劉朝斌 劉劍 孫雪 余泰 沙琨

摘 要：在信息化浪潮席卷全球的大背景下，信息化教學(xué)模式改革也迎來新高潮，業(yè)界對(duì)構(gòu)建能夠激活課堂互動(dòng)、引入課外資源、拓展課堂時(shí)空的新型教學(xué)環(huán)境的需求日益強(qiáng)烈。為構(gòu)建一體化、智能化的新型教學(xué)環(huán)境，適應(yīng)探索實(shí)踐新的教學(xué)理念和方法需求，推動(dòng)信息化教學(xué)模式的深度變革，文章基于“SMART”概念模型，緊跟教育發(fā)展趨勢，聚焦信息化教改需求，吸收先進(jìn)教學(xué)理念，應(yīng)用前沿信息技術(shù)，綜合醫(yī)科院校特點(diǎn)，提出智慧教室“SCENA”概念模型，并結(jié)合學(xué)校智慧教室建設(shè)的實(shí)踐探索，給出具體可實(shí)施的建設(shè)建議，并綜合分析了“SCENA”模型智慧教室的建設(shè)效果。

關(guān)鍵詞：智慧教室;信息化教學(xué);模式改革;概念模型

中圖分類號(hào)：G434 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1673-8454（2019）20-0023-04

一、引言

當(dāng)前，“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等前沿信息技術(shù)日新月異、飛速發(fā)展，慕課、O2O、PBL、翻轉(zhuǎn)課堂、移動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等新型教學(xué)理念與模式不斷深化、日益普及，全球信息化教學(xué)模式改革迎來新高潮，推動(dòng)著教育朝著呈現(xiàn)多樣化、學(xué)習(xí)碎片化、互動(dòng)多元化的方向迅猛發(fā)展。

在此大背景下，配備電子白板、計(jì)算機(jī)、投影儀等常規(guī)設(shè)施、設(shè)備的傳統(tǒng)多媒體教室越來越難以適應(yīng)教育發(fā)展的需求，業(yè)界對(duì)構(gòu)建能夠激活課堂互動(dòng)、引入課外資源、拓展課堂時(shí)空的新型教學(xué)環(huán)境的需求日益強(qiáng)烈。智慧教室作為一體化、智能化的新型教學(xué)環(huán)境，是當(dāng)前探索實(shí)踐新型教學(xué)方法、推進(jìn)信息化教學(xué)模式改革的關(guān)鍵支撐，并成為當(dāng)前教育領(lǐng)域研究與實(shí)踐的焦點(diǎn)。

二、智慧教室研究現(xiàn)狀

智慧教室的相關(guān)研究可以追溯到上世紀(jì)80年代，蘋果公司首開先河實(shí)施了“明日蘋果教室”（ACOT）項(xiàng)目，并引發(fā)了智慧教室研究與實(shí)踐探索的熱潮。

國外智慧教室研究常用“Smart Classroom”“Intelligent Classroom”“Classroom of Future”“Classroom of Tomorrow”等術(shù)語[1-6]，比較知名的探索研究有加拿大麥吉爾大學(xué)（McGill University）的智能教室、Szeged大學(xué)由微軟資助的未來課堂項(xiàng)目、Middle Tennessee州立大學(xué)的高級(jí)課堂技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、斯坦福大學(xué)的iRoom項(xiàng)目等。

國內(nèi)智慧教室研究常用智能教室、未來教室、未來課堂等術(shù)語[7-11]，比較知名的研究有清華大學(xué)“智能教室”項(xiàng)目、華東師范大學(xué)的“未來課堂”研究項(xiàng)目和“未來教師空間站”等。這些探索研究因核心理念不同，在環(huán)境控制、課堂交互、內(nèi)容展示和資源獲取等教室功能方面，往往側(cè)重于其中一兩個(gè)方面，缺少整體系統(tǒng)的研究。

黃榮懷提出智慧教室“SMART”概念模型[12]，定義了智慧教室的內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing）、環(huán)境管理（Manageable）、資源獲?。ˋccessible）、及時(shí)互動(dòng)（Real-time Interactive）、情景感知（Testing）五個(gè)維度特征，但主要停留在理論層面研究，模型的維度劃分缺少具體實(shí)踐支撐。

三、智慧教室“SCENA”概念模型

本文基于“SMART”概念模型，按照“前沿信息技術(shù)引領(lǐng)教學(xué)改革實(shí)踐、教學(xué)改革需求牽引整體功能建設(shè)、深化開放共享拓展立體輻射范圍”的建設(shè)理念，緊跟教育發(fā)展趨勢，聚焦信息化教改需求，吸收先進(jìn)教學(xué)理念，應(yīng)用前沿信息技術(shù)，綜合醫(yī)科院校特點(diǎn)，提出智慧教室“SCENA”概念模型，即信息展示（Showing）、中央控制（Central Control）、環(huán)境設(shè)施（Environmental Facility）、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（Network）、應(yīng)用拓展（Applied Extension），簡寫為“SCENA”，并結(jié)合我校智慧教室建設(shè)的實(shí)踐探索，給出具體可實(shí)施的建設(shè)建議，打造一個(gè)真正一體化、智能化的信息化教學(xué)模式改革“舞臺(tái)”。

1.信息展示

信息展示是指智慧教室從視覺和聽覺兩個(gè)方面對(duì)教學(xué)信息逼真、直觀、靈活、高效的呈現(xiàn)能力。視覺方面，構(gòu)建沉浸、環(huán)繞、協(xié)同的多屏幕顯示環(huán)境，增強(qiáng)學(xué)生注意力，推動(dòng)思維可視化，實(shí)現(xiàn)思維連續(xù)性，解決單屏幕造成的思維間斷性問題。屏幕數(shù)量應(yīng)控制在3-7個(gè)，屏幕數(shù)量過少難以達(dá)到多屏協(xié)同的效果，屏幕數(shù)量過多則超過大多數(shù)學(xué)生的記憶廣度，影響教學(xué)效果，且給屏幕協(xié)同控制帶來較大困難。

屏幕布局可根據(jù)教室空間采用“一主多輔”或“無主多屏”的方式實(shí)施?！耙恢鞫噍o”方式適用于各種教室，“無主多屏”方式主要適用于空間較小的教室，且屏幕規(guī)格與“一主多輔”方式中的輔屏幕一致。所有屏幕均須支持全高清信號(hào)輸入，主屏幕大小應(yīng)不低于150英寸，可采用DLP背投拼接或?qū)I(yè)級(jí)高清投影儀方案實(shí)現(xiàn);輔屏幕大小應(yīng)不低于70英寸，全部采用液晶單屏觸控一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)、電子白板、投影儀三大功能。輔屏幕作為計(jì)算機(jī)，能夠聯(lián)網(wǎng)獲取各類網(wǎng)絡(luò)資源，離線接入各類存儲(chǔ)設(shè)備，并支持本地桌面觸摸控制和遠(yuǎn)程桌面協(xié)助控制;作為電子白板，通過在計(jì)算機(jī)中安裝第三方電子白板軟件，實(shí)現(xiàn)所有電子白板實(shí)體功能;作為投影儀，支持有線和無線兩種信號(hào)接收方式，兼容便攜式計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)等各類終端的投影信號(hào)接入，實(shí)現(xiàn)師生在課堂上的自由投影。

同時(shí)，為達(dá)到多屏協(xié)同展示的效果，智慧教室屏幕控制應(yīng)實(shí)現(xiàn) “自由切”的功能，即屏幕工作狀態(tài)應(yīng)能夠在計(jì)算機(jī)、電子白板、投影儀三種功能中自由切換，屏幕顯示內(nèi)容應(yīng)能夠自由切換到其他屏幕上顯示。聽覺方面，教室部署高保真環(huán)繞立體音響設(shè)備和專業(yè)噪音抑制系統(tǒng)，加裝吸音板和吸音窗簾，降低背景噪音，為師生課堂教學(xué)提供高質(zhì)量的聽聞環(huán)境。

2.中央控制

中央控制是指智慧教室對(duì)教室內(nèi)各類系統(tǒng)設(shè)備、環(huán)境要素的移動(dòng)、觸控、多模的便捷管控能力。建設(shè)中央控制系統(tǒng)，通過平板電腦、教師機(jī)、控制機(jī)等各類終端，對(duì)教室內(nèi)的屏幕、音響、網(wǎng)絡(luò)、照明、環(huán)境等設(shè)施、設(shè)備進(jìn)行智能、高效的管理。屏幕控制方面，通過串口控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)燃夹g(shù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)屏幕顯示信號(hào)自由切換、顯示分工協(xié)同互動(dòng)、桌面操作遠(yuǎn)程控制及工作狀態(tài)自由切換。

音響控制方面，遠(yuǎn)程控制音頻處理器，對(duì)教室內(nèi)所有設(shè)備的各路音頻輸入、輸出信號(hào)的開關(guān)、聲道、音量、音質(zhì)進(jìn)行精確管控。網(wǎng)絡(luò)控制方面，支持互聯(lián)網(wǎng)與局域網(wǎng)兩種工作模式的自由切換，以實(shí)現(xiàn)中央控制系統(tǒng)在任一應(yīng)用場景中的正常運(yùn)行。

照明控制方面，引入自動(dòng)感光傳感器智能控制教室各路燈光開關(guān)及窗簾開關(guān)，使教室照度保持在500流明的前提下，實(shí)現(xiàn)最大節(jié)能。

環(huán)境控制方面，通過溫濕度、空氣質(zhì)量傳感器，實(shí)時(shí)感知教室溫濕度及空氣質(zhì)量，并通過設(shè)置環(huán)境要素指標(biāo)的合理區(qū)間，自動(dòng)控制教室中央空調(diào)、抽濕機(jī)、加濕器、空氣凈化器等設(shè)備，在保持教室環(huán)境舒適、健康的前提下，最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

同時(shí)，中央管控系統(tǒng)預(yù)設(shè)多種常用場景模式，方便教師的教學(xué)應(yīng)用與管理員的日常管理。預(yù)設(shè)進(jìn)場、離場模式，實(shí)現(xiàn)一鍵對(duì)教室內(nèi)所有系統(tǒng)設(shè)備的開關(guān)機(jī)。預(yù)設(shè)全投影、白板+投影、互動(dòng)研討、互動(dòng)講評(píng)、資源引入、跨校授課等教學(xué)場景模式，方便師生開展PBL、翻轉(zhuǎn)課堂、O2O等各類新型教學(xué)模式實(shí)踐。預(yù)設(shè)影音觀摩、正常授課等照明場景模式，方便師生根據(jù)教學(xué)需要對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行一鍵管控。此外，中央管控系統(tǒng)還支持場景模式自定義，教師、助教及管理員可根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置自己需要的場景模式。

3.環(huán)境設(shè)施

環(huán)境設(shè)施是指智慧教室在室內(nèi)裝修、配套桌椅、人性化設(shè)施方面對(duì)激發(fā)課堂教學(xué)活力、提高互動(dòng)研討效率、方便多元功能拓展的支撐能力。室內(nèi)裝修整體應(yīng)以原木色、白色等淺色系為主，搭配黑色、紅色等深色系色彩，著重增加金屬材質(zhì)比例，自然清新、典雅沉穩(wěn)、層次分明，凸顯教室空間感和現(xiàn)代感，放松師生心情、激發(fā)學(xué)生思考、促進(jìn)互動(dòng)交流;教室全部采用LED燈，亮度高、節(jié)能好，在無任何自然光的情況下能夠達(dá)到500流明以上。

教室內(nèi)配套桌椅應(yīng)依據(jù)教室大小、裝修風(fēng)格和人體工程學(xué)，對(duì)桌椅高低、大小、樣式、顏色等要素進(jìn)行詳細(xì)定制，桌子全部選用梯形桌面，可自由拼接為圓形、菱形、方形、長條形、橢圓形、平行四邊形等形狀，為師生開展互動(dòng)研討教學(xué)提供靈活、便捷的布局選擇。人性化設(shè)施方面，安裝強(qiáng)、弱電地插，方便師生為便攜式計(jì)算機(jī)、平板電腦、手機(jī)等個(gè)人終端進(jìn)行充電;加裝可靈活拆卸的移動(dòng)屏風(fēng)，支持對(duì)教室空間的自由劃分，為教室進(jìn)行多功能拓展提供支撐;配備衣帽架、鞋套機(jī)、傘套機(jī)、飲水機(jī)等設(shè)施設(shè)備，為師生提供人性化服務(wù)保障。

4.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是指智慧教室在網(wǎng)絡(luò)接入、網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)防護(hù)方面的支撐能力。智慧教室內(nèi)應(yīng)實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)接入，出口帶寬不低于千兆，全面無線WiFi覆蓋，支持各品牌、各型號(hào)便攜式計(jì)算機(jī)、平板電腦、智能手機(jī)、觸控大屏等設(shè)備安全便利接入，實(shí)時(shí)獲取校內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)公開資源，并在教室內(nèi)屏幕上進(jìn)行自由展示，以全新的資源獲取方式推動(dòng)傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的改革。

為增強(qiáng)智慧教室的普適性，提高中央控制的可靠性，滿足多功能應(yīng)用需求，教室網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持互聯(lián)網(wǎng)和局域網(wǎng)兩種工作模式，并可通過中央控制系統(tǒng)進(jìn)行自由切換?；ヂ?lián)網(wǎng)工作模式下，教室內(nèi)所有設(shè)備均可自由訪問互聯(lián)網(wǎng);局域網(wǎng)工作模式下，教室內(nèi)所有設(shè)備形成一個(gè)與外界隔離的邏輯局域網(wǎng)，無法訪問互聯(lián)網(wǎng)。為提高網(wǎng)絡(luò)防護(hù)水平，可依托學(xué)校信息安全整體防護(hù)體系，在智慧教室配置部分專用的防火墻、入侵檢測、行為審計(jì)、流量控制等網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)設(shè)備，并加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)名認(rèn)證管理，做到“事前可防控，事后可追蹤”。

5.應(yīng)用拓展

應(yīng)用拓展是指智慧教室支持多種應(yīng)用功能接入、拓展課堂教學(xué)時(shí)空的綜合能力。智慧教室作為一個(gè)開放共享的智能舞臺(tái)，教室內(nèi)設(shè)施、設(shè)備應(yīng)具有很強(qiáng)的兼容性、穩(wěn)定性和復(fù)用性，支持多種相關(guān)的應(yīng)用功能拓展，典型的應(yīng)用拓展有高清自動(dòng)錄播、手術(shù)直播示教、跨校互動(dòng)教學(xué)、遠(yuǎn)程視頻會(huì)議等。

通過在教室部署廣播級(jí)高清攝像機(jī)、自動(dòng)定位球和高清錄播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高清自動(dòng)錄播功能，并可與學(xué)校視頻中心進(jìn)行無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)資源自動(dòng)上傳、網(wǎng)上直播、點(diǎn)播等功能，打造教學(xué)資源制作、展示、共享一條龍服務(wù)中心;通過在教室部署手術(shù)示教終端，與醫(yī)院手術(shù)室的手術(shù)直播車聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手術(shù)直播示教功能，建立教室與手術(shù)室的音、視頻互動(dòng)通道，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與實(shí)操教學(xué)的無縫融合;通過部署定制開發(fā)的遠(yuǎn)程會(huì)議終端，實(shí)現(xiàn)跨?；?dòng)教學(xué)和遠(yuǎn)程會(huì)議功能，大幅拓展教室時(shí)空。同時(shí)，基于已有設(shè)施、設(shè)備，通過適當(dāng)?shù)牟季终{(diào)整，智慧教室還可進(jìn)行學(xué)術(shù)會(huì)議、大師論壇、師資培訓(xùn)、應(yīng)急指揮、影音觀摩、電子競技等功能應(yīng)用，有效拓展了智慧教室的應(yīng)用外延，大大提高了智慧教室的建設(shè)效益。

四、“SCENA”模型的建設(shè)成效

1.激發(fā)傳統(tǒng)課堂教學(xué)的結(jié)構(gòu)性變革

在傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，教師在課堂上把知識(shí)傳授給學(xué)生，并給學(xué)生布置作業(yè)，學(xué)生課后完成作業(yè)，以此實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化和遷移。

“SCENA”模型智慧教室能夠與網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)平臺(tái)無縫對(duì)接，顛覆傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)及流程，充分發(fā)揮“技術(shù)支持學(xué)習(xí)”的優(yōu)勢，激發(fā)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的全面變革?！爸R(shí)傳授”的過程放在了課前，由學(xué)生在課前觀看教師推送的教學(xué)資料（含視頻、圖片、文本、PPT等），進(jìn)行自主學(xué)習(xí)新知識(shí)。課堂上，教師依托智慧教室，組織和指導(dǎo)學(xué)生討論交流、探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)“知識(shí)的內(nèi)化”。在該過程中，智慧教室的“技術(shù)支持學(xué)習(xí)”體現(xiàn)在教學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)要素、教學(xué)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)和技術(shù)應(yīng)用的各個(gè)方面，而應(yīng)用于教學(xué)和學(xué)習(xí)過程的“技術(shù)”，既包括有形的硬件和軟件“物化技術(shù)”（如以智能中控中心和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的物化技術(shù)形態(tài)），也包括無形的“智能技術(shù)”（如學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)環(huán)境設(shè)計(jì)策略等）。

2.打造突破時(shí)空限制的無邊界課堂

無邊界課堂重在突破學(xué)科和學(xué)科之間、學(xué)校和學(xué)校之間、內(nèi)容和內(nèi)容之間的已有界限，創(chuàng)設(shè)課內(nèi)外和校內(nèi)外、知識(shí)和技能、過去和未來之間的暢通平臺(tái)，構(gòu)建更加綜合、互動(dòng)、前瞻的教學(xué)模式，追求更加開放、主動(dòng)、創(chuàng)新的學(xué)習(xí)方式。

“SCENA”模型智慧教室作為實(shí)現(xiàn)無邊界課堂的核心支撐平臺(tái)，能夠充分發(fā)揮信息網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，突破時(shí)空限制，并深度整合教室內(nèi)屏幕、終端、桌椅等設(shè)施設(shè)備，構(gòu)建一體化、智能化教學(xué)環(huán)境，支持混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)、跨校互動(dòng)教學(xué)等多種教學(xué)模式，讓教師自由教、學(xué)生自由學(xué)。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”在教育領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)酵，智慧教室將會(huì)無限放大未來課堂的邊界。

3.構(gòu)建信息化條件下的教與學(xué)閉環(huán)

傳統(tǒng)課堂常見的教學(xué)技術(shù)手段包括投影、幻燈、多媒體系統(tǒng)和電子白板等設(shè)備?！癝CENA”模型智慧教室通過融入前沿信息技術(shù)和先進(jìn)教學(xué)理念，支持微課教學(xué)平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)社區(qū)、電子書包、實(shí)操教學(xué)等多種教學(xué)形式的拓展，使學(xué)習(xí)方法、教學(xué)方式發(fā)生根本性變革，實(shí)現(xiàn)單一的教學(xué)視頻向互動(dòng)學(xué)習(xí)資源轉(zhuǎn)變、單一的學(xué)習(xí)工具向?qū)W習(xí)社區(qū)和無邊界學(xué)習(xí)空間拓展、單一的教學(xué)平臺(tái)建設(shè)向立體化的學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建。整個(gè)教與學(xué)過程，呈現(xiàn)互動(dòng)化、社區(qū)化、泛在化、智能化等特點(diǎn)，并輻射教師和學(xué)生課前、課中、課后整個(gè)過程，打造真正教與學(xué)的閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)成效質(zhì)的飛躍。

五、總結(jié)與展望

科技引領(lǐng)發(fā)展，創(chuàng)新改變世界。信息技術(shù)發(fā)展日新月異，教學(xué)理念蓬勃發(fā)展，兩者相互交織更相互融合、相互碰撞更相互促進(jìn)，共同孕育全新的教育需求，激發(fā)全面的教育變革和創(chuàng)新。智慧教室作為信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的代表，創(chuàng)新教學(xué)模式、優(yōu)化教學(xué)流程、豐富教學(xué)內(nèi)容、改善教學(xué)體驗(yàn)、拓展教學(xué)時(shí)空、提高教學(xué)質(zhì)量，是實(shí)踐現(xiàn)代教學(xué)理念和方法的重要舞臺(tái)，推動(dòng)著信息化教學(xué)模式的深度變革，必將在未來教育改革和發(fā)展過程中發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。

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