智慧教室的核心支持技术探析

    李慧敏

    

    【摘 要】教室作为主要的学习空间，在智能信息时代必将发生新的变革，智慧教室便是适应这一时代的产物。本文对智慧教室中的核心支持技术：物联网、大数据、云计算、泛在网络、人工智能等进行探析，并说明其在智慧教室中的应用;旨在帮助教师厘清智慧教室的核心框架，提升智慧教室的有效利用，进一步提高教学效果。

    【关键词】智慧教室;物联网;大数据;价值取向

    【中图分类号】G434? 【文献标识码】A

    【论文编号】1671-7384（2020）06-078-04

    信息时代的高速发展不断革新着我们的学习时空，在教育信息化建设的进程中，智能信息技术的出现推动着智慧教室的建设。智慧教室所提供的新型“教”与“学”空间是智慧教学形态的基础，是学习者智慧学习活动发生的重要场域。因此，厘清智慧教室的核心支持技术，有助于一线教师掌握智慧教室的基本构造，在教学实践过程中对智慧教室充分利用，提升教学效果。

    智慧教室的核心支持技术及其应用

    物聯网、大数据、云计算、泛在网络、人工智能等作为新一代信息技术，已经广泛地应用于教育领域，当然，在智慧教室的建设过程中也离不开其支持。对智慧教室的核心支持技术进行分析，有助于实现利用技术重构教室、实验室等学习环境，为智慧教育搭建起“智慧”的框架。

    1.物联网

    物联网是通过各种信息传感设备使现实世界中各种物件互相连通而形成的网络，使得所有物品都有数字化、网络化标识，方便识别、管理与共享[1]。物联网具有信息采集和物体连通两个重要特征。信息采集目前主要通过传感器技术来实现，使得物体具有数字化、网络化的标识，从而被计算机识别、处理。而物体连通则通过嵌入式系统来实现，存在于物体内部的嵌入式系统对各物体呈现出的信息进行读取、处理，再通过网络进行信息通信，实现物体间的互联。

    通过物联网使得教室中每个物品网络化，实现现实教学与虚拟学习无缝连接，进而形成智慧学习环境。在这种环境下，人、物、计算机三者之间以及三者自身之间能实现相互高效的连通，以此来提升教育质量。智慧教室的出现，在一定程度上减轻了物理学习环境对教学造成的干扰，对教学过程中的突发事件能够及时进行处理，使师生能够将全部精力用于课堂之中。

    周恩浩以物联网技术为基础，设计与实现高校智慧教室物联网系统，该系统主要具备室内环境智能感知、室内灯光及门窗设备智能控制、室内空调或换气扇智能控制、多媒体教学设备智能控制、学生出勤率统计分析等功能，实现物联网技术应用同传统教学资源的有机整合，创造最佳课堂环境，为教学效果的提升做出了显著贡献[2]。

    2.大数据

    大数据一般包括数据收集、数据存储、数据分析三个部分，通过对各种错综复杂的数据进行分析、归纳、整理、挖掘等，为我们提供重要价值，主要表现为数据可视化和决策科学化两个方面。智慧教室中势必会产生海量的教育数据，这些数据如若不以简单的形式呈现，数据的价值犹如大海捞针。数据可视化使得我们从繁杂的教育数据中发现隐藏其中的有价值信息变得轻松可能。决策科学化指大数据呈现的科学可靠的信息能成为支持教育决策的一个重要依据，而并非仅靠教师的教育经验。大数据时代，为教育决策的科学化、现代化提供了保障和可能[3]。

    吴南中等构建了基于大数据的智慧教室驾驶舱的集成应用模型（图1），主要提供数据采集、数据处理和数据集中展现等功能，具有数据集成及可视化表达、支持教师依据数据优化教学过程等核心价值[4]。

    3.云计算

    云计算是“一种能够将动态易扩展的虚拟化资源软件和数据通过互联网提供给用户的计算方式”[5]。云计算让用户能够轻松地使用软硬件设施进行资源访问，其在教育中保障了优质教育资源的共存与共享。智慧教室中的资源应当是多样、共享的，这就需要我们通过云计算来构建一个海量共享的教育“资源云”。这个“资源云”具有更大的灵活性和共享性，确保每一种优质资源都可以在云平台上保存与分享。这样，不管对于教育者还是学习者而言，都可以轻松地获取其他的优质教育资源，并能保存、分享自己的资源，教育“资源云”将从根本上消除“信息孤岛”的现象。

    例如，为促进我国优质教育资源的共建共享，国家为基础教育构建了基于云计算技术的“国家教育资源公共服务平台”。在该平台上，教师、学生、家长、机构成员（教研员等）以及专家均可以上传、分享自己的优质教育资源，并提供了小学、初中、高中三个学段的全部学科及其所用的各种版本教材的资源。资源的种类包括资源包、教学设计、教学课件、课堂实录、素材、实验、习题等，资源的类型包括文档、图片、音频、视频、动画以及其他。通过将资源提供给每一位注册的在线用户使用，保障了教育资源的共享性。

    4.泛在网络

    泛在网络是一种由智能网络、先进的计算技术以及其他领先的数字技术基础设施武装而成的技术社会形态[6-7]。智慧教室中的泛在网络主要由智能终端、网络层以及应用层三部分组成。智能终端是指将传感器设备与相应的通讯设备进行融合而成的系统设备;网络层一般包含各种有线、无线网络传输技术，确保更广泛、快速的网络传输;应用层直面用户，直指用户的具体需要。泛在网络是智慧教育系统全面连通、无缝访问的基础，用户可以在电信网、移动网、互联网、卫星网等多个网络之间畅通无阻地享受高质量的网络服务[8]。在这种情况下，智慧教室所提供的网络连接将进一步延展智慧教室。学习者的学习不再受限于固定的时间、空间，而是按照自己的意愿选择时间、地点、方式进行学习，有效地实现了个性化学习。当前社会信息化的程度逐步提高，学习者的时间逐渐碎片化，因此出现了一种个性化学习与泛在学习相结合的碎片化的学习方式，这种学习方式是学习者对时间、空间的充分利用，进而达到时时能学、处处可学。

    5.人工智能

    人工智能是当今各个领域的研究热点，并得到了广泛的应用。钟义信认为人工智能是一门以探索和理解人类智慧奥秘为目标的学科，且尽可能将这种理解在机器上实现出来，从而创造具有一定智能水平的人工智能机器，帮助人类解决各种各样的问题[9]。人工智能为智慧教室注入了鲜活的生命力，使得人机之间的交互更为轻松和谐。主要表现为以下三种形态：智能教学系统;智能评测系统;教育机器人。智能教学系统是人工智能在教育中的重要应用，是一种借助人工智能技术，让计算机扮演教师角色实施个性化教学，向不同需求、不同特征的学习者传授知识、提供指导的适应性教学系统[10]。智能评测系统通过利用人工智能得出客观、科学、高效的评测结果，实时对教学进行诊断、导向、激励，极大地减轻了学校与教师的负担。此外，教育机器人越来越普遍地出现在学校教学中，它不仅能激发学生的学习兴趣、帮助学生解决疑难问题，还能对学习过程进行数据记录以辅助教师教学。

    智慧教室的应用策略

    1.技术的智慧与人的智慧相结合

    教育是教育者与受教育者通过心灵的沟通与启发，使受教育者发展认知、积累知识技能、培养情感态度价值观的过程，而不仅仅是知识的传递。智慧教室起到的作用仅仅是帮助学习者更为顺利地建构知识，提升学习效率，但对于与学习者心灵上的接触却无能为力。教育是以人为本，需要教育者与受教育者进行深入的情感交流，而这恰恰是人类特有的智慧。故而真正的“智慧”应当是人的智慧与技术的智慧相结合。智慧教室的优势在于能替代教师完成复杂繁琐的事务、提供丰富的资源等，而教师的优势在于灵活运用技术、塑造学生的健全人格等。因此，智慧教室可以替代教师完成备课、作业布置、批改、测试等繁琐的事务;而教师则可以將重心放在教学过程的探索、学生的人格发展等方面。在智慧教育中，技术的大量运用是一种必然的趋势，我们要正确地把握这种趋势，让智慧技术成为教师的得力助手，进而发挥出人与技术的“群体智能”。

    2.坚持以学习者为中心的基本点

    不断涌现的新型信息技术，从一定程度上来说减轻了教师的负担，教师似乎也逐渐青睐这种智慧的帮手。但我们应该清醒地认识到，技术可以慢慢“青睐”但不能逐渐“依赖”，在技术上花费过多时间去推陈求新、盲目追求新颖的技术是万万不可的。以学习者为中心才是智慧教室的核心出发点，如何利用技术来支持“以学习者为中心”才是广大教师应该倾心的。当前知识逐渐泛在化，学习者也越来越追求自身的个性化发展，传统的班级授课制教育已经难以协调两者的统一。国家对创新型人才的需求、教育资源不平衡的问题亟待解决，都表明了我们的教育要围绕学习者展开，从而进行教学设计、环境创建、资源提供、学习评价与反馈等。智慧教室利用先进的信息技术，对学习者（初始水平、学习风格、心理特征等）进行分析，将丰富优质的教学资源以最符合当前学习者的形式呈现;在教学过程中根据智能监测进行动态教学、适时评价与反馈，从而达到个性化教学、精准化指导;在课后给学习者提供智能泛在的网络环境，使学习者的学习呈现出泛在化、个性化。因此，在智慧教育的推进过程中，智慧教室是围绕着学习者这根轴心而不断运作的，学习者才是智慧教育的真正重心。

    信息技术的不断发展，势必会催生一系列新的、先进的技术，智慧教室的核心支持技术将远不止上述五种，作为教师，我们应该“集百家之所长”，综合利用各种信息技术来为智慧教育提供支撑。同时，在智慧教室的使用过程中，作为教师应该时刻提醒自己，技术只是教育的辅助工具，学生才是教育的核心主体，切不可让智慧教室下的教育异化为“技术体验”的教育，而失去教育原有的本真。因此，智慧教室支持下的教师自我专业发展与提升、智慧教室支持下的教学法应是我们进一步努力的方向。

    参考文献

    [1]李卢一，郑燕林. 物联网在教育中的应用[J]. 现代教育技术，2010，20（2）： 8-10.

    [2]周恩浩. 高校智慧教室物联网系统设计与实现[J]. 现代电子技术，2018，41（2）： 30-33.

    [3]范国睿. 努力构建科学民主的教育决策理论与实践模式[N]. 中国社会科学报，2014-03-28（B02）.

    [4]吴南中，夏海鹰，黄治虎. 基于大数据的智慧教室驾驶舱的设计与实践—— 以重庆广播电视大学为例[J]. 现代教育技术，2020，30（3）： 101-107.

    [5]Cloud computing[OL].http：∥en.wikipedia.org / wiki / Cloud-computing.

    [6]VInternational Telecommunication Union.Ubiquitous net-work societies： the case of Japan[OL].http： ∥ www.itu.int / osg / spu / ni /ubiquitous / Papers / UNSJpan Case Study.pdf.

    [7]International Telecommunication Union.Ubiquitous net-work societies： the case of Korea[OL].http： ∥ www.itu.int / osg / spu / ni /ubiquitous / Papers / UNSKorea Case Study.pdf.

    [8]杨现民，余胜泉. 智慧教育体系架构与关键支撑技术[J]. 中国电化教育，2015（1）： 77-84，130.

    [9]钟义信. 人工智能：“热闹”背后的“门道”[J]. 科技导报，2016，34（7）： 14-19.

    [10]智勇. 分布式学习环境中的智能授导系统研究[D]. 南京： 南京师范大学，2004.