張 凱 楊再明

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智慧教室的構(gòu)建與應(yīng)用研究——以中國礦業(yè)大學(xué)為例

張 凱 楊再明

（中國礦業(yè)大學(xué) 公共教學(xué)服務(wù)中心，江蘇徐州 221116）

教室作為教學(xué)活動(dòng)發(fā)生的主要場(chǎng)所，是教學(xué)改革的前沿。智慧教室作為智慧教育的典型代表，自然成為了教育技術(shù)工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。文章在深入分析闡述智慧教室的內(nèi)涵、特征的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了智慧教室的系統(tǒng)模型。同時(shí)，文章以中國礦業(yè)大學(xué)智慧教室建設(shè)為例，給出了智慧教室建設(shè)的解決方案，并對(duì)其在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了效果分析，以期對(duì)智慧教室的建設(shè)起到拋磚引玉的作用。

智慧教育；智慧教室；學(xué)習(xí)環(huán)境；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

《教育信息化“十三五”規(guī)劃》指出“要依托信息技術(shù)營造信息化教學(xué)環(huán)境，促進(jìn)教學(xué)理念、教學(xué)模式和教學(xué)內(nèi)容改革”[1]。近三年（2015～2017）的《地平線報(bào)告》也均有關(guān)于重新設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)空間的表述[2]，教室作為教學(xué)活動(dòng)發(fā)生的主要場(chǎng)所，世界各國越來越多地倡導(dǎo)ICT與教室的深度融合，以構(gòu)建全新的教室學(xué)習(xí)環(huán)境來提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率[3]。如何為學(xué)習(xí)者營造更豐富、更有趣、更便捷、更高效的教室學(xué)習(xí)環(huán)境，成為各個(gè)高校教育技術(shù)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。

一 智慧教室的概念與特征

20世紀(jì)90年以來，技術(shù)與教育的融合深刻影響著教學(xué)模式的改變，為了適應(yīng)課程教學(xué)，教室的形態(tài)、環(huán)境、裝備也發(fā)生了一系列的變化。近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)、智能終端等新一代信息技術(shù)的發(fā)展與在教育教學(xué)中的廣泛應(yīng)用，作為智慧教育的典型代表，智慧教室自然成為了教育信息化領(lǐng)域和教育技術(shù)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。

1 智慧教室的概念

智慧教室是智慧技術(shù)與現(xiàn)代教育思想相結(jié)合的必然產(chǎn)物，充分體現(xiàn)了智慧技術(shù)在教育中的應(yīng)用。本研究認(rèn)為，智慧教室是以現(xiàn)代教育思想為指導(dǎo)，以新一代信息技術(shù)為支撐，對(duì)教室空間進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，集多屏顯示、智能管控、直錄播、協(xié)作互動(dòng)、人員考勤等功能為一體，對(duì)教學(xué)過程的各種信息與情境進(jìn)行感知、記錄、分析，方便支持多種教與學(xué)的新型課堂教學(xué)環(huán)境，它實(shí)現(xiàn)了師生、資源、技術(shù)、環(huán)境的最佳耦合。

2 智慧教室的特征

結(jié)合對(duì)智慧教室的定義，智慧教室的特征主要體現(xiàn)在空間、技術(shù)、資源三個(gè)方面。

（1）智慧教室的空間特征

室內(nèi)空間要擺脫傳統(tǒng)物理?xiàng)l件的限制，改變以講授為主的“秧田式”教室空間設(shè)計(jì)。通過靈活調(diào)整教室教學(xué)環(huán)境的布置，滿足靈活的課堂組織形式，支持不同類型的教學(xué)模式。根據(jù)人體生理和心理學(xué)的內(nèi)在規(guī)律及特點(diǎn)，對(duì)室內(nèi)的吊頂、墻體、燈光、地板、窗簾等進(jìn)行整體的裝修設(shè)計(jì)和改造。為便于開展課堂互動(dòng)教學(xué)，將室內(nèi)的固定桌椅改成可拼接式且符合人體工程學(xué)的活動(dòng)桌椅，配置可移動(dòng)、升降演講臺(tái)，滿足不同身高的老師需求。

（2）智慧教室的技術(shù)特征

通過新一代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類應(yīng)用、數(shù)據(jù)以及業(yè)務(wù)流程的整合，輔助老師進(jìn)行多屏演示、遠(yuǎn)程協(xié)作，實(shí)現(xiàn)師生、生生以及人與設(shè)備的便捷、高效互動(dòng)，對(duì)教室內(nèi)的環(huán)境、設(shè)備進(jìn)行感知和智能化控制，對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行跟蹤、分析、處理[4]。

（3）智慧教室的資源特征

有線和無線全覆蓋，師生可以方便、快捷地獲取教學(xué)資源。全程記錄教學(xué)的全過程，同步產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的課堂教學(xué)資源。利用RSS技術(shù)訂閱網(wǎng)絡(luò)上開放的、動(dòng)態(tài)多樣化的資源。利用Widget自由整合來自多個(gè)渠道的優(yōu)秀教學(xué)資源，定制個(gè)性化學(xué)習(xí)場(chǎng)景。智能分析學(xué)習(xí)者的瀏覽行為與習(xí)慣，個(gè)性化推送學(xué)習(xí)資源。

二 智慧教室的系統(tǒng)模型

秉承模塊化設(shè)計(jì)理念，本研究提出一種由基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件、軟件四要素構(gòu)成的系統(tǒng)模型，涵蓋基礎(chǔ)設(shè)施層、教學(xué)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層、應(yīng)用層等五個(gè)層次，如圖1所示。

圖1 智慧教室的系統(tǒng)模型

①基礎(chǔ)設(shè)施層：主要由教室的物理空間、活動(dòng)桌椅、講桌、供配電、照明、新風(fēng)、空調(diào)等構(gòu)成，為教學(xué)提供必要的物理平臺(tái)。教室裝修總體效果要美觀、大方、實(shí)用、和諧，室內(nèi)空間要布局合理、簡潔明快，課座椅要符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)、方便自由組合，供配電要安全可靠，燈光布光要均勻、健康節(jié)能。

②教學(xué)設(shè)備層：教學(xué)設(shè)備層為核心業(yè)務(wù)層，為各種教學(xué)活動(dòng)的開展提供環(huán)境保障。主要包括顯示系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、擴(kuò)音系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)、終端設(shè)備、傳感器等，并可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)、實(shí)際需求以及資金情況，進(jìn)行選擇性裝備。

③網(wǎng)絡(luò)層：提供多種網(wǎng)絡(luò)連接方式，確保上下層之間實(shí)現(xiàn)安全、可靠、無障礙的信息傳輸，使信息空間與物理空間進(jìn)行無縫對(duì)接[5]，使學(xué)習(xí)資源的獲取、師生的交流更為便捷。

④服務(wù)層：運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)挖掘等信息技術(shù)，為應(yīng)用層的智慧教學(xué)、智慧資源、智慧管理提供信息化、智能化公共支撐環(huán)境和綜合服務(wù)體系，主要包括身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、計(jì)算與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)挖掘、虛擬桌面以及直錄播等服務(wù)。

⑤應(yīng)用層：依托服務(wù)層提供全面的支持、服務(wù)和保障，將與智慧教室業(yè)務(wù)相關(guān)的教學(xué)系統(tǒng)整合成統(tǒng)一門戶和統(tǒng)一身份認(rèn)證的教學(xué)應(yīng)用云平臺(tái)[6]，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、資源與服務(wù)的按需分配。

此外，信息標(biāo)準(zhǔn)化體系和信息安全與運(yùn)行維護(hù)體系有利于保障整個(gè)智慧教室的建設(shè)、運(yùn)營及管控[6]。

三 智慧教室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

為探索中國礦業(yè)大學(xué)（下文簡稱“學(xué)?！保┮涣鞯男畔⒒n堂教學(xué)環(huán)境的建設(shè)進(jìn)程，根據(jù)實(shí)際教學(xué)需求，學(xué)校于2016年完成了智慧教室試點(diǎn)建設(shè)工作，給全校師生營造了一個(gè)集教學(xué)理念先進(jìn)化、教學(xué)設(shè)備智能化、教學(xué)環(huán)境個(gè)性化和教學(xué)模式多樣化等于一體的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。

1 室內(nèi)空間設(shè)計(jì)

對(duì)教室空間環(huán)境進(jìn)行全新定義與設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)人性化的教學(xué)環(huán)境。傳統(tǒng)的教室一般是以教為中心，推行“三尺講臺(tái)+固定桌椅”單一教室布局模式，講臺(tái)拉開了教師與學(xué)生的距離，固定桌椅將學(xué)生限制于方寸之地，很難實(shí)現(xiàn)師生之間無障礙的溝通。

智慧教室的設(shè)計(jì)首先要對(duì)教室的講臺(tái)區(qū)域進(jìn)行改造，將講臺(tái)區(qū)域夷為“平地”，使師生處于同一水平面上，增加接觸和互動(dòng)的機(jī)會(huì)[6]。配置靈活多變的可拼接桌椅，可根據(jù)教學(xué)活動(dòng)的需要隨時(shí)變換布局，方便學(xué)生之間進(jìn)行交流與協(xié)作，使學(xué)生更容易參與到課堂教學(xué)活動(dòng)之中。桌椅一定符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)，可調(diào)節(jié)、可折疊，這樣不但能提高教室的資源使用率，而且有利于學(xué)生的健康，還有助于創(chuàng)造良好的課堂氣氛，提高學(xué)習(xí)效率。另外，為便于教學(xué)活動(dòng)的開展，在智慧教室內(nèi)的班級(jí)規(guī)模不易過大，一般安排容納30人左右。

改善室內(nèi)環(huán)境，對(duì)室內(nèi)空間進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)與裝修。改變傳統(tǒng)的以白色基調(diào)為主的環(huán)境，巧妙選擇墻體、吸音板、吊頂、PVC地板等材料的顏色，利用色彩營造一種清新大氣、淡雅舒適、簡潔溫馨的感覺。兩側(cè)墻壁采用吸音板進(jìn)行裝飾，微孔鋁板進(jìn)行吊頂，增加室內(nèi)聲音的漫反射，縮短高頻混響時(shí)間，提高語言清晰度和錄播系統(tǒng)拾音的純凈度。采用冷光源布光，燈具色溫3200K，顯色指數(shù)不低于0.85，整體的平均照度要求大于1500 Lux，以保證攝像色彩真實(shí)，畫面層次豐富。安裝新風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行凈化，保證CO2、甲醛、可吸入顆粒物（PM 2.5、PM 10等）病毒、細(xì)菌等處于安全值。

2 硬件、軟件環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

智慧教室以現(xiàn)代教育理念為指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了師生、資源、技術(shù)、環(huán)境的最佳耦合。智慧教室一般由多屏演示系統(tǒng)、教學(xué)擴(kuò)音系統(tǒng)、智能交互系統(tǒng)、直錄播系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)綜合控制與服務(wù)系統(tǒng)、智慧班牌、教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用云平臺(tái)等六大核心部分構(gòu)成，支持探究式教學(xué)、討論式教學(xué)、混合式學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)模式。設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和設(shè)備之間的拓?fù)鋱D如圖2所示。

圖2 主要設(shè)備系統(tǒng)拓?fù)鋱D

多屏演示系統(tǒng)由Star C教學(xué)平臺(tái)、云控制器臺(tái)、觸控一體機(jī)、視頻矩陣軟硬件組成。多屏演示系統(tǒng)支持多種顯示模式，包括：鏡像模式——雙屏顯示相同的文檔內(nèi)容；關(guān)聯(lián)模式——雙屏顯示上下頁關(guān)聯(lián)的文檔內(nèi)容；板書模式——一屏顯示文檔內(nèi)容，一屏顯示板書。雙屏上均可以實(shí)現(xiàn)觸控一體機(jī)的書寫、標(biāo)注、擦除等操作，達(dá)到了“隨處可寫，隨時(shí)可寫”的效果。

智能交互系統(tǒng)由交互服務(wù)器軟件、交互式終端、無線基站構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了課堂中師生多類形式的交互和交互結(jié)果的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)及顯示。

教學(xué)擴(kuò)音系統(tǒng)主要包括功率放大器、多媒體音箱、無線雙收雙發(fā)，用于教學(xué)的無線擴(kuò)聲，方便教師的移動(dòng)教學(xué)。

直錄播系統(tǒng)主要涉及錄播主機(jī)、云臺(tái)攝像機(jī)、數(shù)字音頻處理器等軟硬件。系統(tǒng)可以將授課過程中的老師、學(xué)生、教室全景、電腦VGA的畫面、聲音實(shí)時(shí)采集和錄制，全面記錄教學(xué)活動(dòng)全過程，積累優(yōu)秀的數(shù)字化教學(xué)資源。通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)整個(gè)教學(xué)過程的直播，滿足教務(wù)部門在線評(píng)估、教學(xué)督導(dǎo)的需求，教師之間相互評(píng)課、議課，進(jìn)行校內(nèi)教研交流。

物聯(lián)網(wǎng)綜合控制與服務(wù)系統(tǒng)主要包含中央控制主機(jī)、時(shí)序電源、各類傳感器、新風(fēng)系統(tǒng)等軟硬件。系統(tǒng)可以通過程序化控制，實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)大屏、擴(kuò)聲、燈光、空調(diào)、新風(fēng)等順序延時(shí)通、斷電和各種必要的保護(hù)；對(duì)窗簾開合，燈光開關(guān)，信號(hào)切換，錄播系統(tǒng)錄制、停止、暫停等進(jìn)行個(gè)性化控制；實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)的溫度、濕度、PM 2.5等的值，切換和啟動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng)。

智慧班牌主要由顯示終端和控制軟件構(gòu)成，具有電子課表、智能考勤、教學(xué)巡課等功能。與課表數(shù)據(jù)對(duì)接，改變傳統(tǒng)的課表張貼模式，實(shí)時(shí)更新課表信息和教室使用狀態(tài)。通過認(rèn)證校園卡，實(shí)時(shí)對(duì)班級(jí)出勤情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，出勤情況實(shí)時(shí)推送到任課老師手機(jī)。接入教室內(nèi)的監(jiān)控?cái)z像機(jī)進(jìn)行巡課、巡考，免去對(duì)師生一切不必要的影響[7]。

教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)過程的直播、錄制、管理、上傳、發(fā)布等功能，支持主流教學(xué)資源導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)資源快速存儲(chǔ)與發(fā)布；支持多種終端的訪問，方便學(xué)生隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。支持對(duì)視頻進(jìn)行打點(diǎn)、評(píng)分、評(píng)論，方便師生進(jìn)行交流，促進(jìn)教師反思教學(xué)；采用ST教學(xué)行為分析自動(dòng)采集記錄教學(xué)行為大數(shù)據(jù)，為教師提升教學(xué)水平提供客觀依據(jù)。

四 應(yīng)用效果探析

為了檢驗(yàn)智慧教室在教學(xué)中的應(yīng)用效果，本研究進(jìn)行了問卷調(diào)查研究和訪談，問卷涉及智慧教室的滿意度、應(yīng)用效能、教育價(jià)值認(rèn)知等方面。問卷調(diào)查參與人數(shù)132人，其中學(xué)生126人，任課教師6人；收回有效問卷131份，其中學(xué)生125份，教師6份，有效率99.24%。

①滿意度：從教室的教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)、教學(xué)設(shè)備穩(wěn)定性、系統(tǒng)易用性三個(gè)方面對(duì)智慧教室的滿意度進(jìn)行了整體評(píng)價(jià)。127名（96.21%）師生對(duì)整體教學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì)表示滿意，130名（98.48%）師生對(duì)教學(xué)設(shè)備穩(wěn)定性表示滿意，121名（91.67%）師生對(duì)系統(tǒng)易用性表示滿意——從以上三個(gè)方面可以看出，師生對(duì)智慧教室的滿意度都達(dá)到了90%以上?？傮w來說，師生的滿意度還是比較高的，但是系統(tǒng)的易用性方面還有較大的改善空間。

②應(yīng)用效能：120名（96%）學(xué)生在智慧教室內(nèi)主要進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)，說明教師的教學(xué)不再是傳統(tǒng)的、單一的講授式教學(xué)模式。大約13%的師生認(rèn)為智慧教室未能滿足對(duì)學(xué)習(xí)（教學(xué)）的支持服務(wù)，說明在學(xué)習(xí)（教學(xué)）支持服務(wù)方面智慧教室還需進(jìn)一步改進(jìn)和完善。110名（88%）學(xué)生認(rèn)為信息技術(shù)能力顯著提高，從側(cè)面說明智慧教室對(duì)課程的學(xué)習(xí)有很好的促進(jìn)作用。

③教育價(jià)值認(rèn)知：120名（96%）學(xué)生對(duì)在智慧教室內(nèi)上課表示喜歡，認(rèn)為基于智慧教室的教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、發(fā)揮主動(dòng)性，能夠滿足自我學(xué)習(xí)需要、促進(jìn)人際交往，可以看出大部分學(xué)生對(duì)智慧教室還是持積極態(tài)度的，說明智慧教室的學(xué)習(xí)環(huán)境受到了學(xué)生的歡迎。

對(duì)于“您認(rèn)為智慧教室在課堂教學(xué)改革方面可以發(fā)揮哪些作用？”的訪談中，教師們也從教學(xué)模式、教學(xué)互動(dòng)、教學(xué)評(píng)價(jià)三方面談了自己的感受：

①在教學(xué)模式方面，不再是傳統(tǒng)的灌輸式、填鴨式教學(xué)，而是從單一教學(xué)模式向多元化教學(xué)模式發(fā)展。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，師生可以選擇不同的教學(xué)方法和學(xué)習(xí)方式，教學(xué)模式的選擇上更傾向于在先進(jìn)技術(shù)和豐富資源支持下開展探究式教學(xué)、混合式學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等新型教學(xué)模式。

②在教學(xué)互動(dòng)方面，智慧教室為課堂互動(dòng)提供了有效的技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)了人與技術(shù)、設(shè)備、資源之間的多維互動(dòng)[5]，支持對(duì)課前、課中、課后各環(huán)節(jié)的全面覆蓋。智慧教室提供了多種互動(dòng)方式和各種學(xué)習(xí)支持服務(wù)，促進(jìn)了學(xué)生的主動(dòng)性學(xué)習(xí)、協(xié)作性學(xué)習(xí)，達(dá)到信息的分享與交流，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)求知，真正實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)建構(gòu)[8]。

③在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，從傳統(tǒng)的結(jié)果性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變?yōu)樾纬尚栽u(píng)價(jià)。實(shí)現(xiàn)了對(duì)課程預(yù)習(xí)和課后的測(cè)評(píng)分析，教師能準(zhǔn)確地把握每個(gè)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。動(dòng)態(tài)的診斷分析和即時(shí)反饋，教師可以及時(shí)優(yōu)化并改進(jìn)教學(xué)過程。形成了課程學(xué)習(xí)電子檔案袋，這種貫穿于課堂教學(xué)的全過程的學(xué)習(xí)分析、診斷與評(píng)價(jià)，重構(gòu)了傳統(tǒng)教學(xué)評(píng)價(jià)體系[9][10]。

五 結(jié)束語

信息時(shí)代的學(xué)習(xí)將以智慧學(xué)習(xí)環(huán)境為基本依托，而智慧教室是智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的典型代表之一[11]，為師生提供了開放的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的教學(xué)資源。如果我們還是以傳統(tǒng)多媒體教室的眼光來看待，一定會(huì)限制甚至阻礙智慧教室的推廣與應(yīng)用?；谥腔劢淌业慕虒W(xué)能否取得良好的效果，主要取決于教師的投入和學(xué)生的參與，這既需要教師在教學(xué)工作中不斷地反思和嘗試，更需要學(xué)校在政策和制度層面上的配套建設(shè)，激發(fā)師生熱情，促進(jìn)教學(xué)創(chuàng)新。

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Research on the Construction and Application of Wisdom Classroom——Taking China University of Mining and Technology as an example

ZHANG Kai YANG Zai-ming

Asthe main place where teaching activities are held, classrooms are the forefront of teaching reform. Wisdom classroom, a typical representative of wisdom education, has naturally become the research focus of educators all over the world. Based on the deep analysis of the connotation and characteristics of smart classroom, this article firstly constucted a system model of smart classroom. Then, taking the construction of smart classrooms in China University of Mining and Technology as an example, solutions to the construction of smart classrooms were given, and its practical application effects in teaching were analyzed, expecting to cast a brick to attract jade for the future construction of smart classroom.

wisdom education; wisdom classroom; learning environment; design and implementation

G40-057

A

1009—8097（2018）10—0081—06

10.3969/j.issn.1009-8097.2018.10.012

張凱，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向?yàn)樾旅襟w技術(shù)、現(xiàn)代教育技術(shù)，郵箱為zhangkai0830@126.com。

2018年2月25日

編輯：小西