智慧學習環境的創設與案例研究

江婕　徐德坤

摘要：隨著我國教育改革和信息化的不斷推進和發展，如何將傳統的智慧課堂學習教育的理念融入到教育之中，已經具有很強的理論研究和實踐意義。本文簡述了智慧課堂學習環境的發展背景、概念、特征，并對如何創設構建良好的智慧課堂和學習環境的方法提出了見解，希望能引發一定思考。

關鍵詞：智慧課堂;智慧學習;學習環境

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ?論文編號：1674-2117（2020）23-0085-04

智慧學習環境作為一個概念被廣泛地提出并持續發展下來，這實際上是社會發展在教育上的體現。伴隨著信息科技的迅猛發展以及大范圍的高科技的廣泛使用，多媒體技術與現代課堂教學的交互不斷發展和加深，不斷產生和涌現出新的教育理念和教學方式，以及不斷發生變化的教學模式。利用大數據技術可以有效地幫助教師準確掌握和分析學生的考試分數、學習行為等信息，從而為學生學習和職業規劃做出引導。大數據技術帶來的不僅僅是學習和教育方式的巨大變革，教師的教學方式也會隨之發生巨大變化，利用智慧的大數據技術帶動教育和教學的變革和發展已經成為必然的發展趨勢。

● 智慧學習環境的概念

智慧化的學習空間和學習環境是一種典型的對智慧學習空間和環境的擬物化，它在本質上是傳統的網絡教室和數字多媒體的一種自然結合體，是一種借助互聯網、人工智能等現代信息技術手段構建和發展起來的新型智能化學習空間和環境，是一種高級的形式。它的具體應用范圍包括各種數字學習空間以及物理學習空間，它通過各種各樣的數字智能學習裝備可以輔助課堂教學，促進課堂交互和活動的開展，便于學習環境信息資源的獲取、對情境的感知和對環境管理功能的新型人性化學習信息空間的構建。

● 智慧學習環境的特征

1.可行性與實用性

設計一個智慧教育學習平臺應用環境，首先要考慮的問題是該智慧學習平臺的系統設計和使用是否可行、需要考慮所使用的關鍵技術有哪些、設計和開發出來的智慧學習平臺功能是否實用、用戶在注冊或登錄智慧學習平臺后能不能直接使用該智慧學習平臺的系統獲取學習資源以及實現師生互動學習等平臺應用功能，同時，還要設計出能夠為各中小學教師、在校學生以及家長提供友好交互的平臺使用界面。

2.先進性與科學性

先進的學習平臺設計理念和目標是，滿足智慧城市系統學習應用環境的基本性能要求，利用先進成熟的互聯網技術、科學的設計方法使系統學習平臺能夠具有良好的系統性能和運行穩定性，以更好地滿足用戶的多樣化需求。

3.綜合性與整體性

智慧學習環境的設計是為了給教師和在校學生以及家長提供學習服務，因此，智慧學習環境的整體設計需要從不同的思維角度和層面考慮，需要充分考慮家長對數據和信息的使用需求，以及師生的互動需要，這樣才能設計出比較完善高效的智慧學習的環境。

4.易操作性

設計出來的學習和智慧教育環境要容易操作，太復雜可能會影響學習和智慧教學以及其互動的效果，影響師生的學習和智慧教學的效果和進度，因此，設計時一定要嚴格遵循易實用和可操作性的原則。

5.可擴展性

一個良好的新型智慧系統學習平臺要在設計上具備良好的可擴展性，關鍵的因素就是設計人員要按照實際需求進行設計和部署，并對動態學習資源的可重構性、智慧管控以及自動管理和部署及時等問題予以解決，要以云計算、大數據以及虛擬化技術、人工智能技術、知識產權工程、并行計算和智能云數據存儲等技術為基礎，設計出一個能夠具有良好可擴展性的新型智慧學習平臺。

6.安全性

安全性是良好的智慧教育學習環境必須考慮和具備的，要對平臺不同用戶的個人信息權限和安全性進行明確的界定和區分，確保不會造成平臺和用戶的沖突，做好安全數據的防護，以有效防止病毒以及對黑客的惡意侵入和攻擊，對重要的數據和信息要進行嚴格的加密和安全認證，嚴格保證重要的數據和相關信息的完整性、安全性，使智慧教育的云端服務平臺具有良好的網絡安全性。

● 智慧學習環境案例

1.智慧圖書館

智慧圖書館是指通過更加智慧的圖書館創設和管理方法，利用最先進的互聯網技術為圖書館建立的一種新的交互方式，以便提高其交互性、靈活性、明確性和更快的響應速度，進而更好地達到對借閱者的綜合管理要求。智慧圖書館是三維空間中的物理信息空間、數字信息空間和現代人類經濟社會的立體的完美結合，虛擬現實加互聯網技術、智能互聯網技術等都是它的出發點和核心技術。

以中國礦業大學的智慧高校圖書館建設為例，智慧高校圖書館通過舉辦和組織各種學術活動，創新交流的方式和環境，在一定程度上有效促進高校專業知識的傳播。智慧圖書館主要包括第三方學術空間、數字學術空間、共享空間、創客研究空間等主流的研究服務方向。智慧圖書館的服務理念是通過整合自身的圖書館資源（包括電子、紙本、網絡資源）、技術、人力和活動場地，為廣大用戶和讀者提供一種全方位、個性化、人性化的智慧閱讀服務，旨在培育和促進廣大讀者自主參與學習，激發廣大讀者的學習靈感，樹立其創新發展思想，這也是我國圖書館教學改革與現代化發展的大戰略方向。一般情況下，智慧圖書館可以實現現有信息技術水平之下對信息資源的全面認知，并且實現沒有錯誤的、安全可靠的信息傳遞。

2.智慧課堂

智慧型知識課堂的教學是一類特殊的高效教育課堂，關于教育和智慧型知識課堂的概念和含義，不同的教育視角有不同的定義和理解。對教育和智慧型知識課堂信息化概念的定義總體上來說具有基于知識教育和智慧課堂信息化兩種教育視角的含義。早期人們涉及的教育和智慧型知識課堂的概念基本上被認為是基于知識教育信息化視角的，直到2015年初才有了明確的智慧教育課堂的概念和定義。所謂的智慧課堂就是以傳統建構主義的學習模式理論教育實踐為基礎和依據，利用大數據、物聯網、移動端和互聯網等技術和新一代的信息技術打造的一個智能、高效的教學課堂。構成智慧課堂的關鍵要素包括智能學習資源、教師、計算機信息技術、智能教育輔助工具、線上社區、教學管理者六大部分。

以中國華東交通大學的國家級智慧型精品教室建設為例，該校目前已經建設有128間國家級智慧型精品教室，助推了小班化教學、探究式教學、互動式教學、智能化教學。其中最高端的5間國家級精品智慧教室被譽為智慧教室的“樣板間”，它們通過各類傳感器和智能教學裝備可以輔助課堂教學內容的呈現，便于學習信息資源的獲取，促進了課堂交互的開展，精品班級智慧教室的所有教學功能都得到了最大程度的優化升級。5間“智慧教室”給中國高校師生的課堂帶來前所未有的新奇體驗，是現代信息技術與中國傳統課堂碰撞融合的革命性產物，為中國高校課堂信息技術教育的改革創新發展提供了現代化教學技術的支撐。智慧教室里配有多部高清攝像頭，可自動實時跟蹤學生和教師上課的情況，對教師和學生講授課程內容的全過程進行了實時錄制，方便學生線下重溫課程內容。每間智慧沙龍教室還分別配有電子黑板、白色的烤漆板和玻璃墻壁，供教師與學生進行推算演繹、交流探討，并隨時為學生記錄下迸發的教學靈感。沙龍教室的設計使教師可以多方位地現場授課，可以與學生進行更多的互動和交流。四臺移動式智能觸控教學一體機，實現了無盲區分組互動學習。“遠程交互”“無線投屏”“自動錄播”等一系列黑科技裝備給學生們帶來了豐富的課堂體驗。

● 智慧課堂的創設

有效地傳授教學基礎知識與以訓練學習為核心的思維是智慧課堂學習的主要組成部分。在智慧課堂中，硬件設備有智能網絡教學攝像頭、智能課堂黑板、多媒體軟件等。通過智慧課堂云層管理系統提供的自動化云計算服務與大數據中心系統提供的自動化學習數據資源，為智慧課堂教師提供云服務，保障了學生的正常課堂生活與學習。智慧課堂的空間設計要充分考慮課堂空間的靈活性設計與要求。總體來說智慧課堂的網絡結構設計主要包含以下幾個方面：網絡管理系統結構設計、系統內部結構設計、軟件系統框架設計。

1.網絡管理系統結構設計

網絡的規劃設計是實現智慧課堂建立的重要基礎，因其設計過程需要在光纖網絡上獲取各種教學資源，同時設計過程需要將光纖網絡產生的大量數據發送至學習管理中心、數據中心，所以需要千兆以上的光纖網絡作為數據鏈路，且為學習中心專用。為了有效避免大量的資源和數據同時進發，可以通過智慧課堂集成學習中心的控制器解決網絡產生的擁堵，設立樓層學習中心服務器進行數據中轉。由于智慧課堂集成中心控制端各個網絡模塊間與智慧課堂信號中心的連接線路均采用即插即用的方式，在服務器出現問題時容易進行檢修和及時更換。

2.系統內部結構設計

智慧課堂最大的特點之一是課堂內部結構舒適合理、功能強大、無線網絡全方位覆蓋、溫濕度自動實時調節等。

在智慧課堂中，投影空間的尺寸不宜過大或過小，根據現代信息傳播科學理論，最佳的電視幕布尺寸是100寸、4∶3的比例，最佳投影與視覺的距離是8米左右，結合實際情況，教室里最好安排7～9排的課桌，教室的課桌周邊需要使用吸音的裝置，教室的地板也最好使用吸音的地板，以達到最佳視聽效果。

3.軟件系統框架設計

要想更好地為普通高校師生和初學者提供更全面的軟件應用服務，需要充分發揮學校軟硬件基礎設施的重要支撐作用，切實提高和促進課堂教學效果和質量，同時，智慧課堂的軟件設施和環境的布置也非常重要。目前，對軟件的合理應用更多地受到師生的重視和關注，現今高校都是采用統一認證的系統，不僅有效打通了不同認證模塊間的統一認證屏障，給高校師生的學習帶來了便利，而且大大節省了不同認證模塊間的統一認證的重復開發。具體如上頁所示。

● 結束語

智慧的學習環境是信息化教育領域未來變革與發展的戰略性趨勢與發展潮流，智慧的學習環境必然給未來信息化教育的持續發展與變革帶來巨大的社會影響。如何通過設計與實施構建一個高效的、可以進行智慧學習的環境（學生可以在這種智慧學習環境下輕松地進行高效的學習與活動，教師也可以在這種智慧學習的環境中輕松靈活地進行教學），一直以來都是教學與研究人員探索的重要課題，智慧學習環境的研究與實踐探索的道路還很長，還需致力于現代信息科學技術與教育的研究者們繼續努力探索與實踐。

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作者簡介：江婕（1982—），女，江西萬年人，江西科技師范大學教育學院碩士生導師，副教授;徐德坤（1995—），男，山東濰坊人，江西科技師范大學教育學院在讀碩士。

基金項目：江西省2020省級教科規劃課題“智慧學習環境下的深度交互價值探析及模型建構的實證研究”（編號：20YB129）。