基于課堂實時動態(tài)互動的交通運輸設(shè)備課程方案設(shè)計

周桂良 毛麗娜 黃東輝 程曉凡

摘? 要：文章根據(jù)交通運輸設(shè)備課程特點，以師生高效實時互動、學(xué)生主動參與、構(gòu)建高質(zhì)量教學(xué)環(huán)境為目標(biāo)，以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧教室為硬件基礎(chǔ)，以智慧教室六大子系統(tǒng)為技術(shù)支撐，以師生情感互動為填充設(shè)計課程互動教學(xué)方案。方案分為課前預(yù)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后復(fù)習(xí)三個模塊，全面涵蓋情景導(dǎo)入、教師講解、及時測評、實時互動、課堂討論、個性教學(xué)、學(xué)生展示、反饋評價、復(fù)習(xí)鞏固等教學(xué)環(huán)節(jié)，并選取交通運輸設(shè)備課程中汽車構(gòu)造部分的教學(xué)為方案設(shè)計實施案例，實現(xiàn)了師生實時互動的高效性與有效性。課程設(shè)計方案符合未來信息化教學(xué)改革中多維性、集成性、交互性、實時性和沉浸性發(fā)展的需求。

? 關(guān)鍵詞：動態(tài)互動;智慧教室;課程方案設(shè)計

? 中圖分類號：G642? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： According to the features of transportation equipment course， this paper designs the interactive teaching scheme aiming at efficient real-time interaction between teachers and students， active participation of students and construction of high-quality teaching environment. The design takes the smart classroom basing on internet of things as hardware foundation， sets the six subsystems of smart classroom as technical support and fills the emotional interaction between teachers and students. The scheme consists of three modules： pre-class preview， in-class learning and after-class review， which fully covers the teaching links such as scene introduction， teacher explanation， timely evaluation， real-time interaction， classroom discussion， personality teaching， student presentation， feedback， evaluation and review. The design is implemented on the part of automobile structure in transportation equipment course for case study. It realizes the efficiency and effectiveness of real-time interaction between teachers and students and meets the needs of multidimensional， integrated， interactive， real-time and immersive development in the future information-based teaching reform.

Key words： dynamic interaction; smart classroom; course scheme design

? 近年來，隨著我國社會經(jīng)濟、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)民數(shù)量也快速增長。中國互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會發(fā)布的《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報告2020》顯示截至2019年年底，我國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶規(guī)模達13.19億人[1]?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用將互聯(lián)網(wǎng)+教育、未來教育等教育改革思想逐步融入現(xiàn)代教育改革中，同時VR技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)也得到廣泛重視。本文通過對交通運輸設(shè)備課程目前教學(xué)方式分析，同時結(jié)合本專業(yè)學(xué)生課程改革需求，提出基于課堂實時動態(tài)互動的交通運輸設(shè)備課程信息方案設(shè)計。

1? 實時動態(tài)互動課程方案研究現(xiàn)狀

? 隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)發(fā)展，新技術(shù)融入課堂教學(xué)改革已成為必然趨勢。針對智慧教室設(shè)計和建設(shè)方面的研究，有學(xué)者強調(diào)加入多屏互動、VR教學(xué)、智能錄播以及智能反饋系統(tǒng)等技術(shù)，以此來豐富智慧教室系統(tǒng)[2-5]。在理論研究方面有學(xué)者強調(diào)現(xiàn)代課程方案的設(shè)計應(yīng)該增加情感互動、學(xué)生學(xué)習(xí)偏好、智慧教育影響因素的研究。通過資料研究顯示大多智慧教室存在系統(tǒng)單一、互動性不高、互動范圍受限、整體設(shè)計不足等問題[6-8]?；谏鲜鰡栴}，本文提出建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持的交通運輸設(shè)備課程實時動態(tài)互動信息方案。

2? 實時動態(tài)互動課程方案整體構(gòu)架設(shè)計

? 課程互動方案整體構(gòu)架主要介紹教師、智慧教室、學(xué)生三者之間的互動配合。教師、學(xué)生通過各自設(shè)備以智慧教室子系統(tǒng)為介質(zhì)在課前、課中、課后保持實時互動聯(lián)系，如圖1所示。

課前互動環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)是教師通過自帶設(shè)備登錄智能反饋系統(tǒng)設(shè)置課程要求與預(yù)習(xí)內(nèi)容，智能反饋系統(tǒng)根據(jù)課程需求自動設(shè)計預(yù)習(xí)方案，學(xué)生登錄智能反饋系統(tǒng)完成預(yù)習(xí)并上傳預(yù)習(xí)內(nèi)容，系統(tǒng)自動分析預(yù)習(xí)情況反饋給教師，教師根據(jù)反饋調(diào)整優(yōu)化授課內(nèi)容。

? 課中互動環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)由教師進入教室打開智慧教室設(shè)備，教師、學(xué)生登陸智慧教室系統(tǒng)進行設(shè)備連接。教師根據(jù)教學(xué)要求利用智慧教室各子系統(tǒng)組織學(xué)生參與課堂教學(xué)，根據(jù)每個章節(jié)具體知識特點，運用VR等不同技術(shù)進行多種互動。同時依據(jù)互動結(jié)果，實時監(jiān)控學(xué)生學(xué)習(xí)效果，及時調(diào)整互動方案。

課后互動環(huán)節(jié)。該環(huán)節(jié)為教師根據(jù)系統(tǒng)收集學(xué)生整體學(xué)習(xí)情況分析，設(shè)置課后任務(wù)，并及時上傳至智能反饋系統(tǒng)，并由智能錄播系統(tǒng)錄制處理上課視頻提供學(xué)生復(fù)習(xí)使用。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生不同學(xué)習(xí)情況，設(shè)計推送個性化復(fù)習(xí)方案。系統(tǒng)自動分析學(xué)生上傳資料并對學(xué)生學(xué)習(xí)情況進行定量考核供學(xué)生和教師參考。

3? 智慧教室技術(shù)構(gòu)架

? 物聯(lián)網(wǎng)是一種協(xié)調(diào)性網(wǎng)絡(luò)，包括應(yīng)用層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層四個層次。針對實時動態(tài)互動的特點，本課程以基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧教室為基礎(chǔ)，利用局域網(wǎng)、ZigBee網(wǎng)關(guān)作為智慧教室基本網(wǎng)絡(luò)支撐，對各種設(shè)備、系統(tǒng)進行聯(lián)結(jié)，并運用多源數(shù)據(jù)技術(shù)獲取教室、教師教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)各種信息進行分析處理，如圖2、圖3所示。

4? 實例分析

（1）課前預(yù)習(xí)互動

? 教師將汽車構(gòu)造章節(jié)教學(xué)要求上傳智能反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)要求推送預(yù)習(xí)資料。學(xué)生通過自帶設(shè)備登錄系統(tǒng)并根據(jù)預(yù)習(xí)要求和計劃完成該次預(yù)習(xí)內(nèi)容，了解汽車組成的四大部分以及相關(guān)構(gòu)件運行原理。系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)情況分析得出預(yù)習(xí)整體概況，教師根據(jù)預(yù)習(xí)情況加強學(xué)生弱項備課內(nèi)容，如圖4所示，教師需要優(yōu)化教學(xué)課件中發(fā)動機、底盤內(nèi)容并在課堂中重點加強對發(fā)動機、底盤知識點的講解。

（2）課中互動教學(xué)

簽到識別：課程開始前5分鐘進行人臉識別簽到環(huán)節(jié)，監(jiān)控會對進入和已經(jīng)在教室學(xué)生面部識別簽到，為防止學(xué)生中途無故缺席，人臉識別系統(tǒng)會在課程開始后定時對教室內(nèi)學(xué)生人臉進行統(tǒng)一掃描比對以確定學(xué)生是否還在教室內(nèi)。

? 情景導(dǎo)入，任務(wù)驅(qū)動：教師利用教學(xué)屏幕播放汽車運行原理視頻、展示不同汽車構(gòu)造，教師提出問題引發(fā)學(xué)生思考，例如：簡述汽車動力的傳輸過程。

? 課件展示，教師講解：該環(huán)節(jié)在教師與學(xué)生對本節(jié)課程有一定互動交流的基礎(chǔ)上，教師登錄賬號打開智能反饋系統(tǒng)中的汽車構(gòu)造教學(xué)資料，為學(xué)生講解汽車構(gòu)造課程，著重講解學(xué)生預(yù)習(xí)難點。在這個環(huán)節(jié)中會穿插以下環(huán)節(jié)：

? 團隊氛圍，情感互動：生生互動根據(jù)課堂要求成立小組，組長協(xié)調(diào)小組學(xué)習(xí)討論，也可以進行小組間的討論;師生互動包括課堂眼神，肢體交流、情感互動，語言交流、提問環(huán)節(jié)，激發(fā)思考等互動環(huán)節(jié)。

? 實時記錄，平臺互動：學(xué)生在課堂開始前登錄智能反饋系統(tǒng)打開汽車構(gòu)造章節(jié)課件，學(xué)生會在教師講解過程中，同步看到教學(xué)屏幕資源，通過自帶設(shè)備同步在自己屏幕上做筆記、標(biāo)記知識模糊點。

? 實時測評，及時反饋：教師對當(dāng)前知識點講解結(jié)束后智能反饋系統(tǒng)實時彈出測評題目，學(xué)生作答并將結(jié)果實時反饋。

? 人臉識別，實時監(jiān)測：該環(huán)節(jié)通過人臉識別系統(tǒng)對課堂學(xué)生面部表情、眼神、動作進行監(jiān)測，判斷學(xué)生課堂專注情況。如系統(tǒng)判斷學(xué)生長時間走神或注意力不集中，則通過學(xué)生設(shè)備實時提醒學(xué)生。

? VR輔助，立體學(xué)習(xí)：教師可在情景導(dǎo)入環(huán)節(jié)及課堂教學(xué)中利用VR視頻展示發(fā)動機、車身、車輛電氣設(shè)備、底盤結(jié)構(gòu)等，增強學(xué)生對車輛的立體感知。完成某部分知識點講解后可借助VR視頻互動，如完成發(fā)動機部分講解，指導(dǎo)學(xué)生觀看VR發(fā)動機視頻，同時可通過體感鼠標(biāo)控制視頻暫停、開始、調(diào)取文字介紹等，還能將零件從設(shè)備中分離出來單獨展示。理論部分講解完成后可通過VR虛擬設(shè)備輔助學(xué)生模擬拆裝發(fā)動機和底盤進行虛擬仿真實驗。

? 多屏互動，即時討論：以多屏互動系統(tǒng)為基礎(chǔ)，可實現(xiàn)師生、生生及人機即時互動。教師根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)置討論議題，如議題為發(fā)動機氣缸不同排列方式的優(yōu)缺點，指導(dǎo)學(xué)生進行小組討論。各組員通過學(xué)生設(shè)備輸出觀點，由多屏互動系統(tǒng)整理小組成員觀點形成小組結(jié)論并標(biāo)記不同組員觀點;小組之間通過多屏互動系統(tǒng)交流小組觀點，達成小組間討論，最后由教師對各組討論結(jié)果進行評價與總結(jié)。該環(huán)節(jié)需要教師全程主動參與各小組的組內(nèi)討論，即時引導(dǎo)，有序推進，達到教學(xué)有效反饋。

? （3）課后復(fù)習(xí)鞏固

? 以汽車構(gòu)造章節(jié)為例，在該板塊課程結(jié)束后智能反饋系統(tǒng)會及時收集教學(xué)過程信息，主要包括教師講授內(nèi)容，學(xué)生學(xué)習(xí)情況等，并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)布復(fù)習(xí)計劃。如系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)某學(xué)生發(fā)動機部分知識掌握不足，如圖5所示，即針對發(fā)動機知識點推送講解視頻及相關(guān)題目。教師根據(jù)教學(xué)重點及學(xué)生整體學(xué)習(xí)情況設(shè)置復(fù)習(xí)內(nèi)容，其中包括章節(jié)思維導(dǎo)圖繪制，以幫助學(xué)生系統(tǒng)理解課程知識。此外，教師需在課后關(guān)注課堂參與度較低的學(xué)生，通過面談或手機社交軟件加強課后師生交流，提高課堂參與度和學(xué)習(xí)效果。

5? 結(jié)? 論

? 通過調(diào)查本專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程后的課程改革需求及目前教學(xué)方式存在的問題，本文提出并設(shè)計了一個以物聯(lián)網(wǎng)下智慧教室為基礎(chǔ)的互動教學(xué)方案。該方案分為課前、課中、課后三個部分，包括智能中央控制與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、智能錄播系統(tǒng)、多屏互動系統(tǒng)、VR智能教學(xué)系統(tǒng)、智能反饋系統(tǒng)、人臉識別系統(tǒng)六個子系統(tǒng)，以錄播分享、人臉識別、實時記錄、VR輔助、多屏互動、系統(tǒng)分析等功能的實現(xiàn)，全面涵蓋情景導(dǎo)入、教師講解、及時測評、實時互動、課堂討論、個性教學(xué)、學(xué)生展示、反饋評價、復(fù)習(xí)鞏固等教學(xué)環(huán)節(jié)的實施。選取交通運輸設(shè)備課程汽車構(gòu)造部分的教學(xué)為本方案實施樣本。本方案著眼于提升學(xué)生課堂參與度，方便并強化師生互動，打造立體學(xué)習(xí)環(huán)境進行設(shè)計，以現(xiàn)代技術(shù)提高課堂的科技感，實現(xiàn)師生互動的高效率與有效性。本方案屬于理論上的設(shè)計探討，具體實施中還需根據(jù)具體課程特點進行調(diào)整，僅為實時動態(tài)互動教學(xué)方案設(shè)計提供參考。

參考文獻：

[1] 蘇德悅.《中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展報告2020》發(fā)布[N]. 中國郵電報，2020-07-27（03）.

[2] 張凱，楊再明，呂戀生，等. 雙屏智慧教室的建設(shè)與實踐探究[J]. 中國教育信息化，2021（5）：91-96.

[3] 戴曉娥. 智能反饋系統(tǒng)參與高互動課堂的形式和特點[J]. 中國電化教育，2012（5）：109-112.

[4] 車啟鳳，方媛. 多屏互動技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)的案例設(shè)計[J]. 自動化與儀器儀表，2015（11）：113-115.

[5] 張會. 基于VR的互動式教學(xué)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 成都：電子科技大學(xué)（碩士學(xué)位論文），2019.

[6] 齊媛媛，楚彤. 關(guān)于智慧教室的大學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境偏好與學(xué)習(xí)策略研究[J]. 中國新通信，2020，22（23）：157-158.

[7] 李群. 高校智慧教育推進策略的探討[J]. 福建電腦，2020，36（12）：82-84.

[8] 金銳剛. 積極心理學(xué)理論下情緒情感同步與互動對課堂教學(xué)效果的研究[J]. 才智，2020（28）：65-66.