智慧教室系統構建的探索和實踐

摘要：本文研究了職業院校發展智慧教室的背景、需求分析、設計原則、建設內容和實施成果，展示了智慧教室的搭建方法，體現了智慧教室對于課堂教學的強大助推作用。

關鍵詞：智慧校園；智慧教育；深度學習；教學模式；管理運維

一、引言

近年來，隨著數字技術的飛速發展與教育信息化的全面推進，包括中國在內的世界各國均在大力推動前沿IT技術與教室環境的深度融合，旨在通過打造創新型教室環境來提高教學質效。以往的多媒體教室已經開始向數字化、智能化為代表的智慧教室發展，具體表現為交互性強、網絡化、數字化、智能化程度高等。可以說，智慧教室是傳統教室與前沿信息技術融合的必然趨勢，也是既有多媒體教室和網絡教室升級和提升的必然方向。

二、背景

教育部《教育信息化十年發展規劃（2011-2020 年）》中闡明，要把建設智能化教學環境置于首要位置，著力探索現代信息技術與教育的全面深度融合，以信息化促進教育理念與教育模式的創新，從而充分發揮教育信息化在教育改革和發展中的支撐與引領作用。

教室環境必須能夠為各類課程的教授提供強有力的支撐。在教育信息化加速推進的今天，教室環境已成為教育領域信息化技術發揮作用的“主場”，對教室環境信息化建設的重點在于：建成一種“能夠推動課堂交流互動、能促使教學內容鮮活顯現、方便得到所需要的學習資源、高度現代化的教室”，智慧教室的此三項功能，既是教室環境未來的發展方向，也將成為網絡教室和多媒體教室的“升級”目標。

三、智慧教室需求分析

隨著教育信息化的不斷推進，在各類先進教學模式的影響下，拓展現有教室的內涵和外延，進而推出“智慧課堂”尤為重要。推進智慧教室項目需從下述幾個方面著手。

第一，課堂智能交互。充分利用最新智能教學設備，推動課堂教學持續創新，使得教學互動過程更為便利、形式更加生動；充分利用大數據技術，幫助教師隨時了解學生在課堂上的學習狀態、對學習內容的理解與掌握情況等，以便教師根據實際情況，針對性地調整教學策略與教學目標。

第二，運用物聯網技術建成集設備管理、環境調適、課程拍攝、智慧教學及遠程控制于一體的智慧教室。只有集以上功能于一體，同時符合基于數據的教室、高效教學的教室、個性化學習的教室、合作探究的教室、動態開放的教室等多種特點的教室，才是真正的智慧教室。

第三，教學質量化。隨著信息技術的不斷發展和教育領域信息化水平的不斷提高，教育方法、教學模式也隨之不斷改變。從教學模式上看，教學已經從傳統的從教師到學生的單向度知識灌輸，向教師與學生教與學的雙向互動模式轉變，從教學目標上來看，教學已經從單純的知識講授向綜合的素質培養轉型。深入推進教與學的雙向互動，是提高教學質量和教學水平的重要舉措。簽到、課堂測驗、問答等傳統教學方式，早已不適應現代化教學的需求。目前，云計算、大數據、人工智能等信息技術方興未艾，在其加持下，智慧課堂所帶來的全新的教育模式和教學手段，可以有效地解決教學過程中出現的各類問題。智慧教室系統集教學、考勤、互動、遠程控制、視頻拍攝于一體，可以極大增強老師和學生之間的互動，有效提升學生學習的積極性和主動性，進而提升課堂教學效率與教學質量。

第四，教育資源優化配置。課程錄制技術的快速發展，將推進校級乃至區域間的優質教學資源共享。通過實現教學視頻的大規模共享、存儲、管理，滿足慕課等多種教育應用的需要。

第五，課程錄制自動化。教育信息化要求對教師課堂教學過程進行全程、全方位的錄制。如果以傳統方式對全體教師的全部教學過程進行拍攝，需要學校投入大量人力、物力、財力，且無法保證時效性。這就要求智慧課堂具備自動化錄制課程并智能發布的功能。

第六，課程錄制專業化。在課程的錄制方面，需采用具備智能錄制和跟蹤能力的全自動錄播系統，通過多臺專業攝像機進行多機位拍攝，采集教師授課的全過程、多角度高清畫面。以高清畫面素材為基礎，結合非線性編輯系統，能夠高效制作教學視頻。

智慧教室的建設過程中需要綜合考慮上述原則，方可做到統一規劃，分步實施。

四、智慧教室系統設計原則

在對教學進行深入了解的基礎上，筆者對智慧教室的信息化系統進行了設計。從系統軟件的使用特點、設備的維護需要、人員的專業化水平等方面出發，重點突出應用的可擴展性、技術的先進性、系統運行的穩定性、框架的靈活性等，同時兼顧系統操作和系統維護便利性。

（一）可靠性原則

系統所選用的設備均需經過嚴格的測試，并擁有國家相關部門的資質認證，具備長時間平穩工作的能力。系統關鍵部件要充分考慮冗余，并將容錯能力和應變能力一并考慮進去，才可以防止誤操作、電磁干擾等對錄制過程造成破壞。

（二）穩定性原則

為確保智慧課堂系統的穩定性，操作端使用定制式平板。同時，在教室內安裝企業級無線AP，提供可靠穩定的網絡使用能力，以保證教室中的教學系統穩定安全運行。

（三）經濟性原則

在確保穩定性的基礎上，系統有較高的性價比，能夠減少運維費用及投資總額。

（四）靈活性原則

系統在設計中采用模塊化結構，可為后續靈活有效地配置提供更大的便利，從而滿足學校教育信息化建設的實際需要。

（五）實用性原則

設計符合國際國內相關標準規范，根據教學活動的應用場景以及教師的使用偏好，對軟件系統進行了精心設計，采用多種設計語言，軟件界面友好，軟件操作簡單易懂。

（六）標準化原則

系統符合國際國內相關標準和技術規范，可與第三方平臺實現對接。

（七）兼容性原則

智慧課堂系統兼容性較強，可與多套在用信息系統如數字化校園、統一身份認證、教務系統等實現對接。系統具有較好的兼容性，學生既能使用多端口瀏覽器觀看教學視頻，也可使用移動設在App中開展網絡課程學習。另外，錄播系統可以支持多種視頻格式，能滿足當前和未來的需求。

五、系統建設內容

智慧教室是數字教室的必由之路，具有重要的使用價值。依托智慧教室深入開展課堂教學互動，可以打破傳統教學的“滿堂灌”模式。同時，基于物聯網、大數據、人工智能等新興信息技術所打造的新型智慧教學系統，是教育信息化的重要組成部分。

本方案分為智慧課堂系統、智慧教室互動黑板、智慧組合型桌椅、精品錄播系統、非編工作站、智能中控系統、課堂直播互動系統等部分，筆者將分述如下：

（一）智慧課堂系統

智慧課堂系統可以做到貫穿支持教學全流程，即包括課前、課中、課后、課外等各環節，通過全終端應用支持，課上，學生可以通過電腦、平板、手機等終端與教師連結并實現深度的課堂互動；課后及課外，學生可以利用各類終端學習及查找資料，同時，可與學校現有各類信息系統靈活對接，互聯互通。智慧課堂系統依托學校的信息技術架構，可為學校的教學模式創新提供個性化且安全穩定的技術服務。智慧課堂系統主要包括以下特點：深度課堂互動，可以實現教與學的全面互動；移動端學習，突破時空限制，實現教室與教室外學習場景的無縫對接；顛覆傳統教學模式，致力于提高學生對于知識的領悟應用能力、開展自主思考的能力、對新生事物進行探索和學習的能力；滿足各種需求的定制服務；大數據挖掘分析，依托系統所采集的課堂數據，進行相關分析，幫助教師制定有針對性的教學方案；個人學習空間用以滿足進階式教學；無線多屏互動技術，對于權限進行合理分配，實現跨平臺多點交互功能。

（二）智慧教室互動黑板

智慧教室互動黑板將傳統的黑板和現代多媒體設備進行了完美結合，其面積與普通黑板大小相當。通過互動黑板，使用者既可以用粉筆進行有痕書寫，也可以像電子白板一樣用手操控書寫。另外，智慧教室互動黑板擁有互聯書寫功能，既可實現內容共創，還可以對板書過程和內容進行智能化存儲。智慧教室互動黑板是實現智慧互動教學和板書過程個性化、人性化屏顯的理想之選。

（三）智慧組合型桌椅

智慧組合桌椅需要滿足以下條件：教室內的桌椅設計需要符合人體工程學原理；能夠配合平板、筆記本電腦等多種終端的教學，并方便各種強電和弱電線路的穿插；可以進行多樣化的組合；桌椅樣式可根據專業特色及教室實際需求，進行多樣式搭配方式等等。

（四）精品錄播子系統

建立精品錄播系統，可以滿足數字校園建設中教室、會議室、直播室、演播室等不同應用場景的錄播需求。操作簡單易學，符合Windows系統使用者的操作習慣；具備添加片頭片尾、轉場特技、字幕等功能，能夠實現同步輸出視頻；具備專業級畫面質量，能夠滿足精品課程、優質課程的錄制需求；具備專業級導播切換策略，可在無人工干預的情況下，實現教學過程的全程、多機位、多角度錄制；具有雙碼流錄制功能，實現高碼流歸檔、低碼流在線發布。

（五）非線性編輯系統

建立專業非線性編輯機房，可滿足對于授課視頻等視頻資源進行專業級剪輯和制作的需求。

（六）智能中控系統

智能中控系統可實現教室內的環境、照明、觸控一體機的使用、教學信息發布等與教學環境保障設備之間的聯動，并可為各類教學活動提供良好的展示平臺，從而對教育教學、教務管理、學生管理提供強有力的支撐。

（七）課堂直播互動系統

課堂直播互動系統擁有強大的集成功能，使用導播控制臺，可以將多路視頻、聊天文字和文檔內容等混合疊加輸出；同時還可支持多樣化的信號直播，全面還原課堂教學過程，從而支持實現學校與學校之間、教室與教室之間的課堂直播與互動，還可以實現遠程授課等功能。

六、項目實施

綜上所述，智慧教室項目的實施，能夠拉近教與學的距離，實現教與學相互推動與共同提升，推動學生對課堂教學的深入參與，具備較強的推廣價值。

參考文獻

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項目基金：本文系2022年度高校哲學社會科學研究一般項目高職院校“智慧校園”建設模式研究（項目批準號：2022SJYB1707）研究成果；2020年度江蘇省現代教育技術智慧校園專項智慧教育的教學大數據體系構建與應用研究（項目批準號：2020-R-84284）研究成果。

沈鴻（1979.12-），女，蘇州大學碩士，研究方向：軟件工程。