智慧教室的核心支持技術探析

李慧敏

【摘 要】教室作為主要的學習空間，在智能信息時代必將發生新的變革，智慧教室便是適應這一時代的產物。本文對智慧教室中的核心支持技術：物聯網、大數據、云計算、泛在網絡、人工智能等進行探析，并說明其在智慧教室中的應用;旨在幫助教師厘清智慧教室的核心框架，提升智慧教室的有效利用，進一步提高教學效果。

【關鍵詞】智慧教室;物聯網;大數據;價值取向

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2020）06-078-04

信息時代的高速發展不斷革新著我們的學習時空，在教育信息化建設的進程中，智能信息技術的出現推動著智慧教室的建設。智慧教室所提供的新型“教”與“學”空間是智慧教學形態的基礎，是學習者智慧學習活動發生的重要場域。因此，厘清智慧教室的核心支持技術，有助于一線教師掌握智慧教室的基本構造，在教學實踐過程中對智慧教室充分利用，提升教學效果。

智慧教室的核心支持技術及其應用

物聯網、大數據、云計算、泛在網絡、人工智能等作為新一代信息技術，已經廣泛地應用于教育領域，當然，在智慧教室的建設過程中也離不開其支持。對智慧教室的核心支持技術進行分析，有助于實現利用技術重構教室、實驗室等學習環境，為智慧教育搭建起“智慧”的框架。

1.物聯網

物聯網是通過各種信息傳感設備使現實世界中各種物件互相連通而形成的網絡，使得所有物品都有數字化、網絡化標識，方便識別、管理與共享[1]。物聯網具有信息采集和物體連通兩個重要特征。信息采集目前主要通過傳感器技術來實現，使得物體具有數字化、網絡化的標識，從而被計算機識別、處理。而物體連通則通過嵌入式系統來實現，存在于物體內部的嵌入式系統對各物體呈現出的信息進行讀取、處理，再通過網絡進行信息通信，實現物體間的互聯。

通過物聯網使得教室中每個物品網絡化，實現現實教學與虛擬學習無縫連接，進而形成智慧學習環境。在這種環境下，人、物、計算機三者之間以及三者自身之間能實現相互高效的連通，以此來提升教育質量。智慧教室的出現，在一定程度上減輕了物理學習環境對教學造成的干擾，對教學過程中的突發事件能夠及時進行處理，使師生能夠將全部精力用于課堂之中。

周恩浩以物聯網技術為基礎，設計與實現高校智慧教室物聯網系統，該系統主要具備室內環境智能感知、室內燈光及門窗設備智能控制、室內空調或換氣扇智能控制、多媒體教學設備智能控制、學生出勤率統計分析等功能，實現物聯網技術應用同傳統教學資源的有機整合，創造最佳課堂環境，為教學效果的提升做出了顯著貢獻[2]。

2.大數據

大數據一般包括數據收集、數據存儲、數據分析三個部分，通過對各種錯綜復雜的數據進行分析、歸納、整理、挖掘等，為我們提供重要價值，主要表現為數據可視化和決策科學化兩個方面。智慧教室中勢必會產生海量的教育數據，這些數據如若不以簡單的形式呈現，數據的價值猶如大海撈針。數據可視化使得我們從繁雜的教育數據中發現隱藏其中的有價值信息變得輕松可能。決策科學化指大數據呈現的科學可靠的信息能成為支持教育決策的一個重要依據，而并非僅靠教師的教育經驗。大數據時代，為教育決策的科學化、現代化提供了保障和可能[3]。

吳南中等構建了基于大數據的智慧教室駕駛艙的集成應用模型（圖1），主要提供數據采集、數據處理和數據集中展現等功能，具有數據集成及可視化表達、支持教師依據數據優化教學過程等核心價值[4]。

3.云計算

云計算是“一種能夠將動態易擴展的虛擬化資源軟件和數據通過互聯網提供給用戶的計算方式”[5]。云計算讓用戶能夠輕松地使用軟硬件設施進行資源訪問，其在教育中保障了優質教育資源的共存與共享。智慧教室中的資源應當是多樣、共享的，這就需要我們通過云計算來構建一個海量共享的教育“資源云”。這個“資源云”具有更大的靈活性和共享性，確保每一種優質資源都可以在云平臺上保存與分享。這樣，不管對于教育者還是學習者而言，都可以輕松地獲取其他的優質教育資源，并能保存、分享自己的資源，教育“資源云”將從根本上消除“信息孤島”的現象。

例如，為促進我國優質教育資源的共建共享，國家為基礎教育構建了基于云計算技術的“國家教育資源公共服務平臺”。在該平臺上，教師、學生、家長、機構成員（教研員等）以及專家均可以上傳、分享自己的優質教育資源，并提供了小學、初中、高中三個學段的全部學科及其所用的各種版本教材的資源。資源的種類包括資源包、教學設計、教學課件、課堂實錄、素材、實驗、習題等，資源的類型包括文檔、圖片、音頻、視頻、動畫以及其他。通過將資源提供給每一位注冊的在線用戶使用，保障了教育資源的共享性。

4.泛在網絡

泛在網絡是一種由智能網絡、先進的計算技術以及其他領先的數字技術基礎設施武裝而成的技術社會形態[6-7]。智慧教室中的泛在網絡主要由智能終端、網絡層以及應用層三部分組成。智能終端是指將傳感器設備與相應的通訊設備進行融合而成的系統設備;網絡層一般包含各種有線、無線網絡傳輸技術，確保更廣泛、快速的網絡傳輸;應用層直面用戶，直指用戶的具體需要。泛在網絡是智慧教育系統全面連通、無縫訪問的基礎，用戶可以在電信網、移動網、互聯網、衛星網等多個網絡之間暢通無阻地享受高質量的網絡服務[8]。在這種情況下，智慧教室所提供的網絡連接將進一步延展智慧教室。學習者的學習不再受限于固定的時間、空間，而是按照自己的意愿選擇時間、地點、方式進行學習，有效地實現了個性化學習。當前社會信息化的程度逐步提高，學習者的時間逐漸碎片化，因此出現了一種個性化學習與泛在學習相結合的碎片化的學習方式，這種學習方式是學習者對時間、空間的充分利用，進而達到時時能學、處處可學。

5.人工智能

人工智能是當今各個領域的研究熱點，并得到了廣泛的應用。鐘義信認為人工智能是一門以探索和理解人類智慧奧秘為目標的學科，且盡可能將這種理解在機器上實現出來，從而創造具有一定智能水平的人工智能機器，幫助人類解決各種各樣的問題[9]。人工智能為智慧教室注入了鮮活的生命力，使得人機之間的交互更為輕松和諧。主要表現為以下三種形態：智能教學系統;智能評測系統;教育機器人。智能教學系統是人工智能在教育中的重要應用，是一種借助人工智能技術，讓計算機扮演教師角色實施個性化教學，向不同需求、不同特征的學習者傳授知識、提供指導的適應性教學系統[10]。智能評測系統通過利用人工智能得出客觀、科學、高效的評測結果，實時對教學進行診斷、導向、激勵，極大地減輕了學校與教師的負擔。此外，教育機器人越來越普遍地出現在學校教學中，它不僅能激發學生的學習興趣、幫助學生解決疑難問題，還能對學習過程進行數據記錄以輔助教師教學。

智慧教室的應用策略

1.技術的智慧與人的智慧相結合

教育是教育者與受教育者通過心靈的溝通與啟發，使受教育者發展認知、積累知識技能、培養情感態度價值觀的過程，而不僅僅是知識的傳遞。智慧教室起到的作用僅僅是幫助學習者更為順利地建構知識，提升學習效率，但對于與學習者心靈上的接觸卻無能為力。教育是以人為本，需要教育者與受教育者進行深入的情感交流，而這恰恰是人類特有的智慧。故而真正的“智慧”應當是人的智慧與技術的智慧相結合。智慧教室的優勢在于能替代教師完成復雜繁瑣的事務、提供豐富的資源等，而教師的優勢在于靈活運用技術、塑造學生的健全人格等。因此，智慧教室可以替代教師完成備課、作業布置、批改、測試等繁瑣的事務;而教師則可以將重心放在教學過程的探索、學生的人格發展等方面。在智慧教育中，技術的大量運用是一種必然的趨勢，我們要正確地把握這種趨勢，讓智慧技術成為教師的得力助手，進而發揮出人與技術的“群體智能”。

2.堅持以學習者為中心的基本點

不斷涌現的新型信息技術，從一定程度上來說減輕了教師的負擔，教師似乎也逐漸青睞這種智慧的幫手。但我們應該清醒地認識到，技術可以慢慢“青睞”但不能逐漸“依賴”，在技術上花費過多時間去推陳求新、盲目追求新穎的技術是萬萬不可的。以學習者為中心才是智慧教室的核心出發點，如何利用技術來支持“以學習者為中心”才是廣大教師應該傾心的。當前知識逐漸泛在化，學習者也越來越追求自身的個性化發展，傳統的班級授課制教育已經難以協調兩者的統一。國家對創新型人才的需求、教育資源不平衡的問題亟待解決，都表明了我們的教育要圍繞學習者展開，從而進行教學設計、環境創建、資源提供、學習評價與反饋等。智慧教室利用先進的信息技術，對學習者（初始水平、學習風格、心理特征等）進行分析，將豐富優質的教學資源以最符合當前學習者的形式呈現;在教學過程中根據智能監測進行動態教學、適時評價與反饋，從而達到個性化教學、精準化指導;在課后給學習者提供智能泛在的網絡環境，使學習者的學習呈現出泛在化、個性化。因此，在智慧教育的推進過程中，智慧教室是圍繞著學習者這根軸心而不斷運作的，學習者才是智慧教育的真正重心。

信息技術的不斷發展，勢必會催生一系列新的、先進的技術，智慧教室的核心支持技術將遠不止上述五種，作為教師，我們應該“集百家之所長”，綜合利用各種信息技術來為智慧教育提供支撐。同時，在智慧教室的使用過程中，作為教師應該時刻提醒自己，技術只是教育的輔助工具，學生才是教育的核心主體，切不可讓智慧教室下的教育異化為“技術體驗”的教育，而失去教育原有的本真。因此，智慧教室支持下的教師自我專業發展與提升、智慧教室支持下的教學法應是我們進一步努力的方向。

參考文獻

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[2]周恩浩. 高校智慧教室物聯網系統設計與實現[J]. 現代電子技術，2018，41（2）： 30-33.

[3]范國睿. 努力構建科學民主的教育決策理論與實踐模式[N]. 中國社會科學報，2014-03-28（B02）.

[4]吳南中，夏海鷹，黃治虎. 基于大數據的智慧教室駕駛艙的設計與實踐—— 以重慶廣播電視大學為例[J]. 現代教育技術，2020，30（3）： 101-107.

[5]Cloud computing[OL].http：∥en.wikipedia.org / wiki / Cloud-computing.

[6]VInternational Telecommunication Union.Ubiquitous net-work societies： the case of Japan[OL].http： ∥ www.itu.int / osg / spu / ni /ubiquitous / Papers / UNSJpan Case Study.pdf.

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[8]楊現民，余勝泉. 智慧教育體系架構與關鍵支撐技術[J]. 中國電化教育，2015（1）： 77-84，130.

[9]鐘義信. 人工智能：“熱鬧”背后的“門道”[J]. 科技導報，2016，34（7）： 14-19.

[10]智勇. 分布式學習環境中的智能授導系統研究[D]. 南京： 南京師范大學，2004.