智慧教室系统构建的探索和实践

摘要：本文研究了职业院校发展智慧教室的背景、需求分析、设计原则、建设内容和实施成果，展示了智慧教室的搭建方法，体现了智慧教室对于课堂教学的强大助推作用。

关键词：智慧校园；智慧教育；深度学习；教学模式；管理运维

一、引言

近年来，随着数字技术的飞速发展与教育信息化的全面推进，包括中国在内的世界各国均在大力推动前沿IT技术与教室环境的深度融合，旨在通过打造创新型教室环境来提高教学质效。以往的多媒体教室已经开始向数字化、智能化为代表的智慧教室发展，具体表现为交互性强、网络化、数字化、智能化程度高等。可以说，智慧教室是传统教室与前沿信息技术融合的必然趋势，也是既有多媒体教室和网络教室升级和提升的必然方向。

二、背景

教育部《教育信息化十年发展规划（2011-2020 年）》中阐明，要把建设智能化教学环境置于首要位置，着力探索现代信息技术与教育的全面深度融合，以信息化促进教育理念与教育模式的创新，从而充分发挥教育信息化在教育改革和发展中的支撑与引领作用。

教室环境必须能够为各类课程的教授提供强有力的支撑。在教育信息化加速推进的今天，教室环境已成为教育领域信息化技术发挥作用的“主场”，对教室环境信息化建设的重点在于：建成一种“能够推动课堂交流互动、能促使教学内容鲜活显现、方便得到所需要的学习资源、高度现代化的教室”，智慧教室的此三项功能，既是教室环境未来的发展方向，也将成为网络教室和多媒体教室的“升级”目标。

三、智慧教室需求分析

随着教育信息化的不断推进，在各类先进教学模式的影响下，拓展现有教室的内涵和外延，进而推出“智慧课堂”尤为重要。推进智慧教室项目需从下述几个方面着手。

第一，课堂智能交互。充分利用最新智能教学设备，推动课堂教学持续创新，使得教学互动过程更为便利、形式更加生动；充分利用大数据技术，帮助教师随时了解学生在课堂上的学习状态、对学习内容的理解与掌握情况等，以便教师根据实际情况，针对性地调整教学策略与教学目标。

第二，运用物联网技术建成集设备管理、环境调适、课程拍摄、智慧教学及远程控制于一体的智慧教室。只有集以上功能于一体，同时符合基于数据的教室、高效教学的教室、个性化学习的教室、合作探究的教室、动态开放的教室等多种特点的教室，才是真正的智慧教室。

第三，教学质量化。随着信息技术的不断发展和教育领域信息化水平的不断提高，教育方法、教学模式也随之不断改变。从教学模式上看，教学已经从传统的从教师到学生的单向度知识灌输，向教师与学生教与学的双向互动模式转变，从教学目标上来看，教学已经从单纯的知识讲授向综合的素质培养转型。深入推进教与学的双向互动，是提高教学质量和教学水平的重要举措。签到、课堂测验、问答等传统教学方式，早已不适应现代化教学的需求。目前，云计算、大数据、人工智能等信息技术方兴未艾，在其加持下，智慧课堂所带来的全新的教育模式和教学手段，可以有效地解决教学过程中出现的各类问题。智慧教室系统集教学、考勤、互动、远程控制、视频拍摄于一体，可以极大增强老师和学生之间的互动，有效提升学生学习的积极性和主动性，进而提升课堂教学效率与教学质量。

第四，教育资源优化配置。课程录制技术的快速发展，将推进校级乃至区域间的优质教学资源共享。通过实现教学视频的大规模共享、存储、管理，满足慕课等多种教育应用的需要。

第五，课程录制自动化。教育信息化要求对教师课堂教学过程进行全程、全方位的录制。如果以传统方式对全体教师的全部教学过程进行拍摄，需要学校投入大量人力、物力、财力，且无法保证时效性。这就要求智慧课堂具备自动化录制课程并智能发布的功能。

第六，课程录制专业化。在课程的录制方面，需采用具备智能录制和跟踪能力的全自动录播系统，通过多台专业摄像机进行多机位拍摄，采集教师授课的全过程、多角度高清画面。以高清画面素材为基础，结合非线性编辑系统，能够高效制作教学视频。

智慧教室的建设过程中需要综合考虑上述原则，方可做到统一规划，分步实施。

四、智慧教室系统设计原则

在对教学进行深入了解的基础上，笔者对智慧教室的信息化系统进行了设计。从系统软件的使用特点、设备的维护需要、人员的专业化水平等方面出发，重点突出应用的可扩展性、技术的先进性、系统运行的稳定性、框架的灵活性等，同时兼顾系统操作和系统维护便利性。

（一）可靠性原则

系统所选用的设备均需经过严格的测试，并拥有国家相关部门的资质认证，具备长时间平稳工作的能力。系统关键部件要充分考虑冗余，并将容错能力和应变能力一并考虑进去，才可以防止误操作、电磁干扰等对录制过程造成破坏。

（二）稳定性原则

为确保智慧课堂系统的稳定性，操作端使用定制式平板。同时，在教室内安装企业级无线AP，提供可靠稳定的网络使用能力，以保证教室中的教学系统稳定安全运行。

（三）经济性原则

在确保稳定性的基础上，系统有较高的性价比，能够减少运维费用及投资总额。

（四）灵活性原则

系统在设计中采用模块化结构，可为后续灵活有效地配置提供更大的便利，从而满足学校教育信息化建设的实际需要。

（五）实用性原则

设计符合国际国内相关标准规范，根据教学活动的应用场景以及教师的使用偏好，对软件系统进行了精心设计，采用多种设计语言，软件界面友好，软件操作简单易懂。

（六）标准化原则

系统符合国际国内相关标准和技术规范，可与第三方平台实现对接。

（七）兼容性原则

智慧课堂系统兼容性较强，可与多套在用信息系统如数字化校园、统一身份认证、教务系统等实现对接。系统具有较好的兼容性，学生既能使用多端口浏览器观看教学视频，也可使用移动设在App中开展网络课程学习。另外，录播系统可以支持多种视频格式，能满足当前和未来的需求。

五、系统建设内容

智慧教室是数字教室的必由之路，具有重要的使用价值。依托智慧教室深入开展课堂教学互动，可以打破传统教学的“满堂灌”模式。同时，基于物联网、大数据、人工智能等新兴信息技术所打造的新型智慧教学系统，是教育信息化的重要组成部分。

本方案分为智慧课堂系统、智慧教室互动黑板、智慧组合型桌椅、精品录播系统、非编工作站、智能中控系统、课堂直播互动系统等部分，笔者将分述如下：

（一）智慧课堂系统

智慧课堂系统可以做到贯穿支持教学全流程，即包括课前、课中、课后、课外等各环节，通过全终端应用支持，课上，学生可以通过电脑、平板、手机等终端与教师连结并实现深度的课堂互动；课后及课外，学生可以利用各类终端学习及查找资料，同时，可与学校现有各类信息系统灵活对接，互联互通。智慧课堂系统依托学校的信息技术架构，可为学校的教学模式创新提供个性化且安全稳定的技术服务。智慧课堂系统主要包括以下特点：深度课堂互动，可以实现教与学的全面互动；移动端学习，突破时空限制，实现教室与教室外学习场景的无缝对接；颠覆传统教学模式，致力于提高学生对于知识的领悟应用能力、开展自主思考的能力、对新生事物进行探索和学习的能力；满足各种需求的定制服务；大数据挖掘分析，依托系统所采集的课堂数据，进行相关分析，帮助教师制定有针对性的教学方案；个人学习空间用以满足进阶式教学；无线多屏互动技术，对于权限进行合理分配，实现跨平台多点交互功能。

（二）智慧教室互动黑板

智慧教室互动黑板将传统的黑板和现代多媒体设备进行了完美结合，其面积与普通黑板大小相当。通过互动黑板，使用者既可以用粉笔进行有痕书写，也可以像电子白板一样用手操控书写。另外，智慧教室互动黑板拥有互联书写功能，既可实现内容共创，还可以对板书过程和内容进行智能化存储。智慧教室互动黑板是实现智慧互动教学和板书过程个性化、人性化屏显的理想之选。

（三）智慧组合型桌椅

智慧组合桌椅需要满足以下条件：教室内的桌椅设计需要符合人体工程学原理；能够配合平板、笔记本电脑等多种终端的教学，并方便各种强电和弱电线路的穿插；可以进行多样化的组合；桌椅样式可根据专业特色及教室实际需求，进行多样式搭配方式等等。

（四）精品录播子系统

建立精品录播系统，可以满足数字校园建设中教室、会议室、直播室、演播室等不同应用场景的录播需求。操作简单易学，符合Windows系统使用者的操作习惯；具备添加片头片尾、转场特技、字幕等功能，能够实现同步输出视频；具备专业级画面质量，能够满足精品课程、优质课程的录制需求；具备专业级导播切换策略，可在无人工干预的情况下，实现教学过程的全程、多机位、多角度录制；具有双码流录制功能，实现高码流归档、低码流在线发布。

（五）非线性编辑系统

建立专业非线性编辑机房，可满足对于授课视频等视频资源进行专业级剪辑和制作的需求。

（六）智能中控系统

智能中控系统可实现教室内的环境、照明、触控一体机的使用、教学信息发布等与教学环境保障设备之间的联动，并可为各类教学活动提供良好的展示平台，从而对教育教学、教务管理、学生管理提供强有力的支撑。

（七）课堂直播互动系统

课堂直播互动系统拥有强大的集成功能，使用导播控制台，可以将多路视频、聊天文字和文档内容等混合叠加输出；同时还可支持多样化的信号直播，全面还原课堂教学过程，从而支持实现学校与学校之间、教室与教室之间的课堂直播与互动，还可以实现远程授课等功能。

六、项目实施

综上所述，智慧教室项目的实施，能够拉近教与学的距离，实现教与学相互推动与共同提升，推动学生对课堂教学的深入参与，具备较强的推广价值。

参考文献

[1] 教育部《教育信息化十年发展规划（2011-2020 年）》.

[2]齐瑞红，安宁，贾亚刚等.智慧教室建设及应用研究——以北京联合大学为例[J].中国现代教育装备，2023（21）：8-11.

[3]牛国锋，龚声蓉，钱振江等.基于现代产业学院的智慧教室建设探索——以常熟理工学院人工智能技术学院为例[J].常熟理工学院学报，2023，37（05）：119-124.

[4]耿中宝.“互联网+”背景下智慧教室管理平台的分析与设计[J].无线互联科技，2023，20（17）：96-98.

[5]杨梦希.高职院校智慧教室建设及应用实践探析[J].电脑知识与技术，2023，19（21）

[6]张国才.高校智慧教室建设探索与实践[J].山西电子技术，2022（06）：41-44.

[7]王晓欢.区域智慧教育云平台及智慧校园建设研究[J].电脑知识与技术，2022，18（33）：80-83.

[8]高显峰，赵黛坚.“互联网+”背景下基于智慧教室的课堂教学改革模式初探[J].药学教育，2022，38（05）：30-34.

项目基金：本文系2022年度高校哲学社会科学研究一般项目高职院校“智慧校园”建设模式研究（项目批准号：2022SJYB1707）研究成果；2020年度江苏省现代教育技术智慧校园专项智慧教育的教学大数据体系构建与应用研究（项目批准号：2020-R-84284）研究成果。

沈鸿（1979.12-），女，苏州大学硕士，研究方向：软件工程。