高职智慧教室设计

◆林永

1 引言

随着以物联网、云计算、大数据等为代表的新一代信息技术的日趋成熟，教育领域亦掀起重大变革，汇集智慧技术、应用、管理等特征的智慧教室成为新的教学诉求。本研究在案例研究的基础上，基于高职教育的实际需求，尝试进行智慧教室的设计。

2 智慧教室概述

智慧教室（Smart Classroom）[1]，亦称作未来教室（Future Classroom），是一种能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展的新型教室。目前，不少研究者已致力于智慧教室的研究并取得一定成果。其中关于智慧教室的理论研究和技术实现相对成熟，例如：黄荣怀等提出智慧教室的SMART 模型[1]；聂凤华等介绍了清华大学智慧教室的建设思路与集成方案[2]；陈磊等阐述了高职智慧教室的研究和应用现状[3]；程敏从硬件和软件两个方面阐述了智慧教室的构建[4]；等等。

从已有研究来看，理论方面，关于智慧教室的概念特征、系统模型的研究已较成熟；案例方面，本科院校的建设案例较丰富，但针对高职设计的智慧教室案例屈指可数。故本研究以高职为落脚点，从实际教学需求出发，在已有文献研究的基础上进行高职智慧教室的设计。

3 高职智慧教室功能需求

从高职教学实际需求出发，结合新型的教学模式，总结高职智慧教室的五大功能需求。

功能需求一：环境智能管控智慧教室应能够一键控制所有的多媒体设备，并能够对教室中的灯光、空调、窗帘、温度、湿度、PM2.5 值等进行智能监控及管理，实现教学场地环境的自动控制。

功能需求二：资源共享智慧教室应能够方便智能地记录教学过程，并将教师的整个授课过程及教学内容电子化、数字化，同时能够支持课程在线直播、点播，方便共享学习。

功能需求三：创新教学智慧教室应能够支持传统教学、翻转课堂、研讨型教学、辩论型教学等多种教学模式，能够实现多种方式的互动，通过信息化的手段增加组内、组间和师生的交流互动。

功能需求四：远程互动实训是高职教学中非常重要的一个环节，智慧教室应能够实现与企业导师的双向互动，与异地学生的同步教学，并支持与国内外优质学校进行跨校区的教研活动。

功能需求五：大数据分析智慧教室应能够实现课堂大数据实时采集和反馈，为学习分析提供依据，促进教学干预和教师教学行为的改善，为学校和管理部门的决策提供基础数据。

4 高职智慧教室设计

结合智慧教室的五大实际功能需求，本研究从整体架构、教室空间和功能模块三个方面进行设计。

整体架构设计智慧教室总体架构分为云端和终端两层，其中云端基于学校的私有教学云中心，提供课前、课中、课后全方位的教、学、管理等服务；终端部分通过互动教学网关，对教室内的环境设施、多媒体设备设施等进行智能感知和互动，实现与云端的业务同步。智慧教室整体架构设计如图1 所示。

教室空间设计智慧教室整体装修风格采用暖色调，以简洁舒适为主。教室共配置36 套课桌椅，课桌椅可根据需要，随机组合成圆形、方形或大小不一的形状，以满足不同教学模式的需求。智慧教室空间设计如图2 所示。

图1 智慧教室架构设计图

图2 智慧教室空间设计

图3 智慧教室模块功能设计

智慧教室为教师配置一个智能讲台、一台平板电脑和两个电子触摸白板。其中，智能讲台搭载物联管控系统，帮助教师完成课堂中的各种设备调用；平板电脑方便教师开展互动和资源共享；两个电子白板分别配合完成课堂资源呈现、板书、远程互动等不同的功能。

智慧教室为学生配置六个液晶显示大屏，用于不同小组的分组讨论和共享展示；同时为每名学生配备一台平板电脑，用于课堂互动和资源获取。

模块功能设计为充分发挥硬件设施的作用，满足高职教学的各项功能，智慧教室在可视化综合管理平台的基础上，建立统一的认证、接口和权限管理的软件环境，并对可视化综合管理平台进行模块化的功能设计，划分为五个系统模块，如图3 所示。

1）物联网管控系统。智慧教室利用物联网技术，实现对教室中所有多媒体设备、互联教学设备、环境控制设备的网络群控、联动管理和可视化管理。课堂上，教师只需一键启动，即可让所有教学设备进入上课状态；上课过程中，摄像机将全方位记录教学过程；课程结束，教师只需一键下课，即可让所有设备恢复至课前状态，真正实现智能化管理。

2）全自动高清录播系统。智慧教室配置全自动高清录播系统，利用先进的图像定位技术，实时扫描，跟踪分析，精确传输空间内目标的位置、移动速度、距离等信息。无论师生处于教室的何种位置，都能自动识别并给予正面特写镜头，能够更好地符合创新课堂教学和各种研讨型教学模式的精品课程资源录制。录制的教学资源可以直接发布，实时直播、点播，也可以上传到公共资源管理服务平台集中存储。

3）智慧研讨系统。智慧教室支持通过Pad、手机、电子白板等智能终端实现师生间的课堂互动、分组讨论、交互解答、学习评价、复习指导、团队协作等先进的教与学互动方式。在课前，教师通过课程一键导入完成备课，学生可以提前登录并浏览资源以完成预习；在课堂上，多个屏幕通过不同形式的调度，让交互和共享贯穿整个教学过程。各个小组可以互不干扰地进行讨论、陈述与展示，还可以方便地在本组屏幕上看到其他小组的成果展示。教师将随时发布课堂测验，检测学生的学习情况。学生在听课过程中通过按“红绿灯”，向教师反馈对知识的掌握情况；课后，师生可以通过研讨系统，完成教学评估、资源回顾、课后测验、在线答疑等。

4）远程互动教学系统。智慧教室配置的远程互动教学系统由便携式高清录播主机和视音频采集设备组成。它完成了教师场景、学生场景和计算机课件画面的采集，并通过智能切换，实时直播、同步记录和存储。远程互动教学系统打破了时空限制，为远程网络教学、教研和培训提供了技术支撑，提高了教育信息化的应用水平。

5）大数据分析系统。智慧教室学习平台搭载大数据分析系统，支持收集教学的全部过程性数据和资源，为教师课堂分析和学生课后学习提供良好的支撑。优质过程性教育资源的建设和利用，能够更好地培养学生的自主学习能力，优化教学过程，提升教学质量。

5 结语

信息时代的学习基于智能环境，智慧教室作为智慧学习环境的典型代表之一，以智能化引领教育理念和教育模式的创新，实现现代信息技术与传统教学资源的有机整合，为师生创造最佳的课堂教学环境，营造良好的教学氛围，为增强教学效果作出显著贡献。■