智慧教室的核心支持技術(shù)探析

李慧敏

【摘 要】教室作為主要的學(xué)習(xí)空間，在智能信息時代必將發(fā)生新的變革，智慧教室便是適應(yīng)這一時代的產(chǎn)物。本文對智慧教室中的核心支持技術(shù)：物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、泛在網(wǎng)絡(luò)、人工智能等進行探析，并說明其在智慧教室中的應(yīng)用;旨在幫助教師厘清智慧教室的核心框架，提升智慧教室的有效利用，進一步提高教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】智慧教室;物聯(lián)網(wǎng);大數(shù)據(jù);價值取向

【中圖分類號】G434? 【文獻標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2020）06-078-04

信息時代的高速發(fā)展不斷革新著我們的學(xué)習(xí)時空，在教育信息化建設(shè)的進程中，智能信息技術(shù)的出現(xiàn)推動著智慧教室的建設(shè)。智慧教室所提供的新型“教”與“學(xué)”空間是智慧教學(xué)形態(tài)的基礎(chǔ)，是學(xué)習(xí)者智慧學(xué)習(xí)活動發(fā)生的重要場域。因此，厘清智慧教室的核心支持技術(shù)，有助于一線教師掌握智慧教室的基本構(gòu)造，在教學(xué)實踐過程中對智慧教室充分利用，提升教學(xué)效果。

智慧教室的核心支持技術(shù)及其應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、泛在網(wǎng)絡(luò)、人工智能等作為新一代信息技術(shù)，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于教育領(lǐng)域，當(dāng)然，在智慧教室的建設(shè)過程中也離不開其支持。對智慧教室的核心支持技術(shù)進行分析，有助于實現(xiàn)利用技術(shù)重構(gòu)教室、實驗室等學(xué)習(xí)環(huán)境，為智慧教育搭建起“智慧”的框架。

1.物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是通過各種信息傳感設(shè)備使現(xiàn)實世界中各種物件互相連通而形成的網(wǎng)絡(luò)，使得所有物品都有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)識，方便識別、管理與共享[1]。物聯(lián)網(wǎng)具有信息采集和物體連通兩個重要特征。信息采集目前主要通過傳感器技術(shù)來實現(xiàn)，使得物體具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的標(biāo)識，從而被計算機識別、處理。而物體連通則通過嵌入式系統(tǒng)來實現(xiàn)，存在于物體內(nèi)部的嵌入式系統(tǒng)對各物體呈現(xiàn)出的信息進行讀取、處理，再通過網(wǎng)絡(luò)進行信息通信，實現(xiàn)物體間的互聯(lián)。

通過物聯(lián)網(wǎng)使得教室中每個物品網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)現(xiàn)實教學(xué)與虛擬學(xué)習(xí)無縫連接，進而形成智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。在這種環(huán)境下，人、物、計算機三者之間以及三者自身之間能實現(xiàn)相互高效的連通，以此來提升教育質(zhì)量。智慧教室的出現(xiàn)，在一定程度上減輕了物理學(xué)習(xí)環(huán)境對教學(xué)造成的干擾，對教學(xué)過程中的突發(fā)事件能夠及時進行處理，使師生能夠?qū)⑷烤τ糜谡n堂之中。

周恩浩以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計與實現(xiàn)高校智慧教室物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要具備室內(nèi)環(huán)境智能感知、室內(nèi)燈光及門窗設(shè)備智能控制、室內(nèi)空調(diào)或換氣扇智能控制、多媒體教學(xué)設(shè)備智能控制、學(xué)生出勤率統(tǒng)計分析等功能，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用同傳統(tǒng)教學(xué)資源的有機整合，創(chuàng)造最佳課堂環(huán)境，為教學(xué)效果的提升做出了顯著貢獻[2]。

2.大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)一般包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)分析三個部分，通過對各種錯綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)進行分析、歸納、整理、挖掘等，為我們提供重要價值，主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)可視化和決策科學(xué)化兩個方面。智慧教室中勢必會產(chǎn)生海量的教育數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如若不以簡單的形式呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)的價值猶如大海撈針。數(shù)據(jù)可視化使得我們從繁雜的教育數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)隱藏其中的有價值信息變得輕松可能。決策科學(xué)化指大數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的科學(xué)可靠的信息能成為支持教育決策的一個重要依據(jù)，而并非僅靠教師的教育經(jīng)驗。大數(shù)據(jù)時代，為教育決策的科學(xué)化、現(xiàn)代化提供了保障和可能[3]。

吳南中等構(gòu)建了基于大數(shù)據(jù)的智慧教室駕駛艙的集成應(yīng)用模型（圖1），主要提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)集中展現(xiàn)等功能，具有數(shù)據(jù)集成及可視化表達、支持教師依據(jù)數(shù)據(jù)優(yōu)化教學(xué)過程等核心價值[4]。

3.云計算

云計算是“一種能夠?qū)討B(tài)易擴展的虛擬化資源軟件和數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)提供給用戶的計算方式”[5]。云計算讓用戶能夠輕松地使用軟硬件設(shè)施進行資源訪問，其在教育中保障了優(yōu)質(zhì)教育資源的共存與共享。智慧教室中的資源應(yīng)當(dāng)是多樣、共享的，這就需要我們通過云計算來構(gòu)建一個海量共享的教育“資源云”。這個“資源云”具有更大的靈活性和共享性，確保每一種優(yōu)質(zhì)資源都可以在云平臺上保存與分享。這樣，不管對于教育者還是學(xué)習(xí)者而言，都可以輕松地獲取其他的優(yōu)質(zhì)教育資源，并能保存、分享自己的資源，教育“資源云”將從根本上消除“信息孤島”的現(xiàn)象。

例如，為促進我國優(yōu)質(zhì)教育資源的共建共享，國家為基礎(chǔ)教育構(gòu)建了基于云計算技術(shù)的“國家教育資源公共服務(wù)平臺”。在該平臺上，教師、學(xué)生、家長、機構(gòu)成員（教研員等）以及專家均可以上傳、分享自己的優(yōu)質(zhì)教育資源，并提供了小學(xué)、初中、高中三個學(xué)段的全部學(xué)科及其所用的各種版本教材的資源。資源的種類包括資源包、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)課件、課堂實錄、素材、實驗、習(xí)題等，資源的類型包括文檔、圖片、音頻、視頻、動畫以及其他。通過將資源提供給每一位注冊的在線用戶使用，保障了教育資源的共享性。

4.泛在網(wǎng)絡(luò)

泛在網(wǎng)絡(luò)是一種由智能網(wǎng)絡(luò)、先進的計算技術(shù)以及其他領(lǐng)先的數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施武裝而成的技術(shù)社會形態(tài)[6-7]。智慧教室中的泛在網(wǎng)絡(luò)主要由智能終端、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層三部分組成。智能終端是指將傳感器設(shè)備與相應(yīng)的通訊設(shè)備進行融合而成的系統(tǒng)設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)層一般包含各種有線、無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，確保更廣泛、快速的網(wǎng)絡(luò)傳輸;應(yīng)用層直面用戶，直指用戶的具體需要。泛在網(wǎng)絡(luò)是智慧教育系統(tǒng)全面連通、無縫訪問的基礎(chǔ)，用戶可以在電信網(wǎng)、移動網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)等多個網(wǎng)絡(luò)之間暢通無阻地享受高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[8]。在這種情況下，智慧教室所提供的網(wǎng)絡(luò)連接將進一步延展智慧教室。學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)不再受限于固定的時間、空間，而是按照自己的意愿選擇時間、地點、方式進行學(xué)習(xí)，有效地實現(xiàn)了個性化學(xué)習(xí)。當(dāng)前社會信息化的程度逐步提高，學(xué)習(xí)者的時間逐漸碎片化，因此出現(xiàn)了一種個性化學(xué)習(xí)與泛在學(xué)習(xí)相結(jié)合的碎片化的學(xué)習(xí)方式，這種學(xué)習(xí)方式是學(xué)習(xí)者對時間、空間的充分利用，進而達到時時能學(xué)、處處可學(xué)。

5.人工智能

人工智能是當(dāng)今各個領(lǐng)域的研究熱點，并得到了廣泛的應(yīng)用。鐘義信認為人工智能是一門以探索和理解人類智慧奧秘為目標(biāo)的學(xué)科，且盡可能將這種理解在機器上實現(xiàn)出來，從而創(chuàng)造具有一定智能水平的人工智能機器，幫助人類解決各種各樣的問題[9]。人工智能為智慧教室注入了鮮活的生命力，使得人機之間的交互更為輕松和諧。主要表現(xiàn)為以下三種形態(tài)：智能教學(xué)系統(tǒng);智能評測系統(tǒng);教育機器人。智能教學(xué)系統(tǒng)是人工智能在教育中的重要應(yīng)用，是一種借助人工智能技術(shù)，讓計算機扮演教師角色實施個性化教學(xué)，向不同需求、不同特征的學(xué)習(xí)者傳授知識、提供指導(dǎo)的適應(yīng)性教學(xué)系統(tǒng)[10]。智能評測系統(tǒng)通過利用人工智能得出客觀、科學(xué)、高效的評測結(jié)果，實時對教學(xué)進行診斷、導(dǎo)向、激勵，極大地減輕了學(xué)校與教師的負擔(dān)。此外，教育機器人越來越普遍地出現(xiàn)在學(xué)校教學(xué)中，它不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、幫助學(xué)生解決疑難問題，還能對學(xué)習(xí)過程進行數(shù)據(jù)記錄以輔助教師教學(xué)。

智慧教室的應(yīng)用策略

1.技術(shù)的智慧與人的智慧相結(jié)合

教育是教育者與受教育者通過心靈的溝通與啟發(fā)，使受教育者發(fā)展認知、積累知識技能、培養(yǎng)情感態(tài)度價值觀的過程，而不僅僅是知識的傳遞。智慧教室起到的作用僅僅是幫助學(xué)習(xí)者更為順利地建構(gòu)知識，提升學(xué)習(xí)效率，但對于與學(xué)習(xí)者心靈上的接觸卻無能為力。教育是以人為本，需要教育者與受教育者進行深入的情感交流，而這恰恰是人類特有的智慧。故而真正的“智慧”應(yīng)當(dāng)是人的智慧與技術(shù)的智慧相結(jié)合。智慧教室的優(yōu)勢在于能替代教師完成復(fù)雜繁瑣的事務(wù)、提供豐富的資源等，而教師的優(yōu)勢在于靈活運用技術(shù)、塑造學(xué)生的健全人格等。因此，智慧教室可以替代教師完成備課、作業(yè)布置、批改、測試等繁瑣的事務(wù);而教師則可以將重心放在教學(xué)過程的探索、學(xué)生的人格發(fā)展等方面。在智慧教育中，技術(shù)的大量運用是一種必然的趨勢，我們要正確地把握這種趨勢，讓智慧技術(shù)成為教師的得力助手，進而發(fā)揮出人與技術(shù)的“群體智能”。

2.堅持以學(xué)習(xí)者為中心的基本點

不斷涌現(xiàn)的新型信息技術(shù)，從一定程度上來說減輕了教師的負擔(dān)，教師似乎也逐漸青睞這種智慧的幫手。但我們應(yīng)該清醒地認識到，技術(shù)可以慢慢“青睞”但不能逐漸“依賴”，在技術(shù)上花費過多時間去推陳求新、盲目追求新穎的技術(shù)是萬萬不可的。以學(xué)習(xí)者為中心才是智慧教室的核心出發(fā)點，如何利用技術(shù)來支持“以學(xué)習(xí)者為中心”才是廣大教師應(yīng)該傾心的。當(dāng)前知識逐漸泛在化，學(xué)習(xí)者也越來越追求自身的個性化發(fā)展，傳統(tǒng)的班級授課制教育已經(jīng)難以協(xié)調(diào)兩者的統(tǒng)一。國家對創(chuàng)新型人才的需求、教育資源不平衡的問題亟待解決，都表明了我們的教育要圍繞學(xué)習(xí)者展開，從而進行教學(xué)設(shè)計、環(huán)境創(chuàng)建、資源提供、學(xué)習(xí)評價與反饋等。智慧教室利用先進的信息技術(shù)，對學(xué)習(xí)者（初始水平、學(xué)習(xí)風(fēng)格、心理特征等）進行分析，將豐富優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源以最符合當(dāng)前學(xué)習(xí)者的形式呈現(xiàn);在教學(xué)過程中根據(jù)智能監(jiān)測進行動態(tài)教學(xué)、適時評價與反饋，從而達到個性化教學(xué)、精準(zhǔn)化指導(dǎo);在課后給學(xué)習(xí)者提供智能泛在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，使學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)呈現(xiàn)出泛在化、個性化。因此，在智慧教育的推進過程中，智慧教室是圍繞著學(xué)習(xí)者這根軸心而不斷運作的，學(xué)習(xí)者才是智慧教育的真正重心。

信息技術(shù)的不斷發(fā)展，勢必會催生一系列新的、先進的技術(shù)，智慧教室的核心支持技術(shù)將遠不止上述五種，作為教師，我們應(yīng)該“集百家之所長”，綜合利用各種信息技術(shù)來為智慧教育提供支撐。同時，在智慧教室的使用過程中，作為教師應(yīng)該時刻提醒自己，技術(shù)只是教育的輔助工具，學(xué)生才是教育的核心主體，切不可讓智慧教室下的教育異化為“技術(shù)體驗”的教育，而失去教育原有的本真。因此，智慧教室支持下的教師自我專業(yè)發(fā)展與提升、智慧教室支持下的教學(xué)法應(yīng)是我們進一步努力的方向。

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