智慧教室系統(tǒng)構(gòu)建的探索和實踐

摘要：本文研究了職業(yè)院校發(fā)展智慧教室的背景、需求分析、設(shè)計原則、建設(shè)內(nèi)容和實施成果，展示了智慧教室的搭建方法，體現(xiàn)了智慧教室對于課堂教學的強大助推作用。

關(guān)鍵詞：智慧校園；智慧教育；深度學習；教學模式；管理運維

一、引言

近年來，隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展與教育信息化的全面推進，包括中國在內(nèi)的世界各國均在大力推動前沿IT技術(shù)與教室環(huán)境的深度融合，旨在通過打造創(chuàng)新型教室環(huán)境來提高教學質(zhì)效。以往的多媒體教室已經(jīng)開始向數(shù)字化、智能化為代表的智慧教室發(fā)展，具體表現(xiàn)為交互性強、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化程度高等?？梢哉f，智慧教室是傳統(tǒng)教室與前沿信息技術(shù)融合的必然趨勢，也是既有多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)教室升級和提升的必然方向。

二、背景

教育部《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020 年）》中闡明，要把建設(shè)智能化教學環(huán)境置于首要位置，著力探索現(xiàn)代信息技術(shù)與教育的全面深度融合，以信息化促進教育理念與教育模式的創(chuàng)新，從而充分發(fā)揮教育信息化在教育改革和發(fā)展中的支撐與引領(lǐng)作用。

教室環(huán)境必須能夠為各類課程的教授提供強有力的支撐。在教育信息化加速推進的今天，教室環(huán)境已成為教育領(lǐng)域信息化技術(shù)發(fā)揮作用的“主場”，對教室環(huán)境信息化建設(shè)的重點在于：建成一種“能夠推動課堂交流互動、能促使教學內(nèi)容鮮活顯現(xiàn)、方便得到所需要的學習資源、高度現(xiàn)代化的教室”，智慧教室的此三項功能，既是教室環(huán)境未來的發(fā)展方向，也將成為網(wǎng)絡(luò)教室和多媒體教室的“升級”目標。

三、智慧教室需求分析

隨著教育信息化的不斷推進，在各類先進教學模式的影響下，拓展現(xiàn)有教室的內(nèi)涵和外延，進而推出“智慧課堂”尤為重要。推進智慧教室項目需從下述幾個方面著手。

第一，課堂智能交互。充分利用最新智能教學設(shè)備，推動課堂教學持續(xù)創(chuàng)新，使得教學互動過程更為便利、形式更加生動；充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，幫助教師隨時了解學生在課堂上的學習狀態(tài)、對學習內(nèi)容的理解與掌握情況等，以便教師根據(jù)實際情況，針對性地調(diào)整教學策略與教學目標。

第二，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建成集設(shè)備管理、環(huán)境調(diào)適、課程拍攝、智慧教學及遠程控制于一體的智慧教室。只有集以上功能于一體，同時符合基于數(shù)據(jù)的教室、高效教學的教室、個性化學習的教室、合作探究的教室、動態(tài)開放的教室等多種特點的教室，才是真正的智慧教室。

第三，教學質(zhì)量化。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和教育領(lǐng)域信息化水平的不斷提高，教育方法、教學模式也隨之不斷改變。從教學模式上看，教學已經(jīng)從傳統(tǒng)的從教師到學生的單向度知識灌輸，向教師與學生教與學的雙向互動模式轉(zhuǎn)變，從教學目標上來看，教學已經(jīng)從單純的知識講授向綜合的素質(zhì)培養(yǎng)轉(zhuǎn)型。深入推進教與學的雙向互動，是提高教學質(zhì)量和教學水平的重要舉措。簽到、課堂測驗、問答等傳統(tǒng)教學方式，早已不適應現(xiàn)代化教學的需求。目前，云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)方興未艾，在其加持下，智慧課堂所帶來的全新的教育模式和教學手段，可以有效地解決教學過程中出現(xiàn)的各類問題。智慧教室系統(tǒng)集教學、考勤、互動、遠程控制、視頻拍攝于一體，可以極大增強老師和學生之間的互動，有效提升學生學習的積極性和主動性，進而提升課堂教學效率與教學質(zhì)量。

第四，教育資源優(yōu)化配置。課程錄制技術(shù)的快速發(fā)展，將推進校級乃至區(qū)域間的優(yōu)質(zhì)教學資源共享。通過實現(xiàn)教學視頻的大規(guī)模共享、存儲、管理，滿足慕課等多種教育應用的需要。

第五，課程錄制自動化。教育信息化要求對教師課堂教學過程進行全程、全方位的錄制。如果以傳統(tǒng)方式對全體教師的全部教學過程進行拍攝，需要學校投入大量人力、物力、財力，且無法保證時效性。這就要求智慧課堂具備自動化錄制課程并智能發(fā)布的功能。

第六，課程錄制專業(yè)化。在課程的錄制方面，需采用具備智能錄制和跟蹤能力的全自動錄播系統(tǒng)，通過多臺專業(yè)攝像機進行多機位拍攝，采集教師授課的全過程、多角度高清畫面。以高清畫面素材為基礎(chǔ)，結(jié)合非線性編輯系統(tǒng)，能夠高效制作教學視頻。

智慧教室的建設(shè)過程中需要綜合考慮上述原則，方可做到統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施。

四、智慧教室系統(tǒng)設(shè)計原則

在對教學進行深入了解的基礎(chǔ)上，筆者對智慧教室的信息化系統(tǒng)進行了設(shè)計。從系統(tǒng)軟件的使用特點、設(shè)備的維護需要、人員的專業(yè)化水平等方面出發(fā)，重點突出應用的可擴展性、技術(shù)的先進性、系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、框架的靈活性等，同時兼顧系統(tǒng)操作和系統(tǒng)維護便利性。

（一）可靠性原則

系統(tǒng)所選用的設(shè)備均需經(jīng)過嚴格的測試，并擁有國家相關(guān)部門的資質(zhì)認證，具備長時間平穩(wěn)工作的能力。系統(tǒng)關(guān)鍵部件要充分考慮冗余，并將容錯能力和應變能力一并考慮進去，才可以防止誤操作、電磁干擾等對錄制過程造成破壞。

（二）穩(wěn)定性原則

為確保智慧課堂系統(tǒng)的穩(wěn)定性，操作端使用定制式平板。同時，在教室內(nèi)安裝企業(yè)級無線AP，提供可靠穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)使用能力，以保證教室中的教學系統(tǒng)穩(wěn)定安全運行。

（三）經(jīng)濟性原則

在確保穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)有較高的性價比，能夠減少運維費用及投資總額。

（四）靈活性原則

系統(tǒng)在設(shè)計中采用模塊化結(jié)構(gòu)，可為后續(xù)靈活有效地配置提供更大的便利，從而滿足學校教育信息化建設(shè)的實際需要。

（五）實用性原則

設(shè)計符合國際國內(nèi)相關(guān)標準規(guī)范，根據(jù)教學活動的應用場景以及教師的使用偏好，對軟件系統(tǒng)進行了精心設(shè)計，采用多種設(shè)計語言，軟件界面友好，軟件操作簡單易懂。

（六）標準化原則

系統(tǒng)符合國際國內(nèi)相關(guān)標準和技術(shù)規(guī)范，可與第三方平臺實現(xiàn)對接。

（七）兼容性原則

智慧課堂系統(tǒng)兼容性較強，可與多套在用信息系統(tǒng)如數(shù)字化校園、統(tǒng)一身份認證、教務(wù)系統(tǒng)等實現(xiàn)對接。系統(tǒng)具有較好的兼容性，學生既能使用多端口瀏覽器觀看教學視頻，也可使用移動設(shè)在App中開展網(wǎng)絡(luò)課程學習。另外，錄播系統(tǒng)可以支持多種視頻格式，能滿足當前和未來的需求。

五、系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

智慧教室是數(shù)字教室的必由之路，具有重要的使用價值。依托智慧教室深入開展課堂教學互動，可以打破傳統(tǒng)教學的“滿堂灌”模式。同時，基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興信息技術(shù)所打造的新型智慧教學系統(tǒng)，是教育信息化的重要組成部分。

本方案分為智慧課堂系統(tǒng)、智慧教室互動黑板、智慧組合型桌椅、精品錄播系統(tǒng)、非編工作站、智能中控系統(tǒng)、課堂直播互動系統(tǒng)等部分，筆者將分述如下：

（一）智慧課堂系統(tǒng)

智慧課堂系統(tǒng)可以做到貫穿支持教學全流程，即包括課前、課中、課后、課外等各環(huán)節(jié)，通過全終端應用支持，課上，學生可以通過電腦、平板、手機等終端與教師連結(jié)并實現(xiàn)深度的課堂互動；課后及課外，學生可以利用各類終端學習及查找資料，同時，可與學?，F(xiàn)有各類信息系統(tǒng)靈活對接，互聯(lián)互通。智慧課堂系統(tǒng)依托學校的信息技術(shù)架構(gòu)，可為學校的教學模式創(chuàng)新提供個性化且安全穩(wěn)定的技術(shù)服務(wù)。智慧課堂系統(tǒng)主要包括以下特點：深度課堂互動，可以實現(xiàn)教與學的全面互動；移動端學習，突破時空限制，實現(xiàn)教室與教室外學習場景的無縫對接；顛覆傳統(tǒng)教學模式，致力于提高學生對于知識的領(lǐng)悟應用能力、開展自主思考的能力、對新生事物進行探索和學習的能力；滿足各種需求的定制服務(wù)；大數(shù)據(jù)挖掘分析，依托系統(tǒng)所采集的課堂數(shù)據(jù)，進行相關(guān)分析，幫助教師制定有針對性的教學方案；個人學習空間用以滿足進階式教學；無線多屏互動技術(shù)，對于權(quán)限進行合理分配，實現(xiàn)跨平臺多點交互功能。

（二）智慧教室互動黑板

智慧教室互動黑板將傳統(tǒng)的黑板和現(xiàn)代多媒體設(shè)備進行了完美結(jié)合，其面積與普通黑板大小相當。通過互動黑板，使用者既可以用粉筆進行有痕書寫，也可以像電子白板一樣用手操控書寫。另外，智慧教室互動黑板擁有互聯(lián)書寫功能，既可實現(xiàn)內(nèi)容共創(chuàng)，還可以對板書過程和內(nèi)容進行智能化存儲。智慧教室互動黑板是實現(xiàn)智慧互動教學和板書過程個性化、人性化屏顯的理想之選。

（三）智慧組合型桌椅

智慧組合桌椅需要滿足以下條件：教室內(nèi)的桌椅設(shè)計需要符合人體工程學原理；能夠配合平板、筆記本電腦等多種終端的教學，并方便各種強電和弱電線路的穿插；可以進行多樣化的組合；桌椅樣式可根據(jù)專業(yè)特色及教室實際需求，進行多樣式搭配方式等等。

（四）精品錄播子系統(tǒng)

建立精品錄播系統(tǒng)，可以滿足數(shù)字校園建設(shè)中教室、會議室、直播室、演播室等不同應用場景的錄播需求。操作簡單易學，符合Windows系統(tǒng)使用者的操作習慣；具備添加片頭片尾、轉(zhuǎn)場特技、字幕等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)同步輸出視頻；具備專業(yè)級畫面質(zhì)量，能夠滿足精品課程、優(yōu)質(zhì)課程的錄制需求；具備專業(yè)級導播切換策略，可在無人工干預的情況下，實現(xiàn)教學過程的全程、多機位、多角度錄制；具有雙碼流錄制功能，實現(xiàn)高碼流歸檔、低碼流在線發(fā)布。

（五）非線性編輯系統(tǒng)

建立專業(yè)非線性編輯機房，可滿足對于授課視頻等視頻資源進行專業(yè)級剪輯和制作的需求。

（六）智能中控系統(tǒng)

智能中控系統(tǒng)可實現(xiàn)教室內(nèi)的環(huán)境、照明、觸控一體機的使用、教學信息發(fā)布等與教學環(huán)境保障設(shè)備之間的聯(lián)動，并可為各類教學活動提供良好的展示平臺，從而對教育教學、教務(wù)管理、學生管理提供強有力的支撐。

（七）課堂直播互動系統(tǒng)

課堂直播互動系統(tǒng)擁有強大的集成功能，使用導播控制臺，可以將多路視頻、聊天文字和文檔內(nèi)容等混合疊加輸出；同時還可支持多樣化的信號直播，全面還原課堂教學過程，從而支持實現(xiàn)學校與學校之間、教室與教室之間的課堂直播與互動，還可以實現(xiàn)遠程授課等功能。

六、項目實施

綜上所述，智慧教室項目的實施，能夠拉近教與學的距離，實現(xiàn)教與學相互推動與共同提升，推動學生對課堂教學的深入?yún)⑴c，具備較強的推廣價值。

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項目基金：本文系2022年度高校哲學社會科學研究一般項目高職院?！爸腔坌@”建設(shè)模式研究（項目批準號：2022SJYB1707）研究成果；2020年度江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)智慧校園專項智慧教育的教學大數(shù)據(jù)體系構(gòu)建與應用研究（項目批準號：2020-R-84284）研究成果。

沈鴻（1979.12-），女，蘇州大學碩士，研究方向：軟件工程。