教育信息化時代高職院校智慧教室架構探究*

劉琳

浙江舟山群島新區旅游與健康職業學院圖書信息中心 浙江舟山 316111

0 引言

隨著時代的發展，一大批新型技術正在改變著教育模式，物聯網、云計算、人工智能等技術使教育更加智能化。自教育部印發《教育信息化2.0 行動計劃》[1]以來，各大高校加快了教育信息化建設步伐，朝著“三全兩高一大”發展目標大步前進。高職院校如何科學、合理、規范地構建智慧教室任重道遠。

我國最早建設“智慧課堂”的是2010年上海市虹口區推出的“電子書包”項目[2]，這種課堂被稱為“智慧的課堂”。黃榮懷等[3]提出了智慧教室（smart classroom）的SMART 五個維度；劉邦奇[4]提出了智慧課堂1.0——“云—網—端”信息化平臺、智慧課堂2.0——“技術平臺+教學體系”以及智慧課堂3.0——“云—臺—端”智能化服務平臺，并在“云—臺—端”智能化服務平臺構建了智能化的課堂教學服務環境，提供資源服務、互動服務和教學工具模型。本文在前人研究的基礎上，以某高職院校為例探討服務型專業高職院校智慧教室建設的架構。

1 本課題研究過程

1.1 調查目的

本研究通過問卷、面對面訪談及實時課堂觀察進行數據收集與分析，了解筆者所在學校智慧教室建設和使用的現狀，為構建滿足服務型高職院校需求的智慧教室提供數據基礎。

1.2 調查對象

本研究以學校商務學院、旅游學院、健康學院的師生為研究對象，從中選取在校的電商班、酒店管理班、護理班的學生共計300 名和專業課教師15 名及信息中心、教務處負責智慧教室管理維護工作的教師3 名作為調查對象。

1.3 調查工具

對于學生，本研究主要采用問卷法，問卷名稱是“智慧教室使用情況調查問卷”，發放300 份，有效回收298 份；對于15 名專業課程教師，本研究采用深度訪談法，制作訪談提綱“關于我校智慧教室使用情況的訪談提綱”；對于3 名智慧教室維護管理者，本研究采用深度訪談法，制作訪談提綱“關于我校智慧教室維護管理者訪談提綱”；對于課堂觀察制作“課堂觀察量表”，共進行課堂觀察10 次。

2 問卷、訪談提綱及課堂觀察量表編制

2.1 教師訪談維度的操作性定義

筆者通過文獻綜述法、內容分析法等對智慧教室在國內外應用及研究現狀進行分析，總結出教師訪談的5 個維度：硬件設施及環境（第一維度）、課堂管理（第二維度）、數字資源共享（第三維度）、教學模式（第四維度）、遠程互動（第五維度）。通過這5 個維度主要了解了教師對于智慧教室教學應用意識和行為、影響智慧教室應用的主要因素、滿意度及對智慧教室的期望等方面的內容。

2.1.1 硬件設施及環境

智能環境是指智能課堂環境中構建集成環境，可以控制交互式課堂的智能環境，并根據教師的需要自動調節課堂內的光、電、聲、溫等。具體操作性測量指標如下：智慧教室的硬件資源是否齊全（投影、話筒等）；設備是否一鍵開關機；智慧教室中是否能夠調節光線、溫度等；智慧教室中桌椅、講臺是否可以按照課程需求調節位置；多媒體教室開展教學過程中，是否遇到教學設備故障等。

2.1.2 課堂管理

課堂管理是教師上課前中后對整個課堂秩序及課程資源的管理。具體操作性測量指標如下。

您是自愿申請使用智慧教室的嗎？出于什么原因選擇智慧教室開展教學呢？是否有課前簽到管理系統？您是如何使用智慧教室開展教學（課前、課中、課后）？您在智慧教室中可以實現哪些教學活動設計？能否分享一個記憶深刻的例子（困難、便利、效果）？

2.1.3 數字資源共享

數字資源共享主要指課前、課中、課后與課程相關的資料、視頻可以保存并作為數字資源分享。具體操作性測量指標如下。

智慧教室中是否可以分享下載相關的電子資源？是否有錄播設備及實時保存板書的設備進行課程資源的保存分享？您希望數字資源有哪些？

2.1.4 教學模式

教學模式是教學的組織形式。具體操作性測量指標如下。

在智慧教室中教學模式是什么？在我校現有的智慧教室中是否能實現您的教學設計？您使用智慧教室后的感受如何？達到您使用前的期望效果了嗎？哪些未達到？在使用過程中，作哪些改進讓您更滿意，請您給出一些建議。

2.1.5 遠程教學互動

遠程教學互動主要是為異地的師生的理論及實踐課程提供支持。具體操作性測量指標如下。

您在教學中是否會用到遠程互動功能？您希望遠程互動功能除聯通之外還有什么功能可以實現？

2.2 學生問卷維度的操作性定義

學生問卷設計4 個維度：智能環境（第一維度）、智能教學組織形式（第二維度）、互動教學服務（第三維度）、數字資源服務（第四維度）。

2.2.1 智能環境維度

此維度與教師訪談中的硬件設施設備維度相似，調查內容基本一致，旨在通過學生的視角了解智能環境建設的現狀需求。

2.2.2 智能教學組織形式

智能教學組織形式主要是指在智慧教室背景下，教師和學生要改變課程組織形式，根據自身理論和實踐課程的需要充分利用智慧教室的功能組織教學。具體操作性測量指標如下。

智慧教室中課程的類型；是否可以增進課堂互動，活躍課堂氣氛；是否能夠提高學習興趣和學習投入。

2.2.3 互動教學服務

互動教學服務主要是指利用智慧教室的功能輔助課程互動，使課程更生動，增強學生的參與感。具體操作性測量指標如下。

智慧教室是否增強了師生之間的互動；智慧教室中使用最多的功能是什么；多屏內容呈現方式效果如何；互動教學功能是否使學生更主動參與課堂等。

2.2.4 數字資源服務

數字資源服務主要指課前、課中、課后與課程相關的資料、視頻可以保存并作為數字資源分享給學生使用。具體操作性測量指標如下。

智慧教室中是否有可以分享下載相關的電子資源；是否有錄播設備及實時保存板書的設備進行課程資源的保存分享；您希望數字資源有哪些等。

2.3 管理維護者訪談提綱

在多媒體設備使用過程中主要有哪些故障；哪些故障出現的次數最多；維護的難易程度怎么樣；故障是如何發現的；是否為師生進行過設備使用方面的培訓等。

2.4 課堂觀察量表

課堂觀察是站在第三視野觀察，用不同的觀察點和觀察視角多方位進行評估。課堂觀察記錄旨在調查學校智慧教室環境中日常教學過程中師生行為特征表現，即教室功能教學特征和功能應用情況，了解學校智慧教室中的教學形式，剖析課堂教學環境下應用智慧教室的主要問題，從教學的角度出發，完善智慧教室構建模型。

課堂觀察記錄表的觀測指標：李葆萍[5]設計了智慧教室課堂觀察編碼工具，該編碼工具分為學習情緒、教師活動、學生活動和技術應用4 個維度。其中學習情緒的考察分為消極情感、中立情感和積極情感3 個維度；教師活動方面和學生活動方面，依據教學活動的進程將教師活動分為講授、組織、輔導、測試、反饋5 個次級維度，將學生活動分為聽課、合作學習、自主探究、提問、應答、自測、評價、展示8 個維度，加入軟硬件技術的應用，設定多級指標。

本課題新增了教師情緒，在智慧教室的使用中教師對于智慧教室的態度情緒也是智慧教室使用過程中的重要因素，教師情緒分為消極情緒、中立情緒和積極情緒3 個維度。

3 高職院校智慧教室應用現狀數據分析

3.1 教師視角

大部分受訪教師對智慧教室給予了積極評價。他們認為智慧教室空間布局靈活能夠支持多種教學設計，有助于課堂活動的順利開展。在智慧課堂中，大多數教師縮短了教學時間，采用了更多的教學模式，如任務型課堂、協作型課堂、項目型課堂和逆向課堂等。根據教學需要，將學生分成小組進行專題討論、頭腦風暴、角色扮演、海報制作、辯論等活動。可移動桌椅使教學組織更加靈活多樣。沒有屏蔽和分區，學生更喜歡直接的無障礙的交流。教師可以與學生保持密切聯系，以便于監督和指導。這與筆者的課堂觀察基本一致。

但也有教師提出建議認為智慧教室使用中故障率高，一旦有問題，設計的課程無法保質保量完成，這與對智慧教室管理維護人員的調查一致。智慧教室需要完善遠程視頻功能，尤其是近幾年受疫情影響，很多校企合作課程或者外聘的企業講師無法來現場授課，需要遠程視頻功能的保障。智慧教室系統需要完善數字資源存取功能，比如課程錄制，實施課程視頻保存下載等功能，以便師生課后查閱，也可以做成視頻素材保存使用。

3.2 學生視角

許多學生認為，使用智慧教室可以改善課堂互動，活躍課堂氣氛，增加學習興趣和投入。他們認為智慧教室能很好地服務同學、服務課堂；老師設計的課程更有趣，學生的參與度更高；此外，空間相對開放，大家討論起來更加自由輕松，氛圍真的比傳統教室好很多。這與筆者的課堂觀察結果一致。

3.3 管理維護者視角

在對管理維護者進行訪談時，管理維護者認為智慧教室存在一定的管理困難：首先，現在智慧教室品種繁多，管理起來不方便；其次，同一間智慧教室的設備品牌很多，在兼容性方面會有一定的問題，這也是故障率高的原因；再次，智慧教室還是以教師在使用中故障報修為主，從報修到維修好時間不好掌握，耽誤師生上課；最后，智慧教室需要一個統一的管理平臺集中管理維護，這樣可以在師生上課前完成故障排除工作，保障師生更高效的教學活動。筆者在課堂觀察時也發現設備故障問題，基本與管理維護者的說法一致。

4 高職院校智慧教室架構設計

智慧教室建設分為硬件建設和軟件建設。將硬件設備如中控、多屏顯示、無線投影、課堂教學錄播、高清視頻互動教學等與軟件相配合才能達到完美的建設效果。硬件和軟件均由智慧教室管理平臺進行可視化監控，滿足維護管理工作人員需求，可在可視化平臺直觀進行設備故障確定，及時維護，如圖1所示。

圖1 智慧教室架構拓撲圖

4.1 硬件部分

多媒體控制中心是智慧教室的核心設備，對教室建設過程中多品牌、多系統的設備進行有效整合，大大降低了設備故障率。作為智慧研討型教室，學生進行分組研討，每組分配一臺一體機，可以實現有線和無線投屏功能，教師可以根據實際授課需要轉換授課模式、小組討論模式、小組展示模式；擴音系統正確配置音頻功率放大器的音調和功率，以確保語音清晰度、音量平衡以及基于教室實際大小和類型的音量適當性；高清錄播設備實現了實時錄制課程的功能，配置兩個高清攝像頭，分為前后兩個，一個實時跟蹤教師位置，一個錄制學生活動，既可以為師生提供高清課程視頻，又可以為教學活動提供視頻資料；高清視頻設備的引進使遠程教學互動成為現實，高職院校的校企合作很緊密。在特殊情況下，學生的實習實踐和企業教師的專家授課等活動無法在線下完成，視頻會議系統為校企合作及專家授課帶來的新的方式，可以保障學生的正常實習和實踐活動的順利進行。

4.2 軟件部分

多媒體中控管理軟件采用模塊化設計，使中控、教室電腦（一體機）、音視頻矩陣等設備功能更加集中，更便于師生操作；教學管理軟件，分為學習資源管理系統和數據存儲系統，其中學習資源管理系統主要包括多媒體課件、教學案例、試題試卷、媒體素材和電子文獻資料等共享資源。數據存儲系統主要用于錄播數據、軟件服務系統數據、各類人員上傳的數據（如學習、討論、交流等）和基礎業務管理數據（如維護管理、監控錄像、教務數據等）的存儲和管理；錄播管理系統是與錄播管理硬件設備相匹配的軟件系統，它不僅支持自動和標準化的高分辨率視頻和音頻采集和錄制，還支持多屏幕錄制，根據高職教育的特點，實現資源共享和教學評價，實現資源與教學的結合和資源的有效利用；無線投影系統支持教師和學生在屏幕上無線傳輸筆記本電腦、手機、平板電腦和其他設備的內容，使他們能夠靈活、交互式地進行教學。教學管理系統分為教育管理系統和交互式教學系統。教育管理系統通過云中心平臺與學校教務系統、一卡通系統、學校身份認證系統相連接，實現師生智能考勤、電子日程智能推送等智能化教育管理服務。交互式教學系統處理實時課堂互動和教學過程記錄，如各種形式的實時課堂互動、課堂表現記錄、各種教科書參考表、作業測試反饋、預覽反饋、實時課堂反饋、出勤記錄等，解決了作業布置、收集、查重、批改、分享和講評等管理問題和在線話題討論、師生私信等課堂時空延伸的即時交流問題；高清視頻系統使用信息技術手段打破了時空限制，充分利用高質量的教育資源，應用網絡技術建立實時互動視頻教學模式，為特殊情況下服務型高職院校教師教研培訓及學生的實習培訓提供技術支撐。