智慧教室功能建构及其建设思考

    张金荣 叶丛如

    摘? 要 根据智慧教室建设现状，分析梳理智慧教学的内涵与特征，阐述智慧教室建设需求。在此基础上，对智慧教室功能进行架构，并阐明各个功能系统的建设要求，给出智慧教室建设的几点思考与建议。

    关键词 智慧教学;智慧教室;教学设备;翻转课堂;微课

    中图分类号：G434? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2019）09-0044-03

    1 前言

    重构智慧教学空间，培养具有创新意识、协作能力以及信息素养的综合型人才是新时代的要求，也是高校的教育目标。目前各高校结合教学改革和试点，已经建设部分智慧教室，并且取得一定的成效，但许多高校仍处于研究探索和试点阶段，更多是从技术角度构建智慧教室，注重技术环境层面较多，对其教育层面如何创新应用考虑还不够，因而导致智慧教室应用效果不理想。

    2 智慧教室设计理念

    多媒体教学设备繁多，功能种类多样，硬件设备的堆砌并没有让现代技术与教学真正结合起来，传统智慧教室浮于表面，难以常态化应用。如果教学设备没有被高效便捷地利用起来，反而会加重教学与管理的负担。

    根据国家教育信息化建设和发展思路，充分考虑教学需求，以探索课堂教学改革为重点，以多媒体改革为基础，针对以教为中心的传统教室和保守封闭的教学环境，重构教室环境，创建适合学生学习和教师教学的新型教室环境，是一种必然趋势。而以互动性、多样化、常态化、轻资产为核心的智慧教室方案，融合了教师的教学方法、现代教育技术、空间环境设计这三大要素，形成新的主动学习生态系统。

    智慧教学可以概括为以满足学习者的学习需要、激发学习者的创新潜能为目标，以现代先进教育理念为指导，依托新一代信息技术所构建的智能化教学手段和环境，运用丰富便捷的教学资源和灵活适用的教学方法而开展的个性化、交互化、协同化的教与学活动[1]。智慧教学是对传统教育的革新和超越，其核心是对教与学环境和教与学模式进行创新变革，以建构主义学习理论为依据，利用云计算、物联网、大数据、移动互联、虚拟现实、人工智能等新一代技术，重构课堂教学流程结构，先学后教，以学定教。智慧教学以学生为中心，以小组为单位，以分享、讨论为主体，把课堂还给学生，培养学生主动学习的兴趣和自我学习、终生学习的能力，并在讨论分享过程中培养学生批判性、逻辑性思维，团队协作精神和创新能力[2]。

    智慧教学必须基于物联网、云计算、大数据、移动通信等新一代信息技术，实现实体课堂教学和网上课程的翻转课堂、课堂互动、分组教学、教学资源共享等涉及课前、课中、课后的教学过程数字化，构建一种新型教学模式;通过对松散数据的聚集、处理、挖掘、分析，改进教学行为，形成智慧教学生态圈;通过管理和服务流程优化与再造，提升高校管理效率和决策水平。

    3 智慧教室建设需求

    智慧教室是智慧教学的主要场所，必须以先进的理念支撑正确建设和规划智慧教室。智慧教室环境构建一方面要改善学校课堂环境和软硬件设施;另一方面要引入云计算、物联网、大数据、移动互联、虚拟现实、人工智能等新技术，实现学习方式和教育模式的变革和创新，构建一个从设备到数据全面打通，从教学活动到数据评价全面融合的整体框架。智慧教室环境架构必须满足以下需求：

    1）智慧教室环境建设一体化，为互动课堂提供智能环境控制，根据教师的需求对课堂内的光、电、声、温度进行自动调节;

    2）集成化教学设备，能融合、连接和管理构成智慧教室的各种设备;

    3）创新教学空间，将教学的空间从单一的教室外延到楼梯间、走廊等多种空间，从设计、座椅、Wi-Fi等多個角度搭建多元学习空间;

    4）信息化教学环境，构建能支持大班授课、小班研讨和跨区域互动的信息化互动环境;

    5）互动化教学活动，为课堂的教学活动提供互动，并将互动的全部数据无感知地记录;

    6）一体化教学系统，为各种数据、互动提供承载的平台，提供给教师、学生可以随时访问和使用的管理系统和学习空间;

    7）数据化教学评价，通过留存的多样本、形成性的大数据，结合机器学习，让教学效果的评价更加实时、全面、客观。

    4 智慧教室功能架构

    智慧教室包括物理环境和虚拟环境两部分。物理环境即指实体的教室空间及其信息化的教学设备设施等，是实体课堂教学的基础。但仅依托物理环境无法开展智慧教学，还必须有相配套的虚拟环境。虚拟环境指虚拟教室空间，是实体教室的延伸与拓展，师生在此环境下可开展各种形式的在线教学，实现交流互动，开展基于数据分析的教学反馈与评价。虚拟环境依托物理环境进行架构，两者融为一体，教学活动在实体和虚拟环境中交互进行，既可以将课堂向前后延伸至课前、课后，又可以将线下与线上教学相结合，便于各种教学模式的实施与创新，真正实现教学的交互性和个性化。

    智慧教室包含物理环境和虚拟环境，两者结合才能发挥智慧教室的功用。一些高校在进行智慧教室建设时只注重物理环境的建设，对虚拟环境系统建设考虑得不多，导致智慧教室发挥不出应有的教学效果，这是智慧教室建设中必须注意的问题。

    5 智慧教室功能设计

    智能感知? 采用红外线和超声波感应器，人进灯亮、人走灯灭;运用光照感应器，根据不同光照调节室内灯光设备;运用PM2.5感应器实时监测教室内环境质量，与教务系统课表对接，设备自动响应。

    学生签到? 学生进入教室，只需将自己所带笔记本电脑或其他移动设备连接教室内无线网络，成功投屏之后，即可使用对应分组的无线按键面板进行签到，名字会出现在签到列表上。

    互动教学? 学生需发言或分享时，通过无线按键面板按下对应自己所在位置按键，教师给予学生投影权利，同时可以对学生发出的内容进行批注、讲解。

    分组讨论? 学生自由分组，共同讨论协作，讨论内容无线投屏;分组讨论完毕，分享作品。

    教学资源支撑和应用系统? 将慕课、微课、多媒体课件等信息化课程资源和应用平台相结合，形成功能多样的教学资源;教师可以轻松实现翻转课堂、在线教育等现代化教学模式，激发学生的学习兴趣。支持课堂教学精品录播、常态化录播、督导巡课、直播和点播等功能。

    课堂行为分析? 利用人脸识别技术与丰富的学生行为数据，可以分析出每堂课中每位学生的课堂专注度，分析出班级的专注度指数，运用这些数据进行统计、对比和学情智能分析。

    学情分析? 通过过程性评价数据的累计，教师可以关注班级、学生的学情，如答题得分率、活动参与度及课堂表现，查看学生的进退步情况、知识薄弱点，便于对学生进行更科学的综合评价。

    教室大数据分析? 提供教室使用情况统计、学生考勤统计、课堂互动统计、师生成果统计等。多维度的数据采集，助力高校教学与管理建设。

    环境智能集控? 支持对教室安防监控和管理，支持对教室环境及其设备（如温度、亮度、空调、窗帘、灯光等）进行智能管控。

    可视化的设备管理? 支持设备可视化管理、联动管理，第一时间了解故障点，实时后台帮助，保障教学环境正常稳定。

    智能云盘系统? 设计教室云盘系统，内置移动硬盘，建立局域网云盘空间，课堂的授课讲义、授课语音等都可以保存到云盘中，方便学生课后下载复习。

    电子班牌系统? 支持教室预约及门禁系统进行联动，显示当前教室预约信息及将要上课的信息[3]。

    6 智慧教室建设的几点思考

    立足学校教改需求，试点先行? 随着信息技术与教育教学的深度融合，智慧教学已成为教学改革的风向标。由于智慧教学主要在智慧教室进行，因此，智慧教室的建设与应用已成为当前高校教学环境改革与教学模式创新应用研究的重要课题。对于智慧教室建设，目前没有统一的行业标准，不同的设备厂商对智慧教室的理解也不尽相同。因此，高校应从学校教学改革实际需求出发，先建设少量的智慧教室进行试点探索，取得经验后，再把试点的经验和做法推广开来。

    根据教学现状，逐步分类实施? 根据高校教学现状，对智慧教室进行分类，有讲授型智慧教室、探究型智慧教室、讨论协作型智慧教室等，每一类智慧教室从功能到系统配置都不尽相同。但是，目前高校以课堂教学为主，且课堂教学多为大班化教学，小班化的讨论协作教学虽在一些课程教学中应用，但涉及面不广。而目前智慧教室建设以小班化的讨论协作教学为主要模式，课桌椅可灵活移动，便于课堂讨论协作。对大班化以讲授为主的课堂教学如何开展智慧教学探索研究不多，如何用新一代信息技术提升大班讲授教学的效率与质量，是智慧教学研究的重中之重[4]。

    设备操控简单易学，不增加学习的时间成本? 目前，许多智慧教育产品在设计阶段并未设身处地地为教学参与者着想，常常会陷入过度开发的状态，导致教师和学生使用不便;在还未给师生带來课堂互动效率提高之前，反而增加了师生的学习成本，最终导致产品难以常态化使用。所以智慧教室的建构必须从实际应用出发，方便用户操作，提高系统自动化管理能力，以便于师生使用。

    进一步加强智慧教学应用研究和培训工作? 传统的教学模式几乎一成不变，都是以教师为中心，以授课为主体，学生被动接受，忽略了学生的个性，不利于培养学生自我学习、独立思考、团队协作等方面的能力。而高校是人才培养的基地，为了更好地完成人才培养的目标，改革教学模式，提升教学质量，实现个性化人才培养，教师对智慧教学的研究和学习是大势所趋。

    学校大力推动，做好顶层设计? 构建智慧教室，还需要学校大力引领和推动，成立校级的智慧教室建设领导小组，结合学校各级使用者的需求，反复论证演绎、修改方案，最后确定适用于本校智慧教学的顶层设计方案。同时，智慧教学使教师的角色发生转变，教师从知识的传授者转变为学生学习活动的设计者和指导者，这就需要教师积极探索和研究智慧教学。

    7 结语

    本文阐述了智能教室的建设需求，对智慧教室的功能进行了架构和设计，并对智慧教室的建设进行了系统思考，以期为高校智慧教室的研究、建设、应用提供一定参考。

    参考文献

    [1]钟晓流，宋述强，胡敏，等.第四次教育革命视域中的智慧教育生态构建[J].远程教育杂志，2015（4）：34-40.

    [2]何克抗.智慧教室+课堂教学结构变革：实现教育信息化宏伟目标的根本途径[J].教育研究，2015（11）：76-81.

    [3]杨宗凯.从信息化视角展望未来教育[J].电化教育研究，2017（6）：5-8.

    [4]孙曙辉，刘邦奇.基于动态学习数据分析的智慧课堂模式[J].中国教育信息化：基础教育，2015（11）：21-24.