高校智慧教室建設(shè)存在的問題和對策研究

馬俊興, 王鵬程, 侯 峰, 宋 偉, 張碧波, 張 棟

(河南財政金融學(xué)院 信息化辦公室,河南 鄭州 450046)

0 引言

國家教育部《關(guān)于加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作提高教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中指出,在教學(xué)活動中應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù),是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段和措施。高校的人才培養(yǎng)、教學(xué)的手段和方法必須適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展的要求。隨著國家《教育信息化2．0行動計劃》《中國教育現(xiàn)代化2035》《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于推進教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系》等與教育信息化有關(guān)的指導(dǎo)性文件的持續(xù)發(fā)布,我國教育信息化不斷發(fā)展和進步。高校教學(xué)改革的深入推進和教育部大力推動課堂教學(xué)革命,高等教育的理念正在從“以教為中心”向“以學(xué)為中心”轉(zhuǎn)變,小班化教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)等新型教學(xué)模式不斷普及。為了提升課堂教學(xué)質(zhì)量,滿足師生在信息化環(huán)境中創(chuàng)新型教學(xué)活動的需求,大力建設(shè)智慧教室已經(jīng)成為高校教育教學(xué)改革和校園信息化建設(shè)的必然選擇。升級改造多媒體教室成為智慧教室成為各類學(xué)校提升教學(xué)信息化應(yīng)用的典型標志,智慧教室對于提升智慧教學(xué)的水平、沉淀優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源等作用不斷彰顯。學(xué)校建設(shè)有智慧教室,代表著學(xué)校有與教育信息化相適應(yīng)的新的基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)境。然而,由于我國高等學(xué)校信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)存在的差異性,目前高等學(xué)校智慧教室建設(shè)技術(shù)方案始終游離在每個學(xué)校各自實踐與探索、各個生產(chǎn)廠家的論壇與實踐之中。雖然很多高校也建成了不同數(shù)量、不同規(guī)模和形態(tài)的智慧教室,為學(xué)校打造了智慧教學(xué)環(huán)境的基礎(chǔ),但沒有形成成熟的技術(shù)方案,造成智慧教室建設(shè)和后期使用管理中存在著各種的問題,因此,梳理存在的問題,分析原因,形成科學(xué)的解決方案,對于建設(shè)高質(zhì)量智慧教室具有重要的決策價值和指導(dǎo)作用。

1 高等學(xué)校智慧教室建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 智慧教室類型和功能

當(dāng)今,計算機技術(shù)和現(xiàn)代通訊技術(shù)不斷更新,教室配置計算機、投影、音響等多媒體設(shè)備已經(jīng)成為現(xiàn)代化教學(xué)的必要手段、實現(xiàn)提升教學(xué)質(zhì)量的剛性需求,成為國內(nèi)外流行的PBL(problem-based learning)和TBL(team-based learning)兩種教學(xué)方法綜合應(yīng)用的重要模式。據(jù)2022年12月數(shù)據(jù)統(tǒng)計,河南省38所本科高等學(xué)校均建設(shè)有智慧教室,覆蓋率達到100%。智慧教室從建設(shè)結(jié)構(gòu)上各具特色,包括研討型、雙屏互動、多視窗互動、網(wǎng)絡(luò)互動、沉浸式互動等類型,但實質(zhì)上可以從課堂教學(xué)適用功能上分為演示型(一級)、交互型(二級)與實踐型(三級)三類,即按照設(shè)備功能級別分為基礎(chǔ)型、拓展型、高級型[1]。演示型智慧教室適合于學(xué)術(shù)報告和大班額授課等師生人數(shù)較多的教學(xué)環(huán)境,而交互型與實踐型智慧教室適合于師生人數(shù)較少,便于開展師生互動、研究討論的教學(xué)環(huán)境。智慧教室建設(shè)的理念與PBL和TBL兩種教學(xué)方法的基本思想高度契合。表1列出了目前3種不同類型智慧教室的特征和具備的功能。

表1 智慧教室建設(shè)類型和功能

演示型智慧教室環(huán)境設(shè)計主要立足滿足高校通識課、公共課程大班額教學(xué)的建設(shè)思路,以常態(tài)化錄播功能為智慧特征,教學(xué)功能模塊一般定位于設(shè)備智能管控、課程錄制、教學(xué)數(shù)據(jù)分析等。為了有效縮小教室內(nèi)師生之間的距離感,方便學(xué)生更好地參與課堂教學(xué),部分學(xué)校采用了扇形布局方式構(gòu)成的環(huán)形階梯教室和多屏視窗顯示方式構(gòu)成的矩形布局教室,教室終端設(shè)備一般包含觸摸一體機顯示系統(tǒng)、擴音系統(tǒng)、中控系統(tǒng)、常態(tài)化錄播系統(tǒng)、語音廣播系統(tǒng)、多視窗互動控制系統(tǒng)等。其中,通過多視窗互動控制系統(tǒng),同一個屏幕可以同時展示和對比多個教學(xué)資源,實現(xiàn)高難度復(fù)雜問題的全方位展示,這樣的設(shè)備配置方便了機械、材料、醫(yī)學(xué)相關(guān)專業(yè)課教學(xué),可以使教學(xué)內(nèi)容更加形象生動。

交互型智慧教室環(huán)境設(shè)計立足于滿足分組討論、互動教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等小班額教學(xué)的建設(shè)思路,教學(xué)功能模塊進一步豐富。交互型智慧教室是演示型智慧教室的設(shè)備升級和功能升級。它在滿足演示型智慧教室所有功能的基礎(chǔ)上,進一步加強了人機交互技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)與教學(xué)的融合建設(shè),圍繞實現(xiàn)智慧感知、智慧控制、雙向交流、智能分析等,豐富了教育教學(xué)形式。

實踐型智慧教室設(shè)計主要立足于構(gòu)建學(xué)校機械、通信、藝術(shù)、醫(yī)學(xué)、體育等與實踐結(jié)合十分緊密的實踐型教學(xué)場景教室建設(shè)思路,不僅具備交互型智慧教室全部功能模塊,而且進一步融入5G、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實等新技術(shù)。以信息化技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)為基礎(chǔ),以深化教學(xué)改革為目標,突出線上線下混合教學(xué)模式,為實現(xiàn)一流課程、實踐性課程專屬教學(xué)場景的特色教學(xué)目標,打造更加符合不同專業(yè)特點、不同課程特點,符合高等學(xué)校專業(yè)教學(xué)特色需要的教學(xué)環(huán)境。

1.2 智慧教室技術(shù)架構(gòu)和安全體系

2018年,國家頒布并實施了《智慧校園建設(shè)總體框架(GB/T 36342-2018)》《多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計要求(GB/T 36447-2018)》,對教室供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)條件和音頻系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)以及系統(tǒng)集成都提出了明確要求。智慧校園建設(shè)的總體框架,規(guī)定了智慧教學(xué)環(huán)境、智慧教學(xué)資源、智慧校園管理、智慧校園服務(wù)、信息安全體系等系統(tǒng)架構(gòu)及基本要求;多媒體教學(xué)環(huán)境設(shè)計要求規(guī)定了包括智慧教室在內(nèi)的環(huán)境設(shè)計要求。

圖1是目前普遍認可的智慧教室總體架構(gòu)圖,分為基礎(chǔ)設(shè)施層、支撐平臺層、教學(xué)應(yīng)用層、用戶層和信息安全體系等。

圖1 智慧教室總體架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施層是智慧教室平臺的基礎(chǔ)設(shè)施保障,提供通信網(wǎng)絡(luò)、廣泛的物聯(lián)感知和海量數(shù)據(jù)匯集存儲,為智慧教室的各種應(yīng)用提供基礎(chǔ)支持,為大數(shù)據(jù)挖掘、分析提供支撐,包括智慧教室信息化基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫與服務(wù)器等。智慧教室的基礎(chǔ)設(shè)施層可獨立部署,也可以部署在智慧校園的基礎(chǔ)設(shè)施層。由于各個高校數(shù)字化校園建設(shè)情況的差異性,目前很多高校智慧教室的基礎(chǔ)設(shè)施層采用獨立部署。

支撐平臺層是體現(xiàn)智慧教室云計算及其服務(wù)能力的核心層,為智慧教室的各類應(yīng)用服務(wù)提供統(tǒng)一用戶認證管理、資源服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)和支撐以及無償開放接口服務(wù)。

教學(xué)應(yīng)用層是智慧教室應(yīng)用與服務(wù)的內(nèi)容體現(xiàn),建立在支撐平臺層的基礎(chǔ)之上,負責(zé)構(gòu)建智慧教室的管理、服務(wù)等各種應(yīng)用,為師生的教學(xué)活動提供必要的支撐服務(wù),包括智慧教室管理、智慧課堂教學(xué)、教學(xué)資源管理以及教學(xué)數(shù)據(jù)管理等應(yīng)用單元。

用戶層即為教師、學(xué)生、管理者和操作員等用戶群體提供終端支撐接入訪問的信息門戶。訪問者通過統(tǒng)一認證的平臺門戶,使用各種瀏覽器、PC(personal computer)客戶端及移動終端安全訪問,隨時隨地掌控智慧教學(xué)環(huán)境的運行狀態(tài)。

信息安全體系是貫穿智慧教室總體框架多個層面的安全保障系統(tǒng),為應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全提供技術(shù)支撐。

1.3 智慧教室存在的問題和原因

從智慧教室的技術(shù)架構(gòu)可以看出,智慧教室不同于普通的多媒體教室,智慧教室建設(shè)不僅涉及大量的硬件、軟件和軟件,還涉及大量的運行調(diào)試和安全測試。經(jīng)對河南省近60所高等學(xué)校智慧教室建設(shè)的調(diào)查,發(fā)現(xiàn)智慧教室存在的問題,宏觀上看主要體現(xiàn)在重建設(shè),輕應(yīng)用、輕管理,從微觀上看,智慧教室的用戶層使用不夠便捷,教師上課需要花費一定的時間啟動設(shè)備,設(shè)備沒有實現(xiàn)一鍵上課狀態(tài),教學(xué)應(yīng)用層、支撐平臺層等兼容性不夠,造成新的信息孤島,智慧教學(xué)效果沒有達到預(yù)期智慧教學(xué)、智慧分析的目標。

1.3.1 沒有實現(xiàn)一鍵進入教師上課狀態(tài)問題和原因分析

智慧教室在建設(shè)的過程中,圍繞教、學(xué)、管、評、測智慧的實現(xiàn),融入了智慧教學(xué)模塊、評教系統(tǒng)、評學(xué)系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)等多個軟件和中控管理系統(tǒng)、功放、投影等硬件設(shè)備,縱觀智慧教室目前建設(shè)情況,仍存在與智慧校園相似的“功能齊全、使用繁瑣”的操作不方便問題[2]。教師需要花費一定的時間操作多個系統(tǒng)和設(shè)備,才能進入上課狀態(tài),學(xué)生學(xué)習(xí)過程也需要切換不同的平臺和系統(tǒng),獲取教學(xué)任務(wù)及學(xué)習(xí)資源,教學(xué)和學(xué)習(xí)入口沒有很好地做整合,尚沒有實現(xiàn)一鍵進入教室上課狀態(tài)的要求。這無形中增加了師生的使用成本,也表明了技術(shù)賦能教學(xué)不夠智慧。產(chǎn)生上述問題的原因,是智慧教室建設(shè)過程中,對后期使用的便捷考慮不全面。智慧教室建設(shè)過程中,沒有充分考慮師生后期使用的智慧化,僅重點滿足于智慧化功能的實現(xiàn),卻忽視了對后期系統(tǒng)運行調(diào)試、操作流程設(shè)計、界面優(yōu)化的高度重視。

1.3.2 信息孤島問題和產(chǎn)生原因

信息孤島問題是數(shù)字化校園和智慧教室建設(shè)存在的共性問題。由于高校智慧教室分批次建設(shè)、智慧校園多年的升級和改造,增加的應(yīng)用系統(tǒng)和設(shè)備導(dǎo)致了對接標準、設(shè)備接口的差異性和設(shè)備選型兼容性問題,導(dǎo)致了資源和數(shù)據(jù)共享的困難以及整合的瓶頸,進而導(dǎo)致應(yīng)用系統(tǒng)與學(xué)校原有的智慧校園相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)不能實現(xiàn)無縫對接,導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集與深度挖掘的準確性受到影響。

1.3.3 智慧教學(xué)效果沒有達到預(yù)期智慧教學(xué)、智慧分析教學(xué)的目標問題和產(chǎn)生原因

從目前已經(jīng)建成和使用的智慧教室看,無論哪種類型的智慧教室,都不同程度存在智慧教學(xué)效果沒有達到預(yù)期智慧教學(xué)、智慧分析教學(xué)的目標,主要原因是管理者和教師沒有掌握智慧教室技術(shù)。智慧教室管理是雙向管理,仍停留在傳統(tǒng)教室教學(xué)管理、教室應(yīng)用 “各自為政”的層面上[3]。智慧教室管理是技術(shù)人員管理與服務(wù)、智慧教室使用條件一體化的管理,需要技術(shù)管理人員不僅懂技術(shù)、懂管理,而且要懂教育教學(xué)的基本規(guī)律;教師需要不斷提升信息化素養(yǎng),不僅需要掌握新技術(shù)新設(shè)備基本操作的方法,而且要達到智慧教室環(huán)境下對教學(xué)的基本要求。目前,技術(shù)管理和服務(wù)存在的突出問題,是技術(shù)管理人員停留在設(shè)備安全運行管理層面,對于智慧教學(xué)設(shè)計、教學(xué)流程掌握不夠充分;教師使用智慧教室存在的問題是,缺乏對智慧教室使用應(yīng)有的準備,沒有充分提供智慧教學(xué)環(huán)境對教學(xué)準備的要求,造成智慧教室的管理和使用效果遠遠不能達到智慧教學(xué)效果。

2 智慧教室建設(shè)應(yīng)用問題解決對策

智慧教室建設(shè)旨在提升教學(xué)質(zhì)量。為解決在智慧教室建設(shè)過程中存在的問題,核心是充分做好智慧教室建設(shè)頂層設(shè)計。在總體規(guī)劃階段,應(yīng)結(jié)合學(xué)校教學(xué)工作的實際需求,完成整體需求分析和可行性操作的報告,在建設(shè)實施階段,應(yīng)編制詳細的實施方案,明確建設(shè)內(nèi)容、建設(shè)計劃和建設(shè)流程。在建設(shè)過程中,要加強對技術(shù)管理人員的應(yīng)用培訓(xùn),要圍繞智慧教育教學(xué)應(yīng)用,對智慧教室的管理者和使用者等相關(guān)人員開展專題培訓(xùn)活動,技術(shù)管理人員要對建成的智慧教室環(huán)境、功能和性能等方面進行全面的檢查驗收。智慧教室建設(shè)完成后,制定切實可行的智慧教室運營維護方案,以確保智慧教室的安全運行,從而有效提高教學(xué)質(zhì)量。

2.1 智慧教室應(yīng)達到智慧教學(xué)、設(shè)備智慧管理、教學(xué)資源展現(xiàn)和應(yīng)用的智慧功能

在智慧教室方案設(shè)計上要充分考慮硬件設(shè)備之間的整合,減少不必要的軟硬件投入,讓教室中的每一個系統(tǒng)、每一臺設(shè)備都能充分發(fā)揮智慧功能。在產(chǎn)品選型時,應(yīng)選擇軟硬件兼容性高的產(chǎn)品,達到調(diào)試方便、一鍵操作多設(shè)備、安全運行啟動的目標。例如,當(dāng)教師進入教室時,系統(tǒng)應(yīng)立即響應(yīng),根據(jù)學(xué)校管理需要,或向師生展現(xiàn)本教室任課教師、課程名稱、教學(xué)班級、教學(xué)考勤率等基本情況,或為教師智慧啟動教學(xué)課件,或為師生展現(xiàn)上次教學(xué)內(nèi)容重點難點等與教學(xué)任務(wù)執(zhí)行有關(guān)的數(shù)據(jù)。教師上課過程中,系統(tǒng)不僅能夠錄制課程視頻,而且能夠?qū)⒔處熞纛l轉(zhuǎn)化文字、并挖掘教學(xué)的重點和難點,對于教師上課過程師生互動教學(xué)實時形成完整的教學(xué)質(zhì)量分析報告,給教師反思教學(xué)效果提供有效參考[4]。教師上課結(jié)束,系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崟r生成與課程名稱一致的視頻名稱和對應(yīng)二維碼,師生通過平板電腦、手機等移動終端,或掃描二維碼能夠自主學(xué)習(xí)和下載,或自動推送到師生預(yù)留的移動終端。

2.2 在教學(xué)應(yīng)用層面,智慧教室建設(shè)者應(yīng)為教師執(zhí)行OBE(outcome based education)教育理念提供智慧支撐

教學(xué)應(yīng)用層是智慧教室應(yīng)用的核心內(nèi)容,在智慧教室建設(shè)技術(shù)方案和實踐中,要充分體現(xiàn)智慧課堂教學(xué)、教學(xué)資源管理、教學(xué)數(shù)據(jù)管理等應(yīng)用單元的“智慧”。同時,平臺應(yīng)具備第三方平臺數(shù)據(jù)的接入功能,實現(xiàn)資源統(tǒng)一管理、一鍵共享的目標。通過一個平臺即可完成教學(xué)全流程的工作,包括備課、教學(xué)、資源管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、在線學(xué)習(xí)等,實現(xiàn)教學(xué)前、中、后全流程的數(shù)據(jù)采集和資源沉淀。此外,還應(yīng)全方位地對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析和深度挖掘,為教學(xué)管理提供全面的、科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。

2.3 智慧教室管理的技術(shù)人員應(yīng)具備設(shè)備管理維護和現(xiàn)代化教學(xué)的理念

技術(shù)人員不僅是智慧教室安全運行的維護者,同時也是執(zhí)行學(xué)校教育理念、智慧教學(xué)過程的服務(wù)者[5]。技術(shù)人員要轉(zhuǎn)變管理和服務(wù)的理念,在加強設(shè)備安全運行的同時,要熟悉智慧教學(xué)過程。要立足于教學(xué)過程管理智慧化、資源沉淀智慧化的管理理念,完善設(shè)備運行管理,梳理和調(diào)試設(shè)備運行中的問題和原因,具備智能化的資源處理和優(yōu)化、資源的智能審核等能力,掌握教學(xué)過程中音頻與字幕的智能添加和編輯等技術(shù)。

2.4 加強教師對智慧教室使用的培訓(xùn),提升教師智慧教學(xué)素養(yǎng)

智慧教室不僅為教師個人個性化教學(xué)、教學(xué)靈感、教學(xué)創(chuàng)新搭建了理想的平臺,也為教學(xué)管理和學(xué)生學(xué)習(xí)效果數(shù)據(jù)分析提供了有效的幫助。教師要理解,現(xiàn)代化教學(xué)已經(jīng)從教學(xué)信息化設(shè)備與教學(xué)應(yīng)用、信息化支撐與教育賦能,上升到信息化引領(lǐng)與教育變革的階段,教師、學(xué)生及教育管理者的數(shù)字化能力的培養(yǎng),是時代賦予教育工作者應(yīng)具備的基本能力。因此,教師要參與智慧教室的管理和維護,不僅要熟悉基于OBE教育理念下的現(xiàn)代化教學(xué)手段[6],更需要進行智慧教學(xué)的實踐,需要教師要了解智慧教室場景,參加智慧教室使用培訓(xùn)[7],要通過培訓(xùn)加強對智慧教育教與學(xué)的深度理解,清楚為實現(xiàn)智慧教育,在智慧教室的環(huán)境下教學(xué)教師需要準備的教案、習(xí)題和答案等規(guī)范化的素材。

3 結(jié)語

智慧教室的作用是實現(xiàn)智慧教育。深入推進智慧教室建設(shè)研究[8],持續(xù)發(fā)現(xiàn)和解決智慧教室建設(shè)中的共性問題,對于實現(xiàn)智慧教育目標,構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、改革傳統(tǒng)的教學(xué)方式具有十分重要的意義。高質(zhì)量的智慧教室是實現(xiàn)高質(zhì)量智慧教育、共享不同學(xué)科優(yōu)質(zhì)教育資源的保障。目前,智慧教室建設(shè)還在探索之中,加強智慧教室建設(shè)理論與實踐研究,優(yōu)化智慧教室使用效果,要注重結(jié)合高等教育的教育新理念。在技術(shù)架構(gòu)上,要充分發(fā)現(xiàn)和利用可集中控制的分布式智能空間與移動終端,將人工智能、虛擬仿真、大數(shù)據(jù)分析等新一代信息技術(shù)成果融入智慧教室建設(shè)之中,實現(xiàn)設(shè)備自動化管理和分析,實現(xiàn)教學(xué)資源和利用的大數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)師生實時在線自學(xué)、互動、互學(xué)等多種教學(xué)模式,是未來智慧教室建設(shè)的方向。