“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下“智慧教室”的設(shè)計與應(yīng)用

武 凝

(陜西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710018)

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，“互聯(lián)網(wǎng)+”被應(yīng)用到生活的方方面面。通俗意義上講，“互聯(lián)網(wǎng)+”即“互聯(lián)網(wǎng)+各傳統(tǒng)行業(yè)”，當(dāng)然這并不只是像數(shù)學(xué)題一樣單純地將兩種行業(yè)相加，而是利用信息技術(shù)將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各傳統(tǒng)行業(yè)進行有機融合，進而達(dá)到改革傳統(tǒng)行業(yè)的目的，創(chuàng)造新的發(fā)展形式。在教育領(lǐng)域，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)無法適應(yīng)教育的改革，也無法滿足新時代教育的需求。大數(shù)據(jù)、云計算等與互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展推動了教育信息化的發(fā)展，尤其是智慧教室的發(fā)展[1]。

1 智慧教室的概念及發(fā)展

智慧教室是一種將智慧化學(xué)習(xí)環(huán)境進行物化實現(xiàn)的新型教室，是多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)教室的升級模式，其借助于各項高科技技術(shù)建立物理空間和數(shù)字空間，通過各種高端智能設(shè)備對教學(xué)內(nèi)容進行呈現(xiàn)，智慧教室的發(fā)展使學(xué)習(xí)資源的獲取更加便利。智慧教室的發(fā)展能夠使教師和學(xué)生之間的互動更加智能化，通過與物理空間與數(shù)字空間的結(jié)合，改善人與學(xué)習(xí)環(huán)境的關(guān)系，在學(xué)習(xí)空間方面實現(xiàn)人與環(huán)境的自然交互，促進個性化、開放式和泛在學(xué)習(xí)[2]。

智慧教室能夠為師生營造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和氛圍，是一種信息化的教育新形態(tài)。智慧教室是智能化教育的載體，關(guān)于智慧教室的研究，不同的國家因為技術(shù)手段的不同也有所差異。相比于發(fā)達(dá)國家，國內(nèi)的科技技術(shù)較為落后，因此智慧教室的研究起步較晚，且發(fā)展也較為緩慢。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，更好地利用和處理數(shù)據(jù)，將互聯(lián)網(wǎng)更好地融入教室教學(xué)中，是每一個教育研究者所要努力的方向和目標(biāo)[3]。

2 智慧教室的設(shè)計原則

構(gòu)建一個便于集中管理，并有利于師生進行人機交互、人人交互的智慧教室。作為教育的主要場所，教室的功能和作用能夠直接影響教師的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。因此在建立智慧教室時，需要以師生為主體，從師生的具體要求出發(fā)，以提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率為前提，進行設(shè)計，具體的設(shè)計原則如下[4-5]。

第一，智慧教室應(yīng)具有實用性和先進性，在滿足師生教學(xué)需求的同時，智慧教室的設(shè)計要具備智能化，能夠適應(yīng)未來智慧教室的發(fā)展趨勢。第二，智慧教室在設(shè)計時要具備可靠性和高性能，在構(gòu)建智慧教室時要保證智慧教室整個體系的可靠性的同時，要注重其高效性和高品質(zhì)的服務(wù)。第三，智慧教室在進行設(shè)計時要保證其完備性和可拓展性，科技在不斷進步，智慧教室在進行設(shè)計時也要為未來系統(tǒng)的升級和擴充做好準(zhǔn)備。第四，智慧教室在進行設(shè)計時對原教室的設(shè)備做到最大利用化。智慧教室一般由傳統(tǒng)的多媒體教室改造而來，因此對于性能良好的投影儀、計算機等設(shè)備可以再度利用，避免資源的浪費，對于不常用到的設(shè)備也可以選擇性添加，避免線路復(fù)雜化，減輕維修時的難度。第五，智慧教室在設(shè)計時保證其安全性和操作簡單化。對于師生來說，在智慧教室操作上一鍵式或者一卡通式啟動是最為快捷方便的，但是在某些功能上仍舊需要設(shè)置登錄密碼，例如講課資源等涉及版權(quán)保護的方面，避免在卡丟失時造成不必要的損失。

3 智慧教室的設(shè)計

智慧教室的設(shè)計主要從以下幾個方面進行，智慧教室網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件框架設(shè)計。

3.1 智慧教室網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的智慧教室需要從網(wǎng)上獲取各種資源，在教學(xué)過程中還需要將產(chǎn)生的數(shù)據(jù)發(fā)送到學(xué)習(xí)中心和數(shù)據(jù)中心，對于網(wǎng)絡(luò)的性能要求較高，不僅要保證流量的穩(wěn)定性，還要保證其網(wǎng)絡(luò)的安全性。因此在智慧教室需要納入千兆光纖甚至萬兆網(wǎng)鏈路的專用網(wǎng)絡(luò)，并通過Private-VLAN將各類設(shè)備單獨分開。

3.2 智慧教室內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

智慧教室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要考慮教室的舒適度和功能性。教室內(nèi)的色彩搭配需要合理并且具備個性化，無線網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋并穩(wěn)定，所有的硬件設(shè)施均需要考慮其網(wǎng)絡(luò)可用性，保證其可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行管理。室內(nèi)燈光、溫度、濕度可以根據(jù)實際情況進行自動調(diào)節(jié)，為師生營造良好的教學(xué)環(huán)境。具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的智慧教室內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.3 智慧教室軟件框架設(shè)計

智慧教室的設(shè)計除了在硬件設(shè)施上要滿足師生的需求，達(dá)到提升教學(xué)效果和質(zhì)量的效果外，在軟件環(huán)境的布置上也尤為重要。智慧教室的軟件框架設(shè)計以統(tǒng)一認(rèn)證為基礎(chǔ)，對智慧教室系統(tǒng)的不同模塊做了接口處理。

統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)打破了不同模塊間的屏障，師生可以通過一卡通進行軟件的啟動，操作便利。通過一卡通激活統(tǒng)一認(rèn)證系統(tǒng)之后，設(shè)備電源和云桌面系統(tǒng)自動開啟，云桌面系統(tǒng)在登陸和使用上不受時間和空間的限制，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制中心的可視化管理。錄播系統(tǒng)可以實現(xiàn)視頻的錄制功能，對整個課堂進行高清錄制，生成教學(xué)資源，實現(xiàn)資源和教學(xué)的有效結(jié)合?；凇盎ヂ?lián)網(wǎng)+”的各種終端設(shè)備都可以進入教學(xué)輔助系統(tǒng)，通過相應(yīng)的軟件進行課堂學(xué)習(xí)，并通過終端設(shè)備中的簽到系統(tǒng)進行簽到，節(jié)省了課堂上的點名時間，同時還可以對學(xué)生的聽課效率通過課程作業(yè)的方式進行統(tǒng)計，便于教師及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。學(xué)習(xí)系統(tǒng)是學(xué)生課下學(xué)習(xí)、完成作業(yè)的平臺，學(xué)生將課后作業(yè)等上傳到系統(tǒng)，教師可以對其作業(yè)情況進行批改、點評，同時還可以在講課過程中當(dāng)作案例隨時調(diào)取，有利于教師及時、快捷地發(fā)現(xiàn)并解決學(xué)生的問題。教務(wù)管理系統(tǒng)主要功能是向?qū)W生推送選課信息等，另外還可以通過智慧教室接口將學(xué)生的簽到、隨堂測驗等數(shù)據(jù)發(fā)送到教務(wù)管理系統(tǒng)，進行統(tǒng)計記錄。數(shù)據(jù)中心的主要作用是為師生推送學(xué)習(xí)資料，同時也實現(xiàn)教師存儲教學(xué)資源的功能等。遠(yuǎn)程控制中心是控制智慧教室的中樞系統(tǒng)，可以實現(xiàn)教室的可視化，自動檢測教室的各種設(shè)備。

4 智慧教室的應(yīng)用

智慧教室實現(xiàn)了人機交互和人人交互。智慧教室中的座位布局打破了傳統(tǒng)的束縛，保障師生間的互動，使課堂氣氛不再沉悶、乏味，有利于提高教學(xué)質(zhì)量和效果。智慧教室以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)師生間的交互，學(xué)生可以在線提出疑問、在線完成作業(yè)，教師可以通過智慧課堂實現(xiàn)在線答疑、隨堂測驗等，均有利于實現(xiàn)師生間的良好互動，便于教師及時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，對學(xué)生進行有針對性的講解。智慧教室的教學(xué)系統(tǒng)中包含了各種教學(xué)工具，可以滿足教師的各種教學(xué)需求，教師也可以在課堂上實現(xiàn)教學(xué)與實踐相結(jié)合的教育方式，有利于學(xué)生對抽象知識的理解，以提高教學(xué)質(zhì)量。智慧教室實現(xiàn)了硬件設(shè)施和軟件系統(tǒng)的有效結(jié)合，使師生可以隨時隨地參與課前、課中和課后的智慧教學(xué)的全過程。

智慧教室的穩(wěn)定性不強，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)發(fā)展迅速，但是智慧教室尚處于發(fā)展初期，軟件系統(tǒng)在智慧教室中的應(yīng)用不夠完善，信息管理也不夠嚴(yán)謹(jǐn)，“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)如果不能很好地融入教育中，會導(dǎo)致智慧教室不夠穩(wěn)定。智慧教室的管理度不強，智慧教室主要是通過全新的教學(xué)方式讓學(xué)生化被動為主動，然而大部分學(xué)生長期以來的受教育方式讓他們難以適應(yīng)這種新型的教育方式，因此智慧教室需要加強管理和更新，讓更多的學(xué)生接受并喜歡這種教育方式的改變。