智慧教室對高校教學模式的影響研究

宋玲

武警指揮學院 天津 300250

引言

隨著物聯網、云計算、大數據、人工智能、5G等新一代信息技術的興起和快速發展，教育進入智能化時代，智能教育是信息時代教育教學的新方向，也成為教育教學改革和發展的支撐和保障。目前各大院校的建設普遍處于數字化校園階段，已遠不能滿足目前的發展要求，迫切需要從“數字校園”向“智慧校園”轉型，教室作為最典型、最核心的教學環境，對培養學生的信息化素養有著不可替代的作用，在這種發展趨勢下，智慧教室應運而生。

1 智慧教室的概念及特征

1.1 智慧教室的概念

智慧教室也叫智能教室、未來教室。智慧教室沒有統一的概念定義，從不同的角度出發有不同的觀點。北京師范大學黃榮懷教授等學者提出SMART模型，認為智慧教室是一種能優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展，具有情境感知和環境管理功能的典型的智慧學習環境[1]。學者聶風華等認為智慧教室是為教學活動提供人性化、智能化的互動空間和軟硬件設備的總和。國外的觀點早期較多關注智慧教室的技術和裝備效能，2008年以來則側重于學習環境和智慧教室的功能：智慧教室是一個完全整合的交互系統；是一個擁有計算機、投影儀、網絡接入且能夠調節光照和控制視頻流、能有效利用技術激發學生主動性與參與性的教室。

總結以上觀點，筆者認為：智慧教室是一個借助物聯網技術、云計算技術、大數據和智能技術等構建起來的，獲取、辨析、存儲和共享信息資源，人性化、智能化呈現教學活動，激發學生主動性與參與性，具有實時交互探索、情境感知、環境管理和評估功能的智慧學習環境。

1.2 智慧教室的特征

2018年，國家標準化管理委員會公布的《智慧校園總體框架》中，對智能教學環境做了明確規范：集智能化感知、智能化控制、智能化管理、智能化互動反饋、智能化數據分析、智能化視窗等功能于一體的，用以支持教學、科研活動的現實空間環境或虛擬空間環境[2]。智慧教室主要體現出以下特征：

1.2.1 智慧性：智慧教室區別于傳統多媒體教室的最大之處在于其“智慧性”[3]。智慧教室實際上是一個融合了物聯網、大數據、云計算、人工智能等先進信息技術的智慧學習空間，可以智能化分析學習者的學習軌跡，對學習者實現科學的發展性評價。

1.2.2 交互性：智慧教室在信息技術的支持下，實現了師生交互、生生交互以及人機的自然交互，相應的教學平臺、智能學習系統和沉浸式教學設備為教學活動提供了更加自然和便捷的學習環境。

1.2.3 混合性：智慧教室可以將數字學習與傳統面授有機結合，實現多種教與學活動的混合、虛擬課堂與現實課堂的混合。

1.2.4 開放性：主要是教學方式的開放、教學環境的開放和教學資源的開放。傳統的教學是“一對多”的教學模式，講臺、座位提前固定好，學習者知識的獲取局限于課堂和紙質教材，而智慧教室中的座位是靈活多變的，可以根據授課需要靈活組成不同形狀（比如圓形、馬蹄形），通過泛在網絡等技術手段，獲取到海量資源。交互式白板的使用，能即時、方便的引入多種類型的數字化信息資源，并可隨時對多媒體材料進行編輯組織、展示和控制，使教學過程中數字化資源的呈現更加靈活。

2 智慧教室對高校教學模式的影響

教學模式是指“在一定教育思想、理論和學習理論指導下的，適用于某種教學環境和教學資源支持下的，比較穩定的教與學活動進程和結構形式”[4]。

智慧教室的發展促使高校教師對教學方式進行改革和創新，對高校教師在智能學習環境下的教學能力提出了更高要求，不能僅僅認為智慧教育就是用智慧的技術手段開展教育。首先要轉變教學理念，改革授課方式，根據教學目的和教學用具進行教學活動的設計；其次要提升自身的信息化素養及信息化設備應用水平，提高對智慧教室所提供的教學可能性的認識水平。

2.1 基于大數據分析的精準教學個性化教學模式

基于大數據分析的精準教學個性化教學模式是智慧教學的必然趨勢。智能教室的智能終端可以支持師生和學習平臺之間的各種互動活動，智能手機、電子書包等便捷數據采集終端設備的充分利用，可以提高數據信息采集的效率、質量，拓展數據涉及的范圍，教師通過對課前信息、課上信息、課后信息的全過程采集、處理，實現對學情的精準把握，從而制定科學合理的教學方案，確保教學活動能夠順利進行。同時，學生的學習行為和習慣都會被記錄在學習系統中，教師可根據課堂統計分析掌握學生的基礎水平和學習狀況，將學習空間和分層教學策略結合起來，及時進行教學策略調整，推送差異化的學習資源，因材施教，精準教學。這要求開展智慧教學的教師能夠讀懂數據分析，正確理解數據的含義，并能從數據中得出正確的結論。

要想落實個性化精準教學模式，必須提升教師的數據意識，增強教師的數據處理能力。要以大數據技術為基礎，有針對性地為教師提供模擬訓練模塊，使其能夠在日常工作中實現對教學方案的模擬練習，從而確保課程教學的順利進行。

2.2 科學性、教學性和技術性統一的互動探究式教學模式

筆者認為，探究式教學模式中教學的操作步驟有創設情境、啟發思考、自主學習與自主探究、協作交流和總結提高5個步驟[5]，比傳統課堂教學模式更尊重學習者的主體作用。智慧教室環境下，教師首先要確定合理有效的教學項目或目標，綜合運用智慧學習平臺、信息處理工具和仿真試驗環境等為學生提供進行實時交互的手段和方法，分析問題，深度思考，在相互協作討論中完成知識的建構，形成探究方案。智慧教室配備的活動課桌椅及多屏顯示功能可以同時展示多個小組的探究成果，方便不同觀點的對比、相互補充和評估。在智慧教室中，師生可以在物聯網、云計算等多種前沿技術和各種智能終端設備的支持下實現互動協作，促進合作學習，在共同學習的過程中發揮各自的認知特點，相互討論交流。學生在緊密溝通與協調合作的過程中實現對知識的建構，學生在教學活動中處于主體位置，教學活動中的每個人都全程參與學習活動，從而提高學生的自主學習能力和團隊合作能力。

師生互動是智慧教室中發生頻率較高的教學行為。教師與學生的互動主要圍繞課前任務完成情況、課中討論情況、課后作業情況展開。學生可以隨時與教師溝通，將自己的想法發送到屏幕上進行探討。教學平臺可以根據教師、學生的互動數據進行數據分析挖掘，從而滿足學生教育的共性需求和個性化需求，促使學生有效學習的達成。

2.3 與翻轉課堂相結合的教學模式

傳統的課堂教學方法對于學生實踐能力和綜合素質培養不足，“課前學習 + 課堂探究”的翻轉課堂教學模式，是培養學生實踐能力和綜合素質的有效途徑 。翻轉課堂沒有統一的定義，它的實質是在技術的支持下，重新調整課堂內外的時間，從傳統課堂的“先教后學”轉變為“先學后教”。即學員用20%的時間通過教學視頻及其他信息獲取手段在教室外對所學內容進行了解，再用80%的時間依據自身對所學內容的了解情況與教師合作，在教室內進行有針對性的探討和研究，最后，教師對學生的學習過程和結果進行評價。在翻轉課堂學習過程中，教師和學生之間是一種平等協作式的互動模式，教師從單純的知識灌輸者轉變為學生學習的引導者和指導者，根據學生課前反饋的情況擬定課堂學習目標及學習任務，教師以個別輔導、點評、提問等活動為主，學生則從知識的全盤接受者轉變為知識傳授的合作者，以討論、解決、展示、分享等活動作為課堂活動的主要形式。

智慧教室的網絡環境可以為翻轉課堂提供基礎的技術支持。方便快捷的線上模式，能夠使學生迅速獲取網絡資源；專業設計的多功能互動教學平臺或教學系統有利于教師和學生的現場互動，可以實現連接的各終端間的交互；智慧教室同時具有強大的數據分析和匯總功能，方便教學效果的實時反饋，能夠詳細記錄學生在課堂教學中的狀態、參與互動的次數等數據。通過專業的統計分析軟件將這些數據進行匯總分析，教師可以及時了解學生的學習狀況，根據發現的問題調整教學方案，為教學決策和教學評價提供參考，從而取得更好的教學效果。

2.4 沉浸式情境教學模式

沉浸式教學模式主要是利用虛擬現實技術和增強現實技術，模擬實際存在的人或物體并獲得身臨其境的感官體驗。虛擬現實技術呈現的是一種完全虛擬的圖像，而增強現實技術是一種基于現實環境的疊加數字圖像，目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。目前，虛擬現實技術和增強現實技術已廣泛地應用于各個領域，智慧教室可以通過技術設備把虛擬現實技術和增強現實技術完善的應用到課堂中，可根據課題研究的不同任務需要，構建不同的高仿真、高沉浸、高互動的虛實融合實訓環境，為學生提供體驗式、沉浸式的學習體驗，使學生“身臨其境”的完成實踐實訓課程。

學者劉勉、張際平通過分析虛擬現實與增強現實的特點及運用在智慧課堂教學中的可能性，結合通用模型ADDIE，構建起基于智慧教室環境的“虛擬現實+增強現實”教學設計模型。采用虛擬現實技術進行實踐教學，在獨立的虛擬現實體驗區中布置可供虛擬現實教學的體驗設備（比如可穿戴設備），幫助學員強化實踐認知；采用增強現實技術實現理論教學，利用智慧教室多屏循環技術與學生端PAD聯動的優勢，促進學生的理論認知建構。最后，整合理論認知和實踐認知獲取程度，得出學習者對于本課程的綜合認知獲取情況。

智慧教室的出現和應用，也對高校教師的信息素養提出了更高的要求。很大一部分教師僅把智慧教室看成增加了智能技術的“多媒體教室”，沒有形成新的、可在智慧學習環境下實施的教學模式。要區分智慧教室與傳統教學環境的不同，接受相關技術培訓，形成智慧教育新觀念，才能更好地利用這種新型教室進行教學改革，讓教師能夠施展高成效的教學方法，讓學習者能獲得適宜的個性化學習服務。

智能學習環境催生了新的教學模式，也帶來了學生學習模式的多樣化,學生應及時更新學習理念，轉變已有的學習模式，從被動學習轉為主動學習，從機械學習轉為探究發現學習，學習時間從課上延伸到課下，地點從教室內延伸到教室外，建立持續性的學習理念和學習模式。