智慧教室的設計構建探究

司海峰++梁艷++岳桂貞

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.241

摘 要：在當前教育信息化背景下，許多學校的學習環境與新時期需求之間存在著較大差距。基于這些差距，提出了“智慧教室”的設計構想。文章通過分析智慧教室的設計思路和系統模型，并結合學校的實際情況，著重討論了智慧教室的構建方案和具體實現過程。

關鍵詞：智慧教室 設計構建 實現

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0241-03

從信息社會的發展趨勢來看，人類已經進入“智慧化”時代。“智慧地球、智慧城市、智慧社區”等構想紛紛出爐，“智慧化”已成為大家共同的發展方向。在這一背景下，對肩負著人才培養和科學研究雙重重任的高校來說，“智慧校園”構想也被提了出來。在“互聯網+教育”政策的助推下，“智慧校園”建設已成為當前高校信息化的主流。而“智慧校園”建設的重點則是“智慧教室”的建設。

北京師范大學黃榮懷教授認為：在傳感技術、網絡技術、富媒體技術及人工智能技術充分發展的信息時代，教室環境應是一種能優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展，具有情境感知和環境管理功能的新型教室，這種教室即為智慧教室。

對廣大學校來說，如何構筑智慧學習環境以適應信息時代下的需求，實現教與學方式的變革，如何實現真正的教育信息化，已成為當今教育技術研究迫切需要解決的深刻課題。

1 當前學習環境與新時期需求存在的差距

在我國，大規模的教育信息化建設始于本世紀初。經過十余年的發展，教育信息化已經被廣泛推廣和普及，教育信息化水平也得到了很大的提高。但同時我們也應該清醒認識到：仍有不少學校的整體信息化水平偏低，教育還停留在“回憶、理解和應用”等低級認知階段，與信息化教育的總體目標還存在著較大差距。

具體表現在以下幾個方面。

（1）基礎設施方面：作為主要教學場所的教室，布局單一，缺乏個性、缺少特色，不利于師生互動交流，難以開展靈活多樣的教學活動； 教室的網絡配置，既不能滿足教師對信息的多樣性需求，也難以滿足學生對知識深入探究的需要。

（2）教學方面：一般教室只安裝了大屏幕投影，使得不少教師只顧看著屏幕讀課件，很少進行師生互動。而且多媒體投影的顯示特點是片段化、比較離散，所展示內容不連續，容易造成學生理解與授課線索間的不同步。

（3）管理方面：各類教學教輔設備管理維護水平偏低，仍停留在人工管理階段，談不上智能化管理。一旦出現故障，排查方式又非常落后，經常事倍功半，效率極低，而維護管理成本卻居高不下。

2 智慧教室的設計

2.1 智慧教室的設計思路

智慧教室經過多年的發展，已經從當初的“單一設備智能化”和“設備控制智能化”發展到現在的“教學系統環境智能化”這個階段。所以，智慧教室的設計應該從技術實現和空間規劃兩個方面入手，構建一個充滿人性關懷、各構成要素和諧共存的教學環境。比如空間設計方面，傾向于使用分布式空間布局、對講臺及學生桌椅進行動態組合、室內色彩搭配要有豐富變化等；在技術實現方面，要對各個教學環節進行綜合分析，將各種軟、硬件技術運用進去，比如對教學環境和各種設備的智能控制、泛在的網絡接入、各種智能管理平臺的搭建等。

另外，還應該將具體學科的教學特點考慮進去，讓智慧教室與教學模式緊密結合，這樣才能做到“教、室”合一，相輔相成。

2.2 智慧教室的系統模型

通過對智慧教室的應用定位和構想設計，構建出智慧教室的相應系統模型，該模型大致包含以下七大系統。

（1）教學交互系統：該系統主要由帶電子白板功能的觸控投影一體機、音響設備、話筒拾音設備、問答器及相關軟件組成。這樣可以在課堂教學中方便地實現師生交互。

（2）身份管理及考勤系統：該系統主要由安裝于教室門口的RFID考勤機、身份識別SIM卡及相關軟件組成，其中SIM卡上可使用RFID標簽存儲個人信息，形成RFID-SIM卡，通過此卡來實現身份認證和考勤管理。

（3）設備管理系統：該系統主要由RFID讀卡器、標簽、及相關軟件組成。該系統不光用于教室，還可用于實驗室，將室內的各種設備儀器貼上RFID標簽，標簽內存有設備的相關信息，這樣便于對設備進行管理和監控。

（4）燈光控制系統：該系統主要由亮度傳感器、燈光控制器、窗簾控制系統及相關軟件組成。通過感應室內亮度，來控制燈光照明及室內窗簾處于打開或關閉狀態。

（5）溫度控制系統：該系統主要由空調電源控制器、溫濕度傳感器及相關軟件組成。通過監測室內溫度和濕度，并對比預設閾值來決定空調的制冷和制熱，以及是否需要除濕。

（6）通風換氣系統：該系統主要由排風扇、空氣傳感器及相關軟件組成。通過空氣傳感器監測室內二氧化碳濃度，并對比預設閾值，以決定是否自動開啟排風扇進行通風換氣。

（7）視頻監控系統：該系統主要由攝像頭及相關軟件組成。在教室內安裝攝像頭，以監控人員及資產設備的進出情況，所采集影像實時傳送到終端顯示屏上，并同步存入電腦，為實時監控或事后查證提供依據。

2.3 智慧教室的具體實現

下面以西安思源學院為例，談談智慧教室的具體實現。

根據西安思源學院的日常教學狀況，以及教學改革要求，確定智慧教室要適用于教學中的師生互動交流、課堂內外的小組討論、還有精品課程錄制及遠程互動教學等。為此依托學校已經建成的校園網絡系統和教室控制中心，進行相應的智慧教室構建，其整體架構見圖1。

該架構主要包括網絡支持環境、多屏互動系統、移動式空間環境和教學輔助系統四個部分。

（1）網絡支持環境：借助校園網絡系統，并在此基礎上搭建起基于RFID子網和傳感器子網的校園物聯網絡，全面實現各類終端設備之間的互聯互通，為智慧教室的建立構筑支撐平臺和人性化的學習環境。

（2）多屏互動系統：教室里應該配備交互式顯示終端、源于同一PC的組合投影、可交互式電子白板及平板電腦等。教師利用多屏的連續顯示特點，可以增加所講授知識的前后銜接性，使學生在腦海里建立起緊密的知識關聯，從而有效促進學生對教學內容的理解和記憶。另外，學生還可以根據各自需求，選擇不同的顯示終端和內容進行自主學習，也可將自己的學習成果投影到顯示終端上，供大家分享和討論，營造出一個合作交流、互助自主的學習環境。

（3）移動式空間環境：教室布局應該合理，色彩搭配應能提振精神，學生桌椅最好設置成可活動式，這樣可以根據需要擺成各種樣式，比如學生聽課時，桌椅按普通教室樣式擺放；小組討論時，桌椅又可以改換成圓桌會議式；當然還可以有其他式樣。再搭配多屏顯示和立體聲效，完全可以滿足各類教學需求。

（4）教學輔助系統：該系統主要包括課程錄播系統、視頻會議系統及教學資源庫等。其中，課程錄播系統主要用于對教學過程進行記錄，便于學生自學或回看，也方便老師進行教學自查及總結；視頻會議系統主要用于異地實時教學，比如學生在家里或在病床上可以同步收看教師授課，還能進行有效互動；教學資源庫主要為教師和學生提供各類學習資源，方便大家查閱參考。

3 結語

綜上所述，智慧教室已成為當今教育信息化的重要體現。對智慧教室的運用，不光要體現在先進的技術上，更要體現在以人為本的教學理念上。與智慧教室相襯的教學模式改革也要成為我們探究的重要內容，只有這樣才能夠最大限度地發揮智慧教室的作用。

參考文獻

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[3] 黃懷榮.智慧教室的概念及特征[J].開放教育研究，2012（2）：133-134.