基于智慧教室的教學環境構建

方小坤 楊安新

1.揚州市職業大學；2.揚州市梅嶺中學教育集團竹西中學

本文通過對智慧教室應用實踐的分析研究，分析現有多媒體教室、信息化教室的應用情況，提出集“物理空間+資源空間+社區空間”一體的新型學習環境，構建智慧教室的“三位一體”模型，結合高校的實際情況，提出構建“建構-交流-協作-聯接-創造”5 維度學習環境系統的建設思想，將學習環境與信息技術深度融合到教育教學中，實現信息化教學、智慧教學的有效融合，促進教育教學的改革創新，以期為智慧教室的研究、建設和應用提供借鑒。

智慧教室是多媒體技術、信息化技術與教學深度融合，為小班化教學、線上線下教學、探究式教學等新形態教學模式提供創新形式平臺。在智慧教育的現代化教學背景下，如何結合專業教學特點合理運用智慧教室，把現代化教學實施和教學內容有效連接起來，調動學生的學習積極性，打造面向未來的個性化、信息化、智慧化的學習環境，是高校教學工作者急需思考和解決的問題。

1 智慧教室的概述

1.1 傳統多媒體教室的弊端

從技術角度看，常規的多媒體教室在教學過程中已不能滿足課程、教學模式改革的需求。首先，座椅擺放不利于師生互動、課堂形式依舊是老師講學生聽的填鴨、灌輸式教育。其次，課件形式也過于簡單，往往學生一個U 盤就可以將一學期的材料帶走。智慧教室作為一種全新的教學環境逐漸進入大家的視野，它可以打破傳統單向教學模式，結合多種互動教學工具，實現雙向互動式教學。

1.2 智慧教室的概念

國內外對智慧教室的研究，最早在2003 年開始，對其智慧教室的概率的界定和描述也不盡相同。綜合各方的研究內容，對智慧教室的概率的定義存在一個共同的點就是為提高學習者的學習興趣和效率，積極利用新興的信息化技術建立教與學的環境[1]。本文認為智慧教室是將多媒體技術、物聯網技術、大數據技術等新興信息技術，以增強師生互動為主要核心，提供個性化教學，智能化學情分析管理，實現虛擬教學環境與多元化交互教學的物理環境深度融合的教學場所。

1.3 對智慧教室的新要求

目前，國內的“智慧教室”品類繁多、用途各異，在華麗的外貌背后，往往是東拼西湊的現象比較嚴重。結合教學實際情況和充分的市場調研[2]，本文提出了如下“3條”智慧教室建設要求：

（1）教學空間設計需覆蓋校內全部課程，滿足各學院師生探究式教學的落地：多樣的課程需要有適合PBL（項目式學習）、TBL(小組合作學習)創新教學的學習空間，讓理科、工科類專業的學生可以在上課時既能互動學習還能動手實踐，需要空間能夠靈活轉換，可以在研討型和普通授課型教室間按教學需求轉換，還需要有支撐多班級合并授課的大型教室空間。

（2）信息化技術和教學過程深度融合，引導學生主動思考：傳統的多媒體教室，往往就是計算機、液晶大屏、數字視頻展示臺、中央控制系統和音響的堆砌，大屏幕的作用只是簡單的播放功能，而屏幕上的內容若可以支持小組互動、合作學習、屏幕聯動等功能的融入，則可以讓整個教學過程變得生動起來。

（3）通過實時數據采集系統的分析提高教學效果：智慧教室中軟硬件的設備實時采集教學現場的情況，師生互換、學習成果分析、學生的考勤、電子課件學習等多維度數據采集，通過大數據進行智能化地分析，助力教師現場教學，提高教學效果。

2 智慧教室的設計

2.1 智慧教室的設計思路

智慧教室的構建是采用教學法+空間+技術的PST框架為設計理念，通過打造“建構-交流-協作-聯接-創造”5 維度學習環境系統，實現信息化教學、智慧教學的有效融合，為信息化教學建設提供新的思路。

2.2 智慧教室的架構設計

整個智慧教室圍繞StarC 云平臺進行構建，提出了智慧教室“三位一體”模型框架，如圖1 所示。該模型主要由頂層交互應用層、中間層資源服務層、底層物理設施層三個層次構成[3]，實現社區空間討論，教學資源空間共享，物理設施為依托的三位一體的智能化、信息化的教學環境。

圖1 智慧教室構建模式Fig.1 Smart classroom construction mode

2.2.1 交互應用層

其主要特點是為教師教學、學生學習、師生研究等多元化的教學形式提供了平臺。學習對象包含了學生、教師、社會人員等，既有傳統講授又有現代智慧學習，通過自主或協作學習形成了云端學校，增強其應用面，提高了智慧教室使用效率。

2.2.2 資源服務層

其構成主要是通過基于云計算將各應用軟件、電子教學資源以及在線學習管理系統等教學資源進行有效集成，師生可以實現移動平臺，例如筆記本、智能手機、平板電腦等移動終端互聯互通，形成統一的信息管理平臺，其核心功能包括：智慧課堂教學平臺與工具配備、教室智慧環境管理、學科資源制作與共享、教學數據采集與分析等，建成一個隨時隨地、虛實結合的個性化學習空間。

2.2.3 物理設施層

物理設施層主要包括教室基礎設施、多媒體教學設施、網絡與感應設施以及相應的軟件系統。智慧教室的設施主要包含物理空間布局、桌椅、智能錄播設備、視頻會議設備、智能錄播設備、后臺監控管理系統等。

智慧教室“三位一體”模型基本包含了多層次遠程教學、教學內容、資源管理、學習記錄以及教學環境管理的等多方位智能化管理系統，是信息化教學建設的主體功能體現。在實際建設過程中，可結合本校的實際需求，靈活調整各功能模塊進行組合，適應本校教學需求，提高課堂教學效果。

3 智慧教室的實現

智慧教室環境主要包含基礎設施層的硬件環境和綜合管理層的軟件環境[4]。在實際建設過程中，必須將硬件環境和軟件環境建設有效結合起來，相互配套，才能將智慧教室的功能發揮到最大作用。

3.1 硬件環境的實現

（1）結合實際教學需要，從教室空間布局和信息化新技術兩個方面綜合考慮。智慧教室的教室端需要和以上兩個方面進行有效融合。根據專業教學特點和學生的實際特征，建設中需要按照“注重互動，模塊搭配”為準則，使智慧教室實現互動交流-遠程教學-小組討論-學情分析-課程錄制等多形式的交互呈現的智慧教學模式，形成教學常規和特色教學協調發展的教學體系。

（2）在智慧教室的建設中需要充分考慮物聯網系統的應用。既有本地的智能控制應用，還需要為遠程應用和管理提供必要的硬件支持。例如網絡接入、光照傳感器、射頻識別、人體識別等傳感裝置，實現智慧教室的遠程教學控制等功能。將教室端的各傳感器裝置通過網絡接入校園網中，實現教室硬件環境的智能化管理。

（3）將信息空間與物理空間進行有效融合，運用校園網的全面覆蓋，實現師生可以在任何時間和地點，訪問智慧教室終端設備，實施遠程教學、智能化教學。

3.2 軟件環境的實現

為了更好地發揮智慧教室的硬件環境設置，必須配套與其相對應的軟件系統。軟件系統主要是運用云平臺作為技術支撐，通過可視化硬件綜合平臺，將新型的運行管理模式應用到智慧教室的管理、資源以及服務要素中，建立統一的接口系統，認證系統以及權限管理軟件環境中。根據目前主流的智能教室軟件系統可將其分為6 個系統，實現對可視化管理平臺進行模塊化和層次化的結構設計。

（1）教務支持系統。該系統主要是將云平臺和教務管理、師生身份認證以及一卡通等系統進行對接。實現電子課表、師生考勤、學情分析、教學評估、教務消息等教務工作的智能化服務功能，建立一個智能化服務信息體系和教務管理系統。

（2）云桌面系統。該系統實現師生可以隨時隨地運用任何終端設備，通過身份認證系統登錄訪問個人的云桌面，查看教務信息以及智慧教室的使用情況。云桌面支持遠程可視化教學管理，可節約教室的維護成本，實現虛實結合，線上線下相結合。

（3）錄播管理系統。錄播管理系統是智慧教室必備的功能之一，該系統具有自動化高清視音頻的錄制和采集功能，同時應該包含課堂教學多畫面呈現錄制功能。也可根據學校的自身教學需求，將資源進行網絡共享，實現教學資源高效利用，讓學生進行自主學習。

（4）數據存儲系統。該系統主要是將錄播數據、智慧教學各傳感器采集數據、軟件服務數據、教學數據以及維護管理、教務數據等進行有效存儲和管理。數據安全是該系統的核心問題，需要建立相對應的安全保障措施。

（5）遠程互動教學系統。在線教學是當前研究的熱點問題之一，建立互聯網實時互動在線視頻教學平臺也是智慧教室的重要特征。運用信息技術和云技術，打破時空的限制，為開展遠程網絡教學和培訓提供了技術支撐，同時也提高了信息化教學水平。

（6）智能化管理系統。該系統實現對多媒體設備、可視化系統、互聯教學設備、網絡管理系統進行設備的狀態的實時監測，及時做到故障診斷、預警和資產使用情況的智能分析。通過該系統達到教學過程的全方位的感知，實現智慧管理，使智慧教室的使用達到最佳狀態，為良好的教學環境提供有力的保障。

4 結語

智慧時代的開啟，智慧教育被大力倡導，智慧校園應運而生，作為其重要組成部分的智慧教室也成為主要趨勢。本文基于智慧教室的教學環境構建，實現教學環境建設與信息技術深度融合，實現信息化教學環境結構的改變，促進了智慧教室環境下教學模式改革，充分發揮學生的學習的自主性，提高學習效果，為信息化教學的建設提供有益借鑒和實踐探索參考。

引用

[1] 鐘志賢.論學習環境設計[J].電化教育研究,2005(7):35-41.

[2] 陸根書,楊兆芳.學習環境研究及其發展趨勢述評[J].高等工程教育研究,2008(2):55-61.

[3] 楊現民.智慧教育體系架構與關鍵支撐技術[J].中國電化教育,2015(1):77-84.

[4] 鐘曉流,宋述強,胡敏,等.第四次教育革命視域中的智慧教育生態構建[J].遠程教育雜志,2015(4):34-40.