国外智慧课堂技术应用新趋势
李佳颖 张海 杨絮 李思维
为深入贯彻落实党的十九大精神，加快教育现代化和教育强国建设，推进新时代教育信息化发展，2018年4月，教育部正式启动《教育信息化2.0行动计划》，提出“将教育信息化作为教育系统性变革的内生变量”。今天處于领先地位或处于试验阶段的各种各样的技术可能很快就会成为在物理空间学习的常用工具。佐治亚理工大学、宾夕法尼亚州立大学、斯坦福大学等美国高等学校正在测试学习空间的智慧课堂技术，旨在营造一个可以让学生参与更积极的个性化学习环境，让学生可以更深入地参与协作。但是，要转变过去“先买装备，再考虑如何把它们加入到固有的教学模式中”的思维方式，让技术真正融入并推动教育教学发展并不容易。
智慧课堂技术是指将一些正在出现的人工智能新技术应用于教学和学习领域，旨在促进课堂的互动与参与。现如今，我们对如何使用这些工具的理解越来越复杂，除了对数字投影仪和平板显示器等无处不在的工具的预期进化外，各机构正在试验开发一系列智慧课堂技术，这些技术不仅可以丰富主动学习的体验，更能够敞开主动学习的“大门”。本文将详细介绍美国高校正在试验应用的两个智慧课堂技术成功案例，及其相应的工作原理。两个案例在理论和设备使用上存在一定的差异。斯坦福大学将实时数据收集技术应用于课堂，它可以促进学习者的深度学习、主动参与等，教师可以引导学生对教学方法、教学内容、评价方式等进行实时评价与反馈。北卡罗来纳州立大学将可视化技术应用于课堂教学，学生们能够有效地使用Viz Studio设计演示文稿，有助于确保所有学习者都能充分参与课堂，增加了物理空间支持学习的方式。
● 斯坦福大学智慧课堂技术应用案例
斯坦福大学（Stanford University）采用基于Web智能设备和SMS文本的友好型观众响应系统，活动可以通过简单的界面进行设计，并直接嵌入PowerPoint、Keynote或Google幻灯片演示文稿中，并且响应可以集成到显示屏上。如图1所示，该测量系统可以支持交互式课堂教学和学生的实时参与，使教职员工可以轻松获得学生的反馈数据并给予及时指导。在课堂上，教师可以运用该系统进行即时民意调查、问答、检查出勤或进行实时分级测验，以更有效地评估学生对课程材料的理解程度，学生在讨论中可以使用匿名。除此之外，教师可以根据实时收集到的数据创建词云以增强学生的反应。
数字语言实验室的任务是为整个斯坦福社区提供语言教学和学习的资源、设施和支持。先进的教学空间、企业级软件资源和专家支持人员相结合，使斯坦福数字语言实验室成为一个动态且高效的教学设施。数字语言实验室是斯坦福大学的多语言计算和评估中心，提供可靠的音频和视频记录功能、外语数字媒体内容和软件图像，以支持多种外来字符集的计算。该实验室还希望充当物理和虚拟的跨文化相遇环境，具体包括以下设施：
①嵌入式区域包含4个平板电视屏幕（42英寸）和可移动的桌子和椅子。如图2所示，该空间可以看作是灵活的空间，在其中教师可以促进小组项目、协作活动、小组讨论等。该区域有2台壁挂式投影仪和智能墙面涂料（仅供教员使用），还包含4台带有引导头和麦克风的双启动计算机（Mac OS和Windows 7）。学生也可以使用该区域进行在线评估、多语种写作、Skype和语音录制等。
②198区域用于指导、在线评估、动手培训及学生的项目和活动，同时它还用于显示方向。如图3所示，该智慧教室由1个指导员站、1台天花板投影仪、2台壁挂式投影仪和屏幕板、白板漆墙、19张折叠桌（每张6英尺×2英尺）;3张双折叠桌（5英尺×10英寸/2英尺3英寸/3英尺8英寸）构成。它们不仅可以用作投影仪的显示器，还可以让我们用干擦标记笔写字。在这个房间里，秋季开始时进行了口语诊断评估（ODA）和在线写作诊断评估（WDA）。此外，还会进行“口语能力改进访谈”（MOPI）。每个春季学期，大约有800名学生在两周内通过实验室参加模拟口语能力面试（SOPI）和在线写作能力评估（WPA）的出场考试。
● 北卡罗来纳州立大学可视化工作室智慧课堂技术案例
在北卡罗来纳州立大学，教师和研究生可以使用一个可视化工作室，如下页图4所示，这是一个有12台LCD投影仪（1024×768）的协作工作室，可以在四面墙上360度显示内容，具有高质量的360度投影能力。1个USB端口的Windows服务器和4台笔记本电脑（VGA或HDMI）连接作为资料来源。麦克马纳斯说：“Visualization Studio使丰富的知识展示和更互动的交流环境成为可能。在民族志研究方法课程中，它为学生带来的创造潜力立即让我震惊。”“除了学生的高质量和令人兴奋的内容外，我喜欢学生的演讲是包罗万象的。学生们能够有效地使用Viz Studio设计演示文稿，吸引了我们所有人的参与。”
NCSU图书馆的Josephine McRobbie（当时的图书馆研究员）和Markus Wust（数字研究与奖学金图书馆员）与学生合作开展了这些项目，帮助他们学习Visualization Studio工具并在此展示他们的工作。另外，通过使用环绕式投影来呈现现场记录、视频采访、图表和文本分析，学生摆脱了早期的困扰并接受了挑战。
● 对我国智慧课堂技术应用的启示
通过对斯坦福大学应用于课堂的实时数据收集技术和北卡罗来纳州立大学的可视化技术的了解，我国智慧课堂技术的应用可以从中受到一些启示。
首先，智慧课堂技术将传统的以教师为主体的模式转化为学生深入合作参与学习的模式。例如，将白板上的文字转换为数字形式的软件，鼓励学习者成为内容的共同创造者，并在小组工作中实现更好的互动。其次，智慧课堂技术促进了新的、更生动的学习体验，如那些可以使用AR和VR创建的学习体验，以及那些能够让学生体验到他们无法访问的地方的学习体验。最后，提高学生的认知和参与潜力进而促进学习。智慧课堂技术的缺点是对收集数据隐私的担忧，如那些可以跟踪学生参与课程或其他校园活动的技术，特别是如果这种跟踪技术将使用情况与特定个人联系起来，可能需要新的政策来管理这种数据使用。
通过促进学生更深入地参与学习，智慧课堂技术可以支持当前的学习设计趋势，包括改进评估学生学习方式和学习内容的方式。同时，这些技术有能力将学生吸引到全新的、丰富生动的学习体验中，如通过新一代技术（如3D可视化、360度视频、虚拟现实和增强现实技术）实现的学习体验。同时，这些技术将有助于提高学习空间互动的质量，包括加强不同地点学习者之间的联系，扩大解决复杂问题的能力。
本项研究受到吉林省教育厅“十三五”社会科学研究规划项目重点课题“基于数据挖掘的卓越教师能力结构与培训研究”（课题号：JJKH20170931SK），东北师范大学教师教育研究基金重点课题“基于数据挖掘的教师专业发展成长轨迹研究”（课题号：JSJY20180104），东北师范大学交叉研究项目“基于教育数据科学的课堂学习测量与评价研究”（课题号：108-130026916），认知智能国家重点实验室资助项目“基于教育数据科学的智慧课堂测量与评价研究”（课题号：iED2019-Z01）资助。
