使用效率。

智慧教室改變了傳統的教育方式和教學理念，是教育的革新。改變了傳統的教育教學模式、創新了教學管理方法、豐富了網絡教學資源，為高校遠程教育發展提供了方向和定位。還變革了傳統上課方式，由講授模式轉型為探究模式，課前學生提前預習，課中分組討論，隨時測試，教師能快速掌握每位學生學習情況，并能針對性指導，充分地激發了學生的創新能力。