智慧教室:未来教育的新方向

姚方莉

陕西师范大学 立人中小学数字化教育研究所，西安 710061

课堂教学是学生接受系统教育最重要的一个环节。现行的课堂教学存在诸多的问题，例如:效率低、互动差、反馈不及时、资源匮乏、缺少个性化的辅导，等。随着传感技术、物联网技术、人工智能技术、富媒体技术、云计算技术等的蓬勃发展，智慧教室作为一种新型的现代化教学手段，体现了教室环境的智慧、教学应用的智慧、互动学习的智慧，给教育行业带来了新的机遇，是学校信息化发展到一定程度的内在需求，是当今智慧学习时代的必然选择。文章对智慧教室的概念、特征、组成、平台构架以及组合方案进行了介绍，以期对智慧教室的研究提供参考。

1 智慧教室的概念及特征

1.1 概念

随着智慧社区、智慧城市、智慧校园等新兴概念不断涌现，智慧教室的兴起也是一种必然的趋势。

对于智慧教室的界定国内外的学者从不同的角度出发有不同的观点，国内比较有代表性的观点主要有:黄荣怀认为“在传感技术、网络技术、富媒体技术及人工智能技术充分发展的信息时代，教室环境应是一种能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，具有情境感知和环境管理功能的新型教室，这种教室被称为智慧教室。智慧教室是一种典型的智慧学习环境”［1］;陈卫东认为“所谓智慧教室，就是一个能够方便对教室所装备的视听、计算机、投影、交互白板等声、光、电设备进行控制和操作，有利于师生无缝地接入资源及从事教与学活动，并能适应包括远程教学在内的多种学习方式，以自然的人机交互为特征的，依靠智能空间技术实现的增强型教室”［2］。

国外比较有代表性的观点主要有:①智慧教室是一个完全整合的交互系统，允许用户从一个中控点无缝接入媒体［3］;②智慧教室可以被定为一个拥有计算机、投影仪、多媒体设备(录像和DVD)、网络接入、扬声器等设备，且能够调节光照和控制视频流的教室［4］;③智慧教室是一个完全自服务，用户有好的有助于教和学的环境，教师要用的资源以简单、易用的方式进行配置［5］;④智慧教室允许用户以一种尽可能自然的方式与其交互［6］。

综上，国内外学者专家对智慧教室的概念并没有统一的界定，在一定程度上会影响智慧教室的发展。

1.2 特征

智慧教室具有以下几大特点:①无处不在的泛感知，各种各样的学习资源可以随时随地地进行采集，不再受到地域和时间的限制;②泛在的智能管道，即公网与校园网相结合，有线与无线相互补充实现高效、稳定的网络保障教育资源;③云计算数据中心，解决信息孤岛的问题，实现各机构信息关联共享;④丰富全面的教育应用，制定多样的智慧教室解决方案以适应多种学习方式;⑤绿色创新运营平台，软件应具有开放性，全民可共同参与［7］。

2 智慧教室的组成

智慧教室系统主要由以下4个部分组成(如图1所示)。

图1 智慧教室的组成

2.1 教育综合管理平台

教师可以进行课前备课，课后布置作业、发布成绩，等;家校沟通环节中，教师可把学生的学习状况反映给家长，家长通过电子书包教育管理系统可以了解学生的学习情况，掌握学习进度，把握学生动态，获取学校信息，搭建学校与家长沟通的桥梁，促进孩子健康成长。

2.2 课堂互动学习

教师利用电子黑板系统和电子书包系统在课堂上随时发起互动讨论，布置电子作业，发布信息，把握学生的学习状况，即时反馈回答学生信息;学生可以及时答题，捕捉薄弱环节，并且能够向教师提问，学生之间也可以互相交流学习，完成教师布置电子作业，等;教师可以进行随堂评测，也可远程在线指导，学生的学习情况能生成可视化的分析报告，教师可根据具体的状况做针对性辅导，实现个性化的教学。

2.3 教室安防系统

通过监控器、传感器与云数据平台连接，可以监控教室温度、湿度、光线、环境等相关参数，以及班级情况实时视频监控，帮助教师及时掌握校园情况和学生学习状况。通过视频监控等监控设备，可以对校园突发事件进行及时地发现、报警、处理。

2.4 教育资源平台

资源平台系统有学校自有资源、第三方资源、其他资源。可支持资源的及时下载、发布广播、信息推送、随时调用、全程录像和直播教学到客户端。资源主要包含:教学设计、教案、视频、教学精品、精选图库，等。

3 智慧教室的平台构架

智慧教室的平台构架由设备、门户、应用、服务、数据、基础、网络7个部分组成(如图2所示)。

图2 智慧教室平台构架

3.1 设备

智慧教室支持多种设备接入用于设备连接。设备主要包括电子白板、电子黑板、笔记本电脑、平板电脑、网络摄像头、打印机、手机、监视器等一系列智慧教室的设备。另外，还包含智慧教室的周边辅助设备，如充电柜、网络设备、备用电源，等。

3.2 门户

教育云服务网站，通过统一的登录服务，可以支持用户在电子书、手机、电脑等终端进行登录，登陆后可享受多种服务，并在门户网站上集合教育资源管理，家校联络管理，学校教学管理，账号服务管理等多种相关功能的入口。

3.3 应用

综合智慧教室的主要功能，按照模块化、独立化原则进行设计，主要包括远程教育系统、互动教学系统、教育应用商店、教室智能控制、教学质量评估系统、云书城、教师线上备课系统及智能阅卷系统。

3.4 服务

提供支撑应用层操作的相关基础服务，包括数据挖掘服务、身份认证服务、数据服务、数据库服务、多媒体点播直播服务、全文检索服务及文件服务。

3.5 数据

智慧教室平台拥有多数据库的支撑，保证了该平台数据的庞大性、可靠性、稳健性、账号数据的安全性，主要包含用户数据库、教学系统数据库、资源数据库及评价系统数据库。

3.6 基础

基础云服务包括存储服务、服务器服务、网络连接服务。支撑智慧教室平台系统的基础设施可以在云的环境下稳定工作。

3.7 网络

智慧教室平台所依赖的基础网络包含平台所涉及到的网络，有4G、3G、2G、无线网络、有线网络，等。

4 智慧教室的组合方案

4.1 方案一

该方案适用于学校新建的智慧教室。静电防尘推拉黑板，不改变原有的粉笔书写习惯，静电吸附纸张、粉尘、上课可轻松挂图，支持无尘书写，并且可以使用投影、实现互动操作，打造全新的教学模式。

教室配备明细:①静电防尘推拉黑板;②短焦投影机;③数字实物展台;④无线路由器;⑤电子充电车;⑥电子白板;⑦投影支架;⑧电子书包;⑨服务器机架。

4.2 方案二

该方案亦适用于学校新建的智慧教室。使用宽屏无尘白板，既可作为虚拟白板投影显示，又可以取代传统有尘黑板进行常规教学，环保书写笔，实现无尘化教学。

教室配备明细:①无尘教学板;②短焦投影机;③数字实物展台;④无线路由器;⑤电子充电柜;⑥电子白板;⑦投影支架;⑧电子书包;⑨服务器机架。

4.3 方案三

该方案适用已经开通了班班通的学校，目前大部分试点学校都可以采取此方案实现智慧教室。

教室配备明细:①电子白板;②数字实物展台;③无线路由器;④电子充电柜;⑤中控讲台;⑥电子书包;⑦服务器机架。

4.4 方案四

该方案适用已有电子白板和班级电脑的学校，学校只需购买教师终端、学生终端、充电推车、云端服务即可，可以使用学校现有的资源。

教室配备明细:①电子书包;②无线路由器;③服务器机架;④电子充电车。

5 建设案例及成效

5.1 案例一

陕西师大立人中小学数字化教育研究所指导智慧教室试点之—“长庆泾渭小学”。该电子书包试点选择数学和英语课作为试点科目，将小学3年级6班作为试点班，并将试点课程教师所负责的其他同年级各班作为对照班。技术运行环境采用电子书包作为终端，配套安装安卓操作系统以及互动学习管理系统，教室运行环境基于WIFI局域网构建;云端服务器面向用户提供账号管理与信息防护等安全服务。经过第一阶段(2012年8月到2013年1月)的试点，该班级在数学课的成绩有小幅度的提升，试点班前测平均成绩低于对照班0.4分，后测成绩则较对照班高出0.26分，高出年级平均成绩2.6分，课堂教学观察及教师课后访谈均发现学生思维更加灵活，自信心及创新能力有了较大提升，敢于发表自己的见解，部分创意甚至超出教师的预期［8］。

5.2 案例二

图3 智慧教室实景图

清华大学五道口金融学院成立伊始便启动了“清华大学五道口金融学院信息化教学环境及视听应用系统工程”建设项目［9］。该智慧教室(如图3所示)根据物理空间的面积和层高，设计成70席的扇形阶梯教室，在教室内加装无线路由，实现WIFI网络全覆盖，云服务与学生平板电脑、智能手机等移动终端一起组成了一个虚实结合的个性化学习空间。该智慧教室满足教学活动的实际需求，在保证方案实用性的基础上，还应着眼于提升整个教室环境的智能化水平，以适应未来智慧教室的发展趋势［9］。该教室不仅支持教学和学习，还可以进行交互演示和视频会议，具备较高的实用性和可靠性。

新的技术不断涌现及在教室课堂中的应用，必将会改变课堂以及教学的结构和形式。目前，未来课堂的设计与应用已经逐渐成为教育技术学研究一个新领域，智能教室是未来课堂的一个重要形式，智能性也是未来课堂的重要特性之一，加强智能教室的研究将有助于我们对课堂进行重新认识和设计，最终构建出一个面向未来创新人才培养需求和新课程改革需要的一个充分关注课堂主体自由、发展的和谐新型课堂/教室［2］。

［1］黄荣怀，胡永斌，杨俊锋，等.智慧教室的概念及特征［J］.开放教育研究，2012，(2):22-27

［2］陈卫东，叶新东，张际平.智能教室研究现状与未来展望［J］.远程教育杂志，2011，(4):39-45

［3］Forster K.Technology on the move［EB/OL］.http://www.timenet.com.au/technology_on_the_move.html，2010-02-01

［4］Ardire S.A Message From President Douglas Allen［EB/OL］.http://ridgewaterpo-rtfolio2.project.mnscu.edu，2010-02-01

［5］Kumar H.Smart Classroom［EB/OL］.http://www.sece.ac.in/smart_class.aspx#，2010-02-01

［6］Echols J.The Intelligent Classroom［EB/OL］.http://infolab.northwestern.edu/projects/the-intelligent-classroom/，2010-02-01

［7］鼎师科技.智慧教室解决方案［EB/OL］.http://www.dingshitech.com/product_wisdom_classroom.html，2010-02-01

［8］周榕.电子书包课堂教学应用的现象解读与推进策略研究［J］.电化教育研究，2013，(11):103-109

［9］聂风华，钟晓流，宋述强.智慧教室:概念特征、系统模型与建设案例［J］.现代教育技术，2013，(7):5-8