廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 朱 靖

學(xué)習(xí)環(huán)境主要體現(xiàn)在對(duì)促進(jìn)學(xué)生發(fā)展提供的相關(guān)條件，也是學(xué)習(xí)行為發(fā)生的載體。教室為學(xué)生學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)所，直接對(duì)學(xué)習(xí)效率產(chǎn)生影響。近年來，我國結(jié)合教育信息化要求積極推動(dòng)信息技術(shù)與教學(xué)的結(jié)合，打造智慧學(xué)習(xí)支持環(huán)境，尤其是在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展下，有關(guān)智慧學(xué)習(xí)空間、智慧課堂、未來教室、智慧教室的研究和實(shí)踐開始增多，并成為相關(guān)課題研究的熱點(diǎn)。我國的智慧教室整體發(fā)展勢(shì)頭良好，但當(dāng)前的智慧教室存在建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不同、軟件系統(tǒng)使用煩瑣、硬件環(huán)境構(gòu)建復(fù)雜、設(shè)備兼容性不高、容易出現(xiàn)故障等問題，影響了智慧教室作用的發(fā)揮，與此同時(shí)我國的智慧教室主要面向中小學(xué)，存在測(cè)試對(duì)象有局限性的問題，在高校應(yīng)用智慧教室還有很大的空間，以下進(jìn)行相關(guān)分析。

一、智慧教室“三位一體”模型構(gòu)建

（一）物理空間

對(duì)智慧教室來說，這是較為固定的場(chǎng)所，不過信息化時(shí)代下的智慧教室打破了場(chǎng)所的限制，是配備了軟件與硬件的空間綜合體，相關(guān)硬件與軟件也是管理教學(xué)環(huán)境和感知情境的基礎(chǔ)。比如，在特定的環(huán)境下通過傳感器對(duì)光線、溫度與聲音進(jìn)行調(diào)解；通過錄像設(shè)備掌握學(xué)生位置、操作、姿勢(shì)、情感等方面的數(shù)據(jù)；借助手持設(shè)備掌握交互學(xué)習(xí)過程，分析學(xué)習(xí)結(jié)果，進(jìn)而跟蹤學(xué)習(xí)過程。

（二）資源空間

在云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)下，現(xiàn)代教育資源的共享更加便利，對(duì)智慧教室來說，主要是應(yīng)用了云端資源空間。對(duì)資源內(nèi)容來說，也不再局限于習(xí)題與課件，而是打造了自主學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)與個(gè)性化學(xué)習(xí)的空間，在配套設(shè)備下實(shí)現(xiàn)多樣化的學(xué)習(xí)。比如，呈現(xiàn)資源的過程中實(shí)現(xiàn)了跨平臺(tái)的共享，做到了按照學(xué)習(xí)需求進(jìn)行分配，還支持資源的互動(dòng)與再生成，如在提供個(gè)性化資源時(shí)做到閉環(huán)，之后結(jié)合學(xué)生的資源使用與學(xué)習(xí)情況合理刪減資源，進(jìn)而保證資源利用率，打破傳統(tǒng)的資源形式。

（三）社區(qū)空間

教室不僅是開展教學(xué)的場(chǎng)所，還是培養(yǎng)互動(dòng)能力的社會(huì)場(chǎng)所，相較于傳統(tǒng)的多媒體教室，智慧教室的交互性與靈活度更大，是一種互動(dòng)性強(qiáng)的學(xué)習(xí)空間。在互聯(lián)網(wǎng)與學(xué)習(xí)支持服務(wù)下，教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生、師生與機(jī)器之間都可以在現(xiàn)實(shí)與虛擬的環(huán)境下互動(dòng)。與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)打破了傳統(tǒng)教師在空間上的限制，進(jìn)而建立了跨地區(qū)、跨學(xué)校的學(xué)習(xí)社群。智慧教室的社區(qū)空間包括了虛擬空間和實(shí)體空間，在二者的結(jié)合下教師、學(xué)生與學(xué)生家庭通過移動(dòng)終端連接起來，建立較為和諧的教育環(huán)境，如當(dāng)學(xué)生提出問題后，教師選擇現(xiàn)場(chǎng)輔導(dǎo)或者在線答疑，學(xué)生可以選擇求助教師、人機(jī)交互或者求助專家解答。

二、智慧教室模型構(gòu)建

（一）物理設(shè)施層

在智慧教室中，物理設(shè)施層為基礎(chǔ)部分，包括教室基礎(chǔ)設(shè)施、多媒體教學(xué)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)與感應(yīng)設(shè)施。其中，教室基礎(chǔ)設(shè)施主要指物理空間、燈光照明、供電配電、通風(fēng)空調(diào)、桌椅。多媒體教學(xué)設(shè)施又包括了電子白板、智能錄播系統(tǒng)、視頻會(huì)議系統(tǒng)、后臺(tái)監(jiān)控管理系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)與感應(yīng)設(shè)施中網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、服務(wù)器、感應(yīng)穿戴設(shè)備、終端顯示設(shè)備發(fā)揮出了巨大作用。物理設(shè)施層中的以上設(shè)施應(yīng)用期間需要分析教學(xué)特點(diǎn)與學(xué)科要求，進(jìn)而為教學(xué)工作開展?fàn)I造合理的軟件與硬件環(huán)境。

（二）資源服務(wù)層

在智慧教室中，資源服務(wù)層為核心部分，即StarC云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)不同的軟件與接口集成貫通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教育云端、管理端、教師端、學(xué)生端的連接，建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境的智慧信息平臺(tái)。其中，智慧課堂教學(xué)平臺(tái)工具配備、教學(xué)數(shù)據(jù)采集、學(xué)科資源制作、教室智慧環(huán)境管理第三方應(yīng)用支持與服務(wù)為主要功能。

（三）交互應(yīng)用層

在智慧教室中，交互應(yīng)用層為特色部分，也就是在無線網(wǎng)絡(luò)的支持下實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備、工具、環(huán)境流暢、高效的互動(dòng)，包括提供教學(xué)、科研在內(nèi)的多元化教學(xué)平臺(tái)，其貫穿于師生、家庭在交互網(wǎng)絡(luò)，如教學(xué)群、學(xué)習(xí)群、學(xué)校群。智慧教室模型中基本包括了智慧教室教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)記錄、資源管理、環(huán)境管理等功能與相關(guān)內(nèi)容，并且每個(gè)子功能板塊中又可以和具體的教學(xué)需求組合。

三、高校智慧教室的實(shí)踐

近年來，華中師范大學(xué)積極推進(jìn)教學(xué)與教育的結(jié)合，為全校師生提供技術(shù)先進(jìn)、功能全面、操作便捷的現(xiàn)代化智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在人才培養(yǎng)過程中的轉(zhuǎn)變，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：其一，在教學(xué)理念上，倡導(dǎo)以教學(xué)為主轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)相長(zhǎng)。其二，在辦學(xué)思路上，主張由專業(yè)教育轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)教育結(jié)合通識(shí)教育。其三，在教學(xué)方法上，主張由課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上與線下結(jié)合、課內(nèi)與課外結(jié)合。其四，在教學(xué)評(píng)價(jià)上，從結(jié)果評(píng)價(jià)為主轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程評(píng)價(jià)結(jié)合結(jié)果評(píng)價(jià)。現(xiàn)將華中師范大學(xué)南湖教學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合樓作為試點(diǎn)進(jìn)行分析。

（一）建設(shè)理念

其一，云端一體化?；赟tarC云平臺(tái)，連接教師、學(xué)生、管理等端口，并且收集了海量教學(xué)資源、學(xué)科輔助工具、在線學(xué)習(xí)社區(qū)與第三方服務(wù)，在線課堂內(nèi)容在云端實(shí)現(xiàn)上傳。其二，互動(dòng)多樣化。借助學(xué)生平板電腦、數(shù)字討論版等智能設(shè)備滿足語音、視頻、文字信息等內(nèi)容，滿足教師與學(xué)生、學(xué)生之間、師生與機(jī)器之間直接互動(dòng)與遠(yuǎn)程交互。其三，模式多元化。在這一模式下教師為學(xué)生提供了多種教學(xué)模式，比如，任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂，還包括混合式教學(xué)模式。其四，行為可視化。借助智能錄播系統(tǒng)與傳感設(shè)備掌握教學(xué)期間學(xué)生的各項(xiàng)行為數(shù)據(jù)，之后云端系統(tǒng)進(jìn)行分析，得到教學(xué)智能診斷分析報(bào)告，為學(xué)生帶來課前預(yù)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)與課后復(fù)習(xí)的個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)。其五，管控智能化。在StarC云平臺(tái)中，借助教室物聯(lián)網(wǎng)分析教室環(huán)境中的溫度、光線、視聽情況，建立穩(wěn)定、實(shí)用的管理平臺(tái)，打造智能環(huán)境，滿足教學(xué)資源推送、數(shù)據(jù)自動(dòng)收集和教室設(shè)備自動(dòng)控制，達(dá)到師生無縫接入教學(xué)資源的目標(biāo)，提升教學(xué)活動(dòng)的質(zhì)量。

（二）實(shí)踐與應(yīng)用

1.物理環(huán)境

其一，一體化管控。智慧教室實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自動(dòng)控制與環(huán)境意識(shí)控制。具體說來，在設(shè)備控制方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)屏幕、溫度、門鎖等的控制；在環(huán)境意識(shí)控制方面，通過傳感設(shè)備把環(huán)境感知收集的信息傳輸?shù)街悄芷脚_(tái)進(jìn)行處理。其二，綠色節(jié)能。借助智能課堂數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)分析溫度、濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳等環(huán)境數(shù)據(jù)，由此預(yù)測(cè)教室內(nèi)能源消耗，緩解學(xué)校的能源浪費(fèi)情況。其三，降噪材料。利用房間聲學(xué)計(jì)算機(jī)建模技術(shù)對(duì)智慧教室典型布局模擬和背景噪聲模擬。其四，智能光控。在智能燈控系統(tǒng)中，課程開始時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)感知情境，有學(xué)生進(jìn)入課堂后系統(tǒng)就被觸發(fā)并打開教室內(nèi)燈管，根據(jù)自然光環(huán)境調(diào)節(jié)亮度。其五，智能溫控。用深度學(xué)習(xí)模型和感知技術(shù)來自動(dòng)調(diào)控教室內(nèi)溫濕度，將傳感器采集到的溫度、濕度數(shù)據(jù)融合到情境感知架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生控制信號(hào)，打開或關(guān)閉空調(diào)、除濕器，從而自動(dòng)化調(diào)控物理環(huán)境。

2.基礎(chǔ)設(shè)施與空間布局

其一，智能顯示屏。智能顯示屏是智慧教室的常見設(shè)備，為了增強(qiáng)學(xué)生的視覺體驗(yàn)，智慧教室內(nèi)安裝了LED顯示屏和交互式白板形成視頻墻，使得以小組為單位的教室布局中全班學(xué)生能跨小組討論、協(xié)作和分享。其二，智能講臺(tái)。主要包括嵌入式平板電腦和傳感器設(shè)備，主平板安裝多種應(yīng)用程序，便于教師訪問教學(xué)資源，從而了解課堂的課堂統(tǒng)計(jì)、出勤率、提交的作業(yè)等情況，如輔助平板控制教室內(nèi)麥克風(fēng)聲音與空氣質(zhì)量。其三，桌椅布局。在智慧教室環(huán)境中，多圓桌型和“U”型布局最受歡迎，其中圓桌型布局和面對(duì)面布局主要在人數(shù)較少的教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)用，智慧教室中的桌椅具有靈活特征，能根據(jù)教學(xué)需求及時(shí)調(diào)整，隨時(shí)重組小組成員。

3.教學(xué)內(nèi)容

在通用課堂教學(xué)軟件中，幫助教師在備課過程中整合教學(xué)資源，動(dòng)態(tài)提供教學(xué)方法、教學(xué)策略。除了課程內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)，還有大量外部鏈接的資源可以使用，顯著提升教師備課的效率。管理層把教學(xué)資源管理、測(cè)試管理、教學(xué)評(píng)估管理等數(shù)據(jù)庫整合起來。在呈現(xiàn)方式上，包括音頻、視頻、圖像、文本和動(dòng)畫和虛擬現(xiàn)實(shí)。

4.課堂互動(dòng)

其一，師生互動(dòng)。教師通過視頻監(jiān)控和傳感技術(shù)可以實(shí)時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，比如學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)狀態(tài)，再通過反饋系統(tǒng)及時(shí)干預(yù)或調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，有效提高教學(xué)質(zhì)量。其二，學(xué)生與學(xué)生互動(dòng)。學(xué)生利用社交媒體分享學(xué)習(xí)材料，教室中的智能屏、交互式白板能支持小組協(xié)作，帶有翻譯功能的交互屏為留學(xué)生的交流提供了支持。其三，學(xué)生與內(nèi)容互動(dòng)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)一個(gè)智能學(xué)習(xí)系統(tǒng)，通過手勢(shì)動(dòng)作觸發(fā)相應(yīng)的動(dòng)畫，包括旋轉(zhuǎn)、平移和縮放。

四、智慧教室功能模型在高校的應(yīng)用效果

（一）物理空間及其設(shè)施的實(shí)現(xiàn)

在物理空間中和智慧教室有關(guān)的板塊包括呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、記錄教學(xué)過程、教學(xué)交互、環(huán)境管理。當(dāng)前已經(jīng)具備的功能包括三方面。其一，教學(xué)軟硬件設(shè)施，如電子課桌、多點(diǎn)觸控液晶屏、電子白板、一體化的自動(dòng)錄播系統(tǒng)、全息投影。與此同時(shí)，統(tǒng)一配置了網(wǎng)絡(luò)設(shè)施及傳感設(shè)備，借助教室物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)完成智能管控，并且在各個(gè)部分配置了獨(dú)立控制面板和手機(jī)軟件，通過一鍵開啟讓系統(tǒng)連接學(xué)校網(wǎng)絡(luò)，并且實(shí)現(xiàn)了物理空間和虛擬空間的無縫銜接。其二，空間環(huán)境。為了營(yíng)造多樣化、人性化的空間，采取組合聯(lián)動(dòng)控制方式，借助獨(dú)立梯形、異型桌椅、豆瓣課桌，之后和教室地面的插座通電，滿足傳統(tǒng)講授、觀影、小組討論等教學(xué)場(chǎng)景。其三，智能環(huán)境管理。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下監(jiān)測(cè)氣溫、濕度等教室環(huán)境，控制觸控液晶屏、投影、錄播設(shè)備、音視頻矩陣等設(shè)備。此外，可以對(duì)全部的教室進(jìn)行集中監(jiān)控，了解每間教室的設(shè)備與電源使用情況，還可以生成報(bào)告。

（二）資源空間及服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

資源服務(wù)系統(tǒng)和主要用于各種軟件平臺(tái)、資源與應(yīng)用服務(wù)，并且實(shí)現(xiàn)了不同板塊的結(jié)合。當(dāng)前，華中師范大學(xué)已經(jīng)成功建設(shè)智慧教室，主要功能包括四個(gè)方面。其一，云端一體化教學(xué)平臺(tái)。借助StarC云平臺(tái)達(dá)到備課與教學(xué)的一體化，并且無縫連接了教育云端，師生得以便捷地獲取學(xué)習(xí)工具和教學(xué)資源。而StarC云平臺(tái)、課堂教學(xué)記錄、學(xué)生學(xué)習(xí)行為都實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)交換，連接國內(nèi)其他慕課學(xué)習(xí)平臺(tái)，得到更加豐富的課程資源。其二，課堂場(chǎng)景與資源生成系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)下可以錄制智慧教室中師生的聲音、行為、表情，并且還原教學(xué)過程中的各種情況，教師審核課堂視頻之后上傳到StarC云平臺(tái)，學(xué)生無論是學(xué)習(xí)還是復(fù)習(xí)，都有更多的選擇。此外，在教學(xué)期間可以進(jìn)行直播，多個(gè)平臺(tái)都支持用戶觀看。其三，學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)。在高清課堂教學(xué)實(shí)況采集系統(tǒng)、在線課堂交互行為采集系統(tǒng)配合下，記錄了學(xué)生的虛擬課堂和物理課堂和學(xué)習(xí)歷程，之后成為教育大數(shù)據(jù)的內(nèi)容，并且全方位分析教師端與學(xué)生端、整體與個(gè)體。其四，提交于云端一體化教學(xué)平臺(tái)。其四，應(yīng)用支持與服務(wù)系統(tǒng)。這一系統(tǒng)中包括了智慧教室預(yù)約、知識(shí)服務(wù)、在線問答等服務(wù)。

（三）社區(qū)空間的實(shí)現(xiàn)

在社區(qū)交互空間下，實(shí)現(xiàn)教學(xué)社區(qū)建設(shè)、課堂教學(xué)交互空間建設(shè)，也是智慧教室教學(xué)、科研等環(huán)境應(yīng)用的場(chǎng)合，這一過程中課堂教學(xué)智能交互系統(tǒng)起到了作用，對(duì)象包括教師、學(xué)生、管理人員、終端設(shè)備。目前，華中師范大學(xué)已建成社區(qū)空間，主要功能與模式包括兩個(gè)方面。其一，課堂內(nèi)互動(dòng)教學(xué)模式。在這一模式下打造了講授型學(xué)空間、自主學(xué)習(xí)型學(xué)空間以及研討型教學(xué)空間，可以通過學(xué)生的手寫、圖像視頻等方式交互，學(xué)生終端與小組討論屏交互，教學(xué)雙屏與小組討論屏交互，小組討論屏之間交互。其二，課堂外遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)模式。也就是跨教室、跨校區(qū)的課堂音視頻，實(shí)時(shí)進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)。

五、結(jié)語

綜上所述，在構(gòu)建智慧教室的過程中，需要圍繞智能決策、智能實(shí)施與智能評(píng)價(jià)，確保支持教與學(xué)，最終實(shí)現(xiàn)智慧教育，為教育信息化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供條件。本文通過分析華中師范大學(xué)智慧教室功能模式發(fā)現(xiàn)，把教學(xué)系統(tǒng)各要素與師生連接起來，有助于打造個(gè)性化的、智慧化的學(xué)習(xí)環(huán)境，不過在引入先進(jìn)技術(shù)中一味地追求多功能也是不可取的，避免使學(xué)校成為軟硬件的堆砌地，需要建設(shè)符合高職院校辦學(xué)思路和教學(xué)實(shí)際的智慧教室，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)的智能化發(fā)展。