演示型與互動型智慧教室建設研究
——以深圳大學為例

潘柏丞，戴 勁

(深圳大學信息中心，深圳 518000)

1 智慧教室的功能及分類

智慧教室是借助物聯網、云計算和人工智能等技術構建起來的新型教室，旨在為教學活動提供人性化、智能化的互動空間，在互動學習空間實現人與環境的自然交互，促進個性化學習、開放式學習和泛在學習。智慧教室可以實現以下功能：(1)為教師探索新型教學模式(分組研討)、開展新型教學活動(跨區授課)提供技術手段；(2)為教師細致掌握學生的學習情況和學習效果提供技術手段；(3)為教師逐步實現因材施教提供技術手段；(4)為學生分組研討互動、促進師生互動提供智慧環境；(5)為學生自由分享、即時討論、泛在學習提供智慧環境；(6)為學生課程復習、研討過程回看提供智慧環境。

在信息技術日益革新的大環境下，深圳大學依托互聯網、云計算、大數據、人工智能、物聯網等新興信息技術不斷探索教學環境、教學方式、教學技術的新可能。智慧教室主要有五大類別，分別是演示型智慧教室、互動型智慧教室、錄播型智慧教室、語言型智慧教室和特殊型智慧教室，如圖1所示。

圖1 深圳大學智慧教室分類Fig.1 Classification of intelligent classroom in Shenzhen University

2 多媒體教室

多媒體教室是基礎教育、中職教育、高等教育及社會培訓機構最常使用的教室類型，如圖2所示。傳統的多媒體教室一般配置一臺或兩臺投影設備、一塊黑板(白板)、一臺電腦、一套擴音設備，通過一臺中央控制系統將多媒體教室內的設備整體連接在一起，可實現一鍵開機等操作。目前，多媒體教室的發展遇到了瓶頸：教師的書寫空間一直約束在黑板(白板)空間；顯示設備只布置在講臺，座位位置靠后的學生觀看演示內容會有一定的困難；擴音設備也集中在講臺，教師講課、學生匯報交流等互動擴音需求需要不斷傳遞麥克風或在教室內來回走動，影響了教學效果。為了解決傳統多媒體教室存在的問題，結合教學實際情況，深圳大學智慧教室應運而生。

圖2 傳統多媒體教室Fig.2 Traditional multimedia classroom

3 智慧教室

現階段，深圳大學智慧教室主要建設有演示型和互動型兩種類型，可以理解為高校多媒體教室的升級，但又區別于傳統多媒體教室的理念，如圖3所示。

圖3 智慧教室實景Fig.3 Scenery of intelligent classroom

3.1 演示型智慧教室

演示型智慧教室充分考慮深圳大學的實際教學情境，因地制宜，解決現有多媒體教室存在的問題。第一步需要解決的就是書寫空間的問題。傳統黑板(白板)的安裝不可能全面占用墻體面積，深圳大學常規教室配置的是7 m×1.2 m的白板，書寫空間也限于此，同時配置投影幕布，更加縮減墻面空間。在多年教學活動中，出現過多起教師由于講課太過投入就直接用白板筆在投影幕布上書寫而導致投影幕布損壞的情況。而在演示型智慧教室中引進了新的書寫媒介——納米墻，它的優勢在于：(1)由于是墻面涂料，能最大限度擴展書寫空間面積(滿墻涂裝)，理論上墻面有多大，書寫面積就有多大；(2)投影機能直接投射到納米墻上，空間多維度應用，同一塊區域既能書寫，也能作為投影幕布，不影響書寫面積，有效避免了在投影幕布上書寫導致幕布損壞的情況。第二步需要解決教室的擴音問題。在拾音與擴音技術沒有應用到教學活動中之前，任課教師只能通過提高自己說話的音量來進行授課，教師們也想了很多解決方法，用腰掛式喇叭、擴音喇叭等輔助設備減小自身發出的音量，但學生覺得聽到的擴大后教師的聲音顯得有些失真，影響了上課效果。

隨著教育技術學科的興起，讓教育技術有了更多的研究交流平臺，越來越多的人加入到教學環境的研究中來，他們所要面對和解決的首要問題就是拾音與擴音技術在教學中的應用。經過多年研究和實踐，帶有中央處理器和功放、麥克風、掛墻式擴音音箱的拾音與擴音系統被廣泛應用到教學活動中來。教師通過麥克風拾取自己的聲音，通過音頻中央處理器、功率放大器等設備將聲音擴大，教師講得輕松，學生也可以聽到悅耳無失真的教師講課聲音。顯示系統方面優先采用傳統的投影儀投影到納米墻上，以滿足教學展示需求。根據具體的教室空間構造，可采用雙投影系統，或在教室中間添加顯示器，以滿足不同教室的觀影要求。

3.2 互動型智慧教室

互動型智慧教室是在演示型智慧教室的基礎上添加師生互動功能，學生在進入教室后可通過教學互動設備在課中將自己的終端設備(電腦、IPAD、手機等)和教師同學分享的信息都傳輸到教室顯示系統(PPT、視頻、圖片)和擴音系統中進行展示，達到師生互動的效果。

互動型智慧教室分為分組討論教室、遠程互動教室兩種類型。如果把演示型智慧教室定義成傳統多媒體教室的升級版，那么互動型智慧教室就是一種全新的教室布局模式，授課模式也會因為互動型智慧教室的出現而發生變化，打破傳統教室格局，形成便于師生交流、促進教學互動的新課堂。互動型智慧教室的建設優先考慮的是教室課桌椅的布局問題，傳統多媒體教室的課桌椅擺放主要考慮的是空間利用最大化，以解決學生多而教室少的問題，見圖4所示。

圖4 傳統教室布局Fig.4 Traditional classroom distribution

隨著深圳大學的不斷發展，逐步建設了新的教學樓，解決了教室緊缺的問題，也為智慧教室的建設創造了可行的硬件基礎。互動型智慧教室建設主要考慮的是如何通過新的教室布局來滿足教師和學生、學生和學生之間的互動需求，為教室內的交互學習提供更方便的平臺。在互動型智慧教室中，通過教室內的課桌椅將教室內的學生分成若干組，每組有固定的分組課桌，用于以學生為主體的混合型課程教學場景，如圖5所示。

圖5 互動型智慧教室的布局Fig.5 Interactive intelligent classroom distribution

小組團隊教學空間為小組成員提供開展思維碰撞和頭腦風暴的支撐環境，側重于小組成員在課中的交流、討論和探究，適合需要深入研討和開展項目小組合作教學的醫科類專業核心課程、創新創業類課程。互動型智慧教室作為開放預約型教室，可供學生進行經驗分享、案例分析點評交流和問題研討，也適合教師與學生進行合作，以解決問題為導向探討一個課題，滿足教師授課、學生學習及分享學習成果等需求。

遠程互動型教室是在分組討論教室的基礎上添加網絡遠程音視頻傳播交互功能，它能滿足在不同的教室間不同的師生通過遠程互動系統實現同一時間不同地點、相同內容的學習需求，可以是相鄰的兩間教室，或者是同一棟教學樓的兩間及以上教室，甚至是兩個不同校區間的教室都能實現同時上課，還能滿足遠程教學、遠程互動、常規授課、學術報告、學術演講等教學需求，具備智能管理、操作簡單、方便維護等特點。要想實現這個功能，離不開學校高速網絡的支持和流媒體技術的配合。