智慧教室的设计需求及功能建设

冯 炜

（南京艺术学院 信息化建设管理中心，江苏 南京 210013）

随着计算机技术的不断的发展，新一代的信息技术，如大数据、物联网、云计算与移动互联网等，在许多领域得到了广泛的应用，教育领域也开始重视运用新技术服务教学，以满足师生的不同需求。

目前，国内大部分高校大都仍停留在“粉笔+黑板”的模式，虽然建设了不少多媒体教室，但也只是转变“计算机+投影”，教学改革仅停留在教学“表演”形式上，课堂教学只是由“人灌”变成了“电灌”[1]。教学的侧重点还是停留在“记忆、理解与应用”等低阶的学习，并不适合新时期学习者的学习。智慧教室促使课堂教学形态重新构建，使得传统课堂教学向智能化和数字化转变。智慧课堂的教学过程中，课前、课后和课上都实现新信息技术的应用，课堂的学习效率大幅提高，有利于学习者自我分析与创造，满足新一代学生的学习需求。

本文在国内外智慧教育研究的基础上，对智慧教室的概念、发展与不足等方面进行阐述，分析了智慧教室的重要性及其产生问题，为高校将来智慧教室的建设与应用提供参考。

1 智慧教室的概念与特征

1.1 智慧教室的概念

北京师范大学的黄荣怀教授[1]用5个维度概括智慧教室的特征，即内容呈现（Showing）、环境管理（Manageable）、资源获取（Accessible）、及时互动（Real-time Interactive）、情境感知（Testing），简称“SMART”概念模型。

所谓智慧课堂，就是指充分运用大数据、物联网与云计算等新一代信息技术，将课堂打造成智能、高效的学习空间，实现整个教学过程的反馈即时化、交流互动立体化、教学资源推送智能化，全面变革现有的课堂教学模式，构建大数据时代下的信息化课堂教学模式。

1.2 智慧课堂的特征

基于新一代信息技术下构建的智慧教室呈现出以下几大特征：（1）教学资源数字化。智慧课堂向学习者可以提供包含在线课程、微课、电子文档、视频语音和网页等形式多样的多媒体学习方式，使学习内容更加生动、有趣，并且能够按照学生需求进行智能化推送，满足学生个性化的学习需求，提高学习效率。（2）学习资源网络化与共享化。泛在化的网络打破了传统学习方式受时间与空间的限制，通过移动终端设备与网络的连接实现在任何时间与任何地点获取学习资源。同时，将校内外学习资源的整合，实现了资源共享和资源的最大化，突破传统课堂的限制。（3）个性化的学习。智慧课堂运用大数据信息技术对学生的学习数据进行深度挖掘、整理与分析，使教师更精准地掌握学生的学习情况，便于针对每个个体的具体情况提出不同的教学安排，为学生提供个性化的教学服务。（4）数据化的教学反馈。智慧课堂利用信息技术软件，对课堂教学过程进行诊断与评价，采集在课堂上教师教学及学生的学习信息数据，运用信息技术加以分析，能够准确地分析课堂上师生的学习行为，能够得出真实、准确的学习评价结果，构建更加合理的学习评价体系。（5）教学互动更加立体化。在教学过程中，教师与学生、学生个体之间的学习交流更加灵活，可以利用各种智能化终端与智慧云服务平台，不受时空限制地进行交流与互动学习。

2 智慧教室的设计需求

根据新时期国家教育信息化建设和发展思路，充分考虑到教学的需求，以探索课堂教学改革为重点，以“计算机+投影”为基础，针对传统的多媒体教学环境重新构建教室环境，创建适合面向数字一代学习者的教室环境是一种必然趋势。以易互动、教学形式多样化、教学资源数字化和个性化学习为核心的智慧教室方案，融合了现代信息技术、教学方法、教室环境设计等要素，形成了新的学习生态环境。

智慧教室环境的构建既要改善学校课堂环境和软硬件设施，又要引入云计算、物联网、大数据、移动互联、虚拟现实、人工智能等新技术，实现学习方式和教育模式的变革和创新，构建从设备到数据全面打通、从教学活动到数据评价全面融合的整体框架[2]。智慧教室建设需要满足以下需求：（1）教学内容的呈现，可以多画面地直播，包括：教师演示、教师与学生的互动、学生移动终端或者电子书包上的内容与虚拟教学环境等。（2）教学资源的共享，教师可以将录制的课程上传到云平台去，分享给其他同学。（3）教学设备集成化，能融合、连接与统一管理教室所有的设备。（4）互动化教学，为课堂的教学活动提供互动功能，并可以将互动的信息以数据的形式记录下来。（5）打破空间学习，将传统教学空间由单一的教室延伸到外部，学生可以从网络多角度搭建多元的学习空间。（6）数据化教学系统平台，为各种学习课件、教学视频、和互动提供承载的软件平台，给师生提供随时访问、管理和学习的空间，还可以通过大数据挖掘、分析，为个人提供个性化的服务。（7）教学评价与在线测试，在教学过程中，教师可以随时收到学生对教学的评价信息，根据意见做出相应调整。另外，教师还可以进行随堂测试，教学系统后台运算对学生测试结果进行分析，有助于教师更好地掌握学生的学习情况。（8）智慧化环境控制系统，根据师生的需求对课堂内的光线、音量、温度进行自动调节。

3 智慧教室的功能设计

智慧教室的功能架构一般包括两部分：硬件设备与虚拟环境操作系统。硬件设备主要是指在教室中用于教学活动的各种教学设备，是课堂教学的物理基础。同时，与虚拟环境操作系统相配套使用，实现智慧教学。虚拟环境指虚拟教室空间是实体教室的延伸与拓展，师生在此环境下可开展各种形式的在线教学，实现交流互动，开展基于数据分析的教学反馈与评价[3]。

课堂应用具有的功能模块包括：（1）智能感应系统。应用红外线传感器，实现人进教室开灯人走自动灯灭；运用照明感应设备，可根据不同室外不同的光照调节室内灯光；既能节约能源还可以保护师生的健康；射频识别通过网络联接，实现对物品的智能化识别、跟踪、监控管理。（2）学生考勤系统。学生进入教室之后，可使用对应的无线按键或学生的校园卡进行签到，名字自动出现在教师的签到列表上。（3）课堂互动功能。在教学课堂上，通过教学资源调用、教师和学生之间互动、课堂学生管理等功能，将教室互动部分展现出来，教师只需要在控制屏上点击相关的功能键，就可以进入课堂互动环节，有助于提高学生的学习效率，解决传统课堂不能了解学生对知识点掌握程度的问题。（4）建立教学资源库。将慕课、微课和相关的多媒体课件等课程资源存储在云平台上，形成了丰富多样的教学资源，教师可以将课堂教学与翻转课堂、线上教育相结合，有助于激发学生的学习兴趣，还可以使用备课系统中创建好的课程资源，如本章内容、作业习题、拓展学习资料与考试功能等。教师在课上可随时调取，实现在整个课程教学的连贯性。（5）课堂管理功能。在上课前与课堂上，教师通过笔记本、iPad等电子终端设备进行课堂点名，在系统中查询到学生的出勤情况，实现在课堂上师生、学生与学生之间的教学互动。学生通过按钮举手发言，教师会给予发言权利，并对发言内容进行讲解和反馈。学生可进行小组讨论，采用多种方式展示成果，教师可到小组屏幕发言进行探讨，并对学生展示的内容进行评价。如此，营造良好的课堂气氛，提高学生学习的动力。（6）课堂的情况智能分析。运用人脸识别技术，结合学生听课的行为数据，判别每个学生在课堂上的专注力，分析听课专注力指数。老师在整个课程的教学过程中对学生的答题得分率、课堂活跃度、学习进退步情况与学习困难点等内容进行综合评价。（7）教室远程管理。可在远程状态下监测设备，如出现异常情况及时会发出警告，管理人员可在第一时间了解故障原因，保障教学课堂的正常运转。

4 结语

教室是学校教学中最主要的场所，智能化的教学场所有助于激发学生的学习积极性，提高学习效果。本文阐述了智慧教室的建设需求与功能的设计要求，希望对高校智慧教室的研究、建设与应用提供一定的参考价值。