演示型與互動(dòng)型智慧教室建設(shè)研究
——以深圳大學(xué)為例

潘柏丞，戴 勁

(深圳大學(xué)信息中心，深圳 518000)

1 智慧教室的功能及分類

智慧教室是借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和人工智能等技術(shù)構(gòu)建起來的新型教室，旨在為教學(xué)活動(dòng)提供人性化、智能化的互動(dòng)空間，在互動(dòng)學(xué)習(xí)空間實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的自然交互，促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)、開放式學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)。智慧教室可以實(shí)現(xiàn)以下功能：(1)為教師探索新型教學(xué)模式(分組研討)、開展新型教學(xué)活動(dòng)(跨區(qū)授課)提供技術(shù)手段；(2)為教師細(xì)致掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)效果提供技術(shù)手段；(3)為教師逐步實(shí)現(xiàn)因材施教提供技術(shù)手段；(4)為學(xué)生分組研討互動(dòng)、促進(jìn)師生互動(dòng)提供智慧環(huán)境；(5)為學(xué)生自由分享、即時(shí)討論、泛在學(xué)習(xí)提供智慧環(huán)境；(6)為學(xué)生課程復(fù)習(xí)、研討過程回看提供智慧環(huán)境。

在信息技術(shù)日益革新的大環(huán)境下，深圳大學(xué)依托互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)不斷探索教學(xué)環(huán)境、教學(xué)方式、教學(xué)技術(shù)的新可能。智慧教室主要有五大類別，分別是演示型智慧教室、互動(dòng)型智慧教室、錄播型智慧教室、語言型智慧教室和特殊型智慧教室，如圖1所示。

圖1 深圳大學(xué)智慧教室分類Fig.1 Classification of intelligent classroom in Shenzhen University

2 多媒體教室

多媒體教室是基礎(chǔ)教育、中職教育、高等教育及社會(huì)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)最常使用的教室類型，如圖2所示。傳統(tǒng)的多媒體教室一般配置一臺(tái)或兩臺(tái)投影設(shè)備、一塊黑板(白板)、一臺(tái)電腦、一套擴(kuò)音設(shè)備，通過一臺(tái)中央控制系統(tǒng)將多媒體教室內(nèi)的設(shè)備整體連接在一起，可實(shí)現(xiàn)一鍵開機(jī)等操作。目前，多媒體教室的發(fā)展遇到了瓶頸：教師的書寫空間一直約束在黑板(白板)空間；顯示設(shè)備只布置在講臺(tái)，座位位置靠后的學(xué)生觀看演示內(nèi)容會(huì)有一定的困難；擴(kuò)音設(shè)備也集中在講臺(tái)，教師講課、學(xué)生匯報(bào)交流等互動(dòng)擴(kuò)音需求需要不斷傳遞麥克風(fēng)或在教室內(nèi)來回走動(dòng)，影響了教學(xué)效果。為了解決傳統(tǒng)多媒體教室存在的問題，結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，深圳大學(xué)智慧教室應(yīng)運(yùn)而生。

圖2 傳統(tǒng)多媒體教室Fig.2 Traditional multimedia classroom

3 智慧教室

現(xiàn)階段，深圳大學(xué)智慧教室主要建設(shè)有演示型和互動(dòng)型兩種類型，可以理解為高校多媒體教室的升級(jí)，但又區(qū)別于傳統(tǒng)多媒體教室的理念，如圖3所示。

圖3 智慧教室實(shí)景Fig.3 Scenery of intelligent classroom

3.1 演示型智慧教室

演示型智慧教室充分考慮深圳大學(xué)的實(shí)際教學(xué)情境，因地制宜，解決現(xiàn)有多媒體教室存在的問題。第一步需要解決的就是書寫空間的問題。傳統(tǒng)黑板(白板)的安裝不可能全面占用墻體面積，深圳大學(xué)常規(guī)教室配置的是7 m×1.2 m的白板，書寫空間也限于此，同時(shí)配置投影幕布，更加縮減墻面空間。在多年教學(xué)活動(dòng)中，出現(xiàn)過多起教師由于講課太過投入就直接用白板筆在投影幕布上書寫而導(dǎo)致投影幕布損壞的情況。而在演示型智慧教室中引進(jìn)了新的書寫媒介——納米墻，它的優(yōu)勢(shì)在于：(1)由于是墻面涂料，能最大限度擴(kuò)展書寫空間面積(滿墻涂裝)，理論上墻面有多大，書寫面積就有多大；(2)投影機(jī)能直接投射到納米墻上，空間多維度應(yīng)用，同一塊區(qū)域既能書寫，也能作為投影幕布，不影響書寫面積，有效避免了在投影幕布上書寫導(dǎo)致幕布損壞的情況。第二步需要解決教室的擴(kuò)音問題。在拾音與擴(kuò)音技術(shù)沒有應(yīng)用到教學(xué)活動(dòng)中之前，任課教師只能通過提高自己說話的音量來進(jìn)行授課，教師們也想了很多解決方法，用腰掛式喇叭、擴(kuò)音喇叭等輔助設(shè)備減小自身發(fā)出的音量，但學(xué)生覺得聽到的擴(kuò)大后教師的聲音顯得有些失真，影響了上課效果。

隨著教育技術(shù)學(xué)科的興起，讓教育技術(shù)有了更多的研究交流平臺(tái)，越來越多的人加入到教學(xué)環(huán)境的研究中來，他們所要面對(duì)和解決的首要問題就是拾音與擴(kuò)音技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。經(jīng)過多年研究和實(shí)踐，帶有中央處理器和功放、麥克風(fēng)、掛墻式擴(kuò)音音箱的拾音與擴(kuò)音系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到教學(xué)活動(dòng)中來。教師通過麥克風(fēng)拾取自己的聲音，通過音頻中央處理器、功率放大器等設(shè)備將聲音擴(kuò)大，教師講得輕松，學(xué)生也可以聽到悅耳無失真的教師講課聲音。顯示系統(tǒng)方面優(yōu)先采用傳統(tǒng)的投影儀投影到納米墻上，以滿足教學(xué)展示需求。根據(jù)具體的教室空間構(gòu)造，可采用雙投影系統(tǒng)，或在教室中間添加顯示器，以滿足不同教室的觀影要求。

3.2 互動(dòng)型智慧教室

互動(dòng)型智慧教室是在演示型智慧教室的基礎(chǔ)上添加師生互動(dòng)功能，學(xué)生在進(jìn)入教室后可通過教學(xué)互動(dòng)設(shè)備在課中將自己的終端設(shè)備(電腦、IPAD、手機(jī)等)和教師同學(xué)分享的信息都傳輸?shù)浇淌绎@示系統(tǒng)(PPT、視頻、圖片)和擴(kuò)音系統(tǒng)中進(jìn)行展示，達(dá)到師生互動(dòng)的效果。

互動(dòng)型智慧教室分為分組討論教室、遠(yuǎn)程互動(dòng)教室兩種類型。如果把演示型智慧教室定義成傳統(tǒng)多媒體教室的升級(jí)版，那么互動(dòng)型智慧教室就是一種全新的教室布局模式，授課模式也會(huì)因?yàn)榛?dòng)型智慧教室的出現(xiàn)而發(fā)生變化，打破傳統(tǒng)教室格局，形成便于師生交流、促進(jìn)教學(xué)互動(dòng)的新課堂?；?dòng)型智慧教室的建設(shè)優(yōu)先考慮的是教室課桌椅的布局問題，傳統(tǒng)多媒體教室的課桌椅擺放主要考慮的是空間利用最大化，以解決學(xué)生多而教室少的問題，見圖4所示。

圖4 傳統(tǒng)教室布局Fig.4 Traditional classroom distribution

隨著深圳大學(xué)的不斷發(fā)展，逐步建設(shè)了新的教學(xué)樓，解決了教室緊缺的問題，也為智慧教室的建設(shè)創(chuàng)造了可行的硬件基礎(chǔ)?；?dòng)型智慧教室建設(shè)主要考慮的是如何通過新的教室布局來滿足教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的互動(dòng)需求，為教室內(nèi)的交互學(xué)習(xí)提供更方便的平臺(tái)。在互動(dòng)型智慧教室中，通過教室內(nèi)的課桌椅將教室內(nèi)的學(xué)生分成若干組，每組有固定的分組課桌，用于以學(xué)生為主體的混合型課程教學(xué)場(chǎng)景，如圖5所示。

圖5 互動(dòng)型智慧教室的布局Fig.5 Interactive intelligent classroom distribution

小組團(tuán)隊(duì)教學(xué)空間為小組成員提供開展思維碰撞和頭腦風(fēng)暴的支撐環(huán)境，側(cè)重于小組成員在課中的交流、討論和探究，適合需要深入研討和開展項(xiàng)目小組合作教學(xué)的醫(yī)科類專業(yè)核心課程、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類課程?；?dòng)型智慧教室作為開放預(yù)約型教室，可供學(xué)生進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享、案例分析點(diǎn)評(píng)交流和問題研討，也適合教師與學(xué)生進(jìn)行合作，以解決問題為導(dǎo)向探討一個(gè)課題，滿足教師授課、學(xué)生學(xué)習(xí)及分享學(xué)習(xí)成果等需求。

遠(yuǎn)程互動(dòng)型教室是在分組討論教室的基礎(chǔ)上添加網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程音視頻傳播交互功能，它能滿足在不同的教室間不同的師生通過遠(yuǎn)程互動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同一時(shí)間不同地點(diǎn)、相同內(nèi)容的學(xué)習(xí)需求，可以是相鄰的兩間教室，或者是同一棟教學(xué)樓的兩間及以上教室，甚至是兩個(gè)不同校區(qū)間的教室都能實(shí)現(xiàn)同時(shí)上課，還能滿足遠(yuǎn)程教學(xué)、遠(yuǎn)程互動(dòng)、常規(guī)授課、學(xué)術(shù)報(bào)告、學(xué)術(shù)演講等教學(xué)需求，具備智能管理、操作簡(jiǎn)單、方便維護(hù)等特點(diǎn)。要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，離不開學(xué)校高速網(wǎng)絡(luò)的支持和流媒體技術(shù)的配合。