高校智慧教室的建設現狀和應用策略研究

王健 姚遠

摘 ?要： 近年來，智慧教育在世界各國如火如荼地發展，智慧教室作為智慧教育發展的基礎，其建設與應用得到了廣大學者的關注。本文匯總了國內外部分高校智慧教育發展的現狀和策略，調查了國內“211”院校智慧教室的建設情況和智慧教室的類型，分析了當前在校大學生的認知特點和行為特征，綜合了遺傳學、人類學、心理學和社會學等智慧提升的決定性因素，結合智慧教育的自我導向、激勵、自適應、豐富的資源和技術融入學習等特征，提出了高校智慧教室的應用策略。

關鍵詞： 高等學校;智慧教室;應用策略

中圖分類號： TP391.7 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.06.054

本文著錄格式：王健，姚遠. 高校智慧教室的建設現狀和應用策略研究[J]. 軟件，2020，41（06）：261266

【Abstract】： In recent years， smart education has developed in full swing in countries all over the world. As the foundation of smart education development， smart classroom has attracted the attention of many scholars for its construction and application. This paper summarizes the status quo and strategy of the development of smart education in some universities at home and abroad， investigates the construction of smart classrooms in domestic “211” colleges and the types of smart classrooms， and analyzes the cognitive characteristics and behavioral characteristics of current college students. The decisive factors of intelligence enhancement such as genetics， anthropology， psychology and sociology， combined with the self-direction， motivation， self-adaptation， rich resources and technology integration of learning in wisdom education， put forward the application strategy of college smart classrooms.

【Key words】： Higher education; Smart classroom; Application strategy

0 ?引言

進入21世紀以來，在新一代信息技術的推動下，世界上多個國家和地區已將智慧教育作為其未來教育發展的重大戰略。智慧是教育永恒的追求，智慧發展是當代教育變革的一種基本價值走向。學校是學習的主要場所和主渠道，本科教育是大學的根和本，人才培養是大學的本質職能。智慧教育是面向未來的教育，在知識爆炸、信息如潮的時代需要新型的思維方式和思維體系，不斷發展的智能化信息技術豐富和變革了教學環境和學習環境，通過智能化手段推動人才培養模式的改革，推動著智慧教育內涵的不斷豐富發展。

1 ?國內外智慧教育的發展現狀

1.1 ?國外智慧教育的發展現狀

2010年11月，美國發布了《改變美國教育：技術增強的學習——美國國家教育技術計劃2010》的重要文件，這份文件期望通過對教育信息化的革新，重構美國的學校，重構教育中的基礎建設，最終從衡量“在座位上的學習時間”轉移到衡量“學習效率”，從而實現真正意義上的教育革命[1]。美國麻省理工學院提出了技術支持的自主學習智能教室;2012年，IBM從教育機構的科學研究、學生學習和教育管理方面，提出了智慧教育框架，即優秀的研究存儲解決方案、優秀的學生體驗解決方案和機構管理的優化解決方案[2];美國教師備課采用合作式和討論式方式，彼此分享教學經驗，促進學習和教學能力;哈佛大學嘗試將案例討論法、協作學習融入智慧教學實踐之中;美國俄亥俄州立大學將互動課堂教學模式引用到教學實踐中，主要有啟發式互動、參與式互動、討論式互動和探究式互動等四種形式，促進學生的有效學習[3]。

2011年，英國埃塞克斯大學James Dooley帶領他的團隊開始智慧教育環境的建設，學生主導的主動學習模式得到高度關注;CATS劍橋學院深明教學、科技和空間三者相輔相承的重要關系，打造出正面的學習環境，教室氣氛休閑，空間靈活，注重小組合作和學習，學生圍繞桌子、遠程視頻或者白板即可進行討論，刺激學生思考、對話和合作，大大增進學習的范圍和效率;德國的慕尼黑應用科技大學通過“未來課堂”項目解決實體空間對教學和學生學習質量的影響，達成由被動學習到主動學習的轉變，學生最大的變化是他們成為創造者，學校的課程將實際的、親身的工作經驗融入到學生教育的過程中，堅信知識的獲取是通過學生積極參與課堂，而不是傳統的被動地接受授課[4]。

韓國于2011年全面地實施智慧教育計劃，以信息化帶動多元互動創新，提出自適應教學框架，由教學內容、學生學習數據、預測模型、儀表盤、自適應動力機制和教學干預動力機制六個要素構成，提倡的智慧教育在于教育環境的開放、教學內容的開源和師生的互動自主[5];日本東京大學設計和實踐了自主學習室;新加坡的智慧教育項目“未來學校”開發了大量的教學工具和應用系統，并在自然科學學習中使用探究式學習方法，提供一個延伸至課堂以外的以學習者為中心的交互式學習環境[6]。

1.2 ?國內智慧教育的發展現狀

香港高校的智慧教育發展較早，香港中文大學充分利用敏捷網絡、移動互聯和云計算等技術，打造出高效、便捷、舒適和智能的智慧校園;臺灣網奕資訊科技集團推出經濟型、互動型、旗艦型與專業型四種類型的智慧教室[7];從2012年開始，寧波市、上海市和江蘇省就開始進行智慧教育建設，集中在信息化層面的環境設施、系統平臺、數字資源和智慧校園等“硬件”建設。浙江大學率先探索智慧學習環境和智慧校園的建設，已經形成了眾多的智慧應用;北京師范大學智慧學習研究院探索智慧學習理論和智慧教學模式，打造支持終身學習的智慧學習環境和平臺，以切實支持數字一代學習者多樣性、個性化和差異化的學習[8];西安交通大學以大數據驅動，針對不同的學生個體進行個性化定制的微觀定位與精準指導，建立智能化的教育教學質量實時監測平臺，構筑了以教學質量為中心的人才培養體系，保障教學關鍵環節可控可管。

我國智慧教育研究主題涵蓋智慧教育基本理論、智慧學習環境研究、智慧教育體系架構與技術支撐研究、智慧教育實踐應用研究、智慧教育發展戰略與路徑研究等五大方面，未來研究的趨勢是拓寬研究視角，注重設計、開發、應用、管理和評價的多方位研究;轉變研究范式，由“影響”轉向“建構”;注重從理論向實踐的轉變，做到政府、社會和學校的協同共建[9]。

楊現民博士從生態學的視角，將智慧教育的核心特征概括為：信息技術與學科教學深度融合、全球教育資源無縫整合共享、無處不在的開放按需學習、綠色高效的教育管理、基于大數據的科學分析與評價[10]。

2 ?高校智慧教室的建設現狀和當代大學生的認知特點

教育部《關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養能力的意見》指出，圍繞激發學生學習興趣和潛能深化教學改革，推動課堂教學革命。隨著手機和Pad等智能移動終端的普及，寬帶和無線網絡支持功能的強大，MOOC、視頻公開課和智慧圖書館等線上資源的空前豐富，優質教育、個性化學習和終身學習已成為信息時代教育發展的重要特征，時代提供給大學生更多的自主學習和個性化學習的機會。

2.1 ?重點高校智慧教室的建設情況

智慧教室是一種能優化教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂即時深度互動的新型教室[11]。“985”院校是教育改革的領頭羊，在人才培養質量、管理機制改革、環境隊伍建設等方面均具有引領和示范作用。基于“985”和“211”院校官網發布的數據進行匯總，發現39所“985”院校100%完成智慧教室的建設，112所“211”院校中有108所院校完成智慧教室的建設，占96.4%，說明重點高校智慧教室的環境建設已趨于普及。

2.2 ?高校智慧教室建設的類型

高校的智慧教室大概分為四種類型，即研討型智慧教室、遠程互動智慧教室、智能錄播教室和功能型智慧教室。研討型智慧教室是一種利于學生分組討論和成果展示的智慧教室，多數重點高校均已完成此類智慧教室的建設，以學生為中心，注重學生的獨立思考和全過程參與的學習;遠程互動智慧教室是突破時空界限的可進行校區、校際和國際間遠程實時音視頻互動教學的智慧教室，以上海交通大學為代表的學生能夠與巴黎高科等世界名校的學生同上一課，還可以和遠在西藏、寧夏等地的學子能夠共享上海交大的第二專業課程。浙江大學和華中師范大學在教學中實現了與千里之外的其他課堂進行音視頻和電腦信號的實時交互，邀請課堂外的專家通過網絡接入課堂，豐富了課堂教學;智能錄播教室具有自動化錄制、直播、點播、自動跟蹤和自動上傳存貯等多功能，滿足精品視頻公開課、精品課程、遠程教育的視頻制作和重要會議、學術報告等錄制任務;功能型智慧教室具有較強的學科特性，旨在促進專業技能的實訓課程的教學效果。西安交通大學的適應于物理光學、電磁學、力學教學的功能化智慧教室，配備有演示實驗臺和自助演示柜，用于課堂教學演示實驗的展示和學生課間的自由操作，攝像頭將演示過程實時投影到幕布上，任何位置的學生都可以清晰地看到實驗過程。

2.3 ?當代大學生的認知特點和行為特征

本科階段是學生世界觀、人生觀、價值觀和歷史思維、辯證思維形成的最關鍵階段，也是學生知識架構、基礎能力形成的重要階段。“零零后”開始成為大學新生的主角，其個體以獨生子女為主，他們是伴隨著網絡和手機等數字技術成長起來的一代，具備不同以往的起點能力、學習風格、學習動機以及對網絡環境的適應性。在起點能力方面，擁有更加良好的物質條件與教育氛圍，從小興趣廣泛，信息來源多元，視野更加開闊，更容易接受和學習文化的多樣性，有屬于自己的理想，更具有自由精神和開放思想，更加深層次的受到外來文化的影響，呈現多元的文化認同和創造力，綜合素質較高，學習創新力強，但是相對自我，缺少團隊精神，心理承受和抗壓能力不足[12];在學習風格方面，自信張揚，思維活躍，思想較有主見，學習能力和對新鮮事物的接受能力較強，但社會閱歷和生活閱歷不深，導致其對復雜問題的看法簡單且片面，辨識能力較弱;在學習動機方面，關注社會發展和人才需求，具備一定的學習動機，但多年的應試教育使得他們交流能力和主動性較弱，競爭思維使得他們缺乏合作意識，日漸喪失相互聯系的關系紐帶;對智能信息技術、移動終端等構成的網絡環境的適應性較強，善于進行網絡交流和線上學習，但注意力較容易分散，持久性較弱，“手機控”“低頭族”“刷屏族”在人群中蔓延，宅男宅女日漸增多。

3 ?大學生智慧提升的決定性因素

智慧是一種運用知識、經驗、理解、常識和洞見進行思考和行動的能力。智慧是一類獨特的知識，它所蘊含的智能遠遠高于一般性的知識;智慧是一種高級思維能力，代表著思維發展的最高層次，是每個學者都夢寐以求渴望達到的高度。

3.1 ?遺傳學因素

智力是遺傳和環境相互作用的結果。遺傳為人的發展提供必要的生物前提和發展的潛在可能性，遺傳并不能決定人的發展水平和智慧的水平。良好的遺傳素質是智力發展的基礎和自然條件。據英國《簡明不列顛百科全書·智力商數》詞條載：根據調查結果，約70-80%智力差異源于遺傳基因，20-30%的智力差異系受到不同的環境影響所致。從遺傳素質到智慧才能的轉化，要經過一個復雜的發展過程。要使智力發展的可能性變成現實性，還需要社會、家庭與學校教育等多方面的共同作用。必要的遺傳素質并不能從根本上決定一個人的發展，遺傳素質上的差異也不能決定一個人后天成就的大小。在遺傳和環境對智力的作用上，遺傳決定了智力發展的上限，這個上限只有在一種理想的適時環境下才能達到;而遺傳所決定的上限越高，環境的作用就越大。

3.2 ?人類學因素

人類學是從生物和文化的角度對人類進行全面研究的學科群，研究人類的生物性和文化性，追溯人類今日特質的源頭與演變，強調對脈絡的深度檢視、跨文化比較，以及對研究區域的長期、經驗上的深入了解。情商主要反映一個人感受、理解、運用、表達、控制和調節自己情感的能力，以及處理自己與他人之間的情感關系的能力。情感常常走在理智的前面，它是非理性的，影響著認識和實踐活動的能力，它通過影響人的興趣、意志、毅力，加強或弱化認識事物的驅動力。情商由自我意識、控制情緒、自我激勵、認知他人情緒和處理相互關系這五種特征組成，人與人之間的情商并無明顯的先天差別。情商可以通過全面系統的課程培養改變并且提高，使人能更充分地發揮智商的作用和效果。情商形成于嬰幼兒時期，成型于兒童和青少年階段，它主要是在后天的人際互動中培養起來的。

3.3 ?心理學因素

德國心理學家艾賓浩斯提出的記憶遺忘曲線描述了人類大腦對新事物的遺忘規律，這條曲線告訴人們在學習中的遺忘是有規律的，遺忘的進程很快，并且先快后慢。遺忘就是我們對于曾經記憶過的東西不能再認起來，也不能回憶起來，或者是錯誤的再認和錯誤的回憶。記憶力是智慧的倉庫，大腦對于事物信息的編碼和存儲是通過記憶來實現的。掌握并利用記憶的遺忘規律，及時的復習、強化學習和系統性學習，不僅可以提升記憶能力，還促進智慧的生成和提升。學習不應是單調、呆板、沒有生機的，而是積極的、充滿激情的、有需要的。學習動機是培養和激發個體內在需要的主要途徑，是主動學習和生成智慧的動力。馬斯洛的需要層次理論表明，要激發學習熱情、學習興趣和學習需要，就要滿足學生基本的生理、安全、歸屬和愛、尊重的需要。

3.4 ?社會學因素

社會學是一門利用經驗考察與批判分析來研究人類社會結構與活動的學科，它研究的重心是在現代社會中的各種生活實態，或當代社會如何形成演進以至今日的過程，不但注重描述現況，也不忽略社會變遷。社會學是最貼近塵世的一門實踐智慧，每個人都是被社會所建構的，包括偏好、性格、知識結構和語言。后天教化對于自我的構成起了更大的作用，亦即社會的經歷與互動形塑了我們的行動與觀念。人的智力發展的速度是不均衡的，早期階段獲得的經驗越多，智力發展得就越迅速，不少人把學齡前稱為智力發展的一個關鍵期。美國布魯姆提出了一個重要假設，把5歲前視為智力發展最迅速的時期，如果17歲的智力水平為100%，那么從出生到4歲就獲得50%的智力，其余30%是4-7歲獲得的，另外20%是8-17歲獲得的。人的智力是人在認識和改造客觀世界的實踐中逐漸發展起來的。智慧是不同領域知識的融會，不同層次知識的貫通。社會實踐不僅是學習知識的重要途徑，也是智力發展的重要基礎。

4 ?高校智慧教室的應用策略

現代人學習的知識越來越多，可是智慧離他們的頭腦卻越來越遠，這是因為低效果學習層次上的重復不會帶來量變到質變。據美國國家訓練實驗室研究發現，學習效果在30%以下的正是最常使用的聽講、閱讀、聽與看、示范和展示，都屬于被動學習;而學習效果在50%以上的小組討論、實訓演練、轉教別人和立即應用，則是主動學習。高校建立智慧教室的目的是促進學生的主動學習，充分調動他們的大腦，使學習變得主動而有目的，讓散落的、混沌的信息得到有邏輯的組織，并且及時發現漏洞進行填補，而打比方、舉例子、形象化的方法又迫使我們思考知識的本質，加強知識間的聯系，加強知識和實際的聯系。

4.1 ?改進服務策略，完善智慧教育環境，提升注意力和關注度

從遺傳學因素來看，大學生的智力已經成型，大學教育的重點應在培養學生深層次學習習慣和深度思維能力，提高課堂的出勤率和抬頭率。信息時代，智慧的提升需要合適的環境將技術融入學習之中。優秀的智慧教育環境，應該可以適應教育政策與目標的調整，動態地準備服務內容并調整服務方式[13]。學習者可以將更多的注意力、記憶、動機等投入到更為復雜的、更需智慧的學習任務中，環境帶來的額外負擔將被化解，使學習者可以更能專心于批判性思維、創造力、協作能力、平衡能力以及問題解決能力的發展[14]。學習始于專注，創造一個舒適、自然、方便的學習空間，營造出最有利于學生心理和行為的氛圍，幫助學生實現知識的情境化，增加真實的學習體驗，從而不斷激發學生的創新能力;各種類型智慧教室的相互獨立性增加了操作的難度，高校需要設置敏捷技術團隊，配備足夠的支持人員，保障信息化教學的有序開展，減輕教師的技術應用負擔，從而快速創造和利用變革獲得競爭優勢;教師要為小班討論創建良好的學術互動環境，學校應創造條件配備必要的助教，負責學生的分組討論和網上作業，提升學生對課程內容的關注度。學校管理者應依據課程教學特點、資源豐富程度、教師把控能力、學生人數素質和智慧教室功能進行優化評估，在充分保障研究性、討論性和互動性專業主干課程的基礎上，合理地安排相關課程，鼓勵教師去嘗試，實現學校建設投入實用價值的最大化。

4.2 ?改變教學策略，高效互動和深度體驗，促進心智和品質提升

成功的教學所需要的不是強制，而是激發學生的興趣，使學生保持學習的欲望和熱情。智慧化教學應以學生的分析性、創造性、實踐性智慧作為主體發展目標，將認知、情感、文化和行為相統整[15]，喚起學生的注意力，給學生表達觀點和展示自我的機會，進行深層次交流，促進學生對知識的理解與內化，以增強其發現問題、深層次思考問題和解決問題的能力，培養其發散性思維和批判性思維[16]。教育是人的教育，教育在知識教學中要注重個人知識的建構，不用強迫學生去學習，而要啟發學生自覺地學習。教師應該做一個喚醒者，使受教育者成為一個內在性覺醒的識知主體，使學生學會思考和質疑，靈活、正確、迅速地啟發學習者理解事物、解決問題、做出決策與判斷，以幫助學習者儲備知識和發展心智，引導自主探究和深度學習，拓寬學生的知識領域;教師要培養學生的想象力，要讓學生的大腦保持活躍，引導建立一種能夠容納分歧、錯誤、新奇事物的無形學習環境，注重從知識到經驗、從分析到體驗，精心設計和應用有效的教學策略，如頭腦風暴、設計思維和逆向思維等;教師要引導學生表達，尤其是那種涉及自己體驗或想象的表達，采用充分合作式和討論式方式，激發學生的學習熱情和內在動力，深度思考并積極參與討論，提高學生參與感和專注程度，深刻對問題的認識，實現個人知識的顯性化。

4.3 ?開放教學資源策略，擴展大學生的全球視野和創新思維

通過對學習者認知特點、學習風格和學習過程等動態分析，系統能夠自動推送與學習者自身以及當前學習情境相匹配的資源和工具，促進其對創造挑戰的認識，提升創造力的流暢性和靈活性[17]。高校應通過多種途徑實現全球優質教育資源的無縫整合與無障礙流通，使學生可以隨意獲取任何適合自己的教育資源，實現個性化學習。媒體中心必須配備專業的技術人員、支持個性化學習的環境和24小時教育資源及技術服務，整合信息技術和教學資源，支持線上學習與線下指導的混合設計。培養和提高智慧需要從兩方面入手：一是了解關于思維的知識和方法，開拓頭腦思維的視野和層次;二是學習他人的智慧思想，豐富自己的智慧儲備和修養。教育的效用取向追求的是發展學生的實踐智慧，能力來自于個人知識的建構性累積與實踐性運用。教育的效用追求必須實現教育對個人的效用與對社會的效用的統合，教育的效用追求與個人知識的實踐特征的最佳結合點，就在于如何實現自由的個人與秩序的社會的和諧。大學生缺乏獨立生活和正式工作經驗，教師應鼓勵學生多與社會上本領域的專家學者交往與溝通，了解社會實際需求，直達學術的前沿，以利于學生社會技能和創造能力的發展。

4.4 ?調整自主學習策略，有目的地規劃和設計獨特的學習路徑

智慧能讓人擁有更高的生活滿意度、較少的消極情緒、更好的人際關系和更少的抑郁情緒，甚至其帶來的幸福感有助于長壽。如果撇開各種學習阻礙，學習動機愈高的學習者參與學習的時間愈多，他們會從任何渠道取得學習機會。學習是學習主體“自己的”事、“自己的”行為，是任何人不能代替、不可替代的。對于學習者而言，就是通過發現、發掘，培養自己的智慧，發展并完善自我，形成屬于個人的智慧脈絡與智慧品質，從而更好地面對生活、貢獻自我。在現今社會中，有越來越多的事物讓學生分心，要引導他們專注、投入課堂，變得越來越難。興趣是最好的導師，注意力是先決條件。靈活的座位安排更利于學生注意力的集中，教師應引導和支持學生進行主動學習，能夠課外主動進行廣泛閱讀和自主深入探究，激勵學生主動地交流、實踐和反思，與他人一起解決問題，促進學生邏輯思維能力的發展。人們和朋友在一起時更有智慧，更能考慮全局，思考其它觀點，認識到自己知識的局限性。這需要人們在短期和長期時不同的階段目標、優先事項和自我評價都仔細推敲，就可能變得更有智慧，即使這樣做很復雜，也不應該阻止人們去嘗試。雖然不能一下子大徹大悟，但卻可能變得有智慧一些。

4.5 ?創建激勵學生的評價策略，促進不同領域知識的融會貫通

大學是學生步入社會前提高自身素質、增長知識技能的重要階段。大學生現在所處的教育環境更加優越，但不能使學生安于現狀，放縱其所為，要從能夠面對未來各種挑戰的角度對學生進行評價和干預。要達到領會、理解程度的，教師可選用啟發講導法、質疑法和探索法等;要達到分析、綜合、應用程度的，教師則應選用類似比較法、系統討論法、講評法和練習法等。教師要尊重學生的個性和特征，運用激勵性的語言激發學生的學習熱情，真正關注學生的興趣和主動參與，善于用肯定的言語進行動態性評價，使學生樂于在人際交往中完善自己。要使學生學會適應，要主動適應，而不是被動適應;適應生活，適應學習，適應環境。允許并鼓勵學生根據自己的素質和興趣發展自己的特長;允許學生有選擇學習內容、學習方式、學習方法的權利，按照全面發展與特長發展的要求，教師對學生的偏科傾向科學引導，并鼓勵學生發展自己的優勢和特長。教師要另辟蹊徑、獨樹一幟，不輕易否定學生的探索精神和創造力，使其鍛煉人際溝通、注重團隊合作、提升思維品質、注重效率收獲并解決實際的問題，能夠平衡短期與長期、個人與他人的利益，同時考慮所有的選擇，以適應目前的情況，并試圖制造或尋找新的局面。

技術的變化和全球化改變了學習者的性質和他們所處的世界，學習將超越大學的圍墻，高校要把質量當作推動大學不斷前行、不斷超越的內生動力，不僅要從技術的角度來實現教室的智慧性，還要從教與學的角度實現促進學習的智慧。智慧教室的有效應用要以現代認知科學、腦科學、學習科學、生理學和教育科學為依據，結合智慧教育的自我導向、激勵、自適應、豐富的資源和技術融入學習等特征，從學習策略、評價策略、教學策略、資源策略和服務策略方面逐步完善，實現基于學生心智的科學分析與評價，將智能化技術和智慧化教學深度融合，結合持續高效的教學服務管理，充分考慮和尊重大學生的特征，創新教學模式和學習模式，激發學習者的主動性和創新意識，最終提升學習者的智慧。

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