輔助外語教學(xué)的智慧教室功能設(shè)計研究

◎姚小挺 冒玲玲

（無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 商學(xué)院，江蘇 無錫 214153）

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確指出，“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”。由此可見，教育的信息化是實現(xiàn)教育改革和發(fā)展目標(biāo)的關(guān)鍵。而教育信息化的實現(xiàn)離不開教學(xué)場所（教室）的信息化。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展、大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，智慧教室的概念逐漸被引入外語教學(xué)改革探索之中。對智慧教室的功能設(shè)計及應(yīng)用研究是外語教學(xué)改革的必經(jīng)之路。本文將梳理智慧教室的發(fā)展歷程，分析智慧教室的概念內(nèi)涵，結(jié)合外語教學(xué)對于教學(xué)環(huán)境的特殊要求，提出輔助外語教學(xué)的智慧教室功能設(shè)計，為輔助外語教學(xué)的智慧教室的建設(shè)及應(yīng)用提供參考。

1 智慧教室的發(fā)展概述

教室是開展課堂教學(xué)活動的基本場所，為提升課堂的教學(xué)效果，人們不斷運用新技術(shù)、新設(shè)計來優(yōu)化教室環(huán)境，豐富教室功能，進(jìn)而提出了電化教室、多媒體教室、網(wǎng)絡(luò)教室、明日教室(ACOT)、智能教室、未來課堂等新穎的教室理念。1988年，國外學(xué)者羅納德·雷西尼奧首次提出了“Smart-Classroom”概念，受限于當(dāng)時的科技水平，羅納德的智慧教室強調(diào)在傳統(tǒng)教室中嵌入計算機、網(wǎng)絡(luò)、交互式光盤播放設(shè)備、閉路電視、VHS程序等電子通訊設(shè)施設(shè)備。這一智慧教室雛形提升了教學(xué)效率與效果，具備了一定的實用性、創(chuàng)新性及趣味性，但功能結(jié)構(gòu)過于簡單，缺少“智慧性”。

2008年，“智慧地球”概念提出后，國內(nèi)外關(guān)于智慧教室的定義及功能設(shè)置出現(xiàn)了明顯的變化，物聯(lián)網(wǎng)、富媒體、大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)在教育中得到不斷應(yīng)用，智慧教室功能日益豐富、朝著智能化方向發(fā)展，逐步體現(xiàn)其“智慧性”。這期間，國內(nèi)外代表性的案例有蘋果公司的“明日教室(ACOT)”，加拿大麥吉爾大學(xué)的“智能教室”，微軟的University of Szeged未來課堂項目，斯坦福大學(xué)的iRoom項目，清華大學(xué)的“智能教室”等。

2009年8月，時任中國總理溫家寶提出要在無錫建設(shè)“感知中國中心”。至此，依托于移動互聯(lián)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)、云計算等新一代信息技術(shù)應(yīng)用得到迅速推廣。隨著全面感知、泛在互聯(lián)、普適計算與融合應(yīng)用等技術(shù)的突破，智慧社區(qū)、智慧家庭、智慧校園、智慧教室等新概念不斷涌現(xiàn)。我國的教育工作者也在不斷探索“智慧教室”的新內(nèi)涵。2012年黃榮懷等認(rèn)為智慧教室的智慧性體現(xiàn)在內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing）、教學(xué)管理（Manageable）、資源獲取（Accessible）、實時互動（Real-time Interaction）、情境感知（Testing）五個維度，由此提出了智慧教室的“S.M.A.R.T”概念模型[1]。這一概念模型全面地闡述了智慧教室的概念內(nèi)涵，五個維度具體如下：（1）內(nèi)容呈現(xiàn)突出了智慧教室的信息呈現(xiàn)能力，包括視覺和聽覺兩個方面。（2）教學(xué)管理體現(xiàn)了智慧教室對于整個教學(xué)環(huán)境及過程的管理功能。教學(xué)環(huán)境的管理包括：教學(xué)物理環(huán)境的管理（空間布局、設(shè)施設(shè)備、電器安全、溫度照明等）、教學(xué)仿真環(huán)境的管理（聲光電創(chuàng)設(shè)的虛擬場景）。教學(xué)過程管理包括教師課堂管理、學(xué)生學(xué)習(xí)過程監(jiān)控、作業(yè)考試成績管理等方面。（3）資源獲取包含對有形的設(shè)備、無形的內(nèi)容兩方面資源的獲取。有形設(shè)備是指支持教學(xué)活動的計算機、手機、平板、交互式白板、投影儀、擴音設(shè)備、實物展臺、VR設(shè)備、微課錄制系統(tǒng)等設(shè)施設(shè)備。無形的內(nèi)容是指輔助課程學(xué)習(xí)的微課、課件、練習(xí)、測試、圖書、音視頻片段等在線學(xué)習(xí)資源。（4）實時互動的智慧教室讓人機互動、師生互動、生生互動變得更加自然、便捷。觸摸、手勢、視覺、語音等交互方式將替代鼠標(biāo)鍵盤，進(jìn)一步優(yōu)化互動體驗。采用移動互聯(lián)技術(shù)消除時空障礙，實現(xiàn)時時互動、處處互動。智慧教室的互動跟蹤功能將記錄、儲存互動軌跡，為學(xué)習(xí)分析提供依據(jù)。（5）情境感知是指對教室的物理環(huán)境、學(xué)生的學(xué)習(xí)行為的感知能力。情境感知功能是智慧教室的神經(jīng)系統(tǒng)，為智慧教室的物理環(huán)境、任課教師的教學(xué)活動、參與學(xué)生的學(xué)習(xí)安排提供調(diào)節(jié)、設(shè)計、調(diào)整的依據(jù)。

智慧教室的“S.M.A.R.T”概念模型全面闡述了智慧教室的內(nèi)涵，為智慧教室的發(fā)展指明了方向，為智慧教室的功能設(shè)定提供了依據(jù)。本文將依據(jù)“S.M.A.R.T”概念模型，根據(jù)外語教學(xué)對教學(xué)環(huán)境的要求，探索輔助外語教學(xué)的智慧教室的功能設(shè)定。

2 外語教學(xué)對教學(xué)環(huán)境的新要求

外語教學(xué)環(huán)境是影響外語教學(xué)的重要因素。國內(nèi)外著名學(xué)者對外語學(xué)習(xí)環(huán)境在二語學(xué)習(xí)中的作用高度重視。美國學(xué)者Rod Ellis曾指出,影響第二語言習(xí)得的三大因素有：內(nèi)部環(huán)境因素(internal factors)、外部環(huán)境因素(external/environmental factors)與個體差異(individual differences)[2]。我國學(xué)者戴棟偉、束定芳也曾經(jīng)將影響外語學(xué)習(xí)主要因素界定為:學(xué)習(xí)者的個人因素、學(xué)習(xí)的過程因素以及學(xué)習(xí)的環(huán)境因素。信息時代背景下，人們對外語教學(xué)的環(huán)境也有了新的要求：

2.1 智能調(diào)節(jié)教室環(huán)境的要求

研究表明，教室中的溫度、濕度、燈光等物理環(huán)境會直接影響師生的身心狀態(tài)，進(jìn)而影響教學(xué)效果。單調(diào)的教室的空間布局、“秧苗式”桌椅擺放已經(jīng)不能適應(yīng)以學(xué)生為中心的，互動式教學(xué)課堂的要求。人們希望智慧教室能夠根據(jù)師生的教學(xué)需求，智能調(diào)節(jié)教學(xué)環(huán)境。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也使之變得可能。

2.2 自動管理教室設(shè)備的要求

目前，多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息通信技術(shù)等現(xiàn)代教育技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用到外語的日常教學(xué)中，教室中的各類設(shè)備日益繁多。師生人工操作、維護這些設(shè)備需要耗費大量時間和精力。人們希望整合這些教室設(shè)備功能，集中自動控制，在智慧教室中實現(xiàn)設(shè)備的自動管理。

2.3 科學(xué)管理海量資源的要求

隨著翻轉(zhuǎn)課堂的興起，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的使用，微課在外語教學(xué)中得以推廣，海量的富媒體形式的教學(xué)資源迫切需要得到科學(xué)的管理。

2.4 創(chuàng)設(shè)外語學(xué)習(xí)場景的要求

外語學(xué)習(xí)場景的需求來自于沉浸式外語教學(xué)的興起，所謂沉浸式（Immersion）外語教學(xué)是指通過創(chuàng)設(shè)仿真的外語學(xué)習(xí)場景，使用外語作為教學(xué)語言的教學(xué)模式，讓學(xué)生“浸泡”在仿真的外語環(huán)境中，自然習(xí)得外語的教學(xué)模式。沉浸式外語教學(xué)興起于加拿大，在歐美等諸多發(fā)達(dá)國家得到成功應(yīng)用。沉浸式外語教學(xué)需要創(chuàng)設(shè)仿真的外語學(xué)習(xí)場景，讓學(xué)習(xí)者置身于語言應(yīng)用的實際環(huán)境中，用仿真的場景激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)語言的興趣，提高學(xué)習(xí)效果。

2.5 輔助教師管理教學(xué)的要求

教育信息化的發(fā)展趨勢，各種新技術(shù)在外語教學(xué)中的應(yīng)用，讓教師可以通過計算機控制的軟硬件、手機及其APP應(yīng)用來實現(xiàn)對考勤、提問、互動、作業(yè)、測試、成績、評價等各方面的管理。教師也需要對其個人的課程資料、教師間的協(xié)同工作進(jìn)行管理。

2.6 個性化智能導(dǎo)學(xué)的要求

外語學(xué)習(xí)需要根據(jù)學(xué)生個體的外語基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)能力制定符合個性的學(xué)習(xí)計劃，遵循二語學(xué)習(xí)的一般規(guī)律，全方位記錄、監(jiān)督學(xué)習(xí)過程，及時督促學(xué)習(xí)進(jìn)度，才能達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。這就需要智能教室具有個性化智能導(dǎo)學(xué)的功能。

2.7 輔助學(xué)生自主學(xué)習(xí)的要求

自上世紀(jì)末，H.Heloc將自主學(xué)習(xí)引入外語教學(xué)以來，外語教學(xué)中的自主學(xué)習(xí)模式得到廣泛應(yīng)用，自主學(xué)習(xí)的實踐也取得了很大成功。而學(xué)生的自主學(xué)習(xí)涉及自主學(xué)習(xí)資源的管理、自主學(xué)習(xí)進(jìn)度的制定及監(jiān)控、自主學(xué)習(xí)成績的評定，以及教師對自主學(xué)習(xí)的指導(dǎo)等多個環(huán)節(jié)。這些環(huán)節(jié)不能完全依賴于教師的管理，而是要求配套的軟硬件設(shè)備，智能化的輔助學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

2.8 支持課堂內(nèi)外互動的要求

外語學(xué)習(xí)需要大量的操練，操練離不開師生之間進(jìn)行大量的互動活動。外語學(xué)習(xí)中的互動活動也有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改善學(xué)習(xí)效果。而且現(xiàn)代外語課堂已不再局限于課堂內(nèi)的師生問答，而是拓展到人機互動（游戲、程序）、生生互動、線上互動、課堂內(nèi)外連線互動等多種形式。而這些豐富的互動形式需要智慧教室具備相應(yīng)的功能，才能實現(xiàn)。

3 輔助外語教學(xué)的智慧教室功能設(shè)定

智慧教室是革新外語教學(xué)環(huán)境，提升外語教學(xué)效果的最佳工具。根據(jù)上述的需求分析，設(shè)定如下功能模塊，滿足外語教學(xué)的新要求。

3.1 感知反饋功能

感知功能是指敏銳感知教室的物理環(huán)境及學(xué)生的學(xué)習(xí)行為的功能。空氣、溫度、濕度、光線、聲音、顏色、氣味等是環(huán)境的物理因素，這些因素直接影響教師和學(xué)生的身心活動（李秉德，1991）。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用讓智慧教室具備感知功能變得可行。通過智慧教室實時監(jiān)測教室的環(huán)境參數(shù)，為環(huán)境調(diào)節(jié)提供依據(jù)。學(xué)生的學(xué)習(xí)行為感知是指獲取學(xué)生的操作記錄、互動情況、學(xué)習(xí)軌跡、情感表現(xiàn)、位置姿態(tài)等方面的數(shù)據(jù)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)行為調(diào)節(jié)，教師的教學(xué)及指導(dǎo)提供依據(jù)。

3.2 設(shè)備管理功能

設(shè)備管理功能是指智慧教室的所有設(shè)施設(shè)備都具有較強的可管理性。智慧教室能夠按照人們的需要，在全自動、半自動、人工三種模式下對教室的空間布局、設(shè)備的狀態(tài)開關(guān)、環(huán)境的調(diào)節(jié)控制、場所的安全防范等進(jìn)行有效的管控。在空間布局上，智慧教室能夠根據(jù)外語教學(xué)需要靈活布置桌椅空間，消除傳統(tǒng)“秧苗式”布局的被動性和局限性。設(shè)備管理上，智慧教室能在教學(xué)活動開展前后，自動開關(guān)所需設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)、計算機、空調(diào)、照明、多媒體演示等），遇到突發(fā)故障，自動調(diào)用備用設(shè)備，并向設(shè)備管理部門發(fā)送維修信號。環(huán)境調(diào)節(jié)上，智慧教室能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的程序，按照教師的要求，調(diào)用不同的環(huán)境模式，通過對燈光、溫度、濕度、空氣等控制調(diào)節(jié)教室的環(huán)境舒適度。場所的安全防范上，智慧教室配備監(jiān)控安防設(shè)備，集安防、消防、自動應(yīng)急處理等功能于一體，保證教室環(huán)境的安全性。

3.3 資源管理功能

這一功能包含有效制作、轉(zhuǎn)換、管理及使用富媒體形式資源的各項子功能。智慧教室中需配備的音視頻采集設(shè)備，方便教師錄制微課，并通過后臺處理軟件編輯音視頻，形成優(yōu)質(zhì)的顆粒化教學(xué)資源。資源形式之間通過智能軟件，相互轉(zhuǎn)換，方便外語學(xué)習(xí)。比如，通過科大訊飛的語音識別技術(shù)，將外語文本材料轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的朗讀音頻材料。同時，為保證資源的共享性，對于海量資源，采用云端管理的方式。并應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析，根據(jù)學(xué)生的個體水平、興趣喜好，個性化地向?qū)W生推送資源，讓學(xué)生個性化、定制式地使用學(xué)習(xí)資源。同樣，對于教室，智慧教室的資源管理軟件在搜索引擎的幫助下，能夠為教師管理、調(diào)取資源提供極大的方便。

3.4 創(chuàng)設(shè)情境功能

這一功能是指智慧教室通過各種技術(shù)手段，創(chuàng)設(shè)外語學(xué)習(xí)的虛擬場景，幫助教師更好地實現(xiàn)情境教學(xué)。（1）聲光電技術(shù)創(chuàng)造主題氛圍。智慧教室通過預(yù)設(shè)的程序，自動調(diào)節(jié)聲光電設(shè)備，通過制造聲場環(huán)境、色彩場景、光線背景，渲染外語學(xué)習(xí)的主題，尤其適合外語情景劇的表演。（2）三維環(huán)幕展示技術(shù)、藍(lán)幕摳像技術(shù)置身場景之中。將三維環(huán)幕與藍(lán)幕摳像相結(jié)合，先利用藍(lán)幕摳像讓教師或?qū)W生置身于虛擬的場景，再通過三維環(huán)幕展示出來，創(chuàng)造視覺的外語學(xué)習(xí)情境，特別適合外語演講、商務(wù)外語訓(xùn)練中的產(chǎn)品演示（3）無線互聯(lián)技術(shù)超越空間限制。通過無線互聯(lián)技術(shù)，將手機、教室的電腦、多媒體演示系統(tǒng)互聯(lián)互通，實現(xiàn)教室內(nèi)外場景的自由轉(zhuǎn)換，將涉外乃至外國的工作現(xiàn)場、旅游現(xiàn)場、生活現(xiàn)場直播到智慧教室之中，并進(jìn)行連線交流。（4）VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)。通過VR設(shè)備，向?qū)W生展現(xiàn)虛擬的國外生活現(xiàn)實，讓學(xué)生領(lǐng)略外國文化。

3.5 教師管理功能

這里的教師管理主要是指教師對教學(xué)資料、教學(xué)過程以及學(xué)生的信息等教學(xué)常規(guī)上的管理。這一模塊主要通過數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析，最終生成報告來實現(xiàn)。智慧教室通過感知反饋功能，搜集師生全方面的教與學(xué)的信息，依據(jù)教師的各項學(xué)習(xí)指標(biāo)設(shè)置，管理學(xué)生及課堂并記錄教學(xué)過程，最終生成教學(xué)評價報告和學(xué)生的學(xué)習(xí)評價報告。

3.6 智能導(dǎo)學(xué)功能

智能導(dǎo)學(xué)是指教室的云端管理平臺，在感知、反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)后，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)，智能選擇與之相匹配的學(xué)習(xí)資源，并根據(jù)二語學(xué)習(xí)規(guī)律制定具體的個性化學(xué)習(xí)計劃，全程追蹤學(xué)習(xí)過程，及時給出糾偏提醒，進(jìn)而全程監(jiān)督、指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)。

3.7 學(xué)生助學(xué)功能

這里的助學(xué)功能主要體現(xiàn)在輔助自主語言學(xué)習(xí)功能方面。智慧教室的云端管理平臺將結(jié)合其資源管理功能，按照教學(xué)計劃，根據(jù)學(xué)生的興趣喜好，設(shè)定科學(xué)的自學(xué)計劃，監(jiān)督學(xué)生在課外進(jìn)行大量的外語聽說讀寫譯操練，并記錄自學(xué)軌跡，作為評價的依據(jù)之一。

3.8 實時互動功能

智慧教室采用觸摸、手勢、視覺、語音等交互方式替代鼠標(biāo)鍵盤，進(jìn)一步優(yōu)化互動體驗。通過智慧教室的云端管理平臺，將電腦程序、手機APP，應(yīng)用于實現(xiàn)課堂內(nèi)外、教室內(nèi)外的多種形式互動：人機游戲互動，輔助單詞記憶；師生線上交流互動，實現(xiàn)課外答疑；生生之間多媒體交流互動，實現(xiàn)同伴督促分享，互動功能讓外語學(xué)習(xí)更有趣、也更有效。

4 結(jié)論

智慧教室的功能應(yīng)用將改變傳統(tǒng)的外語教學(xué)模式，擴展外語教學(xué)空間，提高外語教學(xué)效率，給外語教學(xué)帶來革命性的影響。本文在吸取現(xiàn)有理論成果的基礎(chǔ)上，將智慧教室的設(shè)計與語言教學(xué)的需求緊密結(jié)合，讓智慧教室的先進(jìn)功能來解決傳統(tǒng)外語教育中的眾多弊端，讓教室環(huán)境更健康舒適，讓教室的設(shè)備更易于操作，讓學(xué)習(xí)的資源更豐富好用，讓英語學(xué)習(xí)的場景更形象逼真，讓教師的管理更簡便科學(xué)，讓系統(tǒng)的導(dǎo)學(xué)更符合規(guī)律，讓學(xué)生的自學(xué)更自覺有效。這些功能將會改善外語教學(xué)效果，具有較高的實際應(yīng)用價值。

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