國外智慧課堂技術應用新趨勢

李佳穎 張海 楊絮 李思維

為深入貫徹落實黨的十九大精神，加快教育現代化和教育強國建設，推進新時代教育信息化發展，2018年4月，教育部正式啟動《教育信息化2.0行動計劃》，提出“將教育信息化作為教育系統性變革的內生變量”。今天處于領先地位或處于試驗階段的各種各樣的技術可能很快就會成為在物理空間學習的常用工具。佐治亞理工大學、賓夕法尼亞州立大學、斯坦福大學等美國高等學校正在測試學習空間的智慧課堂技術，旨在營造一個可以讓學生參與更積極的個性化學習環境，讓學生可以更深入地參與協作。但是，要轉變過去“先買裝備，再考慮如何把它們加入到固有的教學模式中”的思維方式，讓技術真正融入并推動教育教學發展并不容易。

智慧課堂技術是指將一些正在出現的人工智能新技術應用于教學和學習領域，旨在促進課堂的互動與參與。現如今，我們對如何使用這些工具的理解越來越復雜，除了對數字投影儀和平板顯示器等無處不在的工具的預期進化外，各機構正在試驗開發一系列智慧課堂技術，這些技術不僅可以豐富主動學習的體驗，更能夠敞開主動學習的“大門”。本文將詳細介紹美國高校正在試驗應用的兩個智慧課堂技術成功案例，及其相應的工作原理。兩個案例在理論和設備使用上存在一定的差異。斯坦福大學將實時數據收集技術應用于課堂，它可以促進學習者的深度學習、主動參與等，教師可以引導學生對教學方法、教學內容、評價方式等進行實時評價與反饋。北卡羅來納州立大學將可視化技術應用于課堂教學，學生們能夠有效地使用Viz Studio設計演示文稿，有助于確保所有學習者都能充分參與課堂，增加了物理空間支持學習的方式。

● 斯坦福大學智慧課堂技術應用案例

斯坦福大學（Stanford University）采用基于Web智能設備和SMS文本的友好型觀眾響應系統，活動可以通過簡單的界面進行設計，并直接嵌入PowerPoint、Keynote或Google幻燈片演示文稿中，并且響應可以集成到顯示屏上。如圖1所示，該測量系統可以支持交互式課堂教學和學生的實時參與，使教職員工可以輕松獲得學生的反饋數據并給予及時指導。在課堂上，教師可以運用該系統進行即時民意調查、問答、檢查出勤或進行實時分級測驗，以更有效地評估學生對課程材料的理解程度，學生在討論中可以使用匿名。除此之外，教師可以根據實時收集到的數據創建詞云以增強學生的反應。

數字語言實驗室的任務是為整個斯坦福社區提供語言教學和學習的資源、設施和支持。先進的教學空間、企業級軟件資源和專家支持人員相結合，使斯坦福數字語言實驗室成為一個動態且高效的教學設施。數字語言實驗室是斯坦福大學的多語言計算和評估中心，提供可靠的音頻和視頻記錄功能、外語數字媒體內容和軟件圖像，以支持多種外來字符集的計算。該實驗室還希望充當物理和虛擬的跨文化相遇環境，具體包括以下設施：

①嵌入式區域包含4個平板電視屏幕（42英寸）和可移動的桌子和椅子。如圖2所示，該空間可以看作是靈活的空間，在其中教師可以促進小組項目、協作活動、小組討論等。該區域有2臺壁掛式投影儀和智能墻面涂料（僅供教員使用），還包含4臺帶有引導頭和麥克風的雙啟動計算機（Mac OS和Windows 7）。學生也可以使用該區域進行在線評估、多語種寫作、Skype和語音錄制等。

②198區域用于指導、在線評估、動手培訓及學生的項目和活動，同時它還用于顯示方向。如圖3所示，該智慧教室由1個指導員站、1臺天花板投影儀、2臺壁掛式投影儀和屏幕板、白板漆墻、19張折疊桌（每張6英尺×2英尺）;3張雙折疊桌（5英尺×10英寸/2英尺3英寸/3英尺8英寸）構成。它們不僅可以用作投影儀的顯示器，還可以讓我們用干擦標記筆寫字。在這個房間里，秋季開始時進行了口語診斷評估（ODA）和在線寫作診斷評估（WDA）。此外，還會進行“口語能力改進訪談”（MOPI）。每個春季學期，大約有800名學生在兩周內通過實驗室參加模擬口語能力面試（SOPI）和在線寫作能力評估（WPA）的出場考試。

● 北卡羅來納州立大學可視化工作室智慧課堂技術案例

在北卡羅來納州立大學，教師和研究生可以使用一個可視化工作室，如下頁圖4所示，這是一個有12臺LCD投影儀（1024×768）的協作工作室，可以在四面墻上360度顯示內容，具有高質量的360度投影能力。1個USB端口的Windows服務器和4臺筆記本電腦（VGA或HDMI）連接作為資料來源。麥克馬納斯說：“Visualization Studio使豐富的知識展示和更互動的交流環境成為可能。在民族志研究方法課程中，它為學生帶來的創造潛力立即讓我震驚。”“除了學生的高質量和令人興奮的內容外，我喜歡學生的演講是包羅萬象的。學生們能夠有效地使用Viz Studio設計演示文稿，吸引了我們所有人的參與。”

NCSU圖書館的Josephine McRobbie（當時的圖書館研究員）和Markus Wust（數字研究與獎學金圖書館員）與學生合作開展了這些項目，幫助他們學習Visualization Studio工具并在此展示他們的工作。另外，通過使用環繞式投影來呈現現場記錄、視頻采訪、圖表和文本分析，學生擺脫了早期的困擾并接受了挑戰。

● 對我國智慧課堂技術應用的啟示

通過對斯坦福大學應用于課堂的實時數據收集技術和北卡羅來納州立大學的可視化技術的了解，我國智慧課堂技術的應用可以從中受到一些啟示。

首先，智慧課堂技術將傳統的以教師為主體的模式轉化為學生深入合作參與學習的模式。例如，將白板上的文字轉換為數字形式的軟件，鼓勵學習者成為內容的共同創造者，并在小組工作中實現更好的互動。其次，智慧課堂技術促進了新的、更生動的學習體驗，如那些可以使用AR和VR創建的學習體驗，以及那些能夠讓學生體驗到他們無法訪問的地方的學習體驗。最后，提高學生的認知和參與潛力進而促進學習。智慧課堂技術的缺點是對收集數據隱私的擔憂，如那些可以跟蹤學生參與課程或其他校園活動的技術，特別是如果這種跟蹤技術將使用情況與特定個人聯系起來，可能需要新的政策來管理這種數據使用。

通過促進學生更深入地參與學習，智慧課堂技術可以支持當前的學習設計趨勢，包括改進評估學生學習方式和學習內容的方式。同時，這些技術有能力將學生吸引到全新的、豐富生動的學習體驗中，如通過新一代技術（如3D可視化、360度視頻、虛擬現實和增強現實技術）實現的學習體驗。同時，這些技術將有助于提高學習空間互動的質量，包括加強不同地點學習者之間的聯系，擴大解決復雜問題的能力。

本項研究受到吉林省教育廳“十三五”社會科學研究規劃項目重點課題“基于數據挖掘的卓越教師能力結構與培訓研究”（課題號：JJKH20170931SK），東北師范大學教師教育研究基金重點課題“基于數據挖掘的教師專業發展成長軌跡研究”（課題號：JSJY20180104），東北師范大學交叉研究項目“基于教育數據科學的課堂學習測量與評價研究”（課題號：108-130026916），認知智能國家重點實驗室資助項目“基于教育數據科學的智慧課堂測量與評價研究”（課題號：iED2019-Z01）資助。