基于課堂實時動態互動的交通運輸設備課程方案設計

周桂良 毛麗娜 黃東輝 程曉凡

摘? 要：文章根據交通運輸設備課程特點，以師生高效實時互動、學生主動參與、構建高質量教學環境為目標，以基于物聯網技術的智慧教室為硬件基礎，以智慧教室六大子系統為技術支撐，以師生情感互動為填充設計課程互動教學方案。方案分為課前預習、課中學習、課后復習三個模塊，全面涵蓋情景導入、教師講解、及時測評、實時互動、課堂討論、個性教學、學生展示、反饋評價、復習鞏固等教學環節，并選取交通運輸設備課程中汽車構造部分的教學為方案設計實施案例，實現了師生實時互動的高效性與有效性。課程設計方案符合未來信息化教學改革中多維性、集成性、交互性、實時性和沉浸性發展的需求。

? 關鍵詞：動態互動;智慧教室;課程方案設計

? 中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：A

Abstract： According to the features of transportation equipment course， this paper designs the interactive teaching scheme aiming at efficient real-time interaction between teachers and students， active participation of students and construction of high-quality teaching environment. The design takes the smart classroom basing on internet of things as hardware foundation， sets the six subsystems of smart classroom as technical support and fills the emotional interaction between teachers and students. The scheme consists of three modules： pre-class preview， in-class learning and after-class review， which fully covers the teaching links such as scene introduction， teacher explanation， timely evaluation， real-time interaction， classroom discussion， personality teaching， student presentation， feedback， evaluation and review. The design is implemented on the part of automobile structure in transportation equipment course for case study. It realizes the efficiency and effectiveness of real-time interaction between teachers and students and meets the needs of multidimensional， integrated， interactive， real-time and immersive development in the future information-based teaching reform.

Key words： dynamic interaction; smart classroom; course scheme design

? 近年來，隨著我國社會經濟、互聯網技術的快速發展，網民數量也快速增長。中國互聯網協會發布的《中國互聯網發展報告2020》顯示截至2019年年底，我國移動互聯網用戶規模達13.19億人[1]。互聯網技術的廣泛應用將互聯網+教育、未來教育等教育改革思想逐步融入現代教育改革中，同時VR技術、物聯網技術等現代化技術也得到廣泛重視。本文通過對交通運輸設備課程目前教學方式分析，同時結合本專業學生課程改革需求，提出基于課堂實時動態互動的交通運輸設備課程信息方案設計。

1? 實時動態互動課程方案研究現狀

? 隨著互聯網、物聯網等新興技術發展，新技術融入課堂教學改革已成為必然趨勢。針對智慧教室設計和建設方面的研究，有學者強調加入多屏互動、VR教學、智能錄播以及智能反饋系統等技術，以此來豐富智慧教室系統[2-5]。在理論研究方面有學者強調現代課程方案的設計應該增加情感互動、學生學習偏好、智慧教育影響因素的研究。通過資料研究顯示大多智慧教室存在系統單一、互動性不高、互動范圍受限、整體設計不足等問題[6-8]。基于上述問題，本文提出建立基于物聯網技術支持的交通運輸設備課程實時動態互動信息方案。

2? 實時動態互動課程方案整體構架設計

? 課程互動方案整體構架主要介紹教師、智慧教室、學生三者之間的互動配合。教師、學生通過各自設備以智慧教室子系統為介質在課前、課中、課后保持實時互動聯系，如圖1所示。

課前互動環節。該環節是教師通過自帶設備登錄智能反饋系統設置課程要求與預習內容，智能反饋系統根據課程需求自動設計預習方案，學生登錄智能反饋系統完成預習并上傳預習內容，系統自動分析預習情況反饋給教師，教師根據反饋調整優化授課內容。

? 課中互動環節。該環節由教師進入教室打開智慧教室設備，教師、學生登陸智慧教室系統進行設備連接。教師根據教學要求利用智慧教室各子系統組織學生參與課堂教學，根據每個章節具體知識特點，運用VR等不同技術進行多種互動。同時依據互動結果，實時監控學生學習效果，及時調整互動方案。

課后互動環節。該環節為教師根據系統收集學生整體學習情況分析，設置課后任務，并及時上傳至智能反饋系統，并由智能錄播系統錄制處理上課視頻提供學生復習使用。系統根據學生不同學習情況，設計推送個性化復習方案。系統自動分析學生上傳資料并對學生學習情況進行定量考核供學生和教師參考。

3? 智慧教室技術構架

? 物聯網是一種協調性網絡，包括應用層、平臺層、網絡層、感知層四個層次。針對實時動態互動的特點，本課程以基于物聯網技術的智慧教室為基礎，利用局域網、ZigBee網關作為智慧教室基本網絡支撐，對各種設備、系統進行聯結，并運用多源數據技術獲取教室、教師教學、學生學習各種信息進行分析處理，如圖2、圖3所示。

4? 實例分析

（1）課前預習互動

? 教師將汽車構造章節教學要求上傳智能反饋系統，系統根據要求推送預習資料。學生通過自帶設備登錄系統并根據預習要求和計劃完成該次預習內容，了解汽車組成的四大部分以及相關構件運行原理。系統根據學生預習情況分析得出預習整體概況，教師根據預習情況加強學生弱項備課內容，如圖4所示，教師需要優化教學課件中發動機、底盤內容并在課堂中重點加強對發動機、底盤知識點的講解。

（2）課中互動教學

簽到識別：課程開始前5分鐘進行人臉識別簽到環節，監控會對進入和已經在教室學生面部識別簽到，為防止學生中途無故缺席，人臉識別系統會在課程開始后定時對教室內學生人臉進行統一掃描比對以確定學生是否還在教室內。

? 情景導入，任務驅動：教師利用教學屏幕播放汽車運行原理視頻、展示不同汽車構造，教師提出問題引發學生思考，例如：簡述汽車動力的傳輸過程。

? 課件展示，教師講解：該環節在教師與學生對本節課程有一定互動交流的基礎上，教師登錄賬號打開智能反饋系統中的汽車構造教學資料，為學生講解汽車構造課程，著重講解學生預習難點。在這個環節中會穿插以下環節：

? 團隊氛圍，情感互動：生生互動根據課堂要求成立小組，組長協調小組學習討論，也可以進行小組間的討論;師生互動包括課堂眼神，肢體交流、情感互動，語言交流、提問環節，激發思考等互動環節。

? 實時記錄，平臺互動：學生在課堂開始前登錄智能反饋系統打開汽車構造章節課件，學生會在教師講解過程中，同步看到教學屏幕資源，通過自帶設備同步在自己屏幕上做筆記、標記知識模糊點。

? 實時測評，及時反饋：教師對當前知識點講解結束后智能反饋系統實時彈出測評題目，學生作答并將結果實時反饋。

? 人臉識別，實時監測：該環節通過人臉識別系統對課堂學生面部表情、眼神、動作進行監測，判斷學生課堂專注情況。如系統判斷學生長時間走神或注意力不集中，則通過學生設備實時提醒學生。

? VR輔助，立體學習：教師可在情景導入環節及課堂教學中利用VR視頻展示發動機、車身、車輛電氣設備、底盤結構等，增強學生對車輛的立體感知。完成某部分知識點講解后可借助VR視頻互動，如完成發動機部分講解，指導學生觀看VR發動機視頻，同時可通過體感鼠標控制視頻暫停、開始、調取文字介紹等，還能將零件從設備中分離出來單獨展示。理論部分講解完成后可通過VR虛擬設備輔助學生模擬拆裝發動機和底盤進行虛擬仿真實驗。

? 多屏互動，即時討論：以多屏互動系統為基礎，可實現師生、生生及人機即時互動。教師根據課程內容設置討論議題，如議題為發動機氣缸不同排列方式的優缺點，指導學生進行小組討論。各組員通過學生設備輸出觀點，由多屏互動系統整理小組成員觀點形成小組結論并標記不同組員觀點;小組之間通過多屏互動系統交流小組觀點，達成小組間討論，最后由教師對各組討論結果進行評價與總結。該環節需要教師全程主動參與各小組的組內討論，即時引導，有序推進，達到教學有效反饋。

? （3）課后復習鞏固

? 以汽車構造章節為例，在該板塊課程結束后智能反饋系統會及時收集教學過程信息，主要包括教師講授內容，學生學習情況等，并根據分析結果發布復習計劃。如系統分析發現某學生發動機部分知識掌握不足，如圖5所示，即針對發動機知識點推送講解視頻及相關題目。教師根據教學重點及學生整體學習情況設置復習內容，其中包括章節思維導圖繪制，以幫助學生系統理解課程知識。此外，教師需在課后關注課堂參與度較低的學生，通過面談或手機社交軟件加強課后師生交流，提高課堂參與度和學習效果。

5? 結? 論

? 通過調查本專業學生學習本課程后的課程改革需求及目前教學方式存在的問題，本文提出并設計了一個以物聯網下智慧教室為基礎的互動教學方案。該方案分為課前、課中、課后三個部分，包括智能中央控制與物聯網系統、智能錄播系統、多屏互動系統、VR智能教學系統、智能反饋系統、人臉識別系統六個子系統，以錄播分享、人臉識別、實時記錄、VR輔助、多屏互動、系統分析等功能的實現，全面涵蓋情景導入、教師講解、及時測評、實時互動、課堂討論、個性教學、學生展示、反饋評價、復習鞏固等教學環節的實施。選取交通運輸設備課程汽車構造部分的教學為本方案實施樣本。本方案著眼于提升學生課堂參與度，方便并強化師生互動，打造立體學習環境進行設計，以現代技術提高課堂的科技感，實現師生互動的高效率與有效性。本方案屬于理論上的設計探討，具體實施中還需根據具體課程特點進行調整，僅為實時動態互動教學方案設計提供參考。

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