智慧教室功能建構(gòu)及其建設(shè)思考

張金榮 葉叢如

摘? 要 根據(jù)智慧教室建設(shè)現(xiàn)狀，分析梳理智慧教學(xué)的內(nèi)涵與特征，闡述智慧教室建設(shè)需求。在此基礎(chǔ)上，對智慧教室功能進(jìn)行架構(gòu)，并闡明各個功能系統(tǒng)的建設(shè)要求，給出智慧教室建設(shè)的幾點(diǎn)思考與建議。

關(guān)鍵詞 智慧教學(xué);智慧教室;教學(xué)設(shè)備;翻轉(zhuǎn)課堂;微課

中圖分類號：G434? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）09-0044-03

1 前言

重構(gòu)智慧教學(xué)空間，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識、協(xié)作能力以及信息素養(yǎng)的綜合型人才是新時(shí)代的要求，也是高校的教育目標(biāo)。目前各高校結(jié)合教學(xué)改革和試點(diǎn)，已經(jīng)建設(shè)部分智慧教室，并且取得一定的成效，但許多高校仍處于研究探索和試點(diǎn)階段，更多是從技術(shù)角度構(gòu)建智慧教室，注重技術(shù)環(huán)境層面較多，對其教育層面如何創(chuàng)新應(yīng)用考慮還不夠，因而導(dǎo)致智慧教室應(yīng)用效果不理想。

2 智慧教室設(shè)計(jì)理念

多媒體教學(xué)設(shè)備繁多，功能種類多樣，硬件設(shè)備的堆砌并沒有讓現(xiàn)代技術(shù)與教學(xué)真正結(jié)合起來，傳統(tǒng)智慧教室浮于表面，難以常態(tài)化應(yīng)用。如果教學(xué)設(shè)備沒有被高效便捷地利用起來，反而會加重教學(xué)與管理的負(fù)擔(dān)。

根據(jù)國家教育信息化建設(shè)和發(fā)展思路，充分考慮教學(xué)需求，以探索課堂教學(xué)改革為重點(diǎn)，以多媒體改革為基礎(chǔ)，針對以教為中心的傳統(tǒng)教室和保守封閉的教學(xué)環(huán)境，重構(gòu)教室環(huán)境，創(chuàng)建適合學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的新型教室環(huán)境，是一種必然趨勢。而以互動性、多樣化、常態(tài)化、輕資產(chǎn)為核心的智慧教室方案，融合了教師的教學(xué)方法、現(xiàn)代教育技術(shù)、空間環(huán)境設(shè)計(jì)這三大要素，形成新的主動學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)。

智慧教學(xué)可以概括為以滿足學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需要、激發(fā)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新潛能為目標(biāo)，以現(xiàn)代先進(jìn)教育理念為指導(dǎo)，依托新一代信息技術(shù)所構(gòu)建的智能化教學(xué)手段和環(huán)境，運(yùn)用豐富便捷的教學(xué)資源和靈活適用的教學(xué)方法而開展的個性化、交互化、協(xié)同化的教與學(xué)活動[1]。智慧教學(xué)是對傳統(tǒng)教育的革新和超越，其核心是對教與學(xué)環(huán)境和教與學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新變革，以建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新一代技術(shù)，重構(gòu)課堂教學(xué)流程結(jié)構(gòu)，先學(xué)后教，以學(xué)定教。智慧教學(xué)以學(xué)生為中心，以小組為單位，以分享、討論為主體，把課堂還給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣和自我學(xué)習(xí)、終生學(xué)習(xí)的能力，并在討論分享過程中培養(yǎng)學(xué)生批判性、邏輯性思維，團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和創(chuàng)新能力[2]。

智慧教學(xué)必須基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動通信等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)體課堂教學(xué)和網(wǎng)上課程的翻轉(zhuǎn)課堂、課堂互動、分組教學(xué)、教學(xué)資源共享等涉及課前、課中、課后的教學(xué)過程數(shù)字化，構(gòu)建一種新型教學(xué)模式;通過對松散數(shù)據(jù)的聚集、處理、挖掘、分析，改進(jìn)教學(xué)行為，形成智慧教學(xué)生態(tài)圈;通過管理和服務(wù)流程優(yōu)化與再造，提升高校管理效率和決策水平。

3 智慧教室建設(shè)需求

智慧教室是智慧教學(xué)的主要場所，必須以先進(jìn)的理念支撐正確建設(shè)和規(guī)劃智慧教室。智慧教室環(huán)境構(gòu)建一方面要改善學(xué)校課堂環(huán)境和軟硬件設(shè)施;另一方面要引入云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式和教育模式的變革和創(chuàng)新，構(gòu)建一個從設(shè)備到數(shù)據(jù)全面打通，從教學(xué)活動到數(shù)據(jù)評價(jià)全面融合的整體框架。智慧教室環(huán)境架構(gòu)必須滿足以下需求：

1）智慧教室環(huán)境建設(shè)一體化，為互動課堂提供智能環(huán)境控制，根據(jù)教師的需求對課堂內(nèi)的光、電、聲、溫度進(jìn)行自動調(diào)節(jié);

2）集成化教學(xué)設(shè)備，能融合、連接和管理構(gòu)成智慧教室的各種設(shè)備;

3）創(chuàng)新教學(xué)空間，將教學(xué)的空間從單一的教室外延到樓梯間、走廊等多種空間，從設(shè)計(jì)、座椅、Wi-Fi等多個角度搭建多元學(xué)習(xí)空間;

4）信息化教學(xué)環(huán)境，構(gòu)建能支持大班授課、小班研討和跨區(qū)域互動的信息化互動環(huán)境;

5）互動化教學(xué)活動，為課堂的教學(xué)活動提供互動，并將互動的全部數(shù)據(jù)無感知地記錄;

6）一體化教學(xué)系統(tǒng)，為各種數(shù)據(jù)、互動提供承載的平臺，提供給教師、學(xué)生可以隨時(shí)訪問和使用的管理系統(tǒng)和學(xué)習(xí)空間;

7）數(shù)據(jù)化教學(xué)評價(jià)，通過留存的多樣本、形成性的大數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，讓教學(xué)效果的評價(jià)更加實(shí)時(shí)、全面、客觀。

4 智慧教室功能架構(gòu)

智慧教室包括物理環(huán)境和虛擬環(huán)境兩部分。物理環(huán)境即指實(shí)體的教室空間及其信息化的教學(xué)設(shè)備設(shè)施等，是實(shí)體課堂教學(xué)的基礎(chǔ)。但僅依托物理環(huán)境無法開展智慧教學(xué)，還必須有相配套的虛擬環(huán)境。虛擬環(huán)境指虛擬教室空間，是實(shí)體教室的延伸與拓展，師生在此環(huán)境下可開展各種形式的在線教學(xué)，實(shí)現(xiàn)交流互動，開展基于數(shù)據(jù)分析的教學(xué)反饋與評價(jià)。虛擬環(huán)境依托物理環(huán)境進(jìn)行架構(gòu)，兩者融為一體，教學(xué)活動在實(shí)體和虛擬環(huán)境中交互進(jìn)行，既可以將課堂向前后延伸至課前、課后，又可以將線下與線上教學(xué)相結(jié)合，便于各種教學(xué)模式的實(shí)施與創(chuàng)新，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)的交互性和個性化。

智慧教室包含物理環(huán)境和虛擬環(huán)境，兩者結(jié)合才能發(fā)揮智慧教室的功用。一些高校在進(jìn)行智慧教室建設(shè)時(shí)只注重物理環(huán)境的建設(shè)，對虛擬環(huán)境系統(tǒng)建設(shè)考慮得不多，導(dǎo)致智慧教室發(fā)揮不出應(yīng)有的教學(xué)效果，這是智慧教室建設(shè)中必須注意的問題。

5 智慧教室功能設(shè)計(jì)

智能感知? 采用紅外線和超聲波感應(yīng)器，人進(jìn)燈亮、人走燈滅;運(yùn)用光照感應(yīng)器，根據(jù)不同光照調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光設(shè)備;運(yùn)用PM2.5感應(yīng)器實(shí)時(shí)監(jiān)測教室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，與教務(wù)系統(tǒng)課表對接，設(shè)備自動響應(yīng)。

學(xué)生簽到? 學(xué)生進(jìn)入教室，只需將自己所帶筆記本電腦或其他移動設(shè)備連接教室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)，成功投屏之后，即可使用對應(yīng)分組的無線按鍵面板進(jìn)行簽到，名字會出現(xiàn)在簽到列表上。

互動教學(xué)? 學(xué)生需發(fā)言或分享時(shí)，通過無線按鍵面板按下對應(yīng)自己所在位置按鍵，教師給予學(xué)生投影權(quán)利，同時(shí)可以對學(xué)生發(fā)出的內(nèi)容進(jìn)行批注、講解。

分組討論? 學(xué)生自由分組，共同討論協(xié)作，討論內(nèi)容無線投屏;分組討論完畢，分享作品。

教學(xué)資源支撐和應(yīng)用系統(tǒng)? 將慕課、微課、多媒體課件等信息化課程資源和應(yīng)用平臺相結(jié)合，形成功能多樣的教學(xué)資源;教師可以輕松實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂、在線教育等現(xiàn)代化教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。支持課堂教學(xué)精品錄播、常態(tài)化錄播、督導(dǎo)巡課、直播和點(diǎn)播等功能。

課堂行為分析? 利用人臉識別技術(shù)與豐富的學(xué)生行為數(shù)據(jù)，可以分析出每堂課中每位學(xué)生的課堂專注度，分析出班級的專注度指數(shù)，運(yùn)用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對比和學(xué)情智能分析。

學(xué)情分析? 通過過程性評價(jià)數(shù)據(jù)的累計(jì)，教師可以關(guān)注班級、學(xué)生的學(xué)情，如答題得分率、活動參與度及課堂表現(xiàn)，查看學(xué)生的進(jìn)退步情況、知識薄弱點(diǎn)，便于對學(xué)生進(jìn)行更科學(xué)的綜合評價(jià)。

教室大數(shù)據(jù)分析? 提供教室使用情況統(tǒng)計(jì)、學(xué)生考勤統(tǒng)計(jì)、課堂互動統(tǒng)計(jì)、師生成果統(tǒng)計(jì)等。多維度的數(shù)據(jù)采集，助力高校教學(xué)與管理建設(shè)。

環(huán)境智能集控? 支持對教室安防監(jiān)控和管理，支持對教室環(huán)境及其設(shè)備（如溫度、亮度、空調(diào)、窗簾、燈光等）進(jìn)行智能管控。

可視化的設(shè)備管理? 支持設(shè)備可視化管理、聯(lián)動管理，第一時(shí)間了解故障點(diǎn)，實(shí)時(shí)后臺幫助，保障教學(xué)環(huán)境正常穩(wěn)定。

智能云盤系統(tǒng)? 設(shè)計(jì)教室云盤系統(tǒng)，內(nèi)置移動硬盤，建立局域網(wǎng)云盤空間，課堂的授課講義、授課語音等都可以保存到云盤中，方便學(xué)生課后下載復(fù)習(xí)。

電子班牌系統(tǒng)? 支持教室預(yù)約及門禁系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動，顯示當(dāng)前教室預(yù)約信息及將要上課的信息[3]。

6 智慧教室建設(shè)的幾點(diǎn)思考

立足學(xué)校教改需求，試點(diǎn)先行? 隨著信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，智慧教學(xué)已成為教學(xué)改革的風(fēng)向標(biāo)。由于智慧教學(xué)主要在智慧教室進(jìn)行，因此，智慧教室的建設(shè)與應(yīng)用已成為當(dāng)前高校教學(xué)環(huán)境改革與教學(xué)模式創(chuàng)新應(yīng)用研究的重要課題。對于智慧教室建設(shè)，目前沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同的設(shè)備廠商對智慧教室的理解也不盡相同。因此，高校應(yīng)從學(xué)校教學(xué)改革實(shí)際需求出發(fā)，先建設(shè)少量的智慧教室進(jìn)行試點(diǎn)探索，取得經(jīng)驗(yàn)后，再把試點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)和做法推廣開來。

根據(jù)教學(xué)現(xiàn)狀，逐步分類實(shí)施? 根據(jù)高校教學(xué)現(xiàn)狀，對智慧教室進(jìn)行分類，有講授型智慧教室、探究型智慧教室、討論協(xié)作型智慧教室等，每一類智慧教室從功能到系統(tǒng)配置都不盡相同。但是，目前高校以課堂教學(xué)為主，且課堂教學(xué)多為大班化教學(xué)，小班化的討論協(xié)作教學(xué)雖在一些課程教學(xué)中應(yīng)用，但涉及面不廣。而目前智慧教室建設(shè)以小班化的討論協(xié)作教學(xué)為主要模式，課桌椅可靈活移動，便于課堂討論協(xié)作。對大班化以講授為主的課堂教學(xué)如何開展智慧教學(xué)探索研究不多，如何用新一代信息技術(shù)提升大班講授教學(xué)的效率與質(zhì)量，是智慧教學(xué)研究的重中之重[4]。

設(shè)備操控簡單易學(xué)，不增加學(xué)習(xí)的時(shí)間成本? 目前，許多智慧教育產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段并未設(shè)身處地地為教學(xué)參與者著想，常常會陷入過度開發(fā)的狀態(tài)，導(dǎo)致教師和學(xué)生使用不便;在還未給師生帶來課堂互動效率提高之前，反而增加了師生的學(xué)習(xí)成本，最終導(dǎo)致產(chǎn)品難以常態(tài)化使用。所以智慧教室的建構(gòu)必須從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，方便用戶操作，提高系統(tǒng)自動化管理能力，以便于師生使用。

進(jìn)一步加強(qiáng)智慧教學(xué)應(yīng)用研究和培訓(xùn)工作? 傳統(tǒng)的教學(xué)模式幾乎一成不變，都是以教師為中心，以授課為主體，學(xué)生被動接受，忽略了學(xué)生的個性，不利于培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等方面的能力。而高校是人才培養(yǎng)的基地，為了更好地完成人才培養(yǎng)的目標(biāo)，改革教學(xué)模式，提升教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)個性化人才培養(yǎng)，教師對智慧教學(xué)的研究和學(xué)習(xí)是大勢所趨。

學(xué)校大力推動，做好頂層設(shè)計(jì)? 構(gòu)建智慧教室，還需要學(xué)校大力引領(lǐng)和推動，成立校級的智慧教室建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組，結(jié)合學(xué)校各級使用者的需求，反復(fù)論證演繹、修改方案，最后確定適用于本校智慧教學(xué)的頂層設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，智慧教學(xué)使教師的角色發(fā)生轉(zhuǎn)變，教師從知識的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)活動的設(shè)計(jì)者和指導(dǎo)者，這就需要教師積極探索和研究智慧教學(xué)。

7 結(jié)語

本文闡述了智能教室的建設(shè)需求，對智慧教室的功能進(jìn)行了架構(gòu)和設(shè)計(jì)，并對智慧教室的建設(shè)進(jìn)行了系統(tǒng)思考，以期為高校智慧教室的研究、建設(shè)、應(yīng)用提供一定參考。

參考文獻(xiàn)

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[2]何克抗.智慧教室+課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)變革：實(shí)現(xiàn)教育信息化宏偉目標(biāo)的根本途徑[J].教育研究，2015（11）：76-81.

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