智慧教室建設(shè)與應(yīng)用研究

張利峰 蘇忠 鄒凌君

摘要：智慧教室是由新一代信息技術(shù)融合而成的智能型學(xué)習(xí)空間，是現(xiàn)代教育技術(shù)的一個(gè)重要手段?；谥腔劢淌腋拍罴癝.M.A.R.T模型，論述了智慧教室建設(shè)的框架結(jié)構(gòu)，分析了智慧教室系統(tǒng)組成和功能，闡述了智慧教室的教學(xué)應(yīng)用及工作模式，為智慧教室建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：智慧教室;框架構(gòu)成;系統(tǒng)功能;建設(shè)特性;工作模式

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0168-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

在國家“面向現(xiàn)代化、面向世界、面向未來”方針的指引下，隨著“建構(gòu)主義”等新型教學(xué)理論的出現(xiàn)，以及“人、大、網(wǎng)、云”（人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算）等新型技術(shù)的興起，傳統(tǒng)“黑板+投影”式的教學(xué)空間將逐漸被智能交互式的智慧教室所代替。智慧教室將承擔(dān)起讓信息化教學(xué)更加簡便、智能、高效的使命，對現(xiàn)代化教育事業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展起到關(guān)鍵性作用[1]。

1 智慧教室的概念及模型

1.1智慧教室概念

智慧教室以PST框架（Pedagogy-Space-Technology “教學(xué)法—空間—技術(shù)”）為設(shè)計(jì)理念，將學(xué)習(xí)空間、信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，支撐探究式教學(xué)、小班教學(xué)、混合式教學(xué)和翻轉(zhuǎn)課堂、遠(yuǎn)程教學(xué)等多種新型教學(xué)模式的一種現(xiàn)代化教學(xué)手段[2]。

智慧教室對于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我探索及自主創(chuàng)新能力具有極其重要的意義[3]。

1.2智慧教室的S.M.A.R.T概念模型

1）內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing）：即以視覺和聽覺兩種形式清晰呈現(xiàn)符合學(xué)習(xí)者認(rèn)知特點(diǎn)、有助于增強(qiáng)理解的教學(xué)信息。

2）環(huán)境管理（Manageable）：能對教室里所有設(shè)備及環(huán)境，如監(jiān)控、空調(diào)、燈光、溫度、濕度、二氧化碳濃度等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化智能化管控。

3）資源獲?。ˋccessible）：能方便獲取本地資源、網(wǎng)絡(luò)資源及云端資源。

4）及時(shí)交互（Real-timeinteractive）：能快速實(shí)現(xiàn)師生間設(shè)備的交互。

5） 情境感知（Testing）：包含對物理環(huán)境和教學(xué)過程的感知能力。

2 智慧教室框架

2.1智慧教室的總體框架

總體框架由大數(shù)據(jù)分析、集中管理平臺、智慧教學(xué)應(yīng)用及智慧教學(xué)環(huán)境三大部分組成，簡單地來說就是由學(xué)習(xí)軟件+教學(xué)硬件+大數(shù)據(jù)分析+教學(xué)環(huán)境裝修組成，分別面向教學(xué)管理者、教師和學(xué)生提供智慧的教學(xué)服務(wù)。詳見圖1。

2.2智慧教室的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由三個(gè)層級組成，分別是教室層、網(wǎng)絡(luò)層、管理層，主要的教學(xué)管理和教學(xué)實(shí)踐都可以通過后端的集中管理平臺、教學(xué)資源平臺、學(xué)習(xí)平臺進(jìn)行操作，詳見圖2。

3智慧教室系統(tǒng)構(gòu)成與功能

1）智能教學(xué)系統(tǒng)：集傳統(tǒng)黑板、智能化教學(xué)系統(tǒng)、多點(diǎn)觸控、高清液晶顯示、功放、音箱等多項(xiàng)技術(shù)于一體。教師可以輕松方便地在黑板書寫、電子大屏及學(xué)生小屏間交互切換，完成板書、PPT演示、課堂提問等操作。學(xué)生可自主快速加入小組討論，進(jìn)行畫面投屏、動態(tài)預(yù)覽、動態(tài)批注等應(yīng)用，新穎的教學(xué)空間，不僅將知識形象生動地展示給學(xué)生，而且還能加深學(xué)生的學(xué)習(xí)印象，提高學(xué)習(xí)興趣。

2）精品錄播系統(tǒng)：支持對教師或?qū)W生跟蹤拍攝與錄制，每個(gè)拍攝畫面均為高清畫質(zhì)，實(shí)現(xiàn)真正全高清錄制。支持對教師授課板書、學(xué)生疑難問答等教學(xué)場景的切換及電腦畫面、PPT等教學(xué)資源的調(diào)度。同時(shí)支持接入電腦信號進(jìn)行錄制，并可對所攝錄的視頻進(jìn)行在線或離線式編輯。

3）智慧考勤系統(tǒng)：系統(tǒng)基于深度學(xué)習(xí)算法，借助RFID、指紋識別、人臉識別等智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧考勤，自動生成考勤匯總報(bào)告。例如：應(yīng)到人數(shù)、實(shí)到人數(shù)、出勤率統(tǒng)計(jì)分析等。

4）智慧學(xué)情分析系統(tǒng)：通過自動抓拍學(xué)生課堂行為，如站立、回頭、扭身等單一或組合動作，并自動生成報(bào)告，例如：舉手人數(shù)、低頭人數(shù)等。通過對課堂學(xué)生行為進(jìn)行分析，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)從單一到多元，從封閉到開放，助力學(xué)校個(gè)性化教學(xué)的發(fā)展。

5）智慧設(shè)備管控系統(tǒng)：集控管理平臺提供遠(yuǎn)程管控、信息搜集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、故障報(bào)警等功能。通過大數(shù)據(jù)平臺，直觀地對多間教室信息設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測和分析，包括查看多媒體教學(xué)設(shè)備、錄播設(shè)備等信息設(shè)備，對設(shè)備的使用次數(shù)、使用時(shí)長、設(shè)備分布區(qū)域等多類數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化管理。

6）智慧溫濕度環(huán)境控制系統(tǒng)：根據(jù)環(huán)境的真實(shí)測量值和設(shè)置好的目標(biāo)參數(shù)，自動調(diào)節(jié)空調(diào)或風(fēng)扇運(yùn)行，自動控制環(huán)境的溫濕度，確保教室內(nèi)始終處于健康舒適的環(huán)境。

7）智慧空氣環(huán)境質(zhì)量控制系統(tǒng)：主要由CO2智能感知模塊、 PM2.5/PM10智能感知模塊、智能柜式新風(fēng)系統(tǒng)、環(huán)境智控終端等組成，系統(tǒng)全方位解決教室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量諸多問題，保證教室內(nèi)的空氣質(zhì)量。

8）智慧護(hù)眼光環(huán)境控制系統(tǒng)：為全面加強(qiáng)防控青少年近視，提供智慧調(diào)光系統(tǒng)，系統(tǒng)會識別空間內(nèi)光線變化，自動調(diào)節(jié)設(shè)備功率，確保系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，保證師生在最健康的光環(huán)境中上課。

4智慧教室的應(yīng)用

智慧教室在教學(xué)本地應(yīng)用、教學(xué)互動應(yīng)用、教學(xué)資源應(yīng)用、教學(xué)管理應(yīng)用等4個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)的提高及創(chuàng)新。詳見圖3。

5智慧教室典型工作模式

支持豐富智慧教學(xué)模式，連通多種終端，覆蓋線上、線下教學(xué)空間，貫穿課前、課中、課后全教學(xué)場景。

1）通用型：提供單雙屏，單雙投影版等多種版本，借助云平臺+多端設(shè)備，貫穿課堂內(nèi)外教學(xué)，滿足大中小型智慧教室教學(xué)需求。

2）協(xié)作型：采用以小組為單位合作性學(xué)習(xí)教學(xué)環(huán)境方案，教學(xué)雙屏+小組側(cè)屏+App的學(xué)習(xí)環(huán)境，支持TBL/PBL教學(xué)方式。

3）分享型：提供計(jì)算機(jī)教室、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室結(jié)合型教學(xué)場景，支持多屏互動、數(shù)據(jù)共享，教學(xué)雙屏/巨屏+小組側(cè)屏+PC環(huán)境。

4）遠(yuǎn)程型：多校區(qū)遠(yuǎn)程互動教學(xué)場景、跨地域、多終端同步課堂教學(xué)，能實(shí)現(xiàn)聲音畫面、文件資源的即時(shí)同步。

5）巨屏型：超寬超大小間距巨屏顯示，用智能小屏控巨屏的觸控操作。

6結(jié)束語

智慧教室的應(yīng)用已經(jīng)從中小學(xué)生向大學(xué)生、甚至碩士研究生拓展，并在教學(xué)本地應(yīng)用、教學(xué)互動應(yīng)用、教學(xué)資源應(yīng)用、教學(xué)管理應(yīng)用等多方面實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)的提高及創(chuàng)新。為師生提供開放、自由的教學(xué)空間和信息化教學(xué)工具，從以教師為中心變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式創(chuàng)新與變革。對于智慧教室，各級各類學(xué)校要避免“為有而建”“為秀而建”的功利思想，而要從學(xué)科特點(diǎn)、生源情況、經(jīng)費(fèi)等實(shí)際情況出發(fā)，堅(jiān)持“易、簡、融、合”原則實(shí)施建設(shè)，不僅要建好，更要管好、用好，真正讓智慧教室承擔(dān)起創(chuàng)新教育改革的作用[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1] 謝火木，劉傳堯，劉李春.以課堂教學(xué)變革為導(dǎo)向的高校智慧教室建設(shè)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（10）：76-80.

[2] 顏琳.大數(shù)據(jù)時(shí)代智慧教室系統(tǒng)構(gòu)建[J].中國教育技術(shù)裝備，2018（8）：18-20.

[3] 胡沛然，沈宏興，王志香，等.基于智慧教室的全過程控制管理模式實(shí)證研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（10）：283-286.

[4] 蘇忠，張利峰，孫曉玲.高校智慧教室構(gòu)建設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].金陵科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，36（2）：52-55.

【通聯(lián)編輯：光文玲】