智慧教室環(huán)境下雙向信息輸出的課桌研究設(shè)計(jì)

岳宇輝?薛雅元?富艷春

摘 要：在信息化發(fā)展的趨勢(shì)下，智慧教室作為新型的教育模式，越來越受到學(xué)校師生的青睞。本文通過對(duì)智慧教室的場(chǎng)景分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有課桌無法滿足師生交流、生生合作的交互需求的痛點(diǎn)，在現(xiàn)有課桌調(diào)研、技術(shù)分析和使用者分析的基礎(chǔ)之上，以高校師生使用課桌為主體，提出將“一對(duì)多”的單向輸出的交互方式轉(zhuǎn)化為以學(xué)生為中心的雙向資源即時(shí)共享模式。通過運(yùn)用矩陣拼接處理器的方式在多個(gè)信息源和輸出端之間傳輸，從而實(shí)現(xiàn)雙向資源共享，并將拼接屏嵌入可拼合的課桌，為拼接后的實(shí)時(shí)小組合作提供便捷的手段。

關(guān)鍵詞：智慧教室;雙向信息輸出;課桌設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TS66 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-9436（2020）10-00-05

1 智慧教室

1.1 智慧教室發(fā)展現(xiàn)狀與優(yōu)勢(shì)

在信息化發(fā)展的趨勢(shì)下，新型的科學(xué)技術(shù)在教育環(huán)境中的地位越來越重要。智慧教室方案使學(xué)習(xí)工具、學(xué)習(xí)方法產(chǎn)生革新，豐富了教師授課的形式，順應(yīng)了信息化時(shí)代大環(huán)境的發(fā)展潮流。它旨在通過多樣的手段提高教育效率，提高學(xué)生在課堂中的活躍度、參與度，同時(shí)方便教師準(zhǔn)確獲取學(xué)生實(shí)時(shí)信息，擁有良好的及時(shí)反饋。目前，越來越多的學(xué)校緊跟信息化發(fā)展，開始選擇智慧教室這一解決方案，重視新型科學(xué)技術(shù)設(shè)備等教室硬件的建設(shè)和對(duì)教師使用智慧課堂、開發(fā)智慧課堂教學(xué)模式的培訓(xùn)。從小學(xué)到高校，其都愈發(fā)關(guān)注對(duì)智慧教室的建設(shè)和使用，成為教育創(chuàng)新發(fā)展的重要一環(huán)。

智慧教室有多種呈現(xiàn)方式。與傳統(tǒng)教室相比，智慧教室在教師授課、學(xué)生聽課的方式上有極大不同。智慧課堂具有內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、即時(shí)互動(dòng)、情境感知的特征[1]，它通過基于物聯(lián)網(wǎng)的硬件設(shè)備，可對(duì)教室情況、學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行感知。例如，傳統(tǒng)紙質(zhì)簽到方式不易記錄和查閱，智慧教室的在線簽到系統(tǒng)解決了這一困擾;教室通風(fēng)、溫度濕度等也可由中控統(tǒng)一管理，智能程度大幅提高;教師可在授課過程中對(duì)每個(gè)學(xué)生的情況有及時(shí)的反饋并進(jìn)行針對(duì)性指導(dǎo)。智慧教室可以支持信息化教育的環(huán)境。對(duì)于學(xué)生個(gè)體而言，新型的科學(xué)技術(shù)可提高學(xué)生的表現(xiàn)欲并培養(yǎng)創(chuàng)造力，也可以促進(jìn)課堂的學(xué)習(xí)氛圍。智慧課堂從單一的教師授課向?qū)W生主動(dòng)自主學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，教師從領(lǐng)導(dǎo)者轉(zhuǎn)向引導(dǎo)者，這種與學(xué)生共同學(xué)習(xí)、引導(dǎo)傾聽學(xué)生思想的教學(xué)模式可以多層次激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開發(fā)鍛煉不同的思維方式。

1.2 智慧教室場(chǎng)景分析

在智慧教室的場(chǎng)景下，多用白板投屏、智能平板等終端應(yīng)用軟件手段實(shí)現(xiàn)不同層次的師生、生生之間的交流與互動(dòng)。從另一方面來說，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)是智慧教室的核心。這樣的現(xiàn)存模式使得智慧教室的重點(diǎn)集中于相關(guān)電子設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用，學(xué)生間、師生間的交流完全以網(wǎng)絡(luò)為載體，從而弱化了人與人的線下交流與互動(dòng)，使得最普通的課桌椅亦能滿足智慧課堂中學(xué)生與老師的需求。學(xué)生之間實(shí)境課堂的線下互動(dòng)與云課堂線上互動(dòng)的主要區(qū)別在于，在線下互動(dòng)過程中可以共享現(xiàn)實(shí)物品、有不受外界因素干擾的感官互動(dòng)。例如，通過共用一張演示和記錄的紙便可以方便多人之間的探討和交流，這是僅靠電子屏幕的對(duì)話與信息傳遞是無法實(shí)現(xiàn)的。因此，在智慧教室中需要適當(dāng)發(fā)揮線下教學(xué)的這一優(yōu)勢(shì)，使學(xué)生重視實(shí)時(shí)的交流合作。目前對(duì)智慧教室的研究主要集中于創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用、環(huán)境建設(shè)以及設(shè)備的改進(jìn)上，較少提及教室中課桌椅的革新[2]，缺少了對(duì)學(xué)生的人性化關(guān)懷。這在某種程度上忽視了線下智慧教室的優(yōu)勢(shì)，沒有考慮到身在其中的學(xué)生們的身心感受。

2 智慧教室課桌設(shè)計(jì)分析

2.1 現(xiàn)有課桌分析

通過對(duì)目前市面上現(xiàn)有的智慧教室課桌的調(diào)研，我們將課桌分為傳統(tǒng)型和互動(dòng)型兩種。傳統(tǒng)型即傳統(tǒng)的課桌，此類課桌不方便移動(dòng)、使用功能單一，不能適應(yīng)現(xiàn)代教學(xué)模式[3]。目前，部分智慧教室還只關(guān)注智能產(chǎn)品的使用，而忽略了課桌椅等硬件設(shè)施;將傳統(tǒng)課桌沿用在智慧教室中只專注學(xué)生獨(dú)自學(xué)習(xí)而忽略了學(xué)生與學(xué)生之間的協(xié)作交流，同時(shí)不適合電腦、智能平板等設(shè)備的存放和使用。而互動(dòng)型的課桌體現(xiàn)在可移動(dòng)、模塊化、多功能等方面，有些課桌可根據(jù)學(xué)生個(gè)體差異進(jìn)行調(diào)節(jié)和輔助配件的增減，如身高、顏色喜好、手部使用習(xí)慣等。學(xué)生在多個(gè)不同場(chǎng)景下合作學(xué)習(xí)交流時(shí)桌椅移動(dòng)方便，可將桌面拼接成多個(gè)形狀以適應(yīng)不同的課堂環(huán)境。桌面帶有防滑墊、支架等輔助功能，適應(yīng)無紙化信息化課堂教學(xué)。

中小學(xué)課堂使用的課桌椅種類豐富。由于中國(guó)中小學(xué)大多采用一人一座式課桌椅，學(xué)生的需求更容易得到滿足。而高校存在教室不固定、教室所需承載量大、人員流動(dòng)量大等現(xiàn)實(shí)情況，課桌椅固定且桌面面積小，椅子與桌子之間距離不可調(diào)，更新發(fā)展緩慢，沒有新的人體工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)課桌椅方面的改良創(chuàng)新、滿足高校學(xué)生需求方面的研究有所欠缺。高校課桌椅各個(gè)廠家相互模仿抄襲，造成產(chǎn)品程式化、商業(yè)化嚴(yán)重[4]。高校對(duì)智慧教室的建設(shè)也在不斷發(fā)展當(dāng)中，但目前高校的課桌椅與智慧教室的發(fā)展不匹配，如果沿用現(xiàn)有課桌椅，難以發(fā)揮智慧教室的最大功能。

2.2 智慧教室技術(shù)分析

智慧教室基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的信息技術(shù)進(jìn)行多方位的人機(jī)交互，教學(xué)方式多樣靈活，既可以實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)的小組互動(dòng)，也可以與遠(yuǎn)程的學(xué)習(xí)者或?qū)＜疫M(jìn)行互動(dòng)，完全突破空間的限制，實(shí)現(xiàn)多方面的互動(dòng)與協(xié)作學(xué)習(xí)[5]。線下智慧教室主要采用無線智能終端互聯(lián)、智慧電子黑板等方式實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生、學(xué)生與媒體之間的交互。無線智能終端互聯(lián)通過投屏共享實(shí)現(xiàn)教學(xué)演示和學(xué)生匯報(bào)，教師可實(shí)時(shí)布置學(xué)習(xí)任務(wù)并監(jiān)測(cè)學(xué)生的完成情況。但多屏互動(dòng)僅限于將學(xué)生屏幕與教師主屏互聯(lián)，只適合學(xué)生與老師之間的交互，忽視了學(xué)生之間的實(shí)時(shí)信息共享共通，且僅依靠線上交換信息，不利于學(xué)生們線下的面對(duì)面交流協(xié)作。智慧電子黑板主要以教師使用為主，利用交互式電子白板授課，取代傳統(tǒng)的粉筆書寫黑板，具有雙屏展示、多種教學(xué)資源同時(shí)呈現(xiàn)等多種功能[6]，能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和關(guān)注度。

2.3 使用人群分析

目前對(duì)智慧教室的使用人群研究以中小學(xué)師生為主[7]，對(duì)高校師生使用的關(guān)注度較低，相應(yīng)地對(duì)高校學(xué)生使用智慧教室時(shí)的行為與心理研究不足。中小學(xué)生對(duì)新的環(huán)境好奇心較強(qiáng)，新鮮事物更容易吸引其注意力，但其專注力較弱。他們有專用的課桌椅且使用時(shí)間長(zhǎng)、需求多，在智慧課堂中通常不具備自己的智能平板等設(shè)備，更多是學(xué)校統(tǒng)一配置的公共學(xué)習(xí)工具。大學(xué)生有鮮明的個(gè)性特征，有較強(qiáng)的審美能力和自我意識(shí)，對(duì)課桌椅的適應(yīng)性強(qiáng)。大學(xué)生大多擁有多個(gè)不同電子設(shè)備可參與課堂教學(xué)，在課堂專注度、對(duì)課堂的參與度上普遍較低。在同一課堂人數(shù)較多的情況下，教師往往采用分組合作的方式展開教學(xué)，需要學(xué)生配合合作。在智慧課堂中基于高科技的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，需要在設(shè)計(jì)中加強(qiáng)對(duì)用戶心理情感的關(guān)注[8]，發(fā)揮智慧教室的特色，讓學(xué)生自主地、真正地參與到課堂學(xué)習(xí)中來。

3 雙向信息輸出課桌在智慧教室中的應(yīng)用

3.1 雙向信息輸出課桌的設(shè)想

智慧教室的云教育平臺(tái)和應(yīng)用軟件大多為“一對(duì)多”的信息傳遞方式，即教師向?qū)W生的單向分享，學(xué)生之間的信息共享難以實(shí)現(xiàn)。這并不能滿足智慧教室以學(xué)生為中心的教育模式。在線下的智慧教室中的多屏互動(dòng)、實(shí)時(shí)投屏等技術(shù)和硬件限制較多，更強(qiáng)調(diào)使用的個(gè)體，不方便小組形式的合作任務(wù)。課桌椅作為學(xué)生感受人性化服務(wù)的一個(gè)重要硬件設(shè)備[9]，在一定程度上會(huì)影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和專注程度，需要抓住智慧教室的特征與學(xué)生的需求，同時(shí)滿足課堂教學(xué)需求和學(xué)生個(gè)性化需求。基于以上智慧教室的技術(shù)現(xiàn)狀和課桌椅存在的問題，我們提出從雙向的信息傳遞角度解決智慧教室環(huán)境下的課桌設(shè)計(jì)，利用矩陣拼接處理器技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享。同時(shí)設(shè)計(jì)可嵌入拼接屏的課桌，在課桌拼合使用時(shí)可獲得更完整的屏幕，以供更多學(xué)生同時(shí)演示觀看。

3.2 雙向信息輸出模式的實(shí)現(xiàn)方式

雙/多向資源即時(shí)共享是將“一對(duì)多”的單向輸出的交互方式轉(zhuǎn)化為“多對(duì)多”的資源即時(shí)共享模式，解決目前“教師對(duì)學(xué)生”即“一對(duì)多”教育模式下單向信息輸出的問題，主要應(yīng)用矩陣拼接處理器的技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向信息輸出。以4塊拼接屏的拼接屏系統(tǒng)為例，它由4塊拼接屏、拼接處理器、師生用電腦或平板等電子設(shè)備構(gòu)成，拼接處理器以4臺(tái)學(xué)生用電子設(shè)備為信息源，以4塊拼接屏為輸出端，可將任意信息源分別投向不同的輸出端或同時(shí)投向不同的輸出端，以實(shí)現(xiàn)雙向（師生間、學(xué)生間）的資源共享。將拼接屏與可拼合的課桌結(jié)合，將其嵌入課桌側(cè)邊，在多人使用時(shí)則可將課桌拼接即屏幕拼接成全屏，從而方便實(shí)時(shí)小組合作討論。拼接屏系統(tǒng)具有單屏顯示、全屏顯示、分區(qū)顯示等功能[10]，單人和多人使用都有相對(duì)應(yīng)的功能。學(xué)生單人使用時(shí)可實(shí)時(shí)接收教師或同學(xué)輸出的信息，與此同時(shí)不影響自身信息源的使用和分享。

3.3 雙向信息輸出課桌的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

高校學(xué)生擁有不同的智能電子產(chǎn)品。這些智能終端系統(tǒng)不同、種類多樣、屏幕大小不一，無法保證每個(gè)學(xué)生使用的設(shè)備都能通過現(xiàn)有的互動(dòng)投屏等技術(shù)完成屏幕共享。雙向信息輸出課桌的應(yīng)用有利于解決不同設(shè)備之間的實(shí)時(shí)投屏，在穩(wěn)定性、系統(tǒng)兼容等方面都占有優(yōu)勢(shì)，不受終端種類限制，使智慧教室在信息傳輸和資源共享的手段上廣泛便捷，不局限信息傳輸終端，讓學(xué)生輕松地參與到智慧課堂的信息實(shí)時(shí)共享中來。

學(xué)生在校學(xué)習(xí)時(shí)間大多是在課桌椅上完成的，是課桌椅的直接使用對(duì)象[11]。智慧課堂教學(xué)模式中的學(xué)生間的交流合作往往需要聚集成組，國(guó)內(nèi)外智慧課堂中使用的課桌部分具有模塊化、小組化特征，可在多人合作時(shí)拼成一張大桌或圍成一圈。沿用這一形式將拼接屏嵌入課桌，拼合課桌的同時(shí)拼合拼接屏，獲得完整的大屏幕，更加方便線下學(xué)生之間的觀看、演示和交流，從而使課桌和拼接屏的功能得到最大化滿足。學(xué)生小組交流時(shí)利用拼接后的全屏模式分享信息，使小組成員與電子設(shè)備之間的交互更加人性化，增加多人同時(shí)觀看與討論時(shí)的便捷性與靈活度。個(gè)人使用時(shí)利用單屏接收信息，學(xué)生之間的信息傳遞不受限制，對(duì)方投屏也不妨礙自身終端的功能使用。除此之外，拼接處理器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)投屏，教師可以有針對(duì)性地投屏給特定的學(xué)生，利用智慧課堂的個(gè)性化教學(xué)特點(diǎn)，使課堂教學(xué)形式更加靈活多變。

智慧課堂作為一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，不同于傳統(tǒng)課堂老師向?qū)W生輸出知識(shí)的模式。其更強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的思維自主性，通過運(yùn)用拼接屏系統(tǒng)達(dá)成雙/多向的信息輸出，有利于學(xué)生個(gè)體在課堂中發(fā)揮更大的主觀能動(dòng)性和學(xué)習(xí)積極性。智慧教室的即時(shí)互動(dòng)性體現(xiàn)在各個(gè)維度的互動(dòng)，除了師生之間，師生與教學(xué)硬件和軟件的互動(dòng)之外，學(xué)生之間的小組協(xié)作和交流也是智慧教室教學(xué)的一個(gè)特征。多個(gè)信息源的分享方式能讓學(xué)生之間、師生之間也可以實(shí)時(shí)分享觀點(diǎn)，使學(xué)生更大限度地參與到課堂學(xué)習(xí)中來。

4 結(jié)語(yǔ)

從智慧教室的新型教育模式出發(fā)，電子產(chǎn)品、現(xiàn)代科技技術(shù)和教室的課桌椅等家具都是為學(xué)生服務(wù)的，不僅要與目標(biāo)群體的實(shí)際需求相結(jié)合，還要綜合考慮材質(zhì)、功能結(jié)構(gòu)等[12]，讓產(chǎn)品更好地服務(wù)于現(xiàn)代教育環(huán)境。通過矩陣拼接處理器的技術(shù)實(shí)現(xiàn)雙向信息輸出的課桌，可以解決單向信息共享的問題，方便師生溝通的同時(shí)，滿足學(xué)生之間的即時(shí)交流，發(fā)揮學(xué)生個(gè)體的主觀能動(dòng)性。智能終端類型不受限制，定向投屏可以讓教學(xué)方式更具有針對(duì)性。同時(shí)吸取組合課桌的模塊化、可拼合的特點(diǎn)，將拼接屏嵌入課桌，使拼接屏發(fā)揮線下共享同一畫面、擴(kuò)大畫面的優(yōu)勢(shì)，從學(xué)生體驗(yàn)的角度尋找出雙向信息輸出課桌的創(chuàng)新點(diǎn)。但矩陣拼接處理器及拼接屏的成本高昂，目前運(yùn)用在教室層面沒有出現(xiàn)相關(guān)案例，且需要與課桌桌面造型、可移動(dòng)等功能結(jié)合。智慧教室的即時(shí)互動(dòng)性和小組合作交流、學(xué)生為中心的上課模式?jīng)Q定了雙向信息輸出的必要性，是未來相關(guān)產(chǎn)品發(fā)展的可能趨勢(shì)，能夠與智慧教室這一新型教育模式形成良好的適配。

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作者簡(jiǎn)介：岳宇輝（1999—），女，江蘇南京人，本科在讀，研究方向：家具設(shè)計(jì)。

薛雅元（1999—），女，江蘇無錫人，本科在讀，研究方向：家具設(shè)計(jì)。

通訊作者：富艷春（1987—），女，內(nèi)蒙古興安盟人，研究生，博士，講師，研究方向：家具設(shè)計(jì)及理論。

基金項(xiàng)目：本論文為教育部人文社會(huì)科學(xué)研究規(guī)劃基金/青年基金項(xiàng)目成果，項(xiàng)目編號(hào)：15YJC760073