高等教育中智慧教室建設

楊 龍

（江蘇師范大學，江蘇 徐州 221009）

0 引言

隨著教育信息化的進一步推進，物聯網、人工智能（AI）、云計算和大數據挖掘等技術的不斷發展和成熟[1]，近些年我國的教育信息化建設發展迅速，一場圍繞教室改造的運動正在興起。在這背后是新一輪的教學改革，是課堂形態正在從“以教為主”到“以學為主”發生轉變，即從傳統的講座式教學模式到探究式教學模式的進化[2]。這一課堂形態的轉變，必然要求我們對高校現行教室結構的重新構建，營造適合師生教學學習的新時代教室環境。高校教育現行的教室多為傳統的多媒體教室，是師生教學學習最主要且直接的場所，在當下教育信息化形成的智慧教育的浪潮下，對現行多媒體教室進行升級改造甚至是推倒重建，正是目前教學環境所面臨的新挑戰[3]。傳統的多媒體課堂及其裝備已經無法再滿足當前教育發展的需求，借助新興科學信息技術構建智慧教室和課堂必將成為未來智慧教育的核心組成部分。

1 概念界定

教室是講授、傳播知識和學習知識的重要場所，隨著社會科學技術的不斷進步，教室的形態布局也不斷發生變化，總體經歷了“傳統教室—電子教室—多媒體教室—多媒體網絡教室—智慧教室”五個發展階段[4]。傳統教室不存在任何電子元素，一間屋一張黑板一支粉筆。隨著電子信息技術及設備的發展和創造，相關電子及聲像設備進入傳統課堂，形成電子教室。電子信息技術的不斷發展，產生多媒體計算機技術，該技術應用到教育領域中形成多媒體教室，多媒體教室與互聯網融合形成網絡化的多媒體教室[5]。進入21世紀，隨著信息技術的迅速發展、技術手段和方式的日新月異，在傳統多媒體教室的基礎上提出了智慧教室的概念。

智慧教室是通過對傳統多媒體教室植入先進的數字信息化設備，來實現探究式教學模式的進化，在課堂教學中全面提高師生互動的有效性。智慧教室可以根據教師不同的教學內容來構建不同的課堂教學環境，包括網絡線上互動教學、線下教室資源互動教學。線下教室安裝有多個高清大尺寸顯示屏、音頻及高清視頻自動跟蹤采集、智能導播及管控、學生考勤等系統來實現不同課程的錄制及后期精品課程的制作。課堂外通過資源集中管理平臺在局域網、互聯網上將教室內的所有教學場景直播，為遠端用戶提供在線實時學習的平臺。

2 智慧教室的運作方式及特性

智慧教室是實現探究式教學模式進化的主要環境載體，一間完整的智慧教室，通常集合多個子系統，比如錄播系統、課堂管理系統、電子書包、環境控制、遠程互動等[6]。傳統的錄播系統，我們并不陌生，它定位在課程錄制，因此在智慧教室中僅僅是一個簡單的應用，而智慧錄播系統則完全不一樣，它不僅能完成課程制作，還能夠實現課堂行為的采集與大數據分析，從而可以與課堂管理、電子書包、遠程互動等系統一同貫穿于課前、課中、課后，為教學提供大量的分析數據信息，是整個智慧教室中非常重要的一個環節。

具體來說，在課前通過錄播系統可以制作微課，教師利用微課可以完成備課，也可以讓同學通過觀看微課完成課程預習。課中錄播系統將完成課程制作，錄播系統不僅能完成常規教室、多功能廳、會議室、禮堂等環境下課程，還能夠深度匹配智慧教室中的探究式教學模式，把智慧教室中的探究、互動的過程表達出來[6]。接下來，錄播系統通過攝像機信號采集，配合圖像分析與語音識別功能，完成教師和學生的課堂行為數據采集，這些信息將被積累成教學大數據。課后通過高效編輯，可以產生優質的課程節目。課堂行為大數據和教學節目在學校云平臺上展現出來，一方面，為學生提供泛在學習服務，幫助同學課后復習。另一方面，為教師呈現出可視化的數據分析結果，幫助教師完成教研反思、學情分析，同時為學校管理者提供教學評價數據和優質校本資源。總的來說，主要體現處以下4個方面的特性：

（1）互動性。互動是課堂的核心要素，教師期望與學生能有更多的互動。智慧課堂上的互動體現在教師、學生、數字信息設備等方面之間的互動，這種互動是多維度的，無縫互融。智慧教室的先進性恰恰是體現在其互動性上，具備了各個要素之間互動的基礎，才可以使彼此之間發生聯系。

（2）感知性。感知性包括物理感知和虛擬系統感知兩個方面。物理感知主要基于先進的數字信息化設備，例如課堂教學學習過程中，通過音視頻引發師生在情緒上的共鳴；虛擬系統感知主要基于大數據挖掘等技術，通過各類教學學習平臺收集到的數據信息，分析教師教學及學生學習過程中的感知情況，最終做到物理感知和虛擬系統感知的一致性。

（3）開放性。開放性是指各類先進的信息化設備端口是開放的，可以實現多屏互動技術，將手機、平板、電腦等屏幕內容實時投射到教學大屏中展示，支持通過手機移動終端遙控教學屏幕。通過各個系統之間的有效互通，進一步發揮智慧教室的便利性。

（4）易用性。數字信息化設備具有手機式的操控體驗，通過簡單的手勢操作就可以實現文件的打開、縮放、翻頁、切換動畫、滾屏、漫游等操作，軟件簡單易學，幾乎不用學習就可以快速上手，大大降低了師生學習設備的認知負荷。

3 智慧教室的教學優勢

高校教育教學改革通過課堂教授來實現，課堂是培養學生能力和提高學生素養的核心，抓好課堂建設是提升教學質量的關鍵。很多學校都開始嘗試啟發式、討論式、探究式的教學方式，以此提升學生參與課堂學習的主動性和積極性。美國國家科學院通過大量調研，得到這樣的結論：采用探究式教學方式的學生在考試中的成績相比通過講座方式學習的學生提高了6%。而在科學，工程和數學方面，探究式教學則將學生的平均成績提高了半個等級。

之所以會有這樣明顯的差異，可以通過對比講座式教學模式和探究式教學模式兩種模式得到答案。首先，常規教室里桌椅位置相對固定，學生和學生之間相對獨立，沒有交流，學習氛圍僵化。而根據最新的情境學習理論，團隊協作時學習效率最高，在智慧教室中桌椅是可以根據課堂教學需求靈活拼接，因此，有利于學生相互之間臨時組成學習小組共同討論學習[7]。其次，講座式的教學過程通常是以教師為中心，學生只能被動聽講，不利于培養學生的探索和創新的能力。而探究式教學則以學生為中心，老師扮演指引者的角色，鼓勵學生主動探索。最后，講座式的教學過程中，師生之間缺乏有效互動，僅靠點名提問，無法覆蓋大部分學生，老師無法收集全面的學生反饋。而智慧課堂中，老師經常要走下講臺，同各個學習小組互動，共同完成教學任務。因此，由于講座式教學模式的課堂效率低，因此容易讓學生進入課上掌握差、課后再補課的怪圈。而探究型的教學模式則提供了一個高效自主學習平臺，幫助提升學生的綜合素養。

通過建立智慧教室，可以為老師和學生提供簡單、高效的互動教學平臺。教師實現了輕松備課、巡視教學，教學活動不再僅限于三尺講臺。學生通過互動平臺愉快地參與課堂教學，多種形式實時互動，即時反饋。一方面大大提升學生的學習興趣，另一方面也有利于教師通過有效的數據挖掘和科學的知識管理分析學生的個性化特征。

4 總結與展望

智慧教室開創了全新的教學資源管理體系，借助互聯網的優勢，實現了教育手段和方法的現代化，推動了優秀教育資源的應用于共享。數字信息教學資源體系的建設，大大提高了師生運用先進信息技術的水平，更新了教學理念，改進了教學方法，促進教學效果不斷提高。未來高等教育中，應重視智慧課堂的教學方式，加強智慧教室建設，開創眾多一流課程。