高校智慧教室的建設(shè)與實(shí)踐探究

朱碧月 謝火木 姚斌

摘 要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和高校教育對(duì)學(xué)生素質(zhì)能力培養(yǎng)要求的進(jìn)一步提高，以互動(dòng)為核心的智慧教室應(yīng)運(yùn)而生，如何建設(shè)智慧教室成為高校關(guān)注的焦點(diǎn)。在智慧教室的設(shè)計(jì)和建設(shè)中，如何將各種新技術(shù)有效地整合于教學(xué)環(huán)境和教學(xué)活動(dòng)中，更好地實(shí)現(xiàn)師生間課內(nèi)課外交互，促進(jìn)和支持學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展，一直是建設(shè)者重點(diǎn)探討的問題。基于諸多探討停留在理論方面，高校在智慧教室建設(shè)方面的成功案例并不多，本文以廈門大學(xué)智慧教室建設(shè)為例進(jìn)行分析，希望能給高校的智慧教室建設(shè)思路提供參考。

關(guān)鍵詞：智慧教室；信息技術(shù)；課堂互動(dòng)

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2018）19-0052-04

科技的迅速發(fā)展，使得硬件設(shè)備和無線寬帶通信成本降低，新媒體和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已迅速走進(jìn)我們的生活，改變著人們的出行與生活的方方面面，改變了人們的知識(shí)獲取方式，也影響到了教育行業(yè)的教學(xué)模式。傳統(tǒng)的教學(xué)模式是否能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求、高等學(xué)校要培養(yǎng)出什么樣的人才、未來社會(huì)人才需要具備什么樣的能力、怎樣獲得這些能力、這些問題成為教育工作者想探索的問題。目前全球普遍提倡未來人才應(yīng)該具備批判性思維、學(xué)會(huì)終身學(xué)習(xí)、自我認(rèn)識(shí)自我調(diào)控、創(chuàng)造性、溝通合作等素養(yǎng)。[1]那么傳統(tǒng)的教學(xué)模式是否能有效培養(yǎng)這些素養(yǎng)的養(yǎng)成呢？傳統(tǒng)的教學(xué)模式是以教師為中心的學(xué)習(xí)，傾向于記憶與理解的知識(shí)學(xué)習(xí)[2]，被動(dòng)接受教師知識(shí)的灌輸式團(tuán)體學(xué)習(xí)，對(duì)新時(shí)代人才素養(yǎng)的養(yǎng)成是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。當(dāng)對(duì)學(xué)生能力要求轉(zhuǎn)變時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的教師教學(xué)模式和教育設(shè)施、教育服務(wù)措施等都應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和轉(zhuǎn)變。[3]作為教學(xué)過程實(shí)施的載體——教室或課堂，也必需做出改革和調(diào)整。以互動(dòng)為核心理念的智慧教室應(yīng)運(yùn)而生。

一、智慧教室的研究現(xiàn)狀

目前有許多關(guān)于智慧教室的研究，相關(guān)文獻(xiàn)中常用的是“智慧教室”、“智能教室”、“未來教室”、“未來課堂”等詞。[4]從CNKI中檢索關(guān)鍵詞“智慧教室”等關(guān)鍵詞查到期刊論文數(shù)量呈直線上升趨勢(shì)，從2011年只有若干篇文章到2017年有上百篇文章，從中可以看出大家對(duì)智慧教室關(guān)注度大幅度提高。其中對(duì)智慧教室的概念有學(xué)者認(rèn)為智慧教室是相對(duì)普通多媒體教室而言的軟硬件升級(jí)的增強(qiáng)型教室。[5]也有學(xué)者認(rèn)為智慧教室是一種學(xué)習(xí)環(huán)境，采用創(chuàng)新的教育活動(dòng)，從課堂管理到教學(xué)的方面提高對(duì)技術(shù)的使用。[6]我國學(xué)者黃榮懷等認(rèn)為智慧教室是一種利用感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、富媒體技術(shù)及智能空間技術(shù)等手段，以互動(dòng)為核心，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生協(xié)作、探究學(xué)習(xí)的一種具有情景感知和環(huán)境管理功能的新型教室。[7]筆者認(rèn)為，智慧教室主要特點(diǎn)以互動(dòng)為核心、融入新科技、新技術(shù)，創(chuàng)建一個(gè)舒適、便捷的智能化教學(xué)環(huán)境，有利于課堂上教師和學(xué)生各方面能力的拓展。

目前對(duì)智慧教室的研究主要分為兩類：第一種類型是做理論框架研究，比如黃榮懷的“SMART”概念模型[8]認(rèn)為智慧教室的“智慧性”涉及教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)資源的便利性獲取、課堂教學(xué)的深度互動(dòng)、情景感知和教室布局等多方面的內(nèi)容。聶風(fēng)華從系統(tǒng)的組成角度提出“iSMART”模型概念。[9]這些研究為智慧教室的建設(shè)方案和方案集成提供了有借鑒意義的參考。第二種類型是圍繞智慧教室軟硬件升級(jí)體現(xiàn)出更多的智能性，對(duì)如何實(shí)現(xiàn)軟硬件設(shè)備優(yōu)化組合使用進(jìn)行研究。但大部分的研究都停留在理論層次，或技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的設(shè)想探討方面，這些研究都給我們展示了新環(huán)境下智慧教室的各種可能性，也展現(xiàn)了課堂設(shè)計(jì)的多樣化，但在怎么樣高效利用好現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，真正做到以“學(xué)生為中心”的智慧教學(xué)還存在很多空白，筆者結(jié)合本單位智慧教室建設(shè)的案例做介紹，希望能為相關(guān)工作者提供一些有價(jià)值的參考。

二、智慧教室的建設(shè)案例

遵從智慧教室建設(shè)理念，為了讓現(xiàn)有的技術(shù)手段在教育教學(xué)中發(fā)揮最大的功能，廈門大學(xué)于2016年8月完成了囊螢樓的12間智慧教室的建設(shè)。整個(gè)“智慧教室建設(shè)”項(xiàng)目經(jīng)過近半年的調(diào)研、論證、規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè)，給全校師生提供一個(gè)技術(shù)領(lǐng)先、功能全面、應(yīng)用靈活、管理便捷的信息化教學(xué)環(huán)境。下面主要介紹智慧教室的設(shè)計(jì)原則、建設(shè)方案和智慧體現(xiàn)。

1.建設(shè)目標(biāo)

整合新科技成果，建成以師生交互參與、靈活高效為主，支持多種教學(xué)模式的自適應(yīng)、泛在、開放式教學(xué)空間。本地教室通過一個(gè)觸摸屏可編程控制面板，控制教室所有設(shè)備（包括觸控平板、電腦、錄播、互動(dòng)）的電源、信號(hào)切換和本地?cái)U(kuò)音，同時(shí)通過遠(yuǎn)程集控管理平臺(tái)，也能實(shí)現(xiàn)對(duì)這些教室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和資產(chǎn)管理等功能。

2.建設(shè)原則

立足教學(xué)需求，在實(shí)現(xiàn)富媒體分享、多終端學(xué)習(xí)、跨終端互動(dòng)、可視化管理等功能的同時(shí)，確保智慧教室的實(shí)用性、靈活性、易用性、穩(wěn)定性、先進(jìn)性、易維護(hù)性以及易擴(kuò)展性。

（1）實(shí)用性與互動(dòng)性

無線協(xié)作系統(tǒng)兼容微軟、安卓、蘋果三個(gè)系統(tǒng)的所有移動(dòng)終端。對(duì)接錄播系統(tǒng)，增加更多的應(yīng)用功能。打破學(xué)習(xí)空間限制，賦予學(xué)生更大的主動(dòng)性，鼓勵(lì)學(xué)生采用互動(dòng)交流、討論分享的參與模式。

（2）易用性與可靠性

采用硬件方式的互動(dòng)可以很好地與學(xué)?，F(xiàn)有的平臺(tái)無縫對(duì)接，只需通過連接就可以加入到現(xiàn)有的教學(xué)互動(dòng)環(huán)節(jié)上來。

（3）先進(jìn)性與易維護(hù)性

采用硬件模塊化、軟件開源化的原則，設(shè)計(jì)的智慧教室可以與其它設(shè)備對(duì)接，擴(kuò)展更多的應(yīng)用功能。通過增加硬件設(shè)備同無線協(xié)作系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)跨教室互動(dòng)。相比純硬件系統(tǒng)，智慧教室方案穩(wěn)定性高，出現(xiàn)故障無需要專業(yè)人員解決，只需更換設(shè)備。

（4）易擴(kuò)展性

只需添加不同的軟件模塊就可以實(shí)現(xiàn)不同的管理要求，無需更換設(shè)備，這樣可以減少學(xué)校在升級(jí)過程中的浪費(fèi)。

3.實(shí)施方案

本項(xiàng)目建設(shè)的智慧教室以“物聯(lián)網(wǎng)+互聯(lián)網(wǎng)”信息平臺(tái)為基礎(chǔ)，以無線路由為聯(lián)接核心，構(gòu)建“WiFi+有線”的綜合局域網(wǎng)，連接所有的智慧教學(xué)設(shè)備，形成物聯(lián)網(wǎng)連接的網(wǎng)絡(luò)層，各種教學(xué)和輔助設(shè)備通過WiFi標(biāo)準(zhǔn)模塊無線接入信息平臺(tái)，構(gòu)成全面涵蓋物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次的一個(gè)統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)；同時(shí)，其它設(shè)備（筆記本電腦、手機(jī)、投影儀、交互白板等）也通過WiFi模塊接入該信息平臺(tái)，成為物聯(lián)網(wǎng)信息平臺(tái)設(shè)備的一部分，如果有其他的教學(xué)、科研實(shí)踐開發(fā)設(shè)備，通過標(biāo)準(zhǔn)的WiFi設(shè)備接入該信息平臺(tái)，在完成測(cè)試、驗(yàn)證以后就可以很好地使用。以上就是實(shí)際操作中的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。具體的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

從傳統(tǒng)的堆砌式搭建改為了3U一體化的應(yīng)用，在具體應(yīng)用中將視頻切換器、調(diào)音臺(tái)、混音器、功放、中控整合為一個(gè)整體，避免了兼容性的問題，同時(shí)節(jié)約了系統(tǒng)維護(hù)強(qiáng)度。音頻以DSP數(shù)字管理為核心，支持SPDIF數(shù)字音頻、話筒、線路、HDMI數(shù)字音頻輸入；純數(shù)字處理技術(shù)可調(diào)節(jié)增益、均衡、提供48V幻象供電；支持本地功率放大，定阻/定壓可選。視頻支持復(fù)合、S-視頻、RGB、分量、DVI、HDMI視頻信號(hào)輸入，滿足2K、1080P數(shù)字高清格式，HDMI數(shù)字信號(hào)輸出；可實(shí)現(xiàn)信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)，自動(dòng)切換。以項(xiàng)目中一間50平米30席的教室為例，設(shè)備清單如表1所示。

教育綜合管理系統(tǒng)支持API、SDK開發(fā)端口的開放，無縫對(duì)接學(xué)校的一卡通，老師上課只需帶校園一卡通，插卡系統(tǒng)即可自動(dòng)聯(lián)動(dòng)電腦、智能白板、數(shù)字集控系統(tǒng)等設(shè)備的啟動(dòng)，并開始上課。教室可根據(jù)需要在觸控面板上切換無線互動(dòng)或錄播等系統(tǒng)。無需特別培訓(xùn)即可滿足學(xué)校教師的使用，教師不需要花更多精力在教學(xué)設(shè)備上。

4.智慧體現(xiàn)

（1）空間布局靈活性。該智慧教室通過現(xiàn)代教育技術(shù)創(chuàng)新教室設(shè)計(jì)，為師生提供輕松舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，一些造型奇特的課桌椅“全面上線”，根據(jù)不同需要設(shè)計(jì)了三種類型桌椅，課桌椅安上了輪子能夠任意移動(dòng)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的拼接，就可以“變形”，開展各種形式的課堂討論。智慧教室建成的現(xiàn)場(chǎng)效果如圖2所示。

（2）內(nèi)容呈現(xiàn)多樣性。傳統(tǒng)教室中的多媒體投影機(jī)、布幕消失了，變成了智能黑板（或稱“交互式智能平板”，Smart Board） 。智能黑板如同一個(gè)大的iPad，教師可以在上面實(shí)現(xiàn)編輯、標(biāo)注等功能，并可實(shí)時(shí)保存，這讓教師授課、講評(píng)不再局限于講臺(tái)，可以“大展身手”。該教室也可實(shí)現(xiàn)單屏或者4分屏顯示，方便教師或?qū)W生面對(duì)全部同學(xué)展示。研究表明：多屏顯示能夠降低認(rèn)知負(fù)荷和提高學(xué)習(xí)成績，Colvin等人指出多屏比單屏更能促進(jìn)學(xué)習(xí)者成績的提高。[10]

（3）資源獲取的便捷性。該智慧教室覆蓋高速無線網(wǎng)絡(luò)，支持豐富的資源和教學(xué)工具的獲取，全面支持各種終端接入，滿足安卓、蘋果、微軟等操作系統(tǒng)各版本無縫接入。平板、手機(jī)、筆記本等移動(dòng)終端通過WiFi均可實(shí)現(xiàn)接入。學(xué)習(xí)過程與成果能夠便捷地在不同終端之間展示與分享。部分智慧教室具備課堂自動(dòng)錄播功能，教師通過“一鍵式”操作，可以實(shí)現(xiàn)教學(xué)全過程錄制與實(shí)時(shí)播放，便于學(xué)生課前、課中、課后隨時(shí)學(xué)習(xí)。教師可以根據(jù)自己的課堂設(shè)計(jì)把錄播內(nèi)容發(fā)給學(xué)生課前學(xué)習(xí)，課堂上針對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)進(jìn)行探討，輕松實(shí)現(xiàn)課堂翻轉(zhuǎn)，訓(xùn)練學(xué)生的開拓創(chuàng)新能力等。

（4）交互實(shí)時(shí)性。該智慧教室可以生機(jī)交互、師生交互、生生交互，學(xué)生可通過計(jì)算機(jī)或手持設(shè)備以電子投票、問題反饋的方式給予反饋。上課期間可以隨堂表決，教師可以在課前準(zhǔn)備好問題，也可以在課中即時(shí)出題，通過課堂表決系統(tǒng)隨時(shí)了解每個(gè)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，以便教師可以及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法與內(nèi)容；同時(shí)還可隨時(shí)進(jìn)行教學(xué)效果評(píng)價(jià)。課堂表決如圖3所示。

5.管理智能性

該智慧教室可實(shí)現(xiàn)電子簽到，點(diǎn)名不再浪費(fèi)寶貴的課堂時(shí)間，教師可以隨時(shí)在課堂上生成二維碼，學(xué)生掃描即可完成課堂考勤，如圖4所示。在設(shè)備管理上可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理，管理人員可遠(yuǎn)程控制教室設(shè)備，方便日常維護(hù)和快速故障處理。

三、總結(jié)

該智慧教室建設(shè)充分體現(xiàn)了智慧教室在空間布局、內(nèi)容呈現(xiàn)、資源獲取和及時(shí)有效交互等方面的特性，同時(shí)還做到了與基礎(chǔ)多媒體教室有效銜接，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源最優(yōu)配置，充分有效地提高了教室的使用率。在投入使用的一年多中，受到廣大師生的好評(píng)。對(duì)于教育信息化要求高的教師來說，這樣的教室來得太是時(shí)候了，他們充分利用智慧教室的資源，有效地提高了教學(xué)效果。對(duì)于保守型的老師也容易上手，他們可以先用普通多媒體教室的功能，同時(shí)摸索教學(xué)理念和新科技的好處。智慧教室的建設(shè)不只是硬件的升級(jí)，更是教學(xué)理念的提升和優(yōu)化。有效的教學(xué)應(yīng)該是結(jié)構(gòu)化的、清晰的、教學(xué)速度適當(dāng)?shù)?、讓學(xué)生充分練習(xí)的，以及通過活動(dòng)、討論和有意義的反饋?zhàn)寣W(xué)生最大可能地參與學(xué)習(xí)。[11]

四、展望

任何一種學(xué)習(xí)都是嵌入在當(dāng)前的文化中的，永遠(yuǎn)不是信息孤島。在當(dāng)前信息化迅速發(fā)展的大背景下，高校教育與信息化的融合已經(jīng)愈來愈深，如何借助信息技術(shù)之手把教學(xué)質(zhì)量推向一個(gè)新高度顯得尤為重要。筆者認(rèn)為建設(shè)好智慧教室還可以從學(xué)校環(huán)境、教室設(shè)施、課堂設(shè)計(jì)、教師培訓(xùn)等幾個(gè)方面入手。

在教學(xué)環(huán)境上需要學(xué)校政策鼓勵(lì)支持，智慧教室是借助普適計(jì)算機(jī)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等信息技術(shù)手段促進(jìn)師生構(gòu)建學(xué)習(xí)的智慧空間。光有硬件提供沒有教師和學(xué)生的積極參與并不能構(gòu)成智慧學(xué)習(xí)。教師仍然是教學(xué)中重要的軸心，或者說比傳統(tǒng)教學(xué)模式需要付出更多時(shí)間和精力去設(shè)計(jì)整個(gè)課堂，花更多心思調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性創(chuàng)造性。學(xué)校努力優(yōu)化教學(xué)環(huán)境，形成鼓勵(lì)、支持教師教學(xué)信念和行為轉(zhuǎn)變的外部環(huán)境，良好的學(xué)校倡導(dǎo)環(huán)境能帶動(dòng)教師積極研究探索更有效的新教學(xué)方法。

在教室設(shè)施方面，各個(gè)高校都很注重智慧教室的投入，在功能上盡可能地完善豐富以期待老師更加靈活自主便利地使用。筆者認(rèn)為教育設(shè)施的投入可以逐步進(jìn)行，先把最緊急最迫切需求的功能給予滿足，一則可以節(jié)約成本、教室使用率高，二則教師操作簡(jiǎn)單便捷，重復(fù)使用增強(qiáng)教師對(duì)技術(shù)的把控感，功能設(shè)計(jì)太多太雜有時(shí)“亂花漸入迷人眼”反而讓教師使用困難。教學(xué)的目的是讓學(xué)生學(xué)得知識(shí)后深入思考、拓展思維，教師通過利用智慧教室信息化設(shè)施同時(shí)加以良好的課堂設(shè)計(jì)達(dá)到教學(xué)的目的。

在課堂設(shè)計(jì)方面可以靈活一些，比如可以根據(jù)注意力的特點(diǎn)把課堂的45分鐘分成3個(gè)時(shí)間段來合理利用以提高學(xué)習(xí)效率。如考勤互動(dòng)等可以放在注意力有點(diǎn)放松的時(shí)間做。課堂是否設(shè)計(jì)成課前看教師授課視頻，課中通過深度互動(dòng)探討重點(diǎn)難點(diǎn)、課后反饋等等，根據(jù)教師的教學(xué)理念靈活開展課堂教學(xué)。

教師培訓(xùn)方面，學(xué)校要經(jīng)常組織教師進(jìn)行智慧教室理念培訓(xùn)，整個(gè)課堂教師的組織很重要，文科生與理科生的學(xué)習(xí)觀和學(xué)習(xí)風(fēng)格會(huì)不一樣，教師可以針對(duì)性地組織課堂以引起學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)的注意和興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。教師要努力創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生深層學(xué)習(xí)方式的教學(xué)環(huán)境。[12]對(duì)有良好經(jīng)驗(yàn)的教師及時(shí)分享經(jīng)驗(yàn)，開研討會(huì)給其他教師做培訓(xùn)，探討研究形成風(fēng)氣，教師可以利用當(dāng)前出現(xiàn)的新媒體如微課、慕課、教育APP、大數(shù)據(jù)等工具進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)。

信息技術(shù)對(duì)教育的影響越來越大，這將是一場(chǎng)翻天覆地的教育革命。智慧教室的應(yīng)運(yùn)而生正是這場(chǎng)革命的開始。未來的教育必將以學(xué)生的學(xué)習(xí)效果為中心[13]，知識(shí)載體從書本擴(kuò)展到各種電子媒體，學(xué)生們可以隨時(shí)隨地在互聯(lián)網(wǎng)上查看教學(xué)資源，云端資源的豐富能夠滿足幾乎所有人的學(xué)習(xí)要求。在此環(huán)境下，學(xué)生的能力也需要進(jìn)一步提高，同時(shí)對(duì)教師的能力也是一種考驗(yàn)，教師不再是單純的灌輸知識(shí)而是點(diǎn)燃學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，要能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行信息時(shí)代的創(chuàng)新、能夠用新的教學(xué)辦法來培養(yǎng)學(xué)生、能夠塑造新時(shí)期的學(xué)生社會(huì)使命感、能夠培養(yǎng)未來的領(lǐng)導(dǎo)和企業(yè)家。而教育管理者需要與時(shí)俱進(jìn)，及時(shí)更新技術(shù)知識(shí)，更加敏銳細(xì)致地觀察學(xué)生和老師之間的問題和矛盾，給出更加深刻的評(píng)論和管理方法，給教師和學(xué)生提供專業(yè)性和技術(shù)性的教學(xué)支撐，讓技術(shù)支持從有形變成無形，能夠系統(tǒng)地結(jié)合管理、教學(xué)、教研提供精細(xì)化服務(wù)，盡可能讓教師輕松借助科技引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，讓教育健康發(fā)展。

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（編輯：王曉明）