信息化時代智慧教室的“智慧”

高飛 文福安

摘 要 教室環境隨著信息技術的發展不斷改變，形成智慧教室的概念。根據課堂的信息流向，從智慧教室的感知、呈現、交流、記錄、分析、指導六個部分進行分析闡述，探究每一部分的“智慧”所在。

關鍵詞 智慧教室；人工智能；信息技術

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）04-0044-03

Abstract With the development of information technology class-room environment constantly changing， forming smart classroom. According to the transmission of classroom information， the article divides the smart classroom into six parts： perception， presentation， exchange， record， analysis and guidance， and points out that the wis-dom of each part.

Key words smart classroom； artificial intelligence； information tech-nology

1 前言

隨著信息技術的飛速發展，學習環境發生巨大變化，同時也使學習空間得到延伸。計算機、投影儀、移動設備等在課堂上的應用，使得教室環境豐富多變。在網絡技術、人工智能技術和傳感技術充分發展和應用的今天，智慧教室已成為一種典型的智慧學習環境[1]。

智慧教室作為教育生態環境的核心要素，以當前信息化發展的最新成果作為支撐，再結合信息化時代的教學理念，是支撐未來教育發展的教學環境。可以從三個維度去描述當前的智慧教室：在空間維度上，實現虛擬課堂與真實課堂相結合；在時間維度上，覆蓋上課前、中、后各個環節；在主體維度上，實現學生、教師和智慧教室之間的互動交流。

國內對智慧教室的研究起步較晚，對智慧教室的設計和實現是主要的研究方面，現在還處于建設探索階段，對智慧教室建設進行規范的文獻尚未發現，對智慧教室中“智慧”的體現方面并未做出詳細闡述。

2 術語定義

課堂，是指教學課程與教學活動的結合體[2]。

課上，是指學生與教師在相同的時間段內，在同一個地點或平臺上實時地交流互動，開展教與學活動。

課下，是指學生與教師之間非實時地交流互動，不在同一時空維度下開展教與學活動。

3 智慧教室的概念

通過對國外智慧教室相關文獻的研究，發現國外學者認為，智慧教室是運用計算機對信息進行傳輸和處理，并提供即時反饋給教師和學生，促進個性化教學活動開展的教學環境。國內具有代表性的說法為：智慧教室是一種優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂交互的開展、具有情境感知和環境管理功能的新型教室[3]。筆者通過對兩種說法的總結發現：智慧教室是運用計算機技術增強教學內容呈現和對整個教學環境的感知，運用通信技術優化教師和學生的溝通交流，促進個性化教學活動開展的教學環境。

4 智慧教室的“智慧”

本文根據課堂信息的流向，將“智慧教室”分為感知、呈現、交流、記錄、分析、指導六個部分進行分析。本文中的智慧教室的應用群體主要是中學階段的普通學生。

感知 生物識別技術（Biometric Identification Technology，BIT）是利用人體生物特征對人進行身份識別的一種高科技[4]。當前，教學中常用的技術有指紋識別、虹膜識別等。智慧教室中運用傳感網和生物識別的相關技術，在上課之前可以通過門禁（指紋、學生卡）識別學生、教師的身份，感知學生的身份反饋相應的信息。智慧教室當中感知的主體有學生和教師。

學生通過身份識別進入教室之后，智慧教室通過學生的身份，關聯到該學生的相關信息，比如認知水平、學習進度、學習情況、該節課上課的內容等。

教師通過身份識別進入教室之后，智慧教室識別教師的身份，關聯到該教師當前準備上什么課，智能提取已經提前在系統中準備好的相關教材，提示教師當前學生的學習進度、認知水平等情況。

呈現 主要是智慧教室對課堂內容的展示。內容呈現有兩方面的要求：第一，呈現內容清晰明了；第二，呈現方式適合學生的認知特點。這樣有助于增強學生對學習資料的理解和加工。這里分為課上和課下兩個部分。

1）課下呈現。智慧教室感知學生的情況，通過對學生身份匹配查找和認知程度分析，推送與學生身份和認知程度相匹配的學習資源。課前，智慧教室向學生提供預習的資料，供學生預習，引起學生的學習興趣，讓學生帶著問題去上課；課后，推送上一節課學習內容的復習資料，如視頻、筆記、文檔等，供學生復習鞏固所學知識。同時，智慧教室可以智能分析學生的學習情況，并提供相關的習題訓練幫助學生訓練提高；最后，根據學生的學習情況提供測試，從而了解學生的認知程度，強化薄弱環節，達到幫助學生提高認知程度的目的。

2）課上呈現。在上課的時候，智慧教室根據學生的身份智能匹配相關的資源，并將資源顯示在教室的投影儀和移動設備上。教師也可以與呈現設備之間進行交互，查找和編輯相關的資源。在教學活動中經常出現教師在講臺上講課，學生在講臺下做筆記，而沒有去思考教師所講的內容的現象，這樣不利于教學活動的開展。智慧教室配備講臺與課桌同步的設備，教師在講臺上的板書可以同步到學生課桌的移動設備上，教師的板書和學生書寫的內容一起被記錄，免去每個學生抄錄教師板書的重復性活動，有助于學生更專注于對內容本身的思考。

交流 交流是指在教與學的活動中，教學活動中的主體對象，即智慧教室、教師和學生之間的互動交流過程，具體如圖1所示。

如圖1所示，智慧教室收集學生和教師的操作行為，并對這些行為進行分析，給學生和教師相對應的反饋，指導教師和學生開展教與學活動；教師和學生也可以通過智慧教室交流互動，教師指導學生，學生請教教師，形成一個自閉的環狀結構。

記錄 在課堂學習過程中，智慧教室運用計算機記錄學生的情況，如與教師、同學的互動，課堂答題的情況，課堂上的動作等，將這些信息分別記錄以便進行下一步的分析；也可以將教學過程中的相關內容以筆記、視頻的形式保存下來。這里可以將其分為過程性記錄和結果性記錄兩個部分。其中，過程性記錄是指在教學過程中所產生的記錄信息，可以是上課過程中產生的記錄，如視頻、音頻、圖片、文本等；或者是學生在學習過程中花費的時間、理解程度、參與度、對知識點的偏好等實時的數據。結果性記錄是指學生階段性的測驗學習成果。分析這些記錄，得出學生的學習特征，有助于個性化教學活動的開展。

教學資源本身具有形式多樣、數量大等特點，智慧教室的教學資源存儲需要尋求更好的辦法。云存儲通過集群技術、網絡技術和分布式文件系統，把網絡中各種不同的存儲設備集合起來協同工作。因此，可以在智慧教室中采用云存儲技術簡化開發難度，減少設備開銷。

分析 通過網絡將收集到的信息傳到云端，并根據相應的算法進行分析，從而得出每個學生的學習狀況。智慧教室用到的技術有數據挖掘、人工智能。

數據挖掘，又稱為資料勘探、數據采礦，它是知識發現（Knowledge Discovery，KD）中的一個步驟，是通過分析數據，從大量數據中尋找其規律的技術[5]。通過數據挖掘和機器學習，可以使社會科學領域的發展和研究從宏觀群體逐漸走向微觀個體。

人工智能是用于研究模擬、延伸和擴展人的智能的理論和技術，其在教育中的應用案例主要有智能代理Agent、教學專家系統等。智能代理的實時監控動態、分析教與學行為、智能提出建議等功能，可以使智慧教室更加智能。教學專家系統的任務是根據學生的特點，找出最合適的教案和教學方法來輔導學生學習[6]。

智慧教室可以通過數據挖掘和人工智能，分析每個學生的學習行為、習慣、興趣以及教師的教學行為，從中找出與教學活動相關的規律。比如通過收集學生在學習過程中的積極性和參與度，并將這些參數進行量化，在這些數據的基礎上進行數學建模分析，找出適合每個學生的學習內容和教學方式；而不是基于教師自己的經驗，主觀地來分析學生的特點、學習偏好等。只要通過整合學習的行為并加以分析，就能輕而易舉地得到學生學習過程中的規律，結合更詳細的學生背景和操作細節，從而使個性化教學成為可能。

智慧教室可以通過數據挖掘和人工智能，減輕教學過程中海量數據帶給人們的困擾。基于目前的專家系統，通過各種知識信息的處理算法，再經過學習和訓練，可以使很多不真實的數據被去除，自動分析信息的價值和提供推薦，從而提供最有價值的數據，促進教學活動的進一步開展。

指導 通過計算機分析出的結論，智慧教室可以智能地給出指導性的意見。這里指導的對象可以分為管理者、教師和學生。

1）對管理者的指導：管理者根據分析得出數據，或者以問卷評估的形式得出數據，指導下一步的決策。

2）對教師的指導：通過機器學習和數據分析預測教學模式的效果，通過對教師選用的教材、制作的課件、參與的課題、學生的成績、學生對教師的評價等各種信息的評價分析，可以預測出當前教師采用的教學模式可能產生的影響。

3）對學生的指導：智慧教室通過對數據的收集，運用機器學習和人工智能來進行建模分析，總結得出適合學生的學習模式，從而及時修改學生的學習內容和目標，完成對學生學習的個性化指導。

5 總結

本文通過分析智慧教室的信息流向，從六個方面對智慧教室進行論述，闡述了智慧教室的“智慧”是什么樣子。隨著智慧教室的發展，理論會更加完善，可以預見智慧教室在未來教育領域的研究將不斷深入，而對于智慧教室的“智慧”的研究也將會更加明確。筆者認為，隨著信息技術的發展，智慧教室將會對教育行業產生更深遠的影響。

參考文獻

[1]陳衛東，葉新東，許亞鋒.未來課堂：智慧學習環境[J].遠程教育雜志，2012（5）：42-49.

[2]王鑒.課堂重構：從“知識課堂”到“生命課堂”[J].教育理論與實踐，2003（1）：30-33.

[3]黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等.智慧教室的概念及特征[J].開放教育研究，2012（2）：22-27.

[4]吳作好，曾潔，鄒娟，等.幾種人體生物特征的生物識別技術比較[J].現代電子技術，2007（14）：121-124.

[5]吳吉義，平玲娣.人工智能在現代遠程教育中的應用研究[J].中國遠程教育，2008（12）：66-69.

[6]徐陶冶，姜學軍.淺談基于專家系統的人工智能在教育領域中的應用[J].科技信息，2011（11）：55.