教室里的“新面孔”

智慧教室依托人工智能技術(shù)及產(chǎn)品，通過提供數(shù)字化電子教材，有效提高教學(xué)效率、學(xué)生參與度和課后教研分析能力，完成教室環(huán)境與教學(xué)方式的雙升級。

☆黑板

“同學(xué)，請把蘿卜分別‘拉入’鹽水和清水中，再對其進(jìn)行稱重，……”在云南省下關(guān)第一中學(xué)的一節(jié)生物課上，教師用智慧課堂系統(tǒng)隨機(jī)邀請一位同學(xué)上臺“做實(shí)驗(yàn)”。與以往的實(shí)驗(yàn)操作不同的是，這個(gè)植物細(xì)胞的吸水和失水實(shí)驗(yàn)是在黑板上用小程序模擬進(jìn)行的。

圖1 在黑板上“做實(shí)驗(yàn)”(圖/開屏新聞客戶端)

互動黑板采用電容觸控技術(shù)，將傳統(tǒng)的手寫黑板與多媒體設(shè)備結(jié)合，可在手寫板書與多媒體應(yīng)用操作之間輕松切換，是實(shí)現(xiàn)師生互動的工具。將教師從講臺“解放”出來，不僅能優(yōu)化授課模式，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，達(dá)到事半功倍的效果。

在華東理工大學(xué)的教室里，傳統(tǒng)的黑板被兩塊觸控一體機(jī)液晶屏組成的雙屏媒體展示系統(tǒng)取代。該系統(tǒng)可在同一時(shí)間分別展示兩種不同的內(nèi)容，比如可同時(shí)展示PPT 內(nèi)容前后頁，還能讓PPT 頁面與視頻相互聯(lián)動，提高了課堂教學(xué)效果。

此外，納米黑板、激光投影等被注入高科技的黑板，打破了課堂教學(xué)信息的“時(shí)空束縛”。教師無須花費(fèi)過多的時(shí)間在板書上，而是需要提前準(zhǔn)備大量與教學(xué)相關(guān)的優(yōu)質(zhì)素材，讓課堂向?qū)W生與知識的交互轉(zhuǎn)換。

☆照明

有時(shí)候，一閃一閃的并不是小星星，而是教室里那接觸不良的日光燈。

如今，智能照明系統(tǒng)將無眩光、顯指高、無頻閃的護(hù)眼照明貫穿于課堂之中，可精準(zhǔn)調(diào)控光照強(qiáng)度、光源色溫等，實(shí)現(xiàn)健康、舒適、環(huán)保等多維度的綜合平衡。

圖2 與照明控制系統(tǒng)結(jié)合的自動升降窗簾（圖/東南大學(xué)微信公眾號）

照明控制系統(tǒng)還能根據(jù)場景將教室燈光調(diào)節(jié)成板書、投影、自習(xí)、考試、課間等模式，實(shí)現(xiàn)全方位無死角照明。再搭配自動升降窗簾，能有效改善學(xué)習(xí)環(huán)境的舒適度。

☆聲控

試想一下，當(dāng)同學(xué)們正沉浸在老師精彩的案例分析中，走道路過的同學(xué)一句忘我的吟唱打斷了課堂的節(jié)奏，甚至引起哄堂大笑；當(dāng)老師的嗓音狀況欠佳時(shí)，關(guān)鍵知識點(diǎn)的講解聲在耳旁“若隱若現(xiàn)”；……這些困擾，吸音墻和拾擴(kuò)音系統(tǒng)都能幫你解決。

為減少噪聲對課堂的影響，東南大學(xué)在教室墻面上搭建了可吸音降噪的吸音板，為學(xué)生營造更安靜的學(xué)習(xí)環(huán)境。西安理工大學(xué)的教室里還配備了拾擴(kuò)音系統(tǒng)，它能將收集到的授課聲音進(jìn)行擴(kuò)展，打造高品質(zhì)的擴(kuò)聲課堂。

圖3 木質(zhì)吸音墻面（圖/東南大學(xué)微信公眾號）

圖4 拾擴(kuò)音系統(tǒng)（圖/西安理工大學(xué)微信公眾號）

☆行為管理

高中生平均每天8節(jié)課，約320分鐘，堅(jiān)持專注聽課的時(shí)間有多長？全班同學(xué)的平均專注度是多少？課堂專注度與成績有著怎樣的關(guān)系？同學(xué)們每天在學(xué)校的學(xué)習(xí)狀態(tài)如何？……這些疑問都能在智慧課堂行為管理系統(tǒng)中找到答案。

通過在教室里安裝的一個(gè)組合攝像頭，智慧課堂行為管理系統(tǒng)能捕捉學(xué)生的面部表情和動作，再進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，最終計(jì)算出課堂實(shí)時(shí)考勤數(shù)據(jù)、課堂專注度偏離分析、課堂行為記錄數(shù)據(jù)以及課堂表情數(shù)據(jù)，及時(shí)反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

圖5 智慧課堂行為管理系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù)（圖/杭州第十一中學(xué)官方網(wǎng)站）

該系統(tǒng)不僅可實(shí)現(xiàn)“無感點(diǎn)名”、課堂行為記錄、課堂表情記錄、專注度偏離分析，還可將學(xué)生的課堂行為和學(xué)習(xí)成績進(jìn)行對比分析，找出課堂關(guān)注度與學(xué)生成績的關(guān)系。它將學(xué)生的課堂行為與教師的教學(xué)情況進(jìn)行匹配，再用課堂行為數(shù)據(jù)指導(dǎo)教師的教學(xué)行為。

這套管理系統(tǒng)可改善教師在大班授課時(shí)管理憑感覺、不精準(zhǔn)的情況，有效提高授課的針對性，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中和教師在教學(xué)中的反思，提高教學(xué)效果。

此外，集人臉識別、課表查詢、公告發(fā)布等功能于一體的智能班牌，讓你每一堂課都儀式感滿滿；符合人體工學(xué)設(shè)計(jì)的可移動桌椅使傳統(tǒng)教學(xué)與小組討論切換自如；可根據(jù)授課者的需求調(diào)整高度的一鍵式升降式講桌，時(shí)刻將人文關(guān)懷傳遞；環(huán)境感知與監(jiān)測平臺聯(lián)動空氣質(zhì)量監(jiān)測儀與新風(fēng)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)全天候智能控制教室內(nèi)的微環(huán)境；……師生有了更好的教與學(xué)的體驗(yàn)。

圖6 左為科技感十足的走廊，右為可移動課座椅（圖/西南民族大學(xué)微信公眾號）

你對實(shí)驗(yàn)室的印象是否還停留在用試管配制試劑、用顯微鏡看細(xì)胞、用手術(shù)刀解剖小青蛙？又或是老師將幾種物質(zhì)混合后，冒出一縷青煙……

在科技高度發(fā)達(dá)的今天，讓我們走進(jìn)高端實(shí)驗(yàn)室，探索“新花樣”，掌握新技能。

實(shí)驗(yàn)室里的“新花樣”

生物實(shí)驗(yàn)室

現(xiàn)代化的生物實(shí)驗(yàn)室配備眾多先進(jìn)的多媒體和高端實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，如大容量全自動高壓蒸汽滅菌鍋、超凈工作臺、互動顯微鏡、PCR 儀等。

交互式光學(xué)顯微鏡也是現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室的重要設(shè)備之一。它不僅能觀察各種細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，觀察細(xì)胞在不同環(huán)境以及不同時(shí)期的變化，還可讓師生通過互動平板分享觀察到的影像。

圖7 北京師范大學(xué)附屬中學(xué)朱正威教育研究室使用的交互式光學(xué)顯微鏡（圖/《北京日報(bào)》）

有些學(xué)校還將生物實(shí)驗(yàn)室細(xì)分為微生物實(shí)驗(yàn)室和生物科創(chuàng)實(shí)驗(yàn)室。湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)的微生物實(shí)驗(yàn)室配備了超凈工作臺和高壓蒸汽滅菌鍋，在這里，學(xué)生可以真實(shí)地體驗(yàn)無菌操作，分離、培養(yǎng)自己制作發(fā)酵的果酒、果醋中的酵母菌和醋酸菌。

在生物科創(chuàng)實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以提取DNA，使用PCR 儀擴(kuò)增DNA 序列、分離蛋白質(zhì)甚至鑒定蛋白質(zhì)的分子量，從定性實(shí)驗(yàn)踏入定量實(shí)驗(yàn)的殿堂。

知識小貼士

全國首個(gè)海洋生物基因編輯科普實(shí)驗(yàn)室在山東省青島第九中學(xué)正式落成并投入教學(xué)使用。平臺采用獲得2020 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的CRISPR基因編輯技術(shù)，引進(jìn)了華大智造具有自主知識產(chǎn)權(quán)的基因測序儀，合作首創(chuàng)了生物育才課程，旨在幫助青少年有機(jī)會接觸海洋生物基因編輯前沿技術(shù)，深入了解測序技術(shù)和生物信息學(xué)，通過興趣導(dǎo)向解鎖海洋生命奧秘。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室

你知道“大象牙膏”實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含著怎樣的科學(xué)奧秘嗎？點(diǎn)水成“冰”、鮮花變色的科學(xué)原理又是什么？……你的好奇心或許都能在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里得到滿足。

在現(xiàn)代化的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室里，你能看到琳瑯滿目的器材設(shè)備——晶瑩剔透的玻璃儀器、酸堿度pH 計(jì)、晶體模型和導(dǎo)電率儀等。此外，還有各種光怪陸離的礦物晶體，從司空見慣的碳酸鈣到鮮少接觸的鈉沸石等。

成都新世紀(jì)外國語學(xué)校的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室還配備可移動、可360°旋轉(zhuǎn)、可控制風(fēng)速的懸掛式外向新風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)，覆蓋了實(shí)驗(yàn)臺的每個(gè)角落。教師還可對每個(gè)操控臺上的水、電、氣進(jìn)行操控，保障學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中的安全。類似的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室也出現(xiàn)在了安徽省淮北市第一中學(xué)、湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)等學(xué)校。

圖8 安徽省淮北市第一中學(xué)新型實(shí)驗(yàn)室（圖/淮北市教育局官方網(wǎng)站）

知識小貼士

都說“生化不分家”，生物、化學(xué)這兩門學(xué)科在知識和技能上有很多相似、相通之處。一些學(xué)校設(shè)立的生化實(shí)驗(yàn)室配備數(shù)控恒溫水浴鍋和光照培養(yǎng)箱，有了這臺設(shè)備，學(xué)生可利用化學(xué)試劑進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)，比如探究酶的性質(zhì)等。

物理實(shí)驗(yàn)室

在2022 年北京冬奧會期間，湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)的同學(xué)們收到了物理老師贈送的冰墩墩和雪容融玩偶，還有的同學(xué)收到了聲控、光控、壓力等傳感器玩具。這些玩偶或玩具都是用該校物理實(shí)驗(yàn)室中的激光切割機(jī)和3D 打印機(jī)制作而成的。而這些還只是現(xiàn)代化物理實(shí)驗(yàn)功能的一部分。

圖9 湖南師范大學(xué)附屬中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的部分實(shí)驗(yàn)器材（圖/《瀟湘晨報(bào)》）

現(xiàn)代化物理實(shí)驗(yàn)室還可細(xì)分為趣味物理實(shí)驗(yàn)室和物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室。在趣味物理實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可開展浮沉子、簡易電動機(jī)、光學(xué)隧道、牛頓擺、希羅噴泉和水火箭等趣味實(shí)驗(yàn)。物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室配備光電門、位移傳感器、電流傳感器、電壓傳感器等數(shù)字化儀器，開設(shè)了探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系、探究平拋運(yùn)動、探究向心力影響因素等分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可利用數(shù)字化儀器更快、更準(zhǔn)確地測量相關(guān)物理量。

你的教室里還出現(xiàn)了哪些高科技？歡迎分享給我們。