智慧教室功能建構及其建設思考

張金榮 葉叢如

摘? 要 根據智慧教室建設現狀，分析梳理智慧教學的內涵與特征，闡述智慧教室建設需求。在此基礎上，對智慧教室功能進行架構，并闡明各個功能系統的建設要求，給出智慧教室建設的幾點思考與建議。

關鍵詞 智慧教學;智慧教室;教學設備;翻轉課堂;微課

中圖分類號：G434? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）09-0044-03

1 前言

重構智慧教學空間，培養具有創新意識、協作能力以及信息素養的綜合型人才是新時代的要求，也是高校的教育目標。目前各高校結合教學改革和試點，已經建設部分智慧教室，并且取得一定的成效，但許多高校仍處于研究探索和試點階段，更多是從技術角度構建智慧教室，注重技術環境層面較多，對其教育層面如何創新應用考慮還不夠，因而導致智慧教室應用效果不理想。

2 智慧教室設計理念

多媒體教學設備繁多，功能種類多樣，硬件設備的堆砌并沒有讓現代技術與教學真正結合起來，傳統智慧教室浮于表面，難以常態化應用。如果教學設備沒有被高效便捷地利用起來，反而會加重教學與管理的負擔。

根據國家教育信息化建設和發展思路，充分考慮教學需求，以探索課堂教學改革為重點，以多媒體改革為基礎，針對以教為中心的傳統教室和保守封閉的教學環境，重構教室環境，創建適合學生學習和教師教學的新型教室環境，是一種必然趨勢。而以互動性、多樣化、常態化、輕資產為核心的智慧教室方案，融合了教師的教學方法、現代教育技術、空間環境設計這三大要素，形成新的主動學習生態系統。

智慧教學可以概括為以滿足學習者的學習需要、激發學習者的創新潛能為目標，以現代先進教育理念為指導，依托新一代信息技術所構建的智能化教學手段和環境，運用豐富便捷的教學資源和靈活適用的教學方法而開展的個性化、交互化、協同化的教與學活動[1]。智慧教學是對傳統教育的革新和超越，其核心是對教與學環境和教與學模式進行創新變革，以建構主義學習理論為依據，利用云計算、物聯網、大數據、移動互聯、虛擬現實、人工智能等新一代技術，重構課堂教學流程結構，先學后教，以學定教。智慧教學以學生為中心，以小組為單位，以分享、討論為主體，把課堂還給學生，培養學生主動學習的興趣和自我學習、終生學習的能力，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能力[2]。

智慧教學必須基于物聯網、云計算、大數據、移動通信等新一代信息技術，實現實體課堂教學和網上課程的翻轉課堂、課堂互動、分組教學、教學資源共享等涉及課前、課中、課后的教學過程數字化，構建一種新型教學模式;通過對松散數據的聚集、處理、挖掘、分析，改進教學行為，形成智慧教學生態圈;通過管理和服務流程優化與再造，提升高校管理效率和決策水平。

3 智慧教室建設需求

智慧教室是智慧教學的主要場所，必須以先進的理念支撐正確建設和規劃智慧教室。智慧教室環境構建一方面要改善學校課堂環境和軟硬件設施;另一方面要引入云計算、物聯網、大數據、移動互聯、虛擬現實、人工智能等新技術，實現學習方式和教育模式的變革和創新，構建一個從設備到數據全面打通，從教學活動到數據評價全面融合的整體框架。智慧教室環境架構必須滿足以下需求：

1）智慧教室環境建設一體化，為互動課堂提供智能環境控制，根據教師的需求對課堂內的光、電、聲、溫度進行自動調節;

2）集成化教學設備，能融合、連接和管理構成智慧教室的各種設備;

3）創新教學空間，將教學的空間從單一的教室外延到樓梯間、走廊等多種空間，從設計、座椅、Wi-Fi等多個角度搭建多元學習空間;

4）信息化教學環境，構建能支持大班授課、小班研討和跨區域互動的信息化互動環境;

5）互動化教學活動，為課堂的教學活動提供互動，并將互動的全部數據無感知地記錄;

6）一體化教學系統，為各種數據、互動提供承載的平臺，提供給教師、學生可以隨時訪問和使用的管理系統和學習空間;

7）數據化教學評價，通過留存的多樣本、形成性的大數據，結合機器學習，讓教學效果的評價更加實時、全面、客觀。

4 智慧教室功能架構

智慧教室包括物理環境和虛擬環境兩部分。物理環境即指實體的教室空間及其信息化的教學設備設施等，是實體課堂教學的基礎。但僅依托物理環境無法開展智慧教學，還必須有相配套的虛擬環境。虛擬環境指虛擬教室空間，是實體教室的延伸與拓展，師生在此環境下可開展各種形式的在線教學，實現交流互動，開展基于數據分析的教學反饋與評價。虛擬環境依托物理環境進行架構，兩者融為一體，教學活動在實體和虛擬環境中交互進行，既可以將課堂向前后延伸至課前、課后，又可以將線下與線上教學相結合，便于各種教學模式的實施與創新，真正實現教學的交互性和個性化。

智慧教室包含物理環境和虛擬環境，兩者結合才能發揮智慧教室的功用。一些高校在進行智慧教室建設時只注重物理環境的建設，對虛擬環境系統建設考慮得不多，導致智慧教室發揮不出應有的教學效果，這是智慧教室建設中必須注意的問題。

5 智慧教室功能設計

智能感知? 采用紅外線和超聲波感應器，人進燈亮、人走燈滅;運用光照感應器，根據不同光照調節室內燈光設備;運用PM2.5感應器實時監測教室內環境質量，與教務系統課表對接，設備自動響應。

學生簽到? 學生進入教室，只需將自己所帶筆記本電腦或其他移動設備連接教室內無線網絡，成功投屏之后，即可使用對應分組的無線按鍵面板進行簽到，名字會出現在簽到列表上。

互動教學? 學生需發言或分享時，通過無線按鍵面板按下對應自己所在位置按鍵，教師給予學生投影權利，同時可以對學生發出的內容進行批注、講解。

分組討論? 學生自由分組，共同討論協作，討論內容無線投屏;分組討論完畢，分享作品。

教學資源支撐和應用系統? 將慕課、微課、多媒體課件等信息化課程資源和應用平臺相結合，形成功能多樣的教學資源;教師可以輕松實現翻轉課堂、在線教育等現代化教學模式，激發學生的學習興趣。支持課堂教學精品錄播、常態化錄播、督導巡課、直播和點播等功能。

課堂行為分析? 利用人臉識別技術與豐富的學生行為數據，可以分析出每堂課中每位學生的課堂專注度，分析出班級的專注度指數，運用這些數據進行統計、對比和學情智能分析。

學情分析? 通過過程性評價數據的累計，教師可以關注班級、學生的學情，如答題得分率、活動參與度及課堂表現，查看學生的進退步情況、知識薄弱點，便于對學生進行更科學的綜合評價。

教室大數據分析? 提供教室使用情況統計、學生考勤統計、課堂互動統計、師生成果統計等。多維度的數據采集，助力高校教學與管理建設。

環境智能集控? 支持對教室安防監控和管理，支持對教室環境及其設備（如溫度、亮度、空調、窗簾、燈光等）進行智能管控。

可視化的設備管理? 支持設備可視化管理、聯動管理，第一時間了解故障點，實時后臺幫助，保障教學環境正常穩定。

智能云盤系統? 設計教室云盤系統，內置移動硬盤，建立局域網云盤空間，課堂的授課講義、授課語音等都可以保存到云盤中，方便學生課后下載復習。

電子班牌系統? 支持教室預約及門禁系統進行聯動，顯示當前教室預約信息及將要上課的信息[3]。

6 智慧教室建設的幾點思考

立足學校教改需求，試點先行? 隨著信息技術與教育教學的深度融合，智慧教學已成為教學改革的風向標。由于智慧教學主要在智慧教室進行，因此，智慧教室的建設與應用已成為當前高校教學環境改革與教學模式創新應用研究的重要課題。對于智慧教室建設，目前沒有統一的行業標準，不同的設備廠商對智慧教室的理解也不盡相同。因此，高校應從學校教學改革實際需求出發，先建設少量的智慧教室進行試點探索，取得經驗后，再把試點的經驗和做法推廣開來。

根據教學現狀，逐步分類實施? 根據高校教學現狀，對智慧教室進行分類，有講授型智慧教室、探究型智慧教室、討論協作型智慧教室等，每一類智慧教室從功能到系統配置都不盡相同。但是，目前高校以課堂教學為主，且課堂教學多為大班化教學，小班化的討論協作教學雖在一些課程教學中應用，但涉及面不廣。而目前智慧教室建設以小班化的討論協作教學為主要模式，課桌椅可靈活移動，便于課堂討論協作。對大班化以講授為主的課堂教學如何開展智慧教學探索研究不多，如何用新一代信息技術提升大班講授教學的效率與質量，是智慧教學研究的重中之重[4]。

設備操控簡單易學，不增加學習的時間成本? 目前，許多智慧教育產品在設計階段并未設身處地地為教學參與者著想，常常會陷入過度開發的狀態，導致教師和學生使用不便;在還未給師生帶來課堂互動效率提高之前，反而增加了師生的學習成本，最終導致產品難以常態化使用。所以智慧教室的建構必須從實際應用出發，方便用戶操作，提高系統自動化管理能力，以便于師生使用。

進一步加強智慧教學應用研究和培訓工作? 傳統的教學模式幾乎一成不變，都是以教師為中心，以授課為主體，學生被動接受，忽略了學生的個性，不利于培養學生自我學習、獨立思考、團隊協作等方面的能力。而高校是人才培養的基地，為了更好地完成人才培養的目標，改革教學模式，提升教學質量，實現個性化人才培養，教師對智慧教學的研究和學習是大勢所趨。

學校大力推動，做好頂層設計? 構建智慧教室，還需要學校大力引領和推動，成立校級的智慧教室建設領導小組，結合學校各級使用者的需求，反復論證演繹、修改方案，最后確定適用于本校智慧教學的頂層設計方案。同時，智慧教學使教師的角色發生轉變，教師從知識的傳授者轉變為學生學習活動的設計者和指導者，這就需要教師積極探索和研究智慧教學。

7 結語

本文闡述了智能教室的建設需求，對智慧教室的功能進行了架構和設計，并對智慧教室的建設進行了系統思考，以期為高校智慧教室的研究、建設、應用提供一定參考。

參考文獻

[1]鐘曉流，宋述強，胡敏，等.第四次教育革命視域中的智慧教育生態構建[J].遠程教育雜志，2015（4）：34-40.

[2]何克抗.智慧教室+課堂教學結構變革：實現教育信息化宏偉目標的根本途徑[J].教育研究，2015（11）：76-81.

[3]楊宗凱.從信息化視角展望未來教育[J].電化教育研究，2017（6）：5-8.

[4]孫曙輝，劉邦奇.基于動態學習數據分析的智慧課堂模式[J].中國教育信息化：基礎教育，2015（11）：21-24.