基于模块化思想构建智慧教室

马朝鹏 杨红波

目前各高校智慧教室的建设处于研究探讨和实施实验阶段，本文分析了智慧教室概念和智慧教室建设现状，总结智慧教室设计理念、应拥有的功能模块以及建设与推广使用过程中应注意的问题。提出智慧教室建设应结合学校自身学科特点与实际需求，以模块化方式构建，为学校实现特色发展提供有力支撑。

智慧教室的概念

关于智慧教室的研究，最早可以追溯到1988年Rescigno 提出的“Smart-Classroom”。早期对智慧教室的研究较多关注的是技术与装备效能。国内教育技术领域专家从不同视角和侧重点对智慧教室的定义进行过阐述。如黄荣怀等[1]主要从环境构建的角度出发，提出智慧教室应是一种能优化教学内容呈现、方便学习资源获取、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，并构建了SMART模型。从实现方式和功能性要求角度，陈卫东等[2]认为，智能教室是一个能够方便对教室所装备的视听设备、计算机、投影机、交互白板等进行控制和操作，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，依靠智能空间技术实现的增强型教室。

笔者认为智慧教室是利用物联网、大数据、人工智能等信息技术所构建的智慧教学环境，支持新型的教学模式和现代化教学手段的采用，通过师生网络行为和无感知的数据采集、数据分析、数据挖掘提供有针对性的分析报告，促进和提高教与学的效率与质量，是数字教室和未来教室的一种形式。

智慧教室的设计理念

我们处在信息化的时代，信息化影响并改变着我们每个人的工作、学习和生活方式，而学生是信息时代的“原住民”，面对如火如荼的信息时代，教育必然要面临一系列的挑战，信息社会对教育教学提出新的要求。

信息社会对人才培养提出新要求。信息社会的基本原则是多样化、综合化、分散化、分权化、最佳化和时差化。这样的原则和要求，决定了信息社会对人才、对教育的要求，信息社会所需要的人才，不仅注重能对知识进行存储、检索型的学力，更注重实际问题解决的能力，注重思维、分析、判断、表现和创新的能力，注重面临问题时的实际操作能力，这是一种创新型的人才。

信息社会要求改变教学方式。信息社会中，教学内容与资源的获取途径从单一化走向多元化。大量MOOCs、微课、创客等丰富的教学资源在网络上可以自由获取，教师不再是知识的唯一权威和占有主体。混合式教学、翻转式教学、教学模式“主导+主体”的新型师生模式在课堂应运而生。学校智慧教室建设正是在这样的背景下提出，智慧教室建设指导思想，就是要适应信息时代特点，营造人性化、智慧化教学环境;实践新的教学模式;践行“人人皆学、处处能学、时时可学”的国家号召;促进优秀教学经验传承和青年教师培养;打造新型智慧教学空间。

智慧教室的系统模型构建

经过对多所兄弟院校调研，各学校根据自己的学科特点、教学模式、课程内容有针对性地建设了多种形式的智慧教室，根据多方调研的结果，我们总结了智慧教室系统所包含的模块[3]，认为智慧教室的建设应根据教与学的实际需求、前瞻性要求和项目投入的情况综合考虑以模块化方式构建。

（1）智慧教室建设应以智慧教学平台为核心，没有智慧教学平台，智慧教室的“智慧”将无从谈起。智慧教学平台设计的核心思想是通过云计算、大数据整理、数据挖掘分析等平台软件技术促进教师的教学设计。平台功能涵盖课前、课中、课后等所有教学过程，为教学模式的转变提供支撑。智慧教室系统应有强大的后台管理、分析能力，应能及时地记录和分析处理师生在教学活动中的数据，教师利用智慧教学平台，进行课前备课、任务发布、课堂教学、互动交流、组织学生分组讨论、课中调查及测试和反馈，课后师生可获得教学情况的智能反馈与教学资源的智能推送。

（2）教学内容呈现模块，视听教学理论《视听教学法之理论》（1946年）一书中提出了“经验之塔”理论，认为人们学习时由直接到间接，由具体到抽象获得知识与技能可提高学习效率与效果。根据此理论，教学内容的视听化教学，多媒体教学课件在一线教学中已大量采用。清晰、方便、快捷地展现多媒体教学内容是本模块主要解决的问题。多视窗演示系统是一种突破性的演示解决方案，它允许用户访问丰富的多媒体资源，包括图像、视频、音频、网页、PowerPoint教学课件等内容，该系统可以提供多种布局，轻松管理教学内容呈现。

（3）深度互动模块，提供多屏展示与互动功能，有效支持互动型和小组协作型课堂教学活动的开展。该模块应能够通过互动软件将智慧教室中的多屏硬件、师生移动端有机结合，实现人机互动、多屏互动、人人互动。

（4）虚拟现实模块，虚拟现实技术应用于教与学的过程可增强学生的现实感和临场感，增强学习内容的体验，提高学习效果。该模块包括虚拟现实基础环境与显示设备。该模块应用的重点是虚拟现实课程资源的制作与利用。虚拟现实课程资源从技术制作角度可分为三个类型：三维建模类、全景照片类、全景视频类。制作过程需结合具体教学内容与教学要求设计场景、人物、模型，按照虚拟课程制作规范完成全过程。

（5）远程教学功能模块，通过网络软硬件设备双向联通，实现实时的音视频教学交互。满足学校学术交流、双向培养学生、远程教学的需要。

（6）智能录播模块，可提供常态化录播与精品录播功能，通过智能跟踪、智能导播实现同步录制。教学视频录制后利用教学资源平台，实现资源注入、资源分享与订阅、资源评价，学生可以课后自主学习，巩固学习效果。教师和管理者可以观摩学习教学过程，实现自我提高和教学评价。

（7）智能控制模块，利用网络中控对教室设备进行一键式管理，利用物联网技术实现智慧教室中温湿度、灯光、窗帘等环境控制，还包括集控中心，对智慧教室进行集中远程控制与设备管理。

各系统模块需利用标准软硬件格式与接口实现互联互通，形成统一的数据中心，包含教与学的过程数据，通过无感知技术采集行为数据、教学资源数据、设备状态数据等。

智慧教室建設与推广过程中应注意的问题

在智慧教室建设过程中，高校可根据自身发展特色与学科特点，多部门协作，充分调研一线教学的需求。通过研讨会、调查问卷的形式，在充分调研的基础上确定建设内容，形成满足学校发展需求的智慧教室方案。

在智慧教室推广和使用过程中会面临两方面的挑战：一是教师教学模式的转变，学校需制定综合方案推进教学模式的变革，方案应从教改立项、教学评价、教学效果与工作量绩效等多方面，引导教师根据课程内容选择新型教学模式，所以智慧教室建设应是学校多层次、多部门的一项综合工作，整体推进才能取得智慧教室建设应有的效果;二是教师智慧教室使用培训，首先在智慧教室系统建设过程中，智慧教学平台的UI与UE的设计，需要从教学角度出发进行设计与开发，切合教学习惯，满足教学个性化需求，平台界面与功能简单易操作，后台功能强大。培训内容应包含学习理论与教学理念的内容，促进教师教育观念的转变，包含功能介绍与实际操作，切合教师实际需求，解决教学过程中的技术支持方面的难点与痛点，从而促进信息技术与教育教学的深度融合。

智慧教室建设，通过新技术升级以服务教学为核心，构建更符合现代化教育理念的教学空间环境、新型教学理念和教学管理模式，让教学质量精准分析、现代教学模式应用、教学环境智能管控、数据可视化呈现等基于技术创新应用的教学需求得以实现。智慧教室的建设与应用将促进学校课堂教学的创新水平上一个新台阶，形成线上线下有机结合的网络化泛在学习新环境。

参考文献

[1]黄荣怀，胡永斌，等. 智慧教室的概念及特征[J]. 开放教育研究，2012 （2）： 18-22.

[2]王麒，陈卫东，叶新东，等.未来课堂视域下的关键技术研究[J]. 中国远程教育，2012（10）.

[3]薛宗珑，王志献，叶红，薛瑞.智慧教室的功能及系统构成[J]. 中国教育技术装备，2017（12）.