基于智慧教室的融合式教學支持平臺研究*——以“中南大學”為例

文 燦 李中旗 劉 浩 文朝陽

基于智慧教室的融合式教學支持平臺研究*——以“中南大學”為例

文 燦1李中旗2[通訊作者]劉 浩3文朝陽2

（1．中南大學 人事處，湖南長沙 410083；2．中南大學 信息與網絡中心，湖南長沙 410083；3．中南大學 研究生院，湖南長沙 410083）

經過多年的發展，國內高校已經建成了大量的智慧教室，如何充分利用智慧教室的新型基礎設施、融合各類平臺的教學資源和教學工具、靈活運用信息技術來支持教學過程、提高教學效果，已成為高校面臨的現實問題。針對這些問題，文章首先分析了基于智慧教室的融合式教學支持平臺的發展歷程、現存問題，隨后設計了基于智慧教室的融合式教學支持平臺框架，最后以中南大學建設的融合式教學支持平臺為例，介紹了該平臺的應用成效并分析其構建經驗。文章通過對智慧教室中各類平臺的創新融合，提出了構建融合式教學支持平臺的具體方案，以期推動線上線下教學融合發展，支持融合式教學高質量發展。

智慧教室；教學支持；智能管理；融合式教學；網絡空間

隨著信息技術的迅猛發展，“智慧化”開始走入普通人的工作、生活和學習，隨之產生的智慧教室也憑借其技術優勢成為了教育教學環境建設的發展方向。然而，在疫情常態化防控的背景下，高校原有建設的智慧教室面臨對教學支持不足、資源整合困難等實際問題。針對這些問題，研究者提出以人工智能、大數據、物聯網等新興技術為基礎，依托各類智能設備與網絡，推動新技術支持下的教育模式變革和生態重構[1]。例如，建設智慧校園新型基礎設施，利用信息技術升級教學設施、科研設施和公共設施，促進學校物理空間與網絡空間一體化建設[2]。利用先進的信息化技術，構建智慧教室一體化與智能化的教學、管理與服務平臺，加快推動人才培養模式變革，實現規模化教育與個性化培養的有機結合，已成為當前教育教學改革的主流追求。但是，目前基于智慧教室的融合式教學支持平臺建設和運維仍缺乏相關的實踐借鑒經驗，大量功能的引入導致建設碎片化、同質化現象嚴重，智能技術的引入也增大了運維的復雜性[3]。近年來，中南大學加大對智慧教室支持教學活動的研討與建設，構建了“教室設備智能管理、教學過程時空拓展、教育管理數據支持”的融合式教學支持平臺，并取得了一定成效。因此，本研究基于中南大學平臺建設的實際案例進行分析與驗證，探索構建技術融合的學習環境和教學支持體系，期望教師能運用高效的教學方法、學生能獲得適宜的個性化學習服務，以促進教師發展、提高學生學習質量[4][5]，并為其他學校相關平臺的搭建提供參考。

一 基于智慧教室的融合式教學支持平臺的發展和問題

智慧教室為師生提供了實用、便捷的功能，為教師智慧教學創造了條件，改善了學校的教學環境與條件，也為開展智慧教育提供了可能[6]。智慧教室不僅是基于物聯網技術的信息與多媒體設備管理控制系統的靜態學習空間，更是教學資源共享、教學情境互動、教學過程監控、教學數據分析、教學行為引導的動態學習大環境，高校需要依托多媒體教室和智慧教室的已有建設基礎，建設物理空間和網絡空間相融合的新型智慧教室，構建泛在化、感知化、一體化、智能化的新型教學支持平臺[7]，推動線上線下教學融合發展，支持教學高質量開展。本研究認為，教學支持平臺是指支持教學的硬件設施和軟件系統的總稱，它關系到教學的質量和效率。經過多年的發展，全國各高校都建設了智慧教室，并開發了越來越多的智慧教室功能，建設了各種類型的教學支持平臺，實現了教室的部分智慧化；但在此過程中，基于智慧教室的融合式教學支持平臺的發展也存在一定的問題。

1 發展進程

在從多媒體教室向智慧教室發展的過程中，新的信息技術不斷被引入，教學支持平臺包含的軟硬件不斷增加，教學支持平臺發展大致經歷了以下四個階段：

①傳統式教學支持階段。多媒體教室建設初期，教室只有計算機、功放、音響、投影機等硬件設備，教學支持平臺主要提供教學所需的硬件設備，平臺數據的記錄依賴人工完成。

②集中式教學支持階段。隨著高校多媒體集中控制建設和標準化考場建設的推進，高校多媒體教室相繼增加了網絡中控、IP電話、攝像頭等硬件設備，并配套提供管理軟件，實現了教室多媒體設備和少量監控設備的集中管理，教學支持平臺的部分數據可以通過系統自動記錄。

③智能式教學支持階段。隨著智慧教室的建設逐步完善，教室中智能化基礎設施的種類和數量急劇增加，配套教室智能化功能的各種軟硬件系統應運而生。智慧教室中開始引入可管理網絡交換機、無線網絡等系統，實現了教室中各類設備的集中統一管理[8]；引入高清常態化錄播、云存儲等系統，實現了教學支持的可視化；引入網絡教學平臺，實現了智慧教室從物理空間到網絡空間的延伸；引入分數據中心、全閃存儲等系統，實現了與教學相關的結構化數據和非結構化數據的高速存取。

④融合式教學支持階段。后疫情時代，高校使用智慧教室開展了大規模的線上教學[9][10]，推動了線上線下教學的深度融合發展。融合式教學要求教學支持平臺支持教學過程的時空擴展，建設物理空間和網絡空間相融合的新型智慧教室。推動不同設備、不同系統、不同平臺融合發展，構建互聯互通、應用齊備、協同服務的融合式教學支持平臺，已成為當前高校信息化部門必須面對的現實任務。

2 存在的問題

為了實現智慧教室日益增長的功能需求，高校建設了大量的應用系統，構建了各自的教學支持平臺。然而，大部分高校在構建基于智慧教室的融合式教學支持平臺的過程中會遇到如下問題：

①教學設備的智能統一管理問題。主要表現為智慧教室設備和系統后臺管理分散，沒有實現基于智慧校園的集中統一管理。原有智慧教室的建設沒有統一規劃、系統分散采購，不同類型的系統被各自單獨管理。隨著智慧教室功能的增加，有越來越多的設備和系統后臺服務器。因此，全校各系統的教室設備和系統后臺服務器的一體化、智能化管理成為亟待解決的問題。

②教學全過程管理服務問題。主要表現為智慧教室沒有和教務系統、一卡通系統等相關系統聯動，無法實現基于教務安排和智慧物聯的教學全過程管理服務。

③教學大數據支持精準化、個性化教學問題。主要表現為智慧教室沒有建設基礎數據庫，不能將全校智慧教學大數據集中統一收集，導致智慧教室數據分散在各個系統后臺中，分散的教學數據無法有力支持個性化教學。

可見，高校需要根據教學需求，將智慧教室中建設的大量應用系統不斷融合，以提高融合式教學支持平臺的有用性，實現融合式教學支持平臺的最大效能。

二 融合式教學支持平臺的構建

針對目前融合式教學支持平臺存在的問題，中南大學于2014年開始探索“智慧教室”功能和建設方案，經過多年努力，實現了智慧教室中多媒體教學設備和智能化基礎設施的協同發展，逐步建成了中南大學特色的融合式教學支持平臺，并取得了一定的效果。中南大學融合式教學支持平臺有機融合物理空間和網絡空間，實現兩者相互承接、相互關聯、相互助力，支撐打造智慧教室的智能化、可視化、精準化、智慧化教育支持服務體系[11]。中南大學按照“安全工作常態化，常規工作規范化，重點工作精細化，特色工作品牌化”的工作策略，設計了基于智慧教室的融合式教學支持平臺框架，如圖1所示。

圖1 基于智慧教室的融合式教學支持平臺框架

中南大學融合式教學支持平臺構建以智慧教室為節點，圍繞信息化教學開展建設，按照“教室設備智能管理、教學過程時空拓展、教育管理數據支持”的理念，借助服務器超融合架構和智慧教室全光專網，利用智慧教室軟硬件設備設施，進行教學資源的集散和教學數據的分析，實現教室設備的智能化管理，極大地豐富了教學手段和學習資源，并對教學過程的數據進行智能分析，及時調整教育教學及管理的手段和內容。中南大學已經完成了全校區480間教室的智慧化建設，建成了“設備智能化管理平臺”“可視化教學支持平臺”“學習行為信息化平臺”三個相互交融、數據共享的系統，初步構建了一個教學資源共享、教學情景互動、教學過程監控、教學數據分析、教學行為引導的動態學習大環境。

1 教室設備智能管理

借助設備智能化管理平臺，中南大學實現了公共教室各種設備的統一監控和管理，使教室設備由零散的個體融合成一個有機的整體，從而提高了教室設備的管理效率，加強了師生上課的服務保障。平臺主要包括如下功能：

①數據采集。設備智能化管理平臺連接著兩個主要的數據源：相關管理系統的靜態數據和教室終端設備實時采集的動態數據。其中，靜態數據主要包括教務管理系統的教學安排、資產管理系統的資產情況、一卡通系統的師生信息、物業管理等部門的相關信息；動態數據主要包括教室設備的運行情況、教室內人員的情況（密度、數量、身份等）、實時溫度、設備異動情況等信息。通過對靜態數據和動態數據進行采集、分析，可以實現設備的自動控制。

②系統控制。服務器自動分析采集到的各類數據，通過設備智能化管理平臺對教室設備進行控制和狀態調整。目前，中南大學設備智能化管理平臺主要包括投影機、攝像頭、計算機、中控、交換機、電子班牌等17個子系統，可實現教室設備按課表自動開關、教室設備故障報警、投影機高溫及燈泡低亮度預警、設備異常異動及缺失報警、教學過程自動錄播等功能。

③行為引導。設備智能化管理平臺在數據分析完成后進行自動控制和信息推送，可以大量減少設備管理人員的常規手動操作，引導維護人員提前安排維修和排除故障；系統對設備運行數據進行統計和分析，可以準確地顯示教室設備部署方案及設備品牌型號的使用效果，為設備的日常管理、升級改造、方案優化等工作提供詳細的使用數據。同時，系統可以讀取課表信息，實時統計自習教室的空座率，通過自習教室空座率查詢APP自動向學生推送自習教室；在現有自習教室達到一定上座率后，系統自動遞次開放自習教室的燈光和空調，新開放的自習教室同步推送至手機APP。由此，設備智能化管理平臺自動引導人流，提高了教室的使用率，同時也節約了能源。

2 教學過程時空拓展

智慧教室區別于普通多媒體教室的一大特點，在于其打破了教學過程中教師面對學生的時空限制，而中南大學可視化教學支持平臺正是以信息化教學為核心，以課程為單位，突出教學評價和教學管理，通過信息化手段，將課堂教學過程完整地呈現在線上學習平臺，并依托線上學習平臺的強大功能，為教學過程打破時空的限制提供了豐富的教學手段。此外，可視化教學支持平臺還設置教學督導和學生隨堂微評功能，將評教評學融入教學全過程，實現新型教學質量的督導和教學過程的指導。平臺主要包括如下功能：

①線上線下融通。在教師現場授課的同時，自動生成課堂教學實況錄像，完整地記錄教師授課的全過程，包括教師講授的過程、使用的多媒體教學課件、現場學生的反饋等。通過教務系統的課表信息，自動將線下授課的音視頻資料導入在線學習平臺，針對每一門線下課程在線上形成同步的教學資源，為學生復習、線上交流、難點解析、知識拓展等提供線上平臺。

②教學過程監控。可視化教學支持平臺使用的終端包括監控機房、遠端PC、手機、平板等。在不對現場教學產生任何影響的情況下，教務管理人員可通過身邊的智能終端隨時隨地查看任意智慧教室的現場教學情況，教學督導可在任意時段回看年輕教師的授課過程，學工管理人員可隨時隨地了解學生的聽課、考試、自習等情況，輔導員和班導師可隨時調閱個別問題學生的學習視頻、了解其學習狀態。

③遠程教學功能。在視頻會議室的基礎上，教師在智慧教室授課，學生利用個人終端在線直播學習，師生進行遠程雙向交流，實現“高山深井”進教室、“工廠車間”進教室、“病房手術”進教室。

3 教學管理數據支持

學習行為信息化平臺采集智慧教室的學生課堂學習、網上學習和學生日常行為的數據進行分類統計分析，形成支持教學管理和學生管理決策的科學、準確的核心數據[12]，并將其提供給相關教學、學生工作管理部門。平臺主要包括如下功能：

①學習行為統計。聯通智慧教室分數據中心和教務系統并進行對接，以統計每天每節課的學生到課人數和到課率。將采集到的數據按每位教師、每門課程進行統計和分析，可將每位教師授課的受歡迎程度、學生對每門課程的重視程度與投入情況以數字的方式提供給學校教務管理部門，作為教務部門有針對性地提高年輕教師教學水平、優化培養方案的重要依據；將不同類別、不同群體學生的課堂出勤情況提供給學校的學生管理部門，作為學生工作有針對性地加強學風班風建設的重要依據。

②行為異常預警。采集學生在智慧教室、學生寢室、學生食堂等主要學習生活場所的行為信息，并進行行為數據分析，將異常行為數據提供給相關的管理部門。

③教室使用統計。分時段采集教室上課和自習學生人數，并進行統計分析，為下一階段的教室資源分配、周邊設備使用、安全力量配備等提供依據；采集特定時段的教室內學生人數，實時將數據傳送給相關單位，及時調整工作內容。

三 融合式教學支持平臺的應用成效和經驗

中南大學將智慧教室現有的各類設備、系統和平臺進行深度融合，構建融合式教學支持平臺，并將該平臺應用于教學設備管理、遠程教育教學、課堂督學督導、學習與行為異常預警等各個方面，有效促進了教學方法、教學手段、課程開發、教學管理、教學評價、學習方式等的不斷優化，為教學管理和學生管理提供了新的渠道和手段。

1 融合式教學支持平臺的應用成效

①實現了教學設備的智能和統一管理，提高了設備的利用率和可用性。截止到2021年12月，中南大學融合式教學支持平臺共管理智能設備約6900多臺，分布在全校4個校區，覆蓋480多間公共教室。平臺充分利用中南大學原有智慧教室基礎設施中的全光纖網絡資源和服務器資源，實現了智慧教室的統一管理與數據融合。通過對設備使用情況和運行狀態的數據進行采集，可以在一個界面上了解數千臺不同類型智能設備的使用情況并獲得統計報表，有針對性地進行設備維護和保障，降低了日常運維的技術門檻和設備使用的故障率；通過平臺的故障巡檢和預警，及時發現設備故障并“提前”處理，提高了日常運維的工作效率，大大降低了使用者對設備故障維修的感知，營造了良好的公共教學環境。

②實現了線上和線下融合式教學，促進了物理空間與網絡空間一體化。融合式教學支持平臺為全校6萬多名師生配置賬號，構建了一個處處能學、時時可學的泛在學習環境，實現了正式學習與非正式學習的融合，是一個有效支持個性化、適應性學習的智能化學習支持環境；同時，該平臺集“教、學、評、管、考”于一體，使教師、學生、督導、教務、學工通過教學過程、督導評價、教務管理、各類考試等行為數據的流動，產生相互關聯與互動，形成了螺旋式上升的閉環監控體系。平臺上的教學課表數據和師生信息完整、安全，且平臺能夠實時、全面、客觀地記錄教學過程，每學期自動錄制課程44萬課時，為在線教學和教學管理提供服務，協助教師開展精準教學，幫助學生進行個性化學習，具有安全性、易用性、高可靠、高并發等特點[13]。自2020年新冠肺炎疫情爆發以來，平臺的日總訪問量最高值達150萬人次，中南大學師生通過該平臺完成了學生返校前的遠程教育教學，確保了相關教學工作的順利開展。

③實現了不同系統數據的融合和集中存儲，為教學提供了及時、精準、個性化的數據。原有教務信息、一卡通信息、學工信息、設備信息等數據分散在不同的信息系統中，彼此關聯度低，缺乏較好的呈現方式，而現在智慧教室分數據中心對這些數據進行了統一的收集與規整。平臺使用智慧教室作為節點，基于行政班、教學班、學院、教室等維度，利用HTML5、微信、一卡通、電子班牌等技術手段，實現了學生學習行為數據收集、智慧教室的課表展示、學習行為信息原始數據的統計展示。信息與網絡中心積極配合學生工作部、本科生院、研究生院等職能部門，面向全體師生推廣、應用融合式教學支持平臺，實現了學生通過系統簽到，每日的簽到最大訪問量超過7萬人次。學工部門（輔導員）通過平臺實現課堂行為線上全過程管理，教務部門（教師）通過系統改變原有的上課點名模式，既加強了教學紀律，也提高了教學效率、切實提升了課堂質量。

2 構建融合式教學支持平臺的經驗

①實現傳統多媒體教學設備、智能化基礎設施的互相補充和共同發展。智慧教室建設在充分滿足原有傳統多媒體教學需求的同時，也需要不斷適應信息化教學的新需求，通過設備的智能管理，實現多媒體教學設備、智能化基礎設施的互相補充和共同發展。

②細分各項具體工作，采取不同的工作策略。使用流程化制度對大量且繁重的信息化教學、實驗室開放工作進行規范，使教學設備和系統能夠持續并安全地保障融合式教學支持平臺的運行，不斷滿足廣大師生信息化教學需求。

③建立多部門、多技術協同聯動機制，共同實現智慧教室大數據的融合和可視化。信息化部門、教務部門、學工部門、資產與實驗管理部門、后勤物業部門、保衛部門等多個部門都會對智慧教室的基礎功能和數據使用提出要求，所以要強化一體化系統的理念，多部門協同完成智慧教室的建設。例如，建設高度共享的數據庫，統籌推進技術融合、數據融合，實現跨部門、跨校區、跨系統、跨業務的智慧教室大數據庫建設。

四 結語

本研究通過分析基于智慧教室的融合式教學支持平臺存在的問題，提出了基于智慧教室的融合式教學支持平臺框架，并以中南大學建設的融合式教學支持平臺為例，介紹了該平臺的應用成效并總結了構建經驗，可為國內同類大學建設教學支持平臺提供借鑒。隨著教育新型基礎設施建設的推進，未來融合式教學支持平臺還需加強對教學數據的挖掘和分析，不斷完善數據智能的融合式教學支持體系，深入應用物聯網、5G、人工智能、大數據、云計算等新一代信息技術，為教育教學改革提供有力支持，滿足師生的融合式教學需求。

[1]中華人民共和國教育部.教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知[OL].

[2]中華人民共和國教育部.教育部等六部門關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見[OL].

[3]余勝泉,陳璠.智慧教育服務生態體系構建[J].電化教育研究,2021,(6):5-13、19.

[4]祝智庭.智慧教育新發展:從翻轉課堂到智慧課堂及智慧學習空間[J].開放教育研究,2016,(1):18-26、49.

[5]李逢慶,宮淑紅.應對與回應:呼喚構建信息時代的大學教學支持服務體系[J].電化教育研究,2014,(8):25-31.

[6]沈宏興.教育信息化2.0時代高校教育技術工作創新與實踐[J].實驗室研究與探索,2019,(6):128-132.

[7]鐘曉流,李海霞,宋述強,等.C-campus交互式教學支持系統研究與實現[J].實驗技術與管理,2016,(10):152-155.

[8]劉宸,李國棟,張哲,等.高校智慧教室的構建與研究——以西安交通大學為例[J].現代教育技術,2018,(10):70-75.

[9]沈宏興,郝大魁,江婧婧.“停課不停學”時期在線教學實踐與疫后在線教學改革的思考——以上海交通大學為例[J].現代教育技術,2020,(5):11-18.

[10]楊玉輝,董榕,張紫徽,等.“學在浙大”網絡學習空間的構建與應用——疫情時代在線學習平臺建設的探索[J].現代教育技術,2021,(1):105-111.

[11]王運武,李炎鑫,李丹,等.“十四五”教育信息化戰略規劃態勢分析與前瞻[J].現代教育技術,2021,(6):5-13.

[12]管玨琪,孫一冰,祝智庭.智慧教室環境下數據啟發的教學決策研究[J].中國電化教育,2019(2):22-28、42.

[13]李中旗,文燦,高士娟,等.高校師生對可視化教學支持平臺的接受度研究[J].現代教育技術,2021,31(5):97-103.

Research on Integrated Teaching Support Platform Based on the Smart Classroom——Taking “Central South University” as an Example

WEN Can1LI Zhong-Qi2[Corresponding Author]LIU Hao3WEN Zhao-Yang2

After years of development, domestic colleges and universities have built a large number of smart classrooms, but how to make full use of the new infrastructure of smart classrooms, integrate teaching resources and teaching tools of various platforms, and flexibly use information technology to support teaching process and improve teaching effect has become a practical problem faced by colleges and universities. In response to these problems, this paper firstly analyzed the development process and existing problems of the integrated teaching support platform based on the smart classroom, then designed the integrated teaching support platform framework based on the smart classroom, and finally introduced the application results of the platform and analyzed its construction experience by taking the integrated teaching support platform built by Central South University as an example. Through the innovative integration of various platforms in the smart classroom, an integrated teaching support platform was constructed in this paper to promote the integrated development of online and offline teaching, and to support the high-quality development of integrated teaching.

smart classroom; teaching support; smart management; integrated teaching; cyberspace

G40-057

A

1009—8097（2022）06—0115—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.06.013

本文受湖南省普通高等學校教學改革研究項目“基于數據驅動的可視化教學支持平臺運行實踐研究”（項目編號：HNJG-2020-074）、中南大學實驗室建設和管理研究重點項目“公共教室智能化平臺運行實踐研究”（項目編號：202106）、中南大學研究生教育教學改革研究項目“融合式教學環境下的研究生課程質量督導模式研究”（項目編號：2022JGB037）資助。

文燦，助理研究員，碩士，研究方向為教育技術、高等教育、教育管理，郵箱為wencan@csu.edu.cn。

2021年10月1日

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