在技术设计方面智慧教室的建设标准

曹瑞青

摘要：如何在有效的教學时间高效地完成教学任务已经成为教师教学追求的目标。在智慧教室中进行教学能更好地辅助教师达到教学目标，因而智慧教室的建设越来越受重视。建设智慧教室的目的是提高教学和学习效率。文章首先指出了传统教室的不足，然后概括了智慧教室的概念和智慧教室建设理念，并在此基础上提出智慧教室在技术设计方面的建设标准。

关键词：技术设计；智慧教室；建设标准

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）29-0263-03

1 问题的提出

教学是学生获取系统知识的主要途径。教学发生的主要场所是教室，学生在教室中完成一系列的学习任务，从而提高自己的知识技能。由于每节课的时间是固定的，教师如何在固定的教学时间完成教学任务，学生如何在固定的学习时间系统地掌握知识呢？现如今在传统教室中进行的教学存在许多需要改进的地方，如课堂考勤、课堂互动、课堂测试，每一个环节都会占用一定的教学时间，从而导致教学时间的利用效率不高。在课堂考勤中，签到结果统计不方便，不但加大了教师的工作量，而且无法直接呈现签到结果。在课堂互动中，只有个别学生参与其中，教师只能估计整体学生的学习情况，没有准确的数据作为支撑，结果往往产生偏差。在课堂测试中，教师无法实时获得全体学生的测试结果，也就无法实时、有针对、准确地对每一个学生进行的强化训练，也就无法达到巩固课堂知识的目标。智慧教室的提出正好解决了教师在传统教室进行教学所遇到的问题。

2 智慧教室的概念

研究者从不同的角度对智慧教室进行了定义。文章借鉴程敏关于智慧教室定义中所提出的新兴信息技术作为智慧教室的基础；[1]张亚珍等关于智慧教室定义中所提出的学习模；[2]王玉龙等关于智慧教室定义中所提出的个性化学习方案以及人与环境的高效互动；[3] 以及聂风华等关于智慧教室定义中所提出智慧教室的目标作为定义的基础。[4]文章认为智慧教室是基于物联网、云计算、大数据和泛在网络等新兴信息技术，能够支持学习者的混合学习，支持教师组织和开展混合学习，提供个性化师生服务、进行智能化管理、实现多元化交互教学的一种自适应的学习环境。建设智慧教室的最终目标是完善教学，提高教学和学习效率。

3 智慧教室建设理念

信息时代学习的本质发生了转变，转变主要体现在三方面：一是学生由被动地接受知识转变为主动的获取知识；二是学生由机械的记忆知识转变为有意义的知识建构；三是学生对于知识的学习由个人化转变为社会化，学习过程更注重学生的互动。[5]因此，信息时代学习的环境要适应学习本质的转变，使“以人为本”和“以学习者为中心”的设计理念贯穿于智慧教室的建设标准之中。

通过对信息时代学习本质的转变和学习环境要转变以适应学习的要求，文章认为智慧教室的建设理念应该包括注重用户体验、绿色环保、体现个性化、体现互动性、体现实时性。

3.1注重用户体验

用户的体验效果表现在两方面一是对物理环境的体验，二是对技术设计的体验。首先在提高用户对物理环境的体验方面可以通过对室内采光照明、温度和湿度的智能控制来实现，保证智慧教室物理环境的舒适性，其次，在提高用户对技术设计的体验上，可以通过采用图形化设计理念，体现人性化，力求用户界面的简洁性和易用性。

3.2绿色环保

在注重用户体验体验的前提下，应该具有环保意识，如在室内采光照明方面，以自然光源作为室内的基本光源，室内设备在无人状态下呈现自动休眠状态，上课时也可实现智能开启，避免对设备进行违规操作延长设备的使用寿命。

3.3体现个性化

个性化可以体现在云桌面、身份管理和数据采集三个方面。例如，云桌面是教师的专属桌面有自己永久的存储空间以及个性化的保存，教师可以在任何时间、任何地点和任何设备登录自己的工号和密码对自己的专属桌面进行操作。身份管理则是为了限制用户的操作，如身份可以设置为教师、学生或管理人员，不同身份的人所能进行的操作不同，以此来避免错误操作所带来的损失。数据的采集是对学生课堂信息的采集，通过数据查询分析子系统对学生进行科学性和准确性的评价，从而进行针对学生的个性化特征进行教学。

3.4体现互动性

学习本质的社会化主要通过智慧教室的互动性来体现，互动性包括课堂上师生的互动，生生的互动，人机的互动。师生互动体现在课堂教学中教师可以关注到每一个学生，而不是依据少数学生的表现来猜测全体学生对知识点的掌握情况。生生互动体现在课堂上交流更为方便，如多屏投影，小组讨论是可以把一人的想法呈现在小组内其他成员的电脑屏幕上。人机互动体现在用户界面简单、实用。

3.5体现实时性

智慧教室的实时性包括数据采集的实时性和教师可以随时修改制作自己的课件保存到自己的云桌面上。首先数据采集的实时性体现在教室可以及时获取学生随堂测验的结果，对学生进行强化教学，提高学生的学习效率。教师修改制作课件的实时性体现在课堂上临时发现的学习难点和临时开启的课堂互动，可以随时保存到自己的云桌面备份，也可以保存到教学资源库以供学生查看和其他教师观摩。

4 智慧教室建设标准

文章借鉴了姜毅提出的智慧教室建设标准中的建立一套云教育资源管理平台和建立先进的多媒体设备管理系统；[6]司海峰等提出的智慧教室建设标准中的教学辅助系统（包括课程录播系统和教学资源库）；[7]程敏提出的智慧教室建设标准中的教学服务环境（包括课程录播系统和学生自动考勤）；[8]胡永斌对马丁·路德金小学智慧教室的空间布局设计、室内环境设计、控制系统设计的概括，提到的室内环境中的采光照明和控制系统中的室内微气候控制系统；[9]朱燕提出的智慧教室建设标准中的云录播系统和云课堂系统；[10]张亮提出的智慧教室建设标准中的教学辅助系统（包括备课管理子系统和教学资源管理子系统）、智慧中控总控平台子系统、云录播课程管理平台子系统、数据查询分析与刷卡考勤子系统、云录播、云桌面。[11]

根據程敏在智慧教室的设计与构建一文中分析所得智慧教室的建设应从空间设计和技术设计两方面入手，构建一个各构成要素（ 技术、环境、人、资源和方法等） 和谐共存的教与学环境，由于前人已经对智慧教室的空间设计做出来较为详细的论述，因此文章仅对智慧教室的技术设计进行总结归纳。[8]基于以上研究者提出的智慧教室建设标准，文章在技术设计方面对智慧教室的建设标准进行归纳，包括四个子系统，分别为：教学辅助子系统、室内微环境控制子系统、智慧中控总控子系统和数据查询分析子系统，如图1所示。

4.1教学辅助子系统

教学辅助子系统主要用于课下教师的备课、课下学生的预习复习以及课上关课堂考勤、课堂互动、课堂测试等各种数据的记录。该系统主要包括云课堂、云桌面和身份管理及考勤系统。

4.1.1云课堂

云课堂是教学辅助子系统中的最重要的一部分，教师备课上课以及学生学习等一系列活动都依赖云课堂中的备课系统、教学资源库、课堂信息采集、网络教学和云录播。

4.1.1.1备课系统

教师在备课系统中可以对已经讲授的课程内容进行总结，也可以对下节课的授课内容进行规划。备课系统使得教师的所有工作数据都云端化，提高了教师的工作效率。

4.1.1.2教学资源库

教学资源库是备课系统的基础，教师可以在备课系统中借助教学资源库中的资源，可以参考其他教师的备课内容，同时避免其他教师在教学中遇到的问题节约备课时间。

4.1.1.3课堂信息采集

课堂信息采集主要用于对教学过程进行记录，便于学生自学或回看，也方便教师进行教学自查及总结。课堂采集的信息主要用于对学生进行过程性评价，方便对学生进行学习分析，以确定教师后续对教学的改进。所采集的课堂信息也可用于其他教师的备课参考。

4.1.1.4云录播

云录播主要实现了对教室中授课情况的实时在线录制。课堂信息采集主要是通过云录播进行的。同时云录播方便了学生的远程在线学习，并进行实时有效的互动，也方便了督导人员对课堂的监督。

4.1.2云桌面

云桌面代替了传统的个人电脑，每一个教师都有一个专属云桌面，通过工号和密码登录。云桌面为教师的教学提供了方便，教师可以随时随地在任何设备上登录专属云桌面进行备课、查看学生学习情况、查看课堂信息采集结果。

4.1.3身份管理及考勤系统

身份管理主要是限制对设备所进行的操作，以避免不必要操作所带来的损失。身份包括教师、学生和管理人员，不同身份的人进入智慧教室自动开启不同操作。考勤包括学生、教师的考勤，将所得数据传送到数据查询分析系统，方便教师分析学生的成绩与考勤的关系，方便教师对学生进行总结性评价，以及方便学校对教师的考勤进行查看。

4.2室内微环境控制子系统

室内微环境控制子系统包括采光照明、通风换气和温度湿度三部分。通过室内微环境控制子系统对物理环境进行有效控制，保证了智慧教室环境的易用性和舒适性。使室内的照度保持在150Lx～200Lx，温度常年保持在 18℃左右，相对湿度保持在 50%～60%。[9]

4.2.1采光照明

良好的照度是开展教学的基本条件。本着绿色环保的目的教室采用自然光作为室内的基本光源。采光照明系统通过亮度传感器、灯光控制器、窗帘控制系统来控制灯光照明及室内窗帘处于打开或关闭状态，使室内的照度保持在150Lx～200Lx。

4.2.2通风换气

通风换气系统保证了智慧教室内环境的舒适性。通风换气系统通过空气传感器监测室内二氧化碳浓度，并对比预设阈值，以决定是否自动开启排风扇进行通风换气。

4.2.3温度湿度

温度湿度系统通过温湿度传感器监测室内温度和湿度，通过监测结果和预设阈值的对比，由空调电源控制器来决定空调的制冷和制热，以及是否需要除湿，使室内温度常年保持在 18℃左右，相对湿度保持在 50%～60%。

4.3智慧中控总控子系统

智慧中控总控子系统可以实现对设备的集中管理和控制。为了方便教室管理人员的工作，智慧中控总控子系统控制管理界面应采用图形化设计理念，体现人性化，减轻工作人员负担，同时提高工作效率。

4.4数据查询分析子系统

数据查询分析子系统以大数据为支撑，记录教师在智慧课堂中进行授课所产生的各种数据，对记录结果进行多角度分析，为提高教师的教学水平、学生的学习效率以及管理人员的管理提供精确的数据依据，降低不全面统计带来的误差。

5 总结

文章在前人研究结果的基础上总结出了智慧教室的概念和建设理念，并在此基础上对智慧教室在技术设计方面的建设标准进行了整理。需要说明的是智慧教室在给教师教学、学生学习以及管理人员进行管理等方面带来了便利，但关于教师利用智慧教室进行教学的教学效果还需要进行一个长期的数据积累分析。教师利用智慧教室进行教学之前要进行专业的培训，并在此基础上对以后的教学方向进行整体规划，以避免利用高级科技进行低级学习。

参考文献：

[1] 程敏.信息化环境中智慧教室的构建[J].现代教育技术，2016，26（2）：101-107.

[2] 张亚珍，张宝辉，韩云霞.国内外智慧教室研究评论及展望[J].开放教育研究，2014，20（1）：81-91.

[3] 王玉龙，蒋家傅.以需求为导向的智慧教室系统构建[J].现代教育技术，2014，24（6）：99-105.

[4] 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.

[5] 黄荣怀，张振虹，陈庚等.网上学习：学习真的发生了吗？——跨文化背景下中英网上学习的比较研究[J].开放教育研究，2007（6）：12-24.

[6] 姜毅.多媒体智慧教室建设解决方案[J].科技资讯，2017，15（14）：133-134.

[7] 司海峰，梁艳，岳桂贞.智慧教室的设计构建探究[J].科技创新导报，2017，14（14）：241-242+244.

[8] 程敏.智慧教室的设计与构建[J].实验室研究与探索，2015，34（6）：248-252.

[9] 胡永斌.美国小学智慧教室的建设经验与启示[J].福建教育，2016（49）：17-19.

[10] 朱燕.云环境下智慧教室的建设研究[J].无线互联科技，2017（19）：100-101+115.

[11] 张亮.基于“云+端一体化”的智慧教室建设探索[J].电脑与电信，2017（6）：75-78.

【通联编辑：光文玲】