全面建设智慧教室 推动智慧校园发展

徐正坤 莫新平

摘  要  在教育部提出的教育信息化2.0行动计划的引领下，智慧校园成为当前高校建设的重要方向。智慧教室作为智慧校园的重要组成部分，在其整体建设框架下全面普及，取代传统的多媒体教室已成为必然趋势。在学院智慧教室建设的基础上，提出以大数据分析中心为统领，分层次、分阶段建成基础型智慧教室、功能型智慧教室及专业型智慧教室的普及性建设方案，为全面建设智慧教室提供借鉴经验。

关键词  教育信息化；智慧教室；智慧教学；智慧校园；大数据

中图分类号：G647.6    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2022）22-0009-04

0  引言

近年来，物联网、大数据、云计算、人工智能等现代信息技术飞速发展，已经渗透教育领域的方方面面。随着信息技术与教育领域的深度融合，创建基于互联网络的智慧学习环境已经成为学校信息化建设的内在诉求和必然趋势。各个学校已从早期主要关注教育信息化的软、硬件设施建设和教学资源开发的数字化教育建设阶段，转入以智慧教室和智慧校园为标志的智慧教育阶段，这两个阶段的最大区别在于学习环境有了根本性改变——由数字化学习环境变成智慧学习环境[1]。在此形势下，智慧教室作为一种基础且典型的智慧学习环境，应时而生并快速发展起来。传统的投影设备加电脑式的多媒体教室，已经无法满足信息时代课堂教学的实际需求。为适应时代变化，顺应教育和教学改革的需求，全面提升学生的综合素质和提高课堂教学质量，目前各个高校正积极推进全面建设智慧教室的进程，将其放在教育教学改革和校园信息化建设的重要位置，逐步将传统的多媒体教室升级为智能化、交互性和基于行为数据分析的智慧型教室。

1  智慧教室的概念

20世纪90年代以来，作为智慧教学的典型代表和主要支撑环境的智慧教室，逐渐成为企业、科研机构和教育工作者重点关注与研究的对象。国内经过十多年的探索和发展，对智慧教室目前还没有统一明确的定义，从陈卫东的智能教室[2]，到黄荣怀的从智慧学习环境构建角度提出的“SMART”模型[3]，再到聂风华从系统构成角度提出的“ISMART”模型[4]，国内学者从不同的角度对智慧教室进行界定和描述。还有学者提出更加具体的定义，例如：张亚珍[5]认为，智慧教室是借助现代信息技术和网络技术构建的智慧学习空间，是物理空间和数字空间的结合、本地和远程的结合；张凯等[6]认为，智慧教室是以现代教育思想为指导，利用新一代的信息技术对教室空间和教学过程进行整体改造和深度融合的新型课堂教学环境，实现了师生、资源、技术、环境的最佳耦合。

综上所述，智慧教室的概念表述虽然偏重点不同，但是涉及的基本要素类似。智慧教室的基本特征在于智慧化，概括起来包括两方面：一是教学环境的智慧化，主要包括智能化教学设施（多屏显示、无线投屏、远程互动、线上直播、扩音设备等）、多样化空间环境（桌椅样式及布局、色彩搭配、隔音处理等）、基于物联网的智能环境管理（物联网智能中控设备等）；二是教学过程的智慧化，主要包括云端智能化的教学平台、资源生成系统、学习行为采集和分析系统、个性化资源推荐、个性化分析、人工智能、虚拟现实等系统。

随着国内智慧教学环境研究的深入及快速发展，近年来，各个高校形式多样、功能各异的智慧教室如雨后春笋般相继建成，各种类型的智慧教室建设方案也不断涌现。例如：练若琳等[7]按照系统组成和功能的不同，分成投屏类和非投屏类两种类型的智慧教室建设方案；孙进康等[8]根据不同的课堂教学需要，提出讲授辅导型、互动协作型和探究研讨型三种智慧教室建设方案。由此可见，智慧教室建设要在遵循其基本特征的基础上，根据学校的实际需求，研究出适合自己学校的智慧教室建设方案。

2  智慧教室建设内容及问题

2.1  建设内容

为全面贯彻《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》和推广落实《职业院校数字校园建设规范》，加快学院教育信息化建设步伐，山东外贸职业学院作为“全国职业院校数字校园建设实验校”之一，2019年进行智慧教室的试点建设工作，在青岛李沧校区和泰安校区建成五间远程智能互动教室，实现课堂互动、探究式分组教学、研究性学习、精品课程录制、线上直播和跨校区远程互动教学等教学活动。系统主要包括高清录播系统、智慧交互教学系统、大数据管理平台等。智慧教室的具体功能系统如下。

1）高清录播系统，包括录播主机、高清云台摄像机、定位分析仪、数字音频处理器等软硬件设备，可以实现一键式课堂教学常态化全自动录播，全面记录教学过程，积累优秀教学资源。资源管理平台可以对录制视频进行分类管理、点播回放，对日常教学活动进行观摩、巡课、督导、直播等。

2）智慧教学交互系统。智能交互系统由互动服务器、智慧教学互动软件、交互式终端、无线APP等构成，能够为教师提供高效的课堂教学服务，支持在线课堂互动教学，包含便捷的课堂管理、多种教学终端的投屏互动、实时的课堂互动、高效的分组互动及统计分析等，能够支持多台互动主机之间的互动教学、教研应用，实现跨校区远程互动教学功能。

3）多媒体显示系统，包括LED显示大屏、交互式一体机、智慧无线讲台、液晶电视、无线网络同屏系统等设备，可以将教学内容以多屏幕、多角度、全方位的多媒体形式呈现在学生面前。无线网络同屏系统可以通过无线网络系统，将各种显示终端进行无缝衔接，满足多终端之间的无缝通信以及同屏推送需要。

4）扩声系统，主要包括无线麦克风、数字音频处理器、音箱等设备。良好的听闻环境可保证语言交流的顺畅，利于师生间互动。

5）物联中控系统，支持对多媒体设备进行本

地、远程智能化控制，可进行开关、信号切换，远程控制触控面板解锁、锁定等，支持环境灯光和空调系统等环境设备的统一控制管理。

6）运维管理与数据分析平台，对设备运行情况、录播使用状态、智慧班牌、考勤管理、学生信息等进行数据采集，并基于大数据进行分析，提供各种诊断与报告信息。

2.2  存在的问题

经过两年多的建设和使用，智慧教室在促进课堂互动、优化信息呈现、提高学生学习积极性等方面都起到积极作用，但也存在诸多问题。

1）智慧教室建设缺乏统一的规范和标准，缺乏规模化、规范化建设智慧教室的顶层设计。

2）在智慧教学过程及环境的重构中偏重教学设备的智能化改造，把智慧教室当作升级版、增强版的多媒体教室来建设，譬如偏重物联网智能中控、多屏显示、互动或录播系统的构建。

3）大数据处理与分析平台建设偏重设备和教务信息的采集与分析，缺少对教师、学生、教学全过程场景的实时感知与捕捉，无法对学生的学习行为和特性进行全面分析与诊断，缺少智能推荐个性化学习服务和教学信息反馈。

4）智慧教室建设需求不明确，没有结合学院特色、实际需求、人才培养模式、教学方法等方面进行智慧教室建设与改造。

3  适合高职院校特点、与学科充分融合的智慧教室建设方案

随着智慧校园的迅速发展，智慧教室作为典型的智慧学习环境，其普及化也将成为高校智慧学习环境建设发展的必然趋势。遵循节约成本、建设适合高职院校特点及与学科充分融合的总方向，从设计原则、设计方案两方面提出高职院校普及建设智慧教室的总体建设思路，以期对后续全面建设智慧教室有所启示。

3.1  设计原则

3.1.1  立足学院特色与需求，做好顶层设计，试点先行

智慧教室建设要立足学院的特色和需求，进行统一规划和总体设计，然后分步实施、逐步完善。这是一项复杂的系统工程，不但需要集合先进的信息技术，还需要整合教育理念、教学模式、教学管理等诸多要素，以实现信息技术与教学的深度契合，另外还需要从成本预算、环境布局、学生特点、专业特色等多方面进行深度考察和全盘考虑。智慧教室建设应进行统一规划和设计，做好顶层设计，试点先行，然后在试点的基础上逐步开展；要避免零星几个智慧教室的信息孤岛式建设[9]，要避免盲目建设、成为摆设，造成资源的极大浪费。

3.1.2  以教育大数据中心为支撑

以云计算、大数据分析、人工智能等技术为核心打造的教育大数据采集与分析中心，是智慧教学环境的“大脑”。智慧教室建设要以大数据技术为中心，空间环境设计要趋向于分布式布局[5]，每间智慧教室都是大数据采集分析中心的一个数据采集点，基于智能感知技术通过物联网与大数据中心进行数据交换，采集、汇聚学习过程和教学管理数据，综合分析和诊断学生的学习态度、风格、需求等，提供个性化学习服务和资源推送，同时对教学效果进行精准反馈和评估，为教学决策提供科学依据。通过“大脑”协调，多个智慧教室之间实现互联互通，教学资源自由共享，正式学习和非正式学习无缝对接。

3.1.3  智慧教室建设要与学科专业相结合

智慧教室建设不能单从技术层面进行考虑，还要根据学校现有的学科特色、教学模式进行深入研究，与信息技术进行深度有效融合，重构课堂与教学过程，设计与学科专业深度融合的智慧课堂教学模式，建设与学科深度契合的专业型智慧教室。

3.1.4  以应用为中心，以实际需求为导向，分层次、分阶段全面建设智慧教室

全面建设智慧教室，要从实际应用和实际需求出发，综合考虑学院特色、专业需求、管理维护、建设成本、多元应用等，力求构建多需求、多层次、多功能的智慧教室。

3.2  设计方案

本文将智慧教室的功能系统分成14个子系统，包括高清录播系统、智慧交互教学系统、智能感知与数据采集系统、教学资源管理系统、虚拟现实功能子系统等。全面建设智慧教室，首先要做好顶层设计，构建以人工智能、云计算、大数据为中心的分析应用平台，作为所有智慧教室的“大脑”；其次，全面建设智慧教室不能一刀切，需要根据实际教学需要、成本等进行整体规划，不同类型的智慧教室选用不同的子系统，组合建设不同类型的智慧教室。经过综合考虑，分析学院使用需求、预算成本、专业特色等情况，将智慧教室建设分为三种类型，即基础型智慧教室、功能型智慧教室和专业型智慧教室。

3.2.1  基础型智慧教室建设方案

该方案主要是针对数量众多的普通多媒体教室的设计方案。普通教室每个班30～50人，空间不大，除了常规教学、集中授课、学生自主学习任务外，还要当作标准化考场使用，承担考试任务，如全国大学英语四六级考试、计算机等级考试等。教室内安装标准化考场设备，对桌椅数量、布局等也有标准规定。因此，在构建此类智慧教室时，既要考虑集中授课要求，满足考场标准化需求，还要兼顾学生的个性化需求，保证教室能够提供多元服务。此方案的构建要求以智能简捷、管理方便、成本较低、个性化与标准化相统一为目标[10]。

基础型智慧教室桌椅样式通过特殊设计，可进行拆装组合，平时采用秧苗式布局，既能满足集中授课需求，又能通过桌椅快速拼合成圆桌模式，实现小组协作等多种课堂教学模式。该类型智慧教室具有灵活的空间布局、线上线下一体化课堂互动教学、丰富的教学资源推荐、个性化学习诊断和精准评估等功能，帮助建立以教为主导、学为主体的教学模式，使教学决策更加准确、明晰，学生学习更加主动和高效。普通型智慧教室可由智慧交互教学系统、带简单录播及巡课功能的高清录播系统等子系统组成，具体功能可根据学院的具体教学要求及预算情况进行增删组合。

3.2.2  功能型智慧教室建设方案

功能型智慧教室是在普通型智慧教室的基础上为实现某一项或几项功能而设计的增强型智慧教室建设方案。相对普通型智慧教室，这种类型的教室数量较少，空间相对较大，一般不作为标准化考场使用。这是智慧教室中的典型建设项目，采用先进的信息技术手段，充分体现智慧教室的智慧特点，但在系统功能选择上有所偏重，根据主要使用方向从空间环境、教学设施以及软硬件平台的选择、设置等方面进行建设，做到设备先进、重点突出、专而多用。

根据学院的综合情况和使用需求，可以将功能型智慧教室分为精品录播型智慧教室、直播互动型智慧教室、自主研讨型智慧教室、智慧阶梯教室、智慧自习型教室等。

精品录播型智慧教室除了具有普通型智慧教室的功能外，要着重建设高清录播系统，实现教研观摩、巡课、督导、直播、点播等相关功能，能够满足微课、慕课等高质量授课视频的录制和直播需要。直播互动型智慧教室要求以智慧交互教学系统、远程呼叫系统等功能为建设重点。自主研讨型智慧教室要抓住自主和研讨的特点，采用圆桌式布局，着重建设具有自主学习、小组协作、讨论交流等功能的线上自主学习系统、多屏显示系统、无线同屏系统以及智能化的教学资源查询检索系统。智慧阶梯教室空间较大，兼有集中授课以及学生自习的功能，着重建设智慧交互教学系统、多媒体显示系统、扩声系统、无线同屏系统等。智慧自习型教室则着重建设数字教学资源的智能化检索、查询、应用与下载方面的系统。

3.2.3  专业型智慧教室建设方案

专业型智慧教室的建设需要根据学校的性质和学科的专业特色，结合学院的人才培养模式，设计与具体学科内容、专业特色充分融合创新的智慧教室方案，这是智慧教室建设中难度最大、最具特色、最重要的建设内容之一。这类智慧教室的建设主要包括两个方向。

一是在传统的实训室或实验室的基础上进行改造，与信息技术充分融合，建设成智慧实训室或智慧实验室。

二是结合具体学科内容和专业特色，设计具有创新性的智慧教室建设方案。譬如山东外贸职业学院的旅游专业，可以充分利用VR（虚拟现实）技术，为学生建设一个虚拟仿真旅游智慧教室，让学生身临其境地体验、旅游和学习，从而提高沉浸式教学的学生感官性，有助于提升学生学习兴趣，促进对知识内容的深入理解。对于专业型智慧教室的建设，需要信息技术部门和专业学科的领导和教师共同设计。

4  结束语

随着信息技术的快速发展以及与教育领域的深度融合，智慧教室作为智慧学习环境的典型代表，全面取代传统多媒体教室成为大势所趋。全面建设智慧教室需要综合考虑学校需求、成本预算、专业特色、教学模式等方面，分层次、分阶段逐步展开。根据本文提出的三种建设方案，可以以功能型智慧教室建设作为试点，先行建设，还需要集合专业领域的专家和教师，进行专业型智慧教室的设计和建设工作。希望本文提出的智慧教室建设方案可以为高校全面建设智慧教室提供一种参考模式和解决方案，推动智慧校园发展。

参考文献

[1] 何克抗.智慧教室+课堂教学结构变革：实现教育信息化宏伟目标的根本途径[J].教育研究，2015，36（11）：76-81，90.

[2] 陈卫东，叶新东，张际平.智能教室研究现状与未来展望[J].远程教育杂志，2011，29（4）：39-45.

[3] 黄荣怀，胡永斌，杨俊锋，等.智慧教室的概念及特征[J].开放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[4] 聂凤华，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，2013，23（7）：5-8.

[5] 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.

[6] 张凯，杨再明.智慧教室的构建与应用研究：以中国矿业大学为例[J].现代教育技术，2018，28（10）：81-86.

[7] 练若琳.高校智慧教室建设与应用策略探析[J].深圳信息职业技术学院学报，2020，18（3）：1-7.

[8] 孙进康，张学平，赵剑.智慧教室建设与应用思考[J].大学教育，2019（4）：25-27.

[9] 余泰，李莉，赵欣.基于教育大数据的高校智慧教学环境构建[J].实验室研究与探索，2020，39（7）：285-288.

[10] 吕恋生，杨再明，张凯.高校研讨型智慧教室的构建与应用[J].中国教育信息化，2019（21）：69-72.

作者：徐正坤，山东外贸职业学院实训中心，高级工程师，主要从事职业教育、教育技术学研究；莫新平，山东外贸职业学院信息工程系（266100）。