智慧教室建设与应用研究

张利峰 苏忠 邹凌君

摘要：智慧教室是由新一代信息技术融合而成的智能型学习空间，是现代教育技术的一个重要手段。基于智慧教室概念及S.M.A.R.T模型，论述了智慧教室建设的框架结构，分析了智慧教室系统组成和功能，阐述了智慧教室的教学应用及工作模式，为智慧教室建设提供借鉴。

关键词：智慧教室;框架构成;系统功能;建设特性;工作模式

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）17-0168-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

在国家“面向现代化、面向世界、面向未来”方针的指引下，随着“建构主义”等新型教学理论的出现，以及“人、大、网、云”（人工智能、大数据、物联网、云计算）等新型技术的兴起，传统“黑板+投影”式的教学空间将逐渐被智能交互式的智慧教室所代替。智慧教室将承担起让信息化教学更加简便、智能、高效的使命，对现代化教育事业的创新发展起到关键性作用[1]。

1 智慧教室的概念及模型

1.1智慧教室概念

智慧教室以PST框架（Pedagogy-Space-Technology “教学法—空间—技术”）为设计理念，将学习空间、信息技术与教育教学深度融合，支撑探究式教学、小班教学、混合式教学和翻转课堂、远程教学等多种新型教学模式的一种现代化教学手段[2]。

智慧教室对于培养学生自主学习、自我探索及自主创新能力具有极其重要的意义[3]。

1.2智慧教室的S.M.A.R.T概念模型

1）内容呈现（Showing）：即以视觉和听觉两种形式清晰呈现符合学习者认知特点、有助于增强理解的教学信息。

2）环境管理（Manageable）：能对教室里所有设备及环境，如监控、空调、灯光、温度、湿度、二氧化碳浓度等实现网络化智能化管控。

3）资源获取（Accessible）：能方便获取本地资源、网络资源及云端资源。

4）及时交互（Real-timeinteractive）：能快速实现师生间设备的交互。

5） 情境感知（Testing）：包含对物理环境和教学过程的感知能力。

2 智慧教室框架

2.1智慧教室的总体框架

总体框架由大数据分析、集中管理平台、智慧教学应用及智慧教学环境三大部分组成，简单地来说就是由学习软件+教学硬件+大数据分析+教学环境装修组成，分别面向教学管理者、教师和学生提供智慧的教学服务。详见图1。

2.2智慧教室的网络架构

网络架构由三个层级组成，分别是教室层、网络层、管理层，主要的教学管理和教学实践都可以通过后端的集中管理平台、教学资源平台、学习平台进行操作，详见图2。

3智慧教室系统构成与功能

1）智能教学系统：集传统黑板、智能化教学系统、多点触控、高清液晶显示、功放、音箱等多项技术于一体。教师可以轻松方便地在黑板书写、电子大屏及学生小屏间交互切换，完成板书、PPT演示、课堂提问等操作。学生可自主快速加入小组讨论，进行画面投屏、动态预览、动态批注等应用，新颖的教学空间，不仅将知识形象生动地展示给学生，而且还能加深学生的学习印象，提高学习兴趣。

2）精品录播系统：支持对教师或学生跟踪拍摄与录制，每个拍摄画面均为高清画质，实现真正全高清录制。支持对教师授课板书、学生疑难问答等教学场景的切换及电脑画面、PPT等教学资源的调度。同时支持接入电脑信号进行录制，并可对所摄录的视频进行在线或离线式编辑。

3）智慧考勤系统：系统基于深度学习算法，借助RFID、指纹识别、人脸识别等智能技术实现智慧考勤，自动生成考勤汇总报告。例如：应到人数、实到人数、出勤率统计分析等。

4）智慧学情分析系统：通过自动抓拍学生课堂行为，如站立、回头、扭身等单一或组合动作，并自动生成报告，例如：举手人数、低头人数等。通过对课堂学生行为进行分析，了解学生的学习状态，实现从单一到多元，从封闭到开放，助力学校个性化教学的发展。

5）智慧设备管控系统：集控管理平台提供远程管控、信息搜集、数据分析、数据监测、数据统计、故障报警等功能。通过大数据平台，直观地对多间教室信息设备的运行状态进行检测和分析，包括查看多媒体教学设备、录播设备等信息设备，对设备的使用次数、使用时长、设备分布区域等多类数据进行可视化管理。

6）智慧温湿度环境控制系统：根据环境的真实测量值和设置好的目标参数，自动调节空调或风扇运行，自动控制环境的温湿度，确保教室内始终处于健康舒适的环境。

7）智慧空气环境质量控制系统：主要由CO2智能感知模块、 PM2.5/PM10智能感知模块、智能柜式新风系统、环境智控终端等组成，系统全方位解决教室内环境的空气质量诸多问题，保证教室内的空气质量。

8）智慧护眼光环境控制系统：为全面加强防控青少年近视，提供智慧調光系统，系统会识别空间内光线变化，自动调节设备功率，确保系统运行在最佳状态，保证师生在最健康的光环境中上课。

4智慧教室的应用

智慧教室在教学本地应用、教学互动应用、教学资源应用、教学管理应用等4个方面实现了传统教学的提高及创新。详见图3。

5智慧教室典型工作模式

支持丰富智慧教学模式，连通多种终端，覆盖线上、线下教学空间，贯穿课前、课中、课后全教学场景。

1）通用型：提供单双屏，单双投影版等多种版本，借助云平台+多端设备，贯穿课堂内外教学，满足大中小型智慧教室教学需求。

2）协作型：采用以小组为单位合作性学习教学环境方案，教学双屏+小组侧屏+App的学习环境，支持TBL/PBL教学方式。

3）分享型：提供计算机教室、实验实训室结合型教学场景，支持多屏互动、数据共享，教学双屏/巨屏+小组侧屏+PC环境。

4）远程型：多校区远程互动教学场景、跨地域、多终端同步课堂教学，能实现声音画面、文件资源的即时同步。

5）巨屏型：超宽超大小间距巨屏显示，用智能小屏控巨屏的触控操作。

6结束语

智慧教室的应用已经从中小学生向大学生、甚至硕士研究生拓展，并在教学本地应用、教学互动应用、教学资源应用、教学管理应用等多方面实现了传统教学的提高及创新。为师生提供开放、自由的教学空间和信息化教学工具，从以教师为中心变为以学生为中心，实现教学方式创新与变革。对于智慧教室，各级各类学校要避免“为有而建”“为秀而建”的功利思想，而要从学科特点、生源情况、经费等实际情况出发，坚持“易、简、融、合”原则实施建设，不仅要建好，更要管好、用好，真正让智慧教室承担起创新教育改革的作用[4]。

参考文献：

[1] 谢火木，刘传尧，刘李春.以课堂教学变革为导向的高校智慧教室建设[J].现代教育技术，2018，28（10）：76-80.

[2] 颜琳.大数据时代智慧教室系统构建[J].中国教育技术装备，2018（8）：18-20.

[3] 胡沛然，沈宏兴，王志香，等.基于智慧教室的全过程控制管理模式实证研究[J].实验室研究与探索，2018，37（10）：283-286.

[4] 苏忠，张利峰，孙晓玲.高校智慧教室构建设计与实践[J].金陵科技学院学报，2020，36（2）：52-55.

【通联编辑：光文玲】