智慧體育教學環境建設發展趨勢研究

高 嵩，黎力榕

(1.首都體育學院現代教育技術中心，北京 100191；2.廣西職業師范學院，廣西 南京 530007)

1 智慧教學環境建設的背景

2018年4月，教育信息化2.0行動計劃發布，提出“三全兩高一大”的發展目標，即“教學應用覆蓋全體教師、學習應用覆蓋全體適齡學生、數字校園建設覆蓋全體學校、信息化應用水平普遍提高、師生信息素養普遍提高、建成“互聯網+教育”大平臺”。2019年2月，中共中央、國務院印發《中國教育現代化2035》，提出了“八大基本理念、十大戰略任務，其中第八項任務就是加快教育的信息化變革”。這就對教育信息化提出了更高的要求，如何加快實現教學智能化、教育信息化是我們要認真思考的問題。

在傳統教室基礎上改進的多媒體教室、數字化教室等，極大的促進了現代化教學方法和教學手段的變革，但是還缺少統一規劃，建設部門各自為政，具備多個系統并存，無法對數據進行留存；課堂教學情況不透明，難以全面掌握課堂教學的問題；資源積累存在困難，由于資源建設主題為教師，資源無法集中；無法了解信息化教學整體水平；難以了解學校真實的教學質量。主要存在設備集成度不高、交互教學手段不足、教學資源體系分散、教室及設備維護管理困難等一系列問題；另外，現有的多媒體教學還不能從根本上改變傳統灌輸式教學形式，難以高效提高教學質量，并且與學校的教務、教室管理等方面的業務銜接不足，造成資金投入大、效能局限性多、業務統籌低效、日常管理和服務困難等一系列問題。特別是體育教學的特點沒有充分體現出來。信息技術的現代化必定沖擊教育理念和教育技術的現代化發展。綜觀當下的高校教學環境，計算機多媒體技術、錄像錄音技術、無線網絡技術、網上選課、評教、遠程授課等技術已廣泛應用于各大高校，但是這樣的智慧化程度是不夠的。

2 智慧教學環境的含義及特征

2.1 智慧教學環境的含義

智慧教學環境的解釋是：以大數據、云計算、互聯網+、虛擬與現實等多種現代化信息技術為手段，全面統籌數據、信息、知識以滿足教育信息化的需求，實現體育教學管理智慧化、教學活動智慧化，構建智慧的教學環境。

2.2 智慧教學環境的特征

智慧教學環境將現實教學環境和虛擬教學環境相融合，將信息技術與學科教學相融合，將線上學習與線下學習相結合，將校內學習與校外學習相結合。對體育教學過程實時記錄，掌握學生的情感感知、社會感知和位置感知，提升教學環境的全面性、適應性、可操作性。教學管理高效率；信息技術與教育教學深度融合；能夠應用現代化信息技術進行科學分析、評價；無處不在的開放按需學習；全球教學資源高度共享。

3 智慧教學環境在教學中的作用

現代化信息技術的巨大變革正迅速沖擊著教學環境的信息化和智慧化，體育教學模式也從傳統講授發展到翻轉教學和混合式教學。構建智慧化的教學環境有助于促進教學服務個性化、師生互動多元化、教學形式多樣化。在現代信息技術條件下，教師快樂地教，學生快樂地學，以便進一步豐富學生的知識儲備，為終身學習奠定良好的基礎。將智慧教育融入學科課堂，一方面滿足了學生的需要，另一方面也滿足了時代發展的需要。智慧化教學環境的建設目的就是使學生收獲最大化，提高學習的趣味度，更好地參與教學活動。將技術與物理空間很好的融合在一起，打造一種全新的教學空間、教學載體。智能信息技術包括人工智能、虛擬現實等智能技術和大數據、區塊鏈等信息技術，是促進智慧教育發展的關鍵力量。雖然現在我國在教育基礎設施和平臺建設方面取得一定進展，但是實現智慧教育總目標還有很長的路要走。智能信息技術的迅速發展有望破解當前智慧教育發展所面臨的問題。

4 體育院校智慧教學環境建設的發展趨勢

近年來，隨著物聯網、云計算、大數據等現代化信息技術的日趨成熟，在教育領域，教學環境的智慧化建設成為新的建設熱點。現如今分布在教室內的獨立業務系統越來越多，如：語音廣播、語音電話、教室借用、自習室預約、學生考勤、老師考勤、信息發布、資產管理等，這些業務系統都是單獨建設、單獨管理，導致用戶信息化建設的整體成本過高，同時也缺少一套綜合管理平臺進行統一管理，日常運維管理成本也過高。智慧課室通過管理平臺高效地解決了以上問題，通過智慧化管理平臺實現教學、考勤、資產多方面管理，減少用戶信息化建設整體成本。

4.1 教學空間智能化

按照4D教室的設計理念，可以將桌子、墻面設計成不同顏色，也可以將座位設計成不同顏色，體現體育院校學生活潑的特點，融入體育元素。將擴音系統、投屏系統、視頻矩陣系統、環境控制系統、集中管理控制系統、運維系統等多種系統應用于教學平臺，輔以智慧化桌椅和教室布局。以學生為中心、以小組為單位、以分享、討論為主體，培養學生主動學習的興趣和自我學習的能力，并在討論分享過程中培養學生批判性、邏輯性思維，團隊協作精神和創新型能力。

4.2 教學模式智慧化

利用互動教學平臺、無線投屏設備、無線話筒、交互屏、電子白板、投影儀、視頻記錄與播放設備、視頻互動設備等設備，實現交互式教學、體育教學資源積累、點播，以及體育教學過程中對學習過程的管理；教師的輔導貫穿于課前，課中，課后。保障了學生獲取指導的及時性，這種輔導可以是按照教學計劃進行，也可以按照實際每堂課程的內容進行，通過投票、討論、測試、辯論、PK等模式增強學生參與感，調動學生學習積極性。教學互動平臺可以實現課程的翻轉課堂教學，以教師和學生為中心點，以課前、課中、課后為主線，線上內容，課上互動、答疑，來為學生與學生之間、學生與老師之間提供一套交流互動的平臺。如：課前的知識預習，課中的小組討論、隨堂測驗、成果分享，課后的在線測試、問題交流、教學評價等，從而更大程度上保證學生學習的效果。

線上內容設置分為：資料學習、作業、考試、小組討論四個部分。

線下課堂：針對翻轉課堂，線下課堂學習提供明確的學習要求，讓短暫的課堂時間能夠得到有效充分利用。

移動客戶端：支持移動端使用。

任意投屏輸出：每個小組成員的電腦顯示內容或老師的顯示內容都可以同步輸出到主屏展示，老師也可以將某一小組的內容輸出到指定小組的顯示屏幕。

在智慧化管理、智慧化教學的教學環境下，學生的學習方式也應該是智慧化的。學生將更加直接、更加便捷、更加有效地接受知識。教師的教學內容更加精準的指向學生的內在訴求和外在需要，在集中學習和合作學習的傳統學習方式的基礎上，創新更加高效的學習形式。

混合式學習：提供便捷的線上和線下學習，將合作學習與線上學習相結合，使學習更便捷、更容易、更有效。

開放式學習：以任務為導向，通過多種教學互動形式來解決實際問題，獲取知識。

4.3 教學資源智慧化

基于云技術的虛擬桌面和充分利用虛擬化技術的教學資源平臺，徹底改變了教室應用和管理模式。學生、教師、管理員可以在任何地方，包括辦公室、宿舍、圖書館、教室、家里等，通過自身電腦、手機、PAD等登入公共電腦機房的桌面終端云，完成上機教學環境的準備或上課時未能完成的實驗及進行復習，在獲得桌面終端移動便捷的同時提高公共電腦機房使用率。

提升桌面系統安全：相對于傳統的PC，桌面終端云的操作系統可減少病毒入侵和攻擊。安裝程序簡單，容易操作。桌面終端也均可得到升級，降低系統風險；

4.4 教學技術智慧化

伴隨著技術的飛速革新，各種現代化信息技術逐步應用于教育領域。除已廣泛應用的計算機多媒體、投影幻燈、錄音錄像、網絡無線技術，電子白板、虛擬現實、分析技術、混合現實、人工智能等技術也逐步應用于現代教學。

數字化技術：自帶設備、翻轉課堂、位置智能、創客空間等。

學習技術：教學游戲、微學分、學習分析及適應性學習、微課、移動學習、大規模開放網絡課程、小眾私密在線課程、虛擬和運程實驗室技術等。

可視化技術：3D打印、地理信息系統/制圖、信息可視化、虛擬現實、增強現實和混合現實技術、立體現實和全息顯示技術等。

使能技術：情感計算、人工智能、機器學習、多跳網絡、移動寬帶、自然用戶界面、近場通訊、下一代電池、開放硬件、語音翻譯、虛擬助手、無線電源和分析技術等。

互聯網技術：區塊鏈技術、云計算、數字學術技術、物聯網、下一代學習管理系統等。

這些新技術的引入，無疑將促進信息化教育的發展，未來的教育將更多應用混合型學習設計，重設學習空間，日益注重測量學習、深度學習。

4.5 教學環境、資產管理數據化

通過本地/遠程網絡實現教室設備(如投影機、電子白板、電動幕布、交互屏、教師電腦、門鎖、燈光、風扇、空調、窗簾等)的自動控制；配合一卡通系統、學校教務系統，實現教室設備的智慧化管理和控制。智慧管理平臺將用戶所關心的數據非常直觀的呈現出來，包括當前教室使用情況，教室使用率、教室預約、教室借用、學生考勤、老師考勤、資產概況、設備告警、待辦事項等等，非常方便管理人員一目了然的判斷當前各系統、各功能模塊的運行狀態，同時可根據用戶的不同角色所關心的數據差異，首頁支持用戶自定義，只呈現用戶所關心的數據或根據用戶關心的數據來調整首頁各模塊數據的先后順序。

在教學管理過程中所產生的數據：學生考勤數據、教師考勤數據、設備使用數據、教室借用數據、自習室預約數據、設備故障數據、故障處理數據、教室使用率數據可以作為未來教學大數據分析的數據源進行積累。

(1)報表統計：管理平臺報表統計中心分為異常情況統計和使用情況統計。

(2)數據分析：教師根據不同的應用領域、研究問題，抽取所需的數據，開展學生學習分析，預測學生學習軌跡，推薦學習方法和學習資料。在教學過程中所產生的數據：學生學習知識進度數據、學生平時成績數據、學生回答問題數據、學生知識點掌握數據、錯題統計數據等可以作為未來教學大數據分析的數據源，為今后教學改革提供分析、決策的依據。

4.6 應用虛擬現實技術，實現特色教學環境

將VR、AR和MR技術引入到體育教學課堂中，讓學生獲得更真實的視、聽、觸、動等感覺的虛擬環境體驗。學生利用虛擬仿真系統學習各種知識和技能，甚至可以在虛擬世界里與過去和未來的事物接觸，在虛擬實驗室里完成各種各樣的實驗，構建深度互動的學習空間引導學生開展協作式、體驗式學習。利用虛擬現實系統開展教學互動，建立虛擬實驗室,給學生更便捷、更真實的體驗。在虛擬實驗室里,系統根據學生的生理特征和運動目的,為學生選擇最佳的活動項目，并提供運動方法、運動負荷的指導,如高山滑雪等高風險的運動項目，利用虛擬實驗室或教室進行教學和訓練，更有利于激發學生的運動積極性，做到科學高效運動。

4.7 校園環境智慧化

智慧化校園環境建設是十三五規劃信息化建設的重點工程，建設目的在于使用智能化的現代化信息技術打造一個智能化校園空間，舒適便捷的校園生活，隨時隨地可獲取的學習資源。

校園環境智能化建設將主要從智能化教室、智能化校園食堂、智能化校園超市、智能化圖書館、智能化體育館(田徑場)、智能化實驗室等幾個方面進行建設。智能化教室，將會顛覆學生以往對教室的認知，從步入教室的那一刻起就會感到明顯的不同，每節課教師不再需要繁瑣的點名，通過人臉識別系統或虹膜技術等高新識別技術將自動識別學生簽到，簽到結果也會自動傳到教師的終端。課室的布局也會完全不同，體現在桌椅的擺放及墻壁的顏色上，依據季節和氣溫，系統會自動調節教室內的溫濕度。課堂上數據分析技術將會根據大數據，依據每位學生的表情及上課表現，對學生的注意力、思維活躍程度、情緒等各種信息進行分析，便于教師及時了解每位學生的學習情況。

智慧化體育館里，各種體育器材設施都通過物聯網系統進行連接，學生只需一鍵就可了解每件器材的使用方法和注意事項。運動中會有系統對每位學生的生理指標和心理指標進行實時監控，提醒學生及時進行補水和休息等。體育館的智能化還體現在，體育館內的環境可以調節模式，例如：陰雨天模式、晴天模式、四季模式調節、高壓低壓模式、高氧低氧模式等。

5 智慧體育教學環境建設中應注意的問題

體育教學環境的建設，首先要結合體育教學特點，融入體育元素，以區別其他智慧教學環境。要遵循低成本、高效率、先進性、實用性的原則，統籌整體規劃、需求主導、資源整合、互聯互通、信息共享、標準統一等多種因素。既要確保系統先進性、可靠性、實用性和可維性；又要保障系統的可擴展性、可伸縮性和可控性，利用其可擴展設計，與現有教學資源、存儲系統、一卡通系統進行對接，實現信息的互聯共享。

使其與現有的或可能有的設備相兼容。如顯示設備就經歷了由投影-電子白板-一體機-納米一體黑板的進化過程，其他設備經過多年的技術進步也有不同的改進和升級，因此所選用的設備應具有很好的兼容性和擴展性。

信息技術的革新，推動體育教育的發展進步，改變了我們的教育制度、教學環境、管理模式和學習方式。但同時，教育的智慧化發展必須依據時代背景、政策方針、現實需求，因地制宜的開展教學環境智慧化建設。應根據學校的實際條件和現實需求，有計劃、有組織的落實教育信息化2.0行動計劃。要始終明確，體育教學環境智慧化建設不是一蹴而就的，我們始終在路上。

提升教師對智慧化教學環境的駕馭能力。教學環境智慧化建設過程中，勢必會將大數據、云計算、物聯網、虛擬現實等現代化信息技術引入教學環境當中。這對我們未來的教師和管理者提出了更高的要求，要對其進行技術指導和培訓，使其具備駕馭各種新教學手段的能力。

展望未來，我們要建設的教學環境應該是更加智能、更加智慧化的。隨著5G時代的來臨，給我們帶來啟發和教學環境建設的創新機會，今后的學習環境應不局限于教室、圖書館等實體空間，而會有更廣闊的基于互聯網，與大數據、云計算等技術進行融合的網絡學習空間。教師、學生、家長在網絡學習空間中，可按所需在獲得、分享各種教學資源之間都將更加的直接、便捷、高效，這種教學體驗也將是前所未有的。