王浩 惠陽 陳永琴 胡珣 曹金香

摘要：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，AIoT技術(shù)逐漸成熟，并開始被教育行業(yè)廣泛應(yīng)用。AIoT結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)和人工智能的優(yōu)勢，為教育提供了許多新的可能性。但在AIoT技術(shù)與傳統(tǒng)課堂教學(xué)的融合過程中，仍然存在一些問題。為此，本文將從AIoT技術(shù)的提出和發(fā)展，以及在教育行業(yè)實(shí)踐過程中的優(yōu)劣展開討論，同時對AIoT智能課堂進(jìn)行研究，以期為AIoT技術(shù)在教育行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供建議。

關(guān)鍵詞：AIoT；傳統(tǒng)課堂；應(yīng)用

一、理論綜述

（一）AIoT的概念

智能物聯(lián)網(wǎng)（AloT）是近年來興起的概念，它指的是由信息傳感器、終端設(shè)備或云中心等組成的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。在技術(shù)方面，人工智能和物聯(lián)網(wǎng)相互影響，人工智能能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行感知和識別，而物聯(lián)網(wǎng)主要為數(shù)據(jù)算法提供支持[1]。

（二）AIoT的發(fā)展歷程

AI和IoT的提出時間早于AIoT，AI最早可以追溯到1956年，而IoT則由Kevin Ashton在1999年提出。然而，AIoT這個概念首次提出是在2017年，它將人工智能和物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，形成了更加智能和高效的系統(tǒng)。AIoT的提出對我國產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響，帶來了許多新的商業(yè)機(jī)會和市場潛力[2]。目前，一些探索AIoT應(yīng)用的企業(yè)包括小米、阿里巴巴和華為等，它們正在積極推動和探索AIoT技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用

（三）智能課堂

AIoT技術(shù)能夠構(gòu)建基于智能設(shè)備的數(shù)據(jù)智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以靈活地收集學(xué)習(xí)者全方位的多維課堂行為數(shù)據(jù)，并對課堂教學(xué)過程進(jìn)行監(jiān)測和課堂教學(xué)行為模式的改善，具有重要的影響力[3]。智能課堂是指結(jié)合云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程互動和情境化教學(xué)的教學(xué)模式。目前，我國智能課堂模式仍處于探索階段，已有部分高校對其進(jìn)行了嘗試應(yīng)用。

二、AIoT同教育行業(yè)融合發(fā)展現(xiàn)狀

（一）我國線上教育的發(fā)展現(xiàn)狀

自新課標(biāo)改革以來，我國教育行業(yè)逐漸接受了線上教育模式。特別是在教育信息化提出后，線上教育成為日常教學(xué)模式的一部分。目前，我國的線上教育主要依靠網(wǎng)絡(luò)教育平臺，如中國大學(xué)MOOC、超星學(xué)習(xí)通等。在新冠疫情期間，線上教育更是發(fā)揮出了重要作用，使學(xué)生得以正常上課，維護(hù)了學(xué)校的正常教學(xué)秩序[4]。

（二）智能課堂的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)劉邦奇等學(xué)者的觀點(diǎn)[5]，基于教育信息化的角度，智能課堂經(jīng)歷了三個階段。

在智能課堂1.0階段，智能課堂將信息技術(shù)和智能數(shù)據(jù)分析引入教學(xué)全過程，建立信息化平臺，通過高效教學(xué)滿足學(xué)生個性化成長的需求。

在智能課堂2.0階段，智能課堂融入了“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，基本實(shí)現(xiàn)了教學(xué)決策、評價反饋、交流互動、資源推送等方面的長足進(jìn)步。這一階段改善了課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)和專業(yè)學(xué)科的教學(xué)模式。

智能課堂進(jìn)入3.0階段后，以建構(gòu)主義等理論為指導(dǎo)，核心目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。通過線上線下一體化教學(xué)模式和課內(nèi)化一體化學(xué)習(xí)模式，輔助虛擬現(xiàn)實(shí)方式推動教學(xué)信息化的發(fā)展。

智能課堂利用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過硬件和軟件的融合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程互動、情景教學(xué)和實(shí)時直播等理想目標(biāo)。智能課堂與傳統(tǒng)課堂的不同之處在于，智能課堂借助現(xiàn)代教學(xué)工具（如多媒體設(shè)備）實(shí)現(xiàn)多種教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在課堂中的主導(dǎo)作用，而教師則主要起輔助作用，積極開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生提供智能化、多維化和立體化的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。此外，智能課堂還重視教學(xué)決策和教學(xué)評價的數(shù)據(jù)化，通過智能數(shù)據(jù)分析方法，為學(xué)生、教師和家長減輕負(fù)擔(dān)。

（三）AIoT與智能課堂融合發(fā)展現(xiàn)狀

2006年，《2006—2020年國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略》[6]的頒布以“三通兩平臺”為代表，擴(kuò)大了學(xué)校信息化覆蓋面積，提高了校園網(wǎng)絡(luò)寬帶質(zhì)量，建設(shè)了信息化學(xué)習(xí)環(huán)境。這為AIoT與智能課堂的融合發(fā)展奠定了堅實(shí)基礎(chǔ)。

根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，2019年全國財政性教育經(jīng)費(fèi)投入達(dá)到4萬億元，同比增長8.1%。從2016年到2020年，我國智慧教育市場規(guī)模從4960億元增長至8256億元。而2021年全國教育經(jīng)費(fèi)總投入為42557億元，比上年增長9.43%[7]。國家在教育經(jīng)費(fèi)的支出和支持為教育市場注入了活力，促進(jìn)了智慧教育市場的快速發(fā)展，為AIoT與教育行業(yè)的融合發(fā)展提供了強(qiáng)有力的支持。

2020年2月，我國教育部印發(fā)了《關(guān)于疫情防控期間以信息化支持教育教學(xué)工作的通知》[8]，旨在提高我國的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件，確保網(wǎng)絡(luò)平臺的運(yùn)行和服務(wù)能力，更好地應(yīng)用于智能課堂學(xué)習(xí)模式。這為AIoT與智能課堂的融合發(fā)展注入了重要的活力。

學(xué)者顧小清、王超[3]等認(rèn)為，在課堂應(yīng)用中，技術(shù)經(jīng)歷了技術(shù)平移應(yīng)用、技術(shù)融合應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用等階段。目前，AIoT在課堂中的應(yīng)用符合技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用階段的特征。此外，AIoT在課堂中的典型應(yīng)用場景包括協(xié)作課堂、游戲化課堂、創(chuàng)客課堂和實(shí)訓(xùn)課堂等。這些場景通過IoT感應(yīng)設(shè)備和智能系統(tǒng)構(gòu)成AIoT支持的智能課堂模式?？偠灾珹IoT與智能課堂的融合發(fā)展仍處于探索階段。

（四）S高校AIoT在教學(xué)工具中的運(yùn)用現(xiàn)狀

在S高校對AIoT與智能課堂融合發(fā)展的探索中，他們使用了超星學(xué)習(xí)通、中國大學(xué)MOOC等線上教學(xué)平臺。這些平臺的用途包括創(chuàng)建班級、發(fā)布作業(yè)、參與簽到、參與討論、批閱作業(yè)、參與考試、獲取成績等。超星學(xué)習(xí)通教師的授課形式包括使用其他學(xué)校搭建的SPOC（小型私人在線課程）、教師錄播和直播教學(xué)。使用的設(shè)備包括Android手機(jī)應(yīng)用、iOS手機(jī)應(yīng)用和PC等。

S高校根據(jù)疫情防控形勢和自身情況進(jìn)行了梯度開展線上課程。第一梯度進(jìn)行公共課程的開展，第二梯度開設(shè)部分以年輕教師為主的專業(yè)課程，第三梯度全面開展一些難以線下實(shí)施的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)類課程。最終，除了實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)課程外，全校的開課率達(dá)到了95%以上。

以《貴州省情》課程為例，該課程旨在幫助貴州的大學(xué)生不僅掌握專業(yè)知識，還全面了解貴州，認(rèn)識貴州省情的本質(zhì)特征，把握貴州經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展規(guī)律，激發(fā)大學(xué)生熱愛貴州、建設(shè)貴州和宣傳貴州的熱情，為貴州經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展作出新的貢獻(xiàn)。貴州省教育廳從2007年開始在全省高校統(tǒng)一開設(shè)了《貴州省情》課程，并將其作為思想政治課的一部分。課程教材以貴州省情為基礎(chǔ)，闡述了貴州政治、自然環(huán)境、歷史、民族、人口、經(jīng)濟(jì)、教育、科技、文化等要素的源流、現(xiàn)狀及其發(fā)展方向。在疫情防控期間，該課程進(jìn)行了線上授課。

在教學(xué)方法方面，他們采用了專題式教學(xué)方法，將整本教材拆分為脫貧攻堅、自然生態(tài)、發(fā)展歷史、民族文化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、民生事業(yè)和社會主義民主政治等不同專題，并在各專題的基礎(chǔ)上進(jìn)行知識點(diǎn)的融會貫通，使學(xué)生更加具體地掌握知識點(diǎn)。

在線上教學(xué)互動方面，學(xué)生是課堂的主體，也是最重要的組成部分。為了提高學(xué)生參與網(wǎng)課的積極性和課堂氛圍的活躍程度，教師關(guān)注學(xué)生在評論區(qū)的留言，回答學(xué)生的問題，并在知識點(diǎn)講解結(jié)束后立即進(jìn)行解答。

此外，他們通過課后搶答獎勵的方式，顯著提升了學(xué)生的課堂參與度和獲得感，以及對課程的認(rèn)知和理解。據(jù)悉，在該教學(xué)方式下，平均每道題都有20位以上的學(xué)生進(jìn)行搶答，全班1/3的學(xué)生參與其中。

從教學(xué)效果來看，課程收藏次數(shù)達(dá)到了211次，累計觀看總?cè)舜芜_(dá)到了3400人，學(xué)生在線討論數(shù)累計達(dá)到了19469條，課程瀏覽量共計27509次。其中，學(xué)生的在線討論次數(shù)為15717條，學(xué)生點(diǎn)贊次數(shù)為350611次。

三、S高校AIoT融入傳統(tǒng)課堂需突破的難題

（一）教育意識方面

教育意識觀念需要更新。從目前高校開展線上教學(xué)的統(tǒng)計情況可以看出，線上課堂輔助線下課堂已經(jīng)逐漸變成教學(xué)的常態(tài)。然而，線上教學(xué)的質(zhì)量參差不齊。從教師方面看，部分教師對設(shè)備使用和系統(tǒng)操作的熟練度不高，還習(xí)慣于傳統(tǒng)的線下授課模式，對混合式課程的內(nèi)涵和教學(xué)方法的掌握有所欠缺。而教學(xué)目標(biāo)上，線上課程的進(jìn)度受互動效果的影響，部分教師缺乏在線上教學(xué)互動的習(xí)慣。從學(xué)生方面看，多數(shù)學(xué)生對線上教學(xué)還不夠適應(yīng)，在新鮮感過去后，參與線上教學(xué)的積極性逐漸減退，例如課堂互動次數(shù)減少、課堂討論頻率下降，從而影響了學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

（二）技術(shù)方面

技術(shù)支撐存在短板。首先，網(wǎng)絡(luò)通信平臺建設(shè)不足，無法滿足全校師生在同時使用網(wǎng)絡(luò)通信信號時的集中需求，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)信號差、音頻資料卡頓等問題的出現(xiàn)。其次，線上教學(xué)平臺眾多，但質(zhì)量不穩(wěn)定，例如網(wǎng)速限制、參與人數(shù)限制等問題，導(dǎo)致教師無法固定在一個平臺進(jìn)行授課，而學(xué)生則需要下載許多不同的線上學(xué)習(xí)類應(yīng)用，這降低了學(xué)生對線上授課的期望和耐心，難以滿足師生個性化教學(xué)需求。最后，線上教學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)支持也存在問題，實(shí)驗(yàn)課程對實(shí)際操作和實(shí)驗(yàn)安全條件等有較高的要求，但由于虛擬仿真研發(fā)和供給不足，線上教學(xué)很難滿足學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)需求。

（三）資源方面

優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)仍需提高。首先，高校擁有大量優(yōu)質(zhì)的線下教育資源，但很難將這些資源有效地進(jìn)行數(shù)字化存儲和應(yīng)用，以最大程度地實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源的高效利用。其次，即使有優(yōu)質(zhì)教育資源，線上教學(xué)難以確保學(xué)生能夠充分理解和消化這些資源。同時，線上學(xué)習(xí)資源的選擇不夠統(tǒng)一，缺乏個性化的難易程度設(shè)計以及適應(yīng)不同設(shè)備的呈現(xiàn)形式。

（四）管理方面

管理體系需要完善。高校對部分教師的線上教學(xué)缺乏培訓(xùn)和引導(dǎo)，如線上教學(xué)教師的考核機(jī)制和獎懲機(jī)制等。同時，高校對學(xué)生如何進(jìn)行線上學(xué)習(xí)缺乏統(tǒng)一的管理模式，如學(xué)生考核體系等，難以有效維護(hù)線上課堂教學(xué)秩序。此外，線上教學(xué)形式單一，交流互動較差，缺少學(xué)習(xí)體驗(yàn)等問題也需要及時解決[9]。

四、S高校AIoT融入傳統(tǒng)課堂設(shè)計與構(gòu)想

（一）樹立AIoT創(chuàng)新教育意識

在當(dāng)前線上教學(xué)常態(tài)化的背景下，增強(qiáng)教師和學(xué)生對新技術(shù)、新模式、新階段的適應(yīng)能力變得尤為重要。教師需要積極探索和應(yīng)用教學(xué)設(shè)備和線上教學(xué)方法，以加強(qiáng)對AIoT在教育領(lǐng)域的認(rèn)知和應(yīng)用。作為高校和社會進(jìn)步的銜接者，教師需要更新教育理念，促進(jìn)線上教學(xué)的高質(zhì)量發(fā)展，從而助力實(shí)現(xiàn)“教學(xué)共生”模式的實(shí)質(zhì)進(jìn)步。在教學(xué)資源利用方面，教師應(yīng)有意識地為學(xué)生提供差異化的個性化發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)有教無類、教學(xué)相長的教育目標(biāo)。同時，教師還應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的自主探究意識和主動創(chuàng)新意識，以推動學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展為目標(biāo)，并運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”的創(chuàng)新思維促進(jìn)學(xué)生的全面成長。

（二）充分發(fā)揮AIoT技術(shù)優(yōu)勢

AI與IoT技術(shù)的融合確實(shí)帶來了更大的應(yīng)用和靈活性。AIoT的優(yōu)勢之一是它能夠提供可行的選擇。物聯(lián)網(wǎng)通過提供設(shè)備信息和功能，再加上機(jī)器學(xué)習(xí)算法，能夠組織預(yù)測決策和結(jié)果，從而使物聯(lián)網(wǎng)能夠做出決策。

AIoT技術(shù)的突出優(yōu)勢在于它匯合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等技術(shù)，使得萬物智聯(lián)和數(shù)據(jù)化變?yōu)榭赡?。它能夠?qū)⒂脩?、終端設(shè)備、線上平臺和教育場景通過數(shù)據(jù)進(jìn)行連接。要充分發(fā)揮AIoT的技術(shù)優(yōu)勢，核心在于構(gòu)建基于AIoT的智能生態(tài)體系[10]。

（三）加大AIoT設(shè)備使用，創(chuàng)新課堂教學(xué)

AIoT技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在IoT感應(yīng)設(shè)備和智能系統(tǒng)的應(yīng)用上，它們共同構(gòu)成了智能生態(tài)體系。

首先，IoT設(shè)備可以收集豐富的教學(xué)信息，包括學(xué)生的學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)（如語言、動作、血壓等）和學(xué)習(xí)環(huán)境中的交流數(shù)據(jù)（如學(xué)習(xí)活動、討論交流等）。目前，IoT設(shè)備主要用于課堂測試和作業(yè)批改等，提供了對多維度課堂信息的收集和簡單處理的可行方案。例如，一些學(xué)校利用眼動跟蹤技術(shù)捕捉學(xué)生在課堂中的視覺行為，以獲得學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)信息。同時，面部表情和游戲過程日志數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)者在閱讀相關(guān)書籍時的輕松情緒。IoT感應(yīng)設(shè)備通常放置在教室的智能攝像頭和教學(xué)設(shè)備中，其主要特征在于將被測信息轉(zhuǎn)化為可用于智能系統(tǒng)分析處理的數(shù)據(jù)或信號。

其次，智能系統(tǒng)是具備人工智能和算法功能的計算機(jī)系統(tǒng)，通過與IoT設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)互通，能夠進(jìn)行篩選信息和處理數(shù)據(jù)的任務(wù)。智能系統(tǒng)和IoT設(shè)備相輔相成，共同構(gòu)成智能課堂的技術(shù)支持。IoT設(shè)備負(fù)責(zé)對課堂信息數(shù)據(jù)的感應(yīng)，而智能系統(tǒng)負(fù)責(zé)及時感應(yīng)并分析IoT設(shè)備捕捉到的課堂數(shù)據(jù)。借助深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和極限學(xué)習(xí)機(jī)算法等數(shù)據(jù)處理方法，智能系統(tǒng)能夠識別教師的運(yùn)動輪廓，包括板書書寫、行走、端坐、互動以及對電子屏幕和學(xué)生的指向等。此外，一些學(xué)者還開發(fā)了實(shí)時評估系統(tǒng)，通過計算學(xué)習(xí)者的眼睛、頭部和面部情緒等數(shù)據(jù)，得出學(xué)習(xí)者的參與度指數(shù)（在0%～100%的范圍內(nèi)），并在參與度低于理想閾值時向教師和學(xué)生發(fā)出提醒。這種實(shí)時評估系統(tǒng)賦予了智能課堂深層次的教學(xué)意義，并滿足智能系統(tǒng)的核心任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對課堂教學(xué)效果、效率以及教師和學(xué)生能力的提高。

（四）建立AIoT新型實(shí)踐活動平臺

感應(yīng)設(shè)備在AIoT系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，包括傳感器和智能攝像頭等設(shè)備。

傳感器具備基本感知功能，可以感知環(huán)境中的光、熱、聲等因素，并將感知到的信息轉(zhuǎn)換為電信號等形式進(jìn)行輸出。這些輸出可以被用于數(shù)據(jù)的傳輸、處理、存儲和控制等用途。

智能攝像頭由智能設(shè)備、AI系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成。智能設(shè)備可以進(jìn)行人臉識別，記錄學(xué)生違規(guī)的時間和地點(diǎn)；AI系統(tǒng)將學(xué)生的違規(guī)信息上傳至云端，通過云端自動辨別違規(guī)行為，匯總違規(guī)次數(shù)，并發(fā)送給學(xué)生的班主任和家長；數(shù)據(jù)采集設(shè)備用于保存學(xué)生違規(guī)的音頻和視頻資料。

AIoT設(shè)備從學(xué)生進(jìn)入教室開始運(yùn)作，通過傳感器對光、熱、聲等判斷，并驅(qū)動智能攝像頭運(yùn)行。它可以記錄學(xué)生進(jìn)入教室的時間、行為和課前預(yù)習(xí)情況，并對遲到、早退等違規(guī)現(xiàn)象進(jìn)行記錄，將記錄發(fā)送給學(xué)生的班主任和科任教師。

在課堂中，智能攝像頭可以記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，針對學(xué)生玩手機(jī)、走神、進(jìn)行四六級等證書考試的練習(xí)等行為進(jìn)行記錄，將記錄上傳至云端進(jìn)行學(xué)生課堂行為分析，從而評估教師的課堂授課效果，分析整體課堂效果。

課后，結(jié)合已有的學(xué)生成績數(shù)據(jù)庫，將學(xué)生成績上傳至AIoT云端進(jìn)行分析，并形成檢測報告，包括強(qiáng)勢學(xué)科和弱勢學(xué)科，同時提出成績提高的建議，以幫助學(xué)生更好地完成學(xué)業(yè)。此外，通過對課后作業(yè)和教師課堂效果的分析，對教師的教學(xué)進(jìn)行評估，為改善課堂效果提供數(shù)據(jù)支持。

五、結(jié)束語

綜上所述，在教育行業(yè)中，AIoT的應(yīng)用逐漸被高校接受，并取得一定的成效。但也要承認(rèn)在教育意識、技術(shù)、資源和管理等方面仍存在不足，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)。因此，在我國高等教育中，AIoT的應(yīng)用和發(fā)展需要糾正現(xiàn)有的不足，探索并完善AIoT支持的最佳教學(xué)策略，以提高教學(xué)實(shí)踐的質(zhì)量和效果。這需要與教育教學(xué)實(shí)踐相結(jié)合，積極探索AIoT在教育場景中的優(yōu)勢和適用性，并制定相應(yīng)的規(guī)范和準(zhǔn)則，確保其在課堂教學(xué)中的有效運(yùn)用。

作者單位：王浩 惠陽 陳永琴 胡珣 曹金香 貴州大學(xué)科技學(xué)院

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王浩（1999.12-），男，漢族，山西運(yùn)城，本科，研究方向：英語專業(yè)。