基于工作流2.0的智慧教室设计与研究*

殷 莉，陈益均

（南通大学 现代教育技术中心，江苏南通226019）

基于工作流2.0的智慧教室设计与研究*

殷 莉，陈益均

（南通大学 现代教育技术中心，江苏南通226019）

本研究在梳理了国内外有关智慧教室研究成果的基础上，分析校内各相关部门的职能，促成以业务流程为中心，以服务师生为导向，整合分散功能模块，在智慧教室的全生命周期中引入工作流引擎，构建设备易管理、功能可伸缩、流程可配置的混合式学习平台和智慧学习空间，实现资源共享和部门间的高度协调，从而提高教学管理水平，推动学校教育信息化发展。

智慧校园；智慧教室；工作流；教育信息化

一、引言

《国家中长期教育改革和发展规划纲要 （2010-2020）》[1]指出了教育信息化对国家信息化整体发展的战略意义，要高度重视信息技术对教育发展的革命性影响，加快教育信息化进程。随着物联网、云计算和大数据等新技术的兴起，具有智慧技术、智慧管理和智慧应用等特征的智慧教室成为教室建设新的热点。建设以需求为导向的智慧教室系统，处理好教育与技术、教育信息化与教育技术的关系[2]，对于解困目前智慧校园建设、消除多媒体教学面临的困境、促进学生创新能力的提高以及变革信息时代教学方式具有重要意义。

二、智慧校园的兴起及研究现状

1.智慧校园

智慧校园是数字化校园发展到一定阶段的产物，“智慧”一词源于2008年11月IBM提出的“智慧地球”概念，专家学者从各自的研究领域对智慧校园进行了不同的诠释。计算机科学专家突出智慧校园的智能感知和技术支撑功能，认为智慧校园是以物联网和云计算为基础的，将物理基础设施和IT设备互联的信息化应用模式[3]；教育技术学专家侧重教学平台、教学资源、教学过程和教学管理等信息化，构建智慧学习环境与智慧课堂，推动学校教学改革，提高人才培养质量[4]；教育信息化管理专家侧重智慧校园的应用和服务，认为智慧校园是具有高度感知能力、协同能力和服务能力的有机整体，是建设覆盖学校所有核心业务的教育管理信息体系，构建智慧校园，提供全生命周期、一站式的服务平台[5]。笔者认为，智慧校园是以物联网为基础，将学校的教学科研、管理服务与校园资源和应用系统充分融合，基于深度的数据挖掘与分析，坚持服务为本，以应用为导向，以BYOD（Bring Your Own Device）方式提供智能化、一站式的管理与服务过程支撑，其核心特征是将基于移动互联的信息化服务融入学校的各个服务领域，实现互联和协作,为学校与社会提供相互交流和感知的接口，为师生提供全面的智能感知环境和综合信息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务[6]。

多媒体教室是开展现代教育技术和教学活动的重要平台,随着需求的扩展，多媒体教室在内涵上不断延伸，涉及多个领域，所应用的技术多样化和复杂化，多媒体设备集成化、智能化和开放化。国外学者有从交互式学习环境定义的[7][8]，也有从中控集成管理定义的[9][10]，黄荣怀等[11]提出“SMART”概念模型，认为智慧教室是充分利用网络技术、传感技术、人工智能技术和富媒体技术构建的一种智慧学习环境，其智慧性体现在内容呈现（Showing）、环境管理（Manageable）、资源获取（Accessible）、即时互动（Real-time Interactive）和情境感知（Testing）五个维度。聂风华[12]等进一步提出了“iSMART”系统模型，认为智慧教室是为教学活动提供智慧应用服务的物理空间及支撑软硬件装备的总和，以智慧技术来提供智慧服务，由基础设施（Infrastructure）、网络感知（NetworkSensor）、可视管理（Visual Management）、增强现实（Augmented Reality）、实时记录（Real-time Recording）、泛在技术（UbiquitousTechnology）六大系统组成。综合国内外智慧教室已有的概念，本文作者认为智慧教室是智慧校园的重要组成部分，是利用当今先进的计算机技术和教学理念，提高基础设施的感知能力，创新设计教学活动的规划、组织和考核流程，构建设备易管理、功能可伸缩、流程可定制，促进个性化学习和泛在学习的平台和智慧学习空间。

工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域，工作流管理联盟 (Workflow Management Coalition)对工作流的定义是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据一系列过程规则，使文档、信息或者任务能够在不同的执行者之间进行传递与执行[13]。工作流分析业务过程，抽象出业务本质特征，将业务过程划分为任务组，描述了每个任务的输入输出参数，整合工作流程中的相关资源，管理各项任务的逻辑、规则和条件，按照预设工作流调用和监控相关资源，实现业务处理过程自动化、程序化管理[14]。工作流2.0则实现流程管理自动化、智能化和整合化，消除信息孤岛，基于业务实现流程引擎灵活地、个性化地动态配置。

2.国内外研究现状

教学方式从口手相授→计算机辅助教学→在线学习→混合式学习，学习环境也相应进行着变革，从仅有普通黑板和课桌椅的传统教室→具有幻灯机和电视的视听教室→具有计算机、投影和功放等设备的多媒体教室→采用无线通信、普适计算和物联网等技术的智慧教室。

由于技术水平和教育理念的差异，各国对智慧教室的研究侧重点并不一致，主要集中于智能教室的实现技术、应用效果、实现功能以及未来课堂研究等几个方面。智慧教室在英文中有 “Smart Classroom”和“Intelligent-Classroom”两种翻译，以这两个关键词在IEEE数据库中检索到近十年（2005-2014）共刊发论文392篇，以“智慧教室”和“智能教室”为主题在CNKI中共检索到论文80篇，从检索到的文献看，国外智慧教室研究最早要追溯到1988年罗纳德·雷西尼奥提出的 “Smart-Classroom”，国内对此项研究主要集中于2008年IBM提出“智慧地球”之后。国外具有代表性的研究有：迪堡大学的DEBBIE项目针对课堂笔记的自动化的研究，乔治亚理工学院的Classroom 2000、加拿大麦吉尔大学的Intelligent Classroom、康奈尔大学的Lecture Browser对记录课堂教学过程进行研究，亚利桑拿州立大学对促进协作学习进行研究，美国西北大学对设备控制技术进行研究,多伦多大学知识媒体设计研究所的ePresence项目对远程教学进行研究[15],国内具有代表性的研究有：黄荣怀提出的“SMART”概念模型，陈卫东对智慧教室功能和技术设计方面的研究，叶新东和许亚峰对设计研究主题方面的研究，胡卫星对应用研究主题方面的研究，普旭对智慧教室评价方面的研究[16]。

三、基于工作流的智慧教室的设计

1.设计理念

现阶段，教学模式改革不能简单的考虑学习者、教学者、资源或者是学习环境，而是要充分利用智慧校园的理念，整合多方资源，将校内教学环节中的人和物综合起来，处理好整体与局部的关系，走可持续发展之路。智慧教室关系到教学计划的制订、课程教学安排、课外活动管理、教学质量考核和学习评价等诸多方面，智慧教室的角色已经从边缘到中心，成为核心的支点，各个职能部门和教学单位转为幕后，为工作流中的各个环节提供必要的技术支撑和流转控制。因此，要充分运用新兴信息技术和教育理念来提高师生的信息化素养，将应用与学科、管理结合，采用数据分析和数据挖掘技术，建立多元评价机制。

（1）顶层设计，提高信息化意识

高校教育信息化包含教学基础平台、教学资源、教学过程和教学管理等信息化，将信息技术与教育理念相结合，使教学的所有环节信息化，从而不断创新教学模式，提升教学内涵，扩大教育覆盖面，促进教学资源有效利用，提高教学质量[17]。该工程是一项系统的、长期的工程，涉及学校众多职能部门，面向全校师生，因此，做好顶层设计，建章立制，从机制体制上进行保证，确保项目的可持续性。改革涉及到专业设置，课程设计，教学组织，学时安排，评价机制等多项工作的重组，协调好多方关系，建立新型的教学管理，研究教学理论，将理论与实践相结合，建立教学模式更新的循环和迭代机制，适应新技术的发展。解决当前学校数据分析和辅助决策上的不足，以学校在办学过程中积累的大量原始数据为基础，通过数据交换平台，构建大数据中心，实现对数据的高层次分析。

（2）提升教学基础设施配置，推行精细化管理

教学基础设施是学校日常教学活动的基本条件，同时也为教师提供新技术和新教法，为课程教学改革提供技术支撑。因此，需要进一步提升已建设的智慧教室配置，整合资源，建设全覆盖的标准化考场和常态化录播系统，建设常规教学、多媒体教室管理、安防监控、课程录播和督导听课一体化系统。

优化流程，与教务系统对接，简化现有教室管理流程，依据学校安排的课表操作，教室的多媒体设备只能由任课教师在学校安排的时间、地点通过刷读本人的校园卡控制开启使用设备，从而实现教室管理智能化，大大方便了教师，减少了管理人员的工作负担。实现教室内设备的精细化管理，科学统计投影机的工作时间，及时更新设备，确保高质量的投影效果；通过预约系统，简化学生课外活动使用多媒体的流程。

(3)重塑教学流程，构建混合式教学体系

以多媒体教室为支点，构建课堂多媒体教学、在线网络学习和翻转课堂等多种教学形式的混合式教学体系。利用全覆盖的常态化录播教室，在不改变现有授课情况下，由教师自主的进行资源建设，录制的视频可用于新教工授课的自我检查，自己编辑制作微视频，学生选课的预览参考等。通过多轮授课，形成自己的体系，经过培育和指导，最终形成精品微课和精品视频公开课。

(4)加强教师信息化培训，树立新的教学理念

教育信息化不是简单的将信息技术运用到学科，而是教育理念和教学模式的变革，教师信息化教育能力是提高教育质量和教学效率的关键，教师专业技术水平、职业道德和信息化素养是考核教师能否胜任工作的重要指标，因此，要对教师进行多方式、持续化的信息化培训，把教师应用信息技术能力作为教师业务能力的基本要求，加强利用信息技术改造教学方法，提高教学质量，推进教学改革的理论和应用等内容的培训，将教育技术能力评价结果纳入教师评价体系。

2.总体框架

按照可持续发展的理念，将智慧校园按照全生命周期来规划，如图1所示，整个过程分为建设和运行两大部分，采用工作流引擎，从任务的发起到终结，按照各部门的职能划分进行主工作流的创建，在关键环节根据职能部门的管理需要进行子工作流的创建，在工作流中涉及硬件感知设备和应用系统，均使用自动化程序智能地主动响应。同时，工作流能够根据不同的要求进行调整配置，实现个性化服务。

图1　智慧教室全生命周期框架图

建设的第一发起人是教务处，根据学校在校生人数、开课数、生均座位数等指标进行全校智慧教室数量的规划，现代教育技术中心作为学校的信息化部门，根据教务处提出的建设要求，进行智慧教室技术的调研和方案制定，根据当前的新技术制定招标方案。方案提交设备处审核，由招投标管理办公室进行招标，现代教育技术中心负责施工过程的管理，最终由设备处组织教务处、财务处、审计处和现代教育技术中心等职能部门的相关人员组成的小组对项目进行验收，验收合格后，全部交现代教育技术中心进行运维。

运行部分细分为申请、使用、分析和保养。教室交付后，现代教育技术中心将全校的教室作为一个统一的资源池，任何需要使用教室的行为都以现代教育技术中心为入口。首先，使用教室必须提出申请，经相关管理部门审核同意后分配教室资源，使用完成后，及时回收资源，并对使用过程中采集的各种数据和资源进行分析和利用，对教室进行常规的保养和故障的处理。在教学过程中进行混合式教学的技术支撑，指导教师进行微课等教学资源的制作，提供资源平台统一管理，并对全校师生开放，实现从设计、辅导、创作、使用、提升再到设计的闭环流程。

3.模块设计

使用教室的过程中，权限管理和记录保存是两项重要的工作。如图2所示，权限管理是刷卡人员在该时段是否具有该教室的使用权，包括卡介质是否合法、人员信息是否合法以及使用权是否合法，同时对刷卡记录和设备使用信息进行详细准确的记录，实现考勤管理、教学质量管理和设备更新等决策分析。为确保数据的准确性和一致性，按照权威数据由相应职能部门产生、维护和推送的原则，利用数据交换工具，分别由人事系统、教务系统和一卡通系统将教师数据、学生数据和校园卡数据同步到本业务系统中，并设定同步机制，确保数据的一致性，也便于后期进行数据统计和数据挖掘的准确性。

刷卡使用教室，分为教学安排和学生课外活动的申请，首先确定卡的合法性，排除挂失卡等异常卡，然后确定设备使用权限，主要依据是根据课表和课外活动使用申请表，根据校园卡取得用户信息，如果是教师身份，则根据课表和非常规教学活动申请表来判定。每学期初，教务处根据教学计划、教学任务和多媒体教室数据，一次性排定常规教学任务课表，同时，为解决学期中调课情况，利用数据交换工具将教学系统和智慧教室管理系统实时同步，如果出现调课，需要根据非常规教学活动来确定是否有合适的资源可调配。课外活动使用教室需要在使用前进行申请和审批，采用可灵活配置的工作流引擎制定工作流表单，简化流程，鼓励学生的课外活动。提出申请使用智慧教室资源的学生必须是经过信息化培训，申请提出后，由班主任或辅导员对活动内容进行审核，再由系统根据申请活动内容、空闲教室情况和设备的使用状况，由系统自动分配资源。最终，将所有持卡用户使用智慧教室资源的记录存放到使用记录表中，通过数据图表的形式展现给管理部门和决策者。

图2　UML建模图

智慧教室采用集安防监控、督导听课和常态化录播于一体的视频系统，在满足平安校园时，教学督导组利用系统，根据分配的权限，实时听课，不仅解决了奔波教室的劳累，而且解决因工作原因未能按时听课的领导可以通过事后调看录像进行观看，同时在系统中能给出听课意见，及时反馈给授课教师，便于及时改进。授课教师能够进行授课过程的常态化录制，授课完成后上传到资源平台，教师通过回看视频进行教学改进，利用资源平台工具进行发布微视频，满足学生混合式学习需求。

四、结束语

教室已进入全面智慧化建设阶段，要充分运用先进的教育理念和以人为本的服务宗旨，从物联化、集成化、智能化出发，加强智慧化教学环境和优质共享资源建设，分析研究新形势下教学工作面临的新任务新要求，深入思考师生关系、教学过程组织和现场教学管理等问题，将新的教育思想观念贯穿到教学过程及教学管理实践中，落实教学改革和质量提升工程，提高人才培养质量。

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（编辑：郭桂真）

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1673-8454（2016）22-0019-04

本文是江苏省教育技术研究课题“智慧教室系统的设计及教学模式研究”（项目编号：2014-R-30332）的研究成果。