智慧教室環境下雙向信息輸出的課桌研究設計

2020-06-03 09:19:05岳宇輝薛雅元富艷春

藝術科技 2020年10期

岳宇輝?薛雅元?富艷春

摘要：在信息化發展的趨勢下，智慧教室作為新型的教育模式，越來越受到學校師生的青睞。本文通過對智慧教室的場景分析，發現現有課桌無法滿足師生交流、生生合作的交互需求的痛點，在現有課桌調研、技術分析和使用者分析的基礎之上，以高校師生使用課桌為主體，提出將“一對多”的單向輸出的交互方式轉化為以學生為中心的雙向資源即時共享模式。通過運用矩陣拼接處理器的方式在多個信息源和輸出端之間傳輸，從而實現雙向資源共享，并將拼接屏嵌入可拼合的課桌，為拼接后的實時小組合作提供便捷的手段。

關鍵詞：智慧教室;雙向信息輸出;課桌設計

中圖分類號：TS66 文獻標識碼：A 文章編號：1004-9436（2020）10-00-05

1 智慧教室

1.1 智慧教室發展現狀與優勢

在信息化發展的趨勢下，新型的科學技術在教育環境中的地位越來越重要。智慧教室方案使學習工具、學習方法產生革新，豐富了教師授課的形式，順應了信息化時代大環境的發展潮流。它旨在通過多樣的手段提高教育效率，提高學生在課堂中的活躍度、參與度，同時方便教師準確獲取學生實時信息，擁有良好的及時反饋。目前，越來越多的學校緊跟信息化發展，開始選擇智慧教室這一解決方案，重視新型科學技術設備等教室硬件的建設和對教師使用智慧課堂、開發智慧課堂教學模式的培訓。從小學到高校，其都愈發關注對智慧教室的建設和使用，成為教育創新發展的重要一環。

智慧教室有多種呈現方式。與傳統教室相比，智慧教室在教師授課、學生聽課的方式上有極大不同。智慧課堂具有內容呈現、環境管理、資源獲取、即時互動、情境感知的特征[1]，它通過基于物聯網的硬件設備，可對教室情況、學生學習情況進行感知。例如，傳統紙質簽到方式不易記錄和查閱，智慧教室的在線簽到系統解決了這一困擾;教室通風、溫度濕度等也可由中控統一管理，智能程度大幅提高;教師可在授課過程中對每個學生的情況有及時的反饋并進行針對性指導。智慧教室可以支持信息化教育的環境。對于學生個體而言，新型的科學技術可提高學生的表現欲并培養創造力，也可以促進課堂的學習氛圍。智慧課堂從單一的教師授課向學生主動自主學習轉變，教師從領導者轉向引導者，這種與學生共同學習、引導傾聽學生思想的教學模式可以多層次激發學生的學習興趣，開發鍛煉不同的思維方式。

1.2 智慧教室場景分析

在智慧教室的場景下，多用白板投屏、智能平板等終端應用軟件手段實現不同層次的師生、生生之間的交流與互動。從另一方面來說，物聯網、云計算等信息技術是智慧教室的核心。這樣的現存模式使得智慧教室的重點集中于相關電子設備和互聯網技術運用，學生間、師生間的交流完全以網絡為載體，從而弱化了人與人的線下交流與互動，使得最普通的課桌椅亦能滿足智慧課堂中學生與老師的需求。學生之間實境課堂的線下互動與云課堂線上互動的主要區別在于，在線下互動過程中可以共享現實物品、有不受外界因素干擾的感官互動。例如，通過共用一張演示和記錄的紙便可以方便多人之間的探討和交流，這是僅靠電子屏幕的對話與信息傳遞是無法實現的。因此，在智慧教室中需要適當發揮線下教學的這一優勢，使學生重視實時的交流合作。目前對智慧教室的研究主要集中于創新技術的應用、環境建設以及設備的改進上，較少提及教室中課桌椅的革新[2]，缺少了對學生的人性化關懷。這在某種程度上忽視了線下智慧教室的優勢，沒有考慮到身在其中的學生們的身心感受。

2 智慧教室課桌設計分析

2.1 現有課桌分析

通過對目前市面上現有的智慧教室課桌的調研，我們將課桌分為傳統型和互動型兩種。傳統型即傳統的課桌，此類課桌不方便移動、使用功能單一，不能適應現代教學模式[3]。目前，部分智慧教室還只關注智能產品的使用，而忽略了課桌椅等硬件設施;將傳統課桌沿用在智慧教室中只專注學生獨自學習而忽略了學生與學生之間的協作交流，同時不適合電腦、智能平板等設備的存放和使用。而互動型的課桌體現在可移動、模塊化、多功能等方面，有些課桌可根據學生個體差異進行調節和輔助配件的增減，如身高、顏色喜好、手部使用習慣等。學生在多個不同場景下合作學習交流時桌椅移動方便，可將桌面拼接成多個形狀以適應不同的課堂環境。桌面帶有防滑墊、支架等輔助功能，適應無紙化信息化課堂教學。

中小學課堂使用的課桌椅種類豐富。由于中國中小學大多采用一人一座式課桌椅，學生的需求更容易得到滿足。而高校存在教室不固定、教室所需承載量大、人員流動量大等現實情況，課桌椅固定且桌面面積小，椅子與桌子之間距離不可調，更新發展緩慢，沒有新的人體工程學標準，對課桌椅方面的改良創新、滿足高校學生需求方面的研究有所欠缺。高校課桌椅各個廠家相互模仿抄襲，造成產品程式化、商業化嚴重[4]。高校對智慧教室的建設也在不斷發展當中，但目前高校的課桌椅與智慧教室的發展不匹配，如果沿用現有課桌椅，難以發揮智慧教室的最大功能。

2.2 智慧教室技術分析

智慧教室基于“互聯網+”的信息技術進行多方位的人機交互，教學方式多樣靈活，既可以實現教室內的小組互動，也可以與遠程的學習者或專家進行互動，完全突破空間的限制，實現多方面的互動與協作學習[5]。線下智慧教室主要采用無線智能終端互聯、智慧電子黑板等方式實現教師與學生、學生與媒體之間的交互。無線智能終端互聯通過投屏共享實現教學演示和學生匯報，教師可實時布置學習任務并監測學生的完成情況。但多屏互動僅限于將學生屏幕與教師主屏互聯，只適合學生與老師之間的交互，忽視了學生之間的實時信息共享共通，且僅依靠線上交換信息，不利于學生們線下的面對面交流協作。智慧電子黑板主要以教師使用為主，利用交互式電子白板授課，取代傳統的粉筆書寫黑板，具有雙屏展示、多種教學資源同時呈現等多種功能[6]，能有效提高學生學習的興趣和關注度。

2.3 使用人群分析

目前對智慧教室的使用人群研究以中小學師生為主[7]，對高校師生使用的關注度較低，相應地對高校學生使用智慧教室時的行為與心理研究不足。中小學生對新的環境好奇心較強，新鮮事物更容易吸引其注意力，但其專注力較弱。他們有專用的課桌椅且使用時間長、需求多，在智慧課堂中通常不具備自己的智能平板等設備，更多是學校統一配置的公共學習工具。大學生有鮮明的個性特征，有較強的審美能力和自我意識，對課桌椅的適應性強。大學生大多擁有多個不同電子設備可參與課堂教學，在課堂專注度、對課堂的參與度上普遍較低。在同一課堂人數較多的情況下，教師往往采用分組合作的方式展開教學，需要學生配合合作。在智慧課堂中基于高科技的產品設計，需要在設計中加強對用戶心理情感的關注[8]，發揮智慧教室的特色，讓學生自主地、真正地參與到課堂學習中來。

3 雙向信息輸出課桌在智慧教室中的應用

3.1 雙向信息輸出課桌的設想

智慧教室的云教育平臺和應用軟件大多為“一對多”的信息傳遞方式，即教師向學生的單向分享，學生之間的信息共享難以實現。這并不能滿足智慧教室以學生為中心的教育模式。在線下的智慧教室中的多屏互動、實時投屏等技術和硬件限制較多，更強調使用的個體，不方便小組形式的合作任務。課桌椅作為學生感受人性化服務的一個重要硬件設備[9]，在一定程度上會影響學生的學習效率和專注程度，需要抓住智慧教室的特征與學生的需求，同時滿足課堂教學需求和學生個性化需求?；谝陨现腔劢淌业募夹g現狀和課桌椅存在的問題，我們提出從雙向的信息傳遞角度解決智慧教室環境下的課桌設計，利用矩陣拼接處理器技術實現信息共享。同時設計可嵌入拼接屏的課桌，在課桌拼合使用時可獲得更完整的屏幕，以供更多學生同時演示觀看。

3.2 雙向信息輸出模式的實現方式

雙/多向資源即時共享是將“一對多”的單向輸出的交互方式轉化為“多對多”的資源即時共享模式，解決目前“教師對學生”即“一對多”教育模式下單向信息輸出的問題，主要應用矩陣拼接處理器的技術實現雙向信息輸出。以4塊拼接屏的拼接屏系統為例，它由4塊拼接屏、拼接處理器、師生用電腦或平板等電子設備構成，拼接處理器以4臺學生用電子設備為信息源，以4塊拼接屏為輸出端，可將任意信息源分別投向不同的輸出端或同時投向不同的輸出端，以實現雙向（師生間、學生間）的資源共享。將拼接屏與可拼合的課桌結合，將其嵌入課桌側邊，在多人使用時則可將課桌拼接即屏幕拼接成全屏，從而方便實時小組合作討論。拼接屏系統具有單屏顯示、全屏顯示、分區顯示等功能[10]，單人和多人使用都有相對應的功能。學生單人使用時可實時接收教師或同學輸出的信息，與此同時不影響自身信息源的使用和分享。

3.3 雙向信息輸出課桌的應用及優勢

高校學生擁有不同的智能電子產品。這些智能終端系統不同、種類多樣、屏幕大小不一，無法保證每個學生使用的設備都能通過現有的互動投屏等技術完成屏幕共享。雙向信息輸出課桌的應用有利于解決不同設備之間的實時投屏，在穩定性、系統兼容等方面都占有優勢，不受終端種類限制，使智慧教室在信息傳輸和資源共享的手段上廣泛便捷，不局限信息傳輸終端，讓學生輕松地參與到智慧課堂的信息實時共享中來。

學生在校學習時間大多是在課桌椅上完成的，是課桌椅的直接使用對象[11]。智慧課堂教學模式中的學生間的交流合作往往需要聚集成組，國內外智慧課堂中使用的課桌部分具有模塊化、小組化特征，可在多人合作時拼成一張大桌或圍成一圈。沿用這一形式將拼接屏嵌入課桌，拼合課桌的同時拼合拼接屏，獲得完整的大屏幕，更加方便線下學生之間的觀看、演示和交流，從而使課桌和拼接屏的功能得到最大化滿足。學生小組交流時利用拼接后的全屏模式分享信息，使小組成員與電子設備之間的交互更加人性化，增加多人同時觀看與討論時的便捷性與靈活度。個人使用時利用單屏接收信息，學生之間的信息傳遞不受限制，對方投屏也不妨礙自身終端的功能使用。除此之外，拼接處理器技術可以實現定點投屏，教師可以有針對性地投屏給特定的學生，利用智慧課堂的個性化教學特點，使課堂教學形式更加靈活多變。

智慧課堂作為一種以學生為中心的教學模式，不同于傳統課堂老師向學生輸出知識的模式。其更強調學生學習的思維自主性，通過運用拼接屏系統達成雙/多向的信息輸出，有利于學生個體在課堂中發揮更大的主觀能動性和學習積極性。智慧教室的即時互動性體現在各個維度的互動，除了師生之間，師生與教學硬件和軟件的互動之外，學生之間的小組協作和交流也是智慧教室教學的一個特征。多個信息源的分享方式能讓學生之間、師生之間也可以實時分享觀點，使學生更大限度地參與到課堂學習中來。

4 結語

從智慧教室的新型教育模式出發，電子產品、現代科技技術和教室的課桌椅等家具都是為學生服務的，不僅要與目標群體的實際需求相結合，還要綜合考慮材質、功能結構等[12]，讓產品更好地服務于現代教育環境。通過矩陣拼接處理器的技術實現雙向信息輸出的課桌，可以解決單向信息共享的問題，方便師生溝通的同時，滿足學生之間的即時交流，發揮學生個體的主觀能動性。智能終端類型不受限制，定向投屏可以讓教學方式更具有針對性。同時吸取組合課桌的模塊化、可拼合的特點，將拼接屏嵌入課桌，使拼接屏發揮線下共享同一畫面、擴大畫面的優勢，從學生體驗的角度尋找出雙向信息輸出課桌的創新點。但矩陣拼接處理器及拼接屏的成本高昂，目前運用在教室層面沒有出現相關案例，且需要與課桌桌面造型、可移動等功能結合。智慧教室的即時互動性和小組合作交流、學生為中心的上課模式決定了雙向信息輸出的必要性，是未來相關產品發展的可能趨勢，能夠與智慧教室這一新型教育模式形成良好的適配。

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