全面建設智慧教室 推動智慧校園發展

徐正坤 莫新平

摘? 要? 在教育部提出的教育信息化2.0行動計劃的引領下，智慧校園成為當前高校建設的重要方向。智慧教室作為智慧校園的重要組成部分，在其整體建設框架下全面普及，取代傳統的多媒體教室已成為必然趨勢。在學院智慧教室建設的基礎上，提出以大數據分析中心為統領，分層次、分階段建成基礎型智慧教室、功能型智慧教室及專業型智慧教室的普及性建設方案，為全面建設智慧教室提供借鑒經驗。

關鍵詞? 教育信息化；智慧教室；智慧教學；智慧校園；大數據

中圖分類號：G647.6? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）22-0009-04

0? 引言

近年來，物聯網、大數據、云計算、人工智能等現代信息技術飛速發展，已經滲透教育領域的方方面面。隨著信息技術與教育領域的深度融合，創建基于互聯網絡的智慧學習環境已經成為學校信息化建設的內在訴求和必然趨勢。各個學校已從早期主要關注教育信息化的軟、硬件設施建設和教學資源開發的數字化教育建設階段，轉入以智慧教室和智慧校園為標志的智慧教育階段，這兩個階段的最大區別在于學習環境有了根本性改變——由數字化學習環境變成智慧學習環境[1]。在此形勢下，智慧教室作為一種基礎且典型的智慧學習環境，應時而生并快速發展起來。傳統的投影設備加電腦式的多媒體教室，已經無法滿足信息時代課堂教學的實際需求。為適應時代變化，順應教育和教學改革的需求，全面提升學生的綜合素質和提高課堂教學質量，目前各個高校正積極推進全面建設智慧教室的進程，將其放在教育教學改革和校園信息化建設的重要位置，逐步將傳統的多媒體教室升級為智能化、交互性和基于行為數據分析的智慧型教室。

1? 智慧教室的概念

20世紀90年代以來，作為智慧教學的典型代表和主要支撐環境的智慧教室，逐漸成為企業、科研機構和教育工作者重點關注與研究的對象。國內經過十多年的探索和發展，對智慧教室目前還沒有統一明確的定義，從陳衛東的智能教室[2]，到黃榮懷的從智慧學習環境構建角度提出的“SMART”模型[3]，再到聶風華從系統構成角度提出的“ISMART”模型[4]，國內學者從不同的角度對智慧教室進行界定和描述。還有學者提出更加具體的定義，例如：張亞珍[5]認為，智慧教室是借助現代信息技術和網絡技術構建的智慧學習空間，是物理空間和數字空間的結合、本地和遠程的結合；張凱等[6]認為，智慧教室是以現代教育思想為指導，利用新一代的信息技術對教室空間和教學過程進行整體改造和深度融合的新型課堂教學環境，實現了師生、資源、技術、環境的最佳耦合。

綜上所述，智慧教室的概念表述雖然偏重點不同，但是涉及的基本要素類似。智慧教室的基本特征在于智慧化，概括起來包括兩方面：一是教學環境的智慧化，主要包括智能化教學設施（多屏顯示、無線投屏、遠程互動、線上直播、擴音設備等）、多樣化空間環境（桌椅樣式及布局、色彩搭配、隔音處理等）、基于物聯網的智能環境管理（物聯網智能中控設備等）；二是教學過程的智慧化，主要包括云端智能化的教學平臺、資源生成系統、學習行為采集和分析系統、個性化資源推薦、個性化分析、人工智能、虛擬現實等系統。

隨著國內智慧教學環境研究的深入及快速發展，近年來，各個高校形式多樣、功能各異的智慧教室如雨后春筍般相繼建成，各種類型的智慧教室建設方案也不斷涌現。例如：練若琳等[7]按照系統組成和功能的不同，分成投屏類和非投屏類兩種類型的智慧教室建設方案；孫進康等[8]根據不同的課堂教學需要，提出講授輔導型、互動協作型和探究研討型三種智慧教室建設方案。由此可見，智慧教室建設要在遵循其基本特征的基礎上，根據學校的實際需求，研究出適合自己學校的智慧教室建設方案。

2? 智慧教室建設內容及問題

2.1? 建設內容

為全面貫徹《教育信息化十年發展規劃（2011—2020年）》和推廣落實《職業院校數字校園建設規范》，加快學院教育信息化建設步伐，山東外貿職業學院作為“全國職業院校數字校園建設實驗?！敝?，2019年進行智慧教室的試點建設工作，在青島李滄校區和泰安校區建成五間遠程智能互動教室，實現課堂互動、探究式分組教學、研究性學習、精品課程錄制、線上直播和跨校區遠程互動教學等教學活動。系統主要包括高清錄播系統、智慧交互教學系統、大數據管理平臺等。智慧教室的具體功能系統如下。

1）高清錄播系統，包括錄播主機、高清云臺攝像機、定位分析儀、數字音頻處理器等軟硬件設備，可以實現一鍵式課堂教學常態化全自動錄播，全面記錄教學過程，積累優秀教學資源。資源管理平臺可以對錄制視頻進行分類管理、點播回放，對日常教學活動進行觀摩、巡課、督導、直播等。

2）智慧教學交互系統。智能交互系統由互動服務器、智慧教學互動軟件、交互式終端、無線APP等構成，能夠為教師提供高效的課堂教學服務，支持在線課堂互動教學，包含便捷的課堂管理、多種教學終端的投屏互動、實時的課堂互動、高效的分組互動及統計分析等，能夠支持多臺互動主機之間的互動教學、教研應用，實現跨校區遠程互動教學功能。

3）多媒體顯示系統，包括LED顯示大屏、交互式一體機、智慧無線講臺、液晶電視、無線網絡同屏系統等設備，可以將教學內容以多屏幕、多角度、全方位的多媒體形式呈現在學生面前。無線網絡同屏系統可以通過無線網絡系統，將各種顯示終端進行無縫銜接，滿足多終端之間的無縫通信以及同屏推送需要。

4）擴聲系統，主要包括無線麥克風、數字音頻處理器、音箱等設備。良好的聽聞環境可保證語言交流的順暢，利于師生間互動。

5）物聯中控系統，支持對多媒體設備進行本

地、遠程智能化控制，可進行開關、信號切換，遠程控制觸控面板解鎖、鎖定等，支持環境燈光和空調系統等環境設備的統一控制管理。

6）運維管理與數據分析平臺，對設備運行情況、錄播使用狀態、智慧班牌、考勤管理、學生信息等進行數據采集，并基于大數據進行分析，提供各種診斷與報告信息。

2.2? 存在的問題

經過兩年多的建設和使用，智慧教室在促進課堂互動、優化信息呈現、提高學生學習積極性等方面都起到積極作用，但也存在諸多問題。

1）智慧教室建設缺乏統一的規范和標準，缺乏規模化、規范化建設智慧教室的頂層設計。

2）在智慧教學過程及環境的重構中偏重教學設備的智能化改造，把智慧教室當作升級版、增強版的多媒體教室來建設，譬如偏重物聯網智能中控、多屏顯示、互動或錄播系統的構建。

3）大數據處理與分析平臺建設偏重設備和教務信息的采集與分析，缺少對教師、學生、教學全過程場景的實時感知與捕捉，無法對學生的學習行為和特性進行全面分析與診斷，缺少智能推薦個性化學習服務和教學信息反饋。

4）智慧教室建設需求不明確，沒有結合學院特色、實際需求、人才培養模式、教學方法等方面進行智慧教室建設與改造。

3? 適合高職院校特點、與學科充分融合的智慧教室建設方案

隨著智慧校園的迅速發展，智慧教室作為典型的智慧學習環境，其普及化也將成為高校智慧學習環境建設發展的必然趨勢。遵循節約成本、建設適合高職院校特點及與學科充分融合的總方向，從設計原則、設計方案兩方面提出高職院校普及建設智慧教室的總體建設思路，以期對后續全面建設智慧教室有所啟示。

3.1? 設計原則

3.1.1? 立足學院特色與需求，做好頂層設計，試點先行

智慧教室建設要立足學院的特色和需求，進行統一規劃和總體設計，然后分步實施、逐步完善。這是一項復雜的系統工程，不但需要集合先進的信息技術，還需要整合教育理念、教學模式、教學管理等諸多要素，以實現信息技術與教學的深度契合，另外還需要從成本預算、環境布局、學生特點、專業特色等多方面進行深度考察和全盤考慮。智慧教室建設應進行統一規劃和設計，做好頂層設計，試點先行，然后在試點的基礎上逐步開展；要避免零星幾個智慧教室的信息孤島式建設[9]，要避免盲目建設、成為擺設，造成資源的極大浪費。

3.1.2? 以教育大數據中心為支撐

以云計算、大數據分析、人工智能等技術為核心打造的教育大數據采集與分析中心，是智慧教學環境的“大腦”。智慧教室建設要以大數據技術為中心，空間環境設計要趨向于分布式布局[5]，每間智慧教室都是大數據采集分析中心的一個數據采集點，基于智能感知技術通過物聯網與大數據中心進行數據交換，采集、匯聚學習過程和教學管理數據，綜合分析和診斷學生的學習態度、風格、需求等，提供個性化學習服務和資源推送，同時對教學效果進行精準反饋和評估，為教學決策提供科學依據。通過“大腦”協調，多個智慧教室之間實現互聯互通，教學資源自由共享，正式學習和非正式學習無縫對接。

3.1.3? 智慧教室建設要與學科專業相結合

智慧教室建設不能單從技術層面進行考慮，還要根據學校現有的學科特色、教學模式進行深入研究，與信息技術進行深度有效融合，重構課堂與教學過程，設計與學科專業深度融合的智慧課堂教學模式，建設與學科深度契合的專業型智慧教室。

3.1.4? 以應用為中心，以實際需求為導向，分層次、分階段全面建設智慧教室

全面建設智慧教室，要從實際應用和實際需求出發，綜合考慮學院特色、專業需求、管理維護、建設成本、多元應用等，力求構建多需求、多層次、多功能的智慧教室。

3.2? 設計方案

本文將智慧教室的功能系統分成14個子系統，包括高清錄播系統、智慧交互教學系統、智能感知與數據采集系統、教學資源管理系統、虛擬現實功能子系統等。全面建設智慧教室，首先要做好頂層設計，構建以人工智能、云計算、大數據為中心的分析應用平臺，作為所有智慧教室的“大腦”；其次，全面建設智慧教室不能一刀切，需要根據實際教學需要、成本等進行整體規劃，不同類型的智慧教室選用不同的子系統，組合建設不同類型的智慧教室。經過綜合考慮，分析學院使用需求、預算成本、專業特色等情況，將智慧教室建設分為三種類型，即基礎型智慧教室、功能型智慧教室和專業型智慧教室。

3.2.1? 基礎型智慧教室建設方案

該方案主要是針對數量眾多的普通多媒體教室的設計方案。普通教室每個班30～50人，空間不大，除了常規教學、集中授課、學生自主學習任務外，還要當作標準化考場使用，承擔考試任務，如全國大學英語四六級考試、計算機等級考試等。教室內安裝標準化考場設備，對桌椅數量、布局等也有標準規定。因此，在構建此類智慧教室時，既要考慮集中授課要求，滿足考場標準化需求，還要兼顧學生的個性化需求，保證教室能夠提供多元服務。此方案的構建要求以智能簡捷、管理方便、成本較低、個性化與標準化相統一為目標[10]。

基礎型智慧教室桌椅樣式通過特殊設計，可進行拆裝組合，平時采用秧苗式布局，既能滿足集中授課需求，又能通過桌椅快速拼合成圓桌模式，實現小組協作等多種課堂教學模式。該類型智慧教室具有靈活的空間布局、線上線下一體化課堂互動教學、豐富的教學資源推薦、個性化學習診斷和精準評估等功能，幫助建立以教為主導、學為主體的教學模式，使教學決策更加準確、明晰，學生學習更加主動和高效。普通型智慧教室可由智慧交互教學系統、帶簡單錄播及巡課功能的高清錄播系統等子系統組成，具體功能可根據學院的具體教學要求及預算情況進行增刪組合。

3.2.2? 功能型智慧教室建設方案

功能型智慧教室是在普通型智慧教室的基礎上為實現某一項或幾項功能而設計的增強型智慧教室建設方案。相對普通型智慧教室，這種類型的教室數量較少，空間相對較大，一般不作為標準化考場使用。這是智慧教室中的典型建設項目，采用先進的信息技術手段，充分體現智慧教室的智慧特點，但在系統功能選擇上有所偏重，根據主要使用方向從空間環境、教學設施以及軟硬件平臺的選擇、設置等方面進行建設，做到設備先進、重點突出、專而多用。

根據學院的綜合情況和使用需求，可以將功能型智慧教室分為精品錄播型智慧教室、直播互動型智慧教室、自主研討型智慧教室、智慧階梯教室、智慧自習型教室等。

精品錄播型智慧教室除了具有普通型智慧教室的功能外，要著重建設高清錄播系統，實現教研觀摩、巡課、督導、直播、點播等相關功能，能夠滿足微課、慕課等高質量授課視頻的錄制和直播需要。直播互動型智慧教室要求以智慧交互教學系統、遠程呼叫系統等功能為建設重點。自主研討型智慧教室要抓住自主和研討的特點，采用圓桌式布局，著重建設具有自主學習、小組協作、討論交流等功能的線上自主學習系統、多屏顯示系統、無線同屏系統以及智能化的教學資源查詢檢索系統。智慧階梯教室空間較大，兼有集中授課以及學生自習的功能，著重建設智慧交互教學系統、多媒體顯示系統、擴聲系統、無線同屏系統等。智慧自習型教室則著重建設數字教學資源的智能化檢索、查詢、應用與下載方面的系統。

3.2.3? 專業型智慧教室建設方案

專業型智慧教室的建設需要根據學校的性質和學科的專業特色，結合學院的人才培養模式，設計與具體學科內容、專業特色充分融合創新的智慧教室方案，這是智慧教室建設中難度最大、最具特色、最重要的建設內容之一。這類智慧教室的建設主要包括兩個方向。

一是在傳統的實訓室或實驗室的基礎上進行改造，與信息技術充分融合，建設成智慧實訓室或智慧實驗室。

二是結合具體學科內容和專業特色，設計具有創新性的智慧教室建設方案。譬如山東外貿職業學院的旅游專業，可以充分利用VR（虛擬現實）技術，為學生建設一個虛擬仿真旅游智慧教室，讓學生身臨其境地體驗、旅游和學習，從而提高沉浸式教學的學生感官性，有助于提升學生學習興趣，促進對知識內容的深入理解。對于專業型智慧教室的建設，需要信息技術部門和專業學科的領導和教師共同設計。

4? 結束語

隨著信息技術的快速發展以及與教育領域的深度融合，智慧教室作為智慧學習環境的典型代表，全面取代傳統多媒體教室成為大勢所趨。全面建設智慧教室需要綜合考慮學校需求、成本預算、專業特色、教學模式等方面，分層次、分階段逐步展開。根據本文提出的三種建設方案，可以以功能型智慧教室建設作為試點，先行建設，還需要集合專業領域的專家和教師，進行專業型智慧教室的設計和建設工作。希望本文提出的智慧教室建設方案可以為高校全面建設智慧教室提供一種參考模式和解決方案，推動智慧校園發展。

參考文獻

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[9] 余泰，李莉，趙欣.基于教育大數據的高校智慧教學環境構建[J].實驗室研究與探索，2020，39（7）：285-288.

[10] 呂戀生，楊再明，張凱.高校研討型智慧教室的構建與應用[J].中國教育信息化，2019（21）：69-72.

作者：徐正坤，山東外貿職業學院實訓中心，高級工程師，主要從事職業教育、教育技術學研究；莫新平，山東外貿職業學院信息工程系（266100）。