在技術設計方面智慧教室的建設標準

曹瑞青

摘要：如何在有效的教學時間高效地完成教學任務已經成為教師教學追求的目標。在智慧教室中進行教學能更好地輔助教師達到教學目標，因而智慧教室的建設越來越受重視。建設智慧教室的目的是提高教學和學習效率。文章首先指出了傳統教室的不足，然后概括了智慧教室的概念和智慧教室建設理念，并在此基礎上提出智慧教室在技術設計方面的建設標準。

關鍵詞：技術設計；智慧教室；建設標準

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）29-0263-03

1 問題的提出

教學是學生獲取系統知識的主要途徑。教學發生的主要場所是教室，學生在教室中完成一系列的學習任務，從而提高自己的知識技能。由于每節課的時間是固定的，教師如何在固定的教學時間完成教學任務，學生如何在固定的學習時間系統地掌握知識呢？現如今在傳統教室中進行的教學存在許多需要改進的地方，如課堂考勤、課堂互動、課堂測試，每一個環節都會占用一定的教學時間，從而導致教學時間的利用效率不高。在課堂考勤中，簽到結果統計不方便，不但加大了教師的工作量，而且無法直接呈現簽到結果。在課堂互動中，只有個別學生參與其中，教師只能估計整體學生的學習情況，沒有準確的數據作為支撐，結果往往產生偏差。在課堂測試中，教師無法實時獲得全體學生的測試結果，也就無法實時、有針對、準確地對每一個學生進行的強化訓練，也就無法達到鞏固課堂知識的目標。智慧教室的提出正好解決了教師在傳統教室進行教學所遇到的問題。

2 智慧教室的概念

研究者從不同的角度對智慧教室進行了定義。文章借鑒程敏關于智慧教室定義中所提出的新興信息技術作為智慧教室的基礎；[1]張亞珍等關于智慧教室定義中所提出的學習模；[2]王玉龍等關于智慧教室定義中所提出的個性化學習方案以及人與環境的高效互動；[3] 以及聶風華等關于智慧教室定義中所提出智慧教室的目標作為定義的基礎。[4]文章認為智慧教室是基于物聯網、云計算、大數據和泛在網絡等新興信息技術，能夠支持學習者的混合學習，支持教師組織和開展混合學習，提供個性化師生服務、進行智能化管理、實現多元化交互教學的一種自適應的學習環境。建設智慧教室的最終目標是完善教學，提高教學和學習效率。

3 智慧教室建設理念

信息時代學習的本質發生了轉變，轉變主要體現在三方面：一是學生由被動地接受知識轉變為主動的獲取知識；二是學生由機械的記憶知識轉變為有意義的知識建構；三是學生對于知識的學習由個人化轉變為社會化，學習過程更注重學生的互動。[5]因此，信息時代學習的環境要適應學習本質的轉變，使“以人為本”和“以學習者為中心”的設計理念貫穿于智慧教室的建設標準之中。

通過對信息時代學習本質的轉變和學習環境要轉變以適應學習的要求，文章認為智慧教室的建設理念應該包括注重用戶體驗、綠色環保、體現個性化、體現互動性、體現實時性。

3.1注重用戶體驗

用戶的體驗效果表現在兩方面一是對物理環境的體驗，二是對技術設計的體驗。首先在提高用戶對物理環境的體驗方面可以通過對室內采光照明、溫度和濕度的智能控制來實現，保證智慧教室物理環境的舒適性，其次，在提高用戶對技術設計的體驗上，可以通過采用圖形化設計理念，體現人性化，力求用戶界面的簡潔性和易用性。

3.2綠色環保

在注重用戶體驗體驗的前提下，應該具有環保意識，如在室內采光照明方面，以自然光源作為室內的基本光源，室內設備在無人狀態下呈現自動休眠狀態，上課時也可實現智能開啟，避免對設備進行違規操作延長設備的使用壽命。

3.3體現個性化

個性化可以體現在云桌面、身份管理和數據采集三個方面。例如，云桌面是教師的專屬桌面有自己永久的存儲空間以及個性化的保存，教師可以在任何時間、任何地點和任何設備登錄自己的工號和密碼對自己的專屬桌面進行操作。身份管理則是為了限制用戶的操作，如身份可以設置為教師、學生或管理人員，不同身份的人所能進行的操作不同，以此來避免錯誤操作所帶來的損失。數據的采集是對學生課堂信息的采集，通過數據查詢分析子系統對學生進行科學性和準確性的評價，從而進行針對學生的個性化特征進行教學。

3.4體現互動性

學習本質的社會化主要通過智慧教室的互動性來體現，互動性包括課堂上師生的互動，生生的互動，人機的互動。師生互動體現在課堂教學中教師可以關注到每一個學生，而不是依據少數學生的表現來猜測全體學生對知識點的掌握情況。生生互動體現在課堂上交流更為方便，如多屏投影，小組討論是可以把一人的想法呈現在小組內其他成員的電腦屏幕上。人機互動體現在用戶界面簡單、實用。

3.5體現實時性

智慧教室的實時性包括數據采集的實時性和教師可以隨時修改制作自己的課件保存到自己的云桌面上。首先數據采集的實時性體現在教室可以及時獲取學生隨堂測驗的結果，對學生進行強化教學，提高學生的學習效率。教師修改制作課件的實時性體現在課堂上臨時發現的學習難點和臨時開啟的課堂互動，可以隨時保存到自己的云桌面備份，也可以保存到教學資源庫以供學生查看和其他教師觀摩。

4 智慧教室建設標準

文章借鑒了姜毅提出的智慧教室建設標準中的建立一套云教育資源管理平臺和建立先進的多媒體設備管理系統；[6]司海峰等提出的智慧教室建設標準中的教學輔助系統（包括課程錄播系統和教學資源庫）；[7]程敏提出的智慧教室建設標準中的教學服務環境（包括課程錄播系統和學生自動考勤）；[8]胡永斌對馬丁·路德金小學智慧教室的空間布局設計、室內環境設計、控制系統設計的概括，提到的室內環境中的采光照明和控制系統中的室內微氣候控制系統；[9]朱燕提出的智慧教室建設標準中的云錄播系統和云課堂系統；[10]張亮提出的智慧教室建設標準中的教學輔助系統（包括備課管理子系統和教學資源管理子系統）、智慧中控總控平臺子系統、云錄播課程管理平臺子系統、數據查詢分析與刷卡考勤子系統、云錄播、云桌面。[11]

根據程敏在智慧教室的設計與構建一文中分析所得智慧教室的建設應從空間設計和技術設計兩方面入手，構建一個各構成要素（ 技術、環境、人、資源和方法等） 和諧共存的教與學環境，由于前人已經對智慧教室的空間設計做出來較為詳細的論述，因此文章僅對智慧教室的技術設計進行總結歸納。[8]基于以上研究者提出的智慧教室建設標準，文章在技術設計方面對智慧教室的建設標準進行歸納，包括四個子系統，分別為：教學輔助子系統、室內微環境控制子系統、智慧中控總控子系統和數據查詢分析子系統，如圖1所示。

4.1教學輔助子系統

教學輔助子系統主要用于課下教師的備課、課下學生的預習復習以及課上關課堂考勤、課堂互動、課堂測試等各種數據的記錄。該系統主要包括云課堂、云桌面和身份管理及考勤系統。

4.1.1云課堂

云課堂是教學輔助子系統中的最重要的一部分，教師備課上課以及學生學習等一系列活動都依賴云課堂中的備課系統、教學資源庫、課堂信息采集、網絡教學和云錄播。

4.1.1.1備課系統

教師在備課系統中可以對已經講授的課程內容進行總結，也可以對下節課的授課內容進行規劃。備課系統使得教師的所有工作數據都云端化，提高了教師的工作效率。

4.1.1.2教學資源庫

教學資源庫是備課系統的基礎，教師可以在備課系統中借助教學資源庫中的資源，可以參考其他教師的備課內容，同時避免其他教師在教學中遇到的問題節約備課時間。

4.1.1.3課堂信息采集

課堂信息采集主要用于對教學過程進行記錄，便于學生自學或回看，也方便教師進行教學自查及總結。課堂采集的信息主要用于對學生進行過程性評價，方便對學生進行學習分析，以確定教師后續對教學的改進。所采集的課堂信息也可用于其他教師的備課參考。

4.1.1.4云錄播

云錄播主要實現了對教室中授課情況的實時在線錄制。課堂信息采集主要是通過云錄播進行的。同時云錄播方便了學生的遠程在線學習，并進行實時有效的互動，也方便了督導人員對課堂的監督。

4.1.2云桌面

云桌面代替了傳統的個人電腦，每一個教師都有一個專屬云桌面，通過工號和密碼登錄。云桌面為教師的教學提供了方便，教師可以隨時隨地在任何設備上登錄專屬云桌面進行備課、查看學生學習情況、查看課堂信息采集結果。

4.1.3身份管理及考勤系統

身份管理主要是限制對設備所進行的操作，以避免不必要操作所帶來的損失。身份包括教師、學生和管理人員，不同身份的人進入智慧教室自動開啟不同操作。考勤包括學生、教師的考勤，將所得數據傳送到數據查詢分析系統，方便教師分析學生的成績與考勤的關系，方便教師對學生進行總結性評價，以及方便學校對教師的考勤進行查看。

4.2室內微環境控制子系統

室內微環境控制子系統包括采光照明、通風換氣和溫度濕度三部分。通過室內微環境控制子系統對物理環境進行有效控制，保證了智慧教室環境的易用性和舒適性。使室內的照度保持在150Lx～200Lx，溫度常年保持在 18℃左右，相對濕度保持在 50%～60%。[9]

4.2.1采光照明

良好的照度是開展教學的基本條件。本著綠色環保的目的教室采用自然光作為室內的基本光源。采光照明系統通過亮度傳感器、燈光控制器、窗簾控制系統來控制燈光照明及室內窗簾處于打開或關閉狀態，使室內的照度保持在150Lx～200Lx。

4.2.2通風換氣

通風換氣系統保證了智慧教室內環境的舒適性。通風換氣系統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。

4.2.3溫度濕度

溫度濕度系統通過溫濕度傳感器監測室內溫度和濕度，通過監測結果和預設閾值的對比，由空調電源控制器來決定空調的制冷和制熱，以及是否需要除濕，使室內溫度常年保持在 18℃左右，相對濕度保持在 50%～60%。

4.3智慧中控總控子系統

智慧中控總控子系統可以實現對設備的集中管理和控制。為了方便教室管理人員的工作，智慧中控總控子系統控制管理界面應采用圖形化設計理念，體現人性化，減輕工作人員負擔，同時提高工作效率。

4.4數據查詢分析子系統

數據查詢分析子系統以大數據為支撐，記錄教師在智慧課堂中進行授課所產生的各種數據，對記錄結果進行多角度分析，為提高教師的教學水平、學生的學習效率以及管理人員的管理提供精確的數據依據，降低不全面統計帶來的誤差。

5 總結

文章在前人研究結果的基礎上總結出了智慧教室的概念和建設理念，并在此基礎上對智慧教室在技術設計方面的建設標準進行了整理。需要說明的是智慧教室在給教師教學、學生學習以及管理人員進行管理等方面帶來了便利，但關于教師利用智慧教室進行教學的教學效果還需要進行一個長期的數據積累分析。教師利用智慧教室進行教學之前要進行專業的培訓，并在此基礎上對以后的教學方向進行整體規劃，以避免利用高級科技進行低級學習。

參考文獻：

[1] 程敏.信息化環境中智慧教室的構建[J].現代教育技術，2016，26（2）：101-107.

[2] 張亞珍，張寶輝，韓云霞.國內外智慧教室研究評論及展望[J].開放教育研究，2014，20（1）：81-91.

[3] 王玉龍，蔣家傅.以需求為導向的智慧教室系統構建[J].現代教育技術，2014，24（6）：99-105.

[4] 聶風華，鐘曉流，宋述強.智慧教室：概念特征、系統模型與建設案例[J].現代教育技術，2013（7） ：5-8.

[5] 黃榮懷，張振虹，陳庚等.網上學習：學習真的發生了嗎？——跨文化背景下中英網上學習的比較研究[J].開放教育研究，2007（6）：12-24.

[6] 姜毅.多媒體智慧教室建設解決方案[J].科技資訊，2017，15（14）：133-134.

[7] 司海峰，梁艷，岳桂貞.智慧教室的設計構建探究[J].科技創新導報，2017，14（14）：241-242+244.

[8] 程敏.智慧教室的設計與構建[J].實驗室研究與探索，2015，34（6）：248-252.

[9] 胡永斌.美國小學智慧教室的建設經驗與啟示[J].福建教育，2016（49）：17-19.

[10] 朱燕.云環境下智慧教室的建設研究[J].無線互聯科技，2017（19）：100-101+115.

[11] 張亮.基于“云+端一體化”的智慧教室建設探索[J].電腦與電信，2017（6）：75-78.

【通聯編輯：光文玲】