智慧教室建設與應用研究

張利峰 蘇忠 鄒凌君

摘要：智慧教室是由新一代信息技術融合而成的智能型學習空間，是現代教育技術的一個重要手段。基于智慧教室概念及S.M.A.R.T模型，論述了智慧教室建設的框架結構，分析了智慧教室系統組成和功能，闡述了智慧教室的教學應用及工作模式，為智慧教室建設提供借鑒。

關鍵詞：智慧教室;框架構成;系統功能;建設特性;工作模式

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）17-0168-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

在國家“面向現代化、面向世界、面向未來”方針的指引下，隨著“建構主義”等新型教學理論的出現，以及“人、大、網、云”（人工智能、大數據、物聯網、云計算）等新型技術的興起，傳統“黑板+投影”式的教學空間將逐漸被智能交互式的智慧教室所代替。智慧教室將承擔起讓信息化教學更加簡便、智能、高效的使命，對現代化教育事業的創新發展起到關鍵性作用[1]。

1 智慧教室的概念及模型

1.1智慧教室概念

智慧教室以PST框架（Pedagogy-Space-Technology “教學法—空間—技術”）為設計理念，將學習空間、信息技術與教育教學深度融合，支撐探究式教學、小班教學、混合式教學和翻轉課堂、遠程教學等多種新型教學模式的一種現代化教學手段[2]。

智慧教室對于培養學生自主學習、自我探索及自主創新能力具有極其重要的意義[3]。

1.2智慧教室的S.M.A.R.T概念模型

1）內容呈現（Showing）：即以視覺和聽覺兩種形式清晰呈現符合學習者認知特點、有助于增強理解的教學信息。

2）環境管理（Manageable）：能對教室里所有設備及環境，如監控、空調、燈光、溫度、濕度、二氧化碳濃度等實現網絡化智能化管控。

3）資源獲取（Accessible）：能方便獲取本地資源、網絡資源及云端資源。

4）及時交互（Real-timeinteractive）：能快速實現師生間設備的交互。

5） 情境感知（Testing）：包含對物理環境和教學過程的感知能力。

2 智慧教室框架

2.1智慧教室的總體框架

總體框架由大數據分析、集中管理平臺、智慧教學應用及智慧教學環境三大部分組成，簡單地來說就是由學習軟件+教學硬件+大數據分析+教學環境裝修組成，分別面向教學管理者、教師和學生提供智慧的教學服務。詳見圖1。

2.2智慧教室的網絡架構

網絡架構由三個層級組成，分別是教室層、網絡層、管理層，主要的教學管理和教學實踐都可以通過后端的集中管理平臺、教學資源平臺、學習平臺進行操作，詳見圖2。

3智慧教室系統構成與功能

1）智能教學系統：集傳統黑板、智能化教學系統、多點觸控、高清液晶顯示、功放、音箱等多項技術于一體。教師可以輕松方便地在黑板書寫、電子大屏及學生小屏間交互切換，完成板書、PPT演示、課堂提問等操作。學生可自主快速加入小組討論，進行畫面投屏、動態預覽、動態批注等應用，新穎的教學空間，不僅將知識形象生動地展示給學生，而且還能加深學生的學習印象，提高學習興趣。

2）精品錄播系統：支持對教師或學生跟蹤拍攝與錄制，每個拍攝畫面均為高清畫質，實現真正全高清錄制。支持對教師授課板書、學生疑難問答等教學場景的切換及電腦畫面、PPT等教學資源的調度。同時支持接入電腦信號進行錄制，并可對所攝錄的視頻進行在線或離線式編輯。

3）智慧考勤系統：系統基于深度學習算法，借助RFID、指紋識別、人臉識別等智能技術實現智慧考勤，自動生成考勤匯總報告。例如：應到人數、實到人數、出勤率統計分析等。

4）智慧學情分析系統：通過自動抓拍學生課堂行為，如站立、回頭、扭身等單一或組合動作，并自動生成報告，例如：舉手人數、低頭人數等。通過對課堂學生行為進行分析，了解學生的學習狀態，實現從單一到多元，從封閉到開放，助力學校個性化教學的發展。

5）智慧設備管控系統：集控管理平臺提供遠程管控、信息搜集、數據分析、數據監測、數據統計、故障報警等功能。通過大數據平臺，直觀地對多間教室信息設備的運行狀態進行檢測和分析，包括查看多媒體教學設備、錄播設備等信息設備，對設備的使用次數、使用時長、設備分布區域等多類數據進行可視化管理。

6）智慧溫濕度環境控制系統：根據環境的真實測量值和設置好的目標參數，自動調節空調或風扇運行，自動控制環境的溫濕度，確保教室內始終處于健康舒適的環境。

7）智慧空氣環境質量控制系統：主要由CO2智能感知模塊、 PM2.5/PM10智能感知模塊、智能柜式新風系統、環境智控終端等組成，系統全方位解決教室內環境的空氣質量諸多問題，保證教室內的空氣質量。

8）智慧護眼光環境控制系統：為全面加強防控青少年近視，提供智慧調光系統，系統會識別空間內光線變化，自動調節設備功率，確保系統運行在最佳狀態，保證師生在最健康的光環境中上課。

4智慧教室的應用

智慧教室在教學本地應用、教學互動應用、教學資源應用、教學管理應用等4個方面實現了傳統教學的提高及創新。詳見圖3。

5智慧教室典型工作模式

支持豐富智慧教學模式，連通多種終端，覆蓋線上、線下教學空間，貫穿課前、課中、課后全教學場景。

1）通用型：提供單雙屏，單雙投影版等多種版本，借助云平臺+多端設備，貫穿課堂內外教學，滿足大中小型智慧教室教學需求。

2）協作型：采用以小組為單位合作性學習教學環境方案，教學雙屏+小組側屏+App的學習環境，支持TBL/PBL教學方式。

3）分享型：提供計算機教室、實驗實訓室結合型教學場景，支持多屏互動、數據共享，教學雙屏/巨屏+小組側屏+PC環境。

4）遠程型：多校區遠程互動教學場景、跨地域、多終端同步課堂教學，能實現聲音畫面、文件資源的即時同步。

5）巨屏型：超寬超大小間距巨屏顯示，用智能小屏控巨屏的觸控操作。

6結束語

智慧教室的應用已經從中小學生向大學生、甚至碩士研究生拓展，并在教學本地應用、教學互動應用、教學資源應用、教學管理應用等多方面實現了傳統教學的提高及創新。為師生提供開放、自由的教學空間和信息化教學工具，從以教師為中心變為以學生為中心，實現教學方式創新與變革。對于智慧教室，各級各類學校要避免“為有而建”“為秀而建”的功利思想，而要從學科特點、生源情況、經費等實際情況出發，堅持“易、簡、融、合”原則實施建設，不僅要建好，更要管好、用好，真正讓智慧教室承擔起創新教育改革的作用[4]。

參考文獻：

[1] 謝火木，劉傳堯，劉李春.以課堂教學變革為導向的高校智慧教室建設[J].現代教育技術，2018，28（10）：76-80.

[2] 顏琳.大數據時代智慧教室系統構建[J].中國教育技術裝備，2018（8）：18-20.

[3] 胡沛然，沈宏興，王志香，等.基于智慧教室的全過程控制管理模式實證研究[J].實驗室研究與探索，2018，37（10）：283-286.

[4] 蘇忠，張利峰，孫曉玲.高校智慧教室構建設計與實踐[J].金陵科技學院學報，2020，36（2）：52-55.

【通聯編輯：光文玲】