开放互通式多媒体教学环境的智慧干预*——以西北工业大学为例

初建杰 王 聪



开放互通式多媒体教学环境的智慧干预*——以西北工业大学为例

初建杰1王 聪2

（1．西北工业大学机电学院，陕西西安 710072；2．西北工业大学信息中心，陕西西安 710072）

面对在现代化教学环境建设方面已有一定积累的高校，以智慧化教育理念引导校园信息化建设，是优化多媒体教学的全新方式。文章采用智慧干预的方法，通过多媒体教学环境智慧化的必要性分析，明确了多媒体教学环境在教学交互过程、学习行为方式、运行管理效果等方面的需求。此外，文章还以西北工业大学为例，研究了开放互通式多媒体教学环境的智慧干预方法和实施策略，构建了“3点5维7S”智慧干预模型，试图为教学智慧管理体系从应用转向服务提供可持续、可评价、可决策的思路。

智慧干预；多媒体教学环境；服务管理；教育技术应用

《教育部2015年工作要点》着重提到教育管理公共服务平台、决策服务系统和统计基础数据库建设，强调了高校仪器设备和优质资源开放共享建设的紧迫[1]。信息时代的教、学将以智慧化的环境为依托，提供支持服务类别的管理模式，故有必要进行前瞻性教学环境的设计与优化。为满足开放大学理论与发展的需要、科学谋划“十三五”信息化建设规划工作，西北工业大学从2014年开始研究智慧校园实施对策。基于此，本研究着重从为学生提供智慧学习、为教师提供智慧教学、为校园提供智慧管理与服务的角度，力争为校园信息化建设的持续优化与智能决策提供依据和可能。

一多媒体教学环境智慧化的必要性分析

多媒体教学环境是利用信息技术，在特定空间内开展的包括音视频、灯光陈设、空间操作等一系列关于设备、系统、资源、交互等因素的教学活动的综合。我国高等教育教学大多以群体面授的形式展开，教室规模、座位编排、课堂气氛、师生关系和现代教学工具都是独立存在又相互制约的关联要素，必须有现代信息技术作支撑，并需要融入学习者的认知、情感、技能及协作，最终为教学改革和发展服务。经研究，教学场所的状态对师生的身心和行为有直接影响。因此，教学环境要能激发学习情境，为与环境相关的行为提供智能帮助；要能充分发挥多媒体优势，为活动效果提供智能保障。

1 满足“教”、“学”及“教学交互”的智慧需求

多媒体教学环境在教育信息化中具有重要地位[2]。从传统的板书、课件投影、多媒体信息呈现及远程应用，到对教学环境集控制、安防、协调于一体的智能管理，教学环境发挥着支持整个教学过程和直接影响教学效果的作用。随着信息技术的发展，教学环境俨然是以空间使用为基础的综合协作体系，视为管理控制平台组成的数字化多媒体视听应用群落[3]。由于现代教学环境是由多要素构成的复杂系统，媒体智能设备辅助教学的优越性越发凸显，导致教育要求、学习个体需求及日常教学的高效管理需求越发迫切。因此，发挥多媒体实时交互的优势、拓展学习方式、最大限度地开放和互通，便成为必然选择。

（1）从教学交互过程分析，教室是学生接受系统教育的主要功能场所。有效的教学环境承载着现代化教学手段，并能够正确引导学习。按照建构主义学习理论，通过环境建立的认知结构和意义，体现在“交互”是激发学习动机、激励并保持学习主观能动性、启发学生开展积极思维的有效手段之一。进而，必须根据教室环境内的课堂教学互动距离、多媒体工具辅助效率、教学活动参与度等因素，来确认学习效果。

（2）从学习行为方式分析，学生认知、行为、情感及社会化参与的有机结合是构成学习行为方式的载体，而环境全方位刺激着教学的感官，形成“边教边学边建立”的状态。利用多媒体目标认知和重组信息的特点，让学生通过“感知—概括—应用”的思维过程去发现知识、掌握规律，引导构建基础知识体系，从而在多媒体教学环境中养成自主、探究及合作的精神，培养学生学习的态度、意识、能力和习惯。

（3）从运行管理效果分析，为满足信息化教学的需要，各校不断加大对多媒体建设的投入，而先进设备在网络的支撑下，改善了教学环境，优化了资源利用率。然而调研结果显示，国内一些高校多媒体教室的使用率在30%～70%之间，只有少数高校使用率在80%以上，管理的附加工作量、教学过程的操作负担等问题并存。

综上所述，必须建立科学的服务管理体系，利用多媒体教学环境有效支持教、学和交互效能，建立物联、协同的教学管理系统和智慧化多媒体教室，进而有效构建智慧化管理模式。这其中，高水平的授课教师、精心组织的教学内容、自主学习的学生群体、高效率的协作互动，以及良好的师生关系、融洽的教学环境，是不可或缺的因素。

2 智慧型多媒体教学环境的特征

先进技术与教育模式相互影响，改变了学习形态与管理习惯。多媒体教学环境是教育信息化建设的重要内容[4]，其不断优化促进了主动建构知识及能力的生成，使动态的交互过程围绕学习目标展开并持续进行。智慧型多媒体教学环境是以往电子化教学环境的高端形态，其特征及因素分析如表1所示。全面感知的环境需要各种信息资源、认知工具、师生等因素的交互支持，当多媒体教学环境可以支持自主、探究、协作或问题解决时，就形成了智慧化的简单过程，进而通过智慧化的因素介入，实现校园智慧化的服务和管理。

表1 智慧型多媒体教学环境特征及因素分析（从左向右演变）

近十年来，借助创新交互设备和环境感知智能技术的支持，越来越多的有关创新教学与学习活动的研究不断涌现并趋于多样化[5]，如视频会议、微课、慕课、创课、国际高校联合教学等形式的学习空间延伸至网络虚拟空间乃至校外，使多媒体教学活动空间更具开放性。可见，智慧化的多媒体教学环境是一种面向管理的师生交互及行为配适的过程，也是通过开放式拓展资源支持和多种媒体集成的数据互通，并以自主选择和智能推送来获取信息，进而实现全面感知的教与学体验。

二开放互通式多媒体教学环境的智慧干预

1 “开放互通”的干预方法

2015年，北京师范大学智慧学习研究院发布《智慧学习环境白皮书》，强调教室的智慧化管理的目的是使学习内容进一步适应环境的感知，并提出了智慧教室“SMART概念模型”[6]，从教与学的角度设立教学目标和问题导向。基于此，本研究引入智慧干预的方法，以开放的教学方式为信息共享提供条件保障，以互通的规范数据为教学环境覆盖决策服务。

（1）以开放的资源创新教学方式

智慧校园建设的核心是提供智慧应用与服务[7]。学校资源从不同角度提供着大量的知识指导素材，便于随时获取和调用，而学生对学习内容和目标应自主地加以选择。为满足师生需求和体验，必须建立良好的教学尊重和“情境”信赖：一方面，教学空间组织形式和密度对教学成效产生较大影响，直接干扰师生关系营造、协作学习反应和信息的交流过程，应根据课程专业定制和不同类型的多媒体教室，提供全面的智能感知环境和综合信息服务平台；另一方面，应通过系统集成、业务整合，以统一的信息门户为各类用户提供联动的智慧应用，使校园各类资源信息在协调配置的同时，让整个多媒体教学环境这个生态系统处于相对稳定的状态，为智慧校园的建设提供安全可靠的环境。

（2）以互通的数据支撑教学环境

网络是信息化的承载主体，更是“互联网+校园”的保障，意味着与教学、管理、服务的深度融合，促使形成新的技术形态、数据形态、组织形态及关系形态。目前，高校跨校区、多楼宇、楼层分布广的中控管理难度成倍增加，人员配备、设备选型与运行效率形成反差。为了保障教学行为能及时有效地实现资源的流通和共享，应充分利用新型互联网，以有线、无线、VPN服务及专网全覆盖的网络环境为支撑，逐渐接纳灵活、分散、共享、优化的异地即时的信息交流与协作管理，进行校内外融合实践性活动，并将教学行为数据化、管理数据共享化、共享要素广泛化，重新设计和调整教学环境。

2 “智慧干预”的实施策略

智慧化的教学环境并不是单纯的多媒体教学设备的使用，而是面向“数字原住民”群体推出的智慧教育与体验的策略。本研究认为，“智慧干预”的实施策略可理解为立足顶层设计和基础架构之上，与各业务系统做到互联互通，并合理配置资源、重组知识，对跨机构、多系统、众业务的灵活介入提供支持。

（1）顶层设计、统筹规划，建立“三位一体”指导体系

按照西北工业大学的信息化建设规划，学校出台了信息化建设、网络与信息系统运行、用户、安全等一系列相关的管理制度，把近五年的建设目标、重点突破任务、实施计划及保障细则等内容按照业务各层次、各要素进行了节点划分的统筹规划。同时，以“学生域”为建设主线，强调教、学的设计和参与，加强跨部门有效资源的联动机制，通过基本数据的清洗与整合，建成主题数据仓库，为实施数据交换提供基础数据服务，最终形成了顶层设计、标准规范、基础数据库“三位一体”的工作指导体系，使规划可实施、可操作。

（2）需求牵引、标准先行，规范数据出入渠道

结合实际建设需求和学校发展状况，西北工业大学参考《多媒体教学环境工程建设规范》，从供配电、网络与建筑物理环境、音视频系统、多媒体智能控制设备功能及互联、数字语言学习环境、系统集成等方面，与校园统一接口；按照“域”的概念，将校园信息分成活跃的应用模块，向相关业务部门展开意见征集，细化分级目标后分步建设，为保障数据安全，搭建集中存储环境；当师生进入课堂环境后，感知设备会根据身份识别提供相应的服务，教学设备会自行启动进入到待用状态；针对跨校区，还建立了远程故障解除和备份，使介入教学过程的行为可被随时调用、挖掘，并提供决策支持，以逐步规范着校园信息的数据源与流向，并保证信息的唯一性、准确性和决策效率。

（3）教学为根本、体验为原则，多媒体教学环境升级改造

多媒体教学设备是教学基础建设的重要组成部分。在新技术的驱动下，应协同控制多种现代视听、灯光幕布等设备，营造现场演示与实时交互的教学系统环境，以实现多媒体设备生命全周期管理的信息化，并形成常态的应对策略。西北工业大学根据近年多媒体教室的应用需求和教师问卷调查，于2014年提出开放式多媒体教学管理模式并启用，跨校区新建246间多媒体教室，并在学校办公室、信息中心、国际教育学院设置了视频会议系统环境；多媒体教学环境课堂遵循一体化设计、智能化操作、统一化服务的理念，采用全开放式管理所有设备，只需校园卡便可实现一卡即时自助管理模式，如图1所示。其中，中控讲台系统、无线蓝牙耳麦、教室功能类型、定位录播方式、服务器等均有维护和管理相应问题的智能对策，逐步形成了技术融合、终端融合、平台融合的统一标准；在查看、对讲、故障解除、秩序巡视、安全控制等方面，可实现远程分工管理、跨校区实时监控及数据的抓取与统计，故提高了教学智能操作体验，也为各类应用提供了基础数据；教学过程数据则保存在感知系统中，既可作为教务管理的一线资料，为领导决策提供参考；又可持续为学校积累数据资产，推动智慧管控的实现。

图1 西北工业大学多媒体教学环境课堂实时截图

（4）提升教学、科研、管理的信息技术素养

为了提高教师的信息化能力和信息安全敏感度，使教师更好地掌控现代化多媒体环境，由学校信息中心牵头，针对各学院、各业务部门信息员开展了阶段性系列化信息安全培训和主题讲座，并定期发布信息安全简报。学校还构建了“西北工业大学机构知识库”，面向全校收集研究成果，其数据与学校“教师主页”系统对接，形成信息化展示学校师资队伍的智能平台。

（5）建立分目标、任务驱动的工作机制

西北工业大学将“学生为根、育人为本、学者为要、学术为魂、责任为重”的办学理念融入到信息化建设的过程中，关键环节把关，落实完成重点保障任务，建立了核心工作深度保障机制，并根据规划统一部署各业务部门开展信息化建设，通过业务流程梳理和优化再造，推动信息系统的建设。另外，学校还建立了系统培训机制，开展了经验交流与推进会，以营造全校信息化建设的参与氛围，使信息系统循序渐进地得以完善。

总之，西北工业大学构建了教学环境的主体特征，并通过智能化的教学管控与治理干预教学过程，让教与学在可感知、可适应的环境中顺利完成。

三智慧干预模型的构建

现代化基础设施建设是办一流大学和一流学科建设的条件之一，但国内高校多媒体教学环境发展至今，容易忽略现代化基础设施建设的进一步设计与规划。西北工业大学基于教务、教学、学习的日常业务重构与服务支撑协调，提出了开放互通式多媒体教学环境的“智慧干预”策略——以智慧化标准来规范教室的建设和环境的运行，以开放的资源获取方式和互通的数据共享作为强大支撑，尽可能和谐地进行多媒体环境的管理和服务。在智慧校园的发展目标下，本研究基于开放、互通、感知，从资源调用、教学交互、无缝信息、数据标准、安全环境等五个维度，构建了“3点5维7S”智慧干预模型，如图2所示。

图2 “3点5维7S”智慧干预模型

围绕发挥教、学和交互效应这一问题，“智慧干预”在提升教学策略、完善管理流程的同时，还包括以下干预表现：针对教学效果的预见探测、针对资源的收集调用、针对信息的服务推送和针对业务数据的协调管理，这是智慧校园持续运维的关键。

1 预见探测

教师运用多元的教学策略，培养学生的信息应用、沟通创造等关键能力，提升教学效能并形成评价，以有效支持学生学习，创新教学方式，并依托课堂交互、智能录播、远程协助、标准化考试等形成教学系统环境。

2 收集调用

学校信息化由资源、网络、技术应用、人才、政策、法规和标准等要素构成，其中资源是核心，配置要合理。通过跨兄弟院校、跨校区、跨专业的教育云联通，如西北工业大学、西安电子科技大学、西北大学三校联盟，共同探索学分互认机制，并在统一的标准规范下形成地域辐射，使数字化资源丰富的、多种应用系统集成的、相关业务高度整合的校园智慧环境实现知识的无缝获取和交流。

3 服务推送

聚合丰富的资源，覆盖课堂内外全程，识别学习个体特征和情景，提供无缝互通的网络通信，拓展校园时空维度，积极推进虚拟化与云服务“无形有感”的教学体验。

4 协调管理

利用教学环境各类资源信息传输通道，设计相对独立于校园网的教学环境专用网络，搭建高效的智能化教学环境管理平台。为此，西北工业大学加强实施统一的角色授权及身份认证体系，集成了全校主要业务的十大应用系统及业务数据库主题集，并推行信息化规范与标准，加强业务流程及管理数据的整合、运维与服务，以实现资源的统一规划和管理。

智慧干预要不断拓展空间环境（如会议厅、图书馆、实验室、机房、开放学习中心、室内外操场、展厅、博物馆、教师发展中心等），创设能与教、学产生互动关系或知识信息传达交互的场所。教学将适合的技术与有效的方法结合产生交互，当课程与资源固有的结构和模式被重组并向校园内外延伸，就形成了智慧校园的新关系形态，加速了校园的“开放”和“互通”。

四智慧教学环境的发展趋势

高等教育具有培养人才、科学研究、服务社会的责任属性，其体系下的教学环境始终要围绕校园搭建这一平台，构成教学行为的信息交互状态——这种状态必然以信息技术为支撑，以智慧干预为手段，以开放融合、众创互通为核心，通过互联网优化开放课程的建设，从建设、使用、管理上达到智慧标准。纵观国际态势，新加坡的智慧教育计划强调利用信息技术来改变教学方式、开发全新的学习资源和评价方式，并建立个性化学习空间和国家范畴的教育基础设施[8]；韩国的“智慧教育推进战略”包含数字教科书的开发和应用、推进教学资源的公共利用、强化教师的智慧教学能力等；美国的智慧教育框架倡导个性化学习体验，通过云课堂、交互社交媒体等平台，实现海量数据的收集、过滤、分析和适应，并据此制定科学的教育决策。可见，智慧的管理方法能将数据统一集成并运行，给决策提供更多信息，允许各业务协作，能提高教育的可靠性和质量。经调研，本研究认为智慧教学环境的发展趋势表现为：

1 结合学科专业进行统筹规划

在日新月异的信息时代，智慧教学环境要结合学科专业进行统筹规划，对各类设备及与教学活动相关的行为予以集中控制、安全维护和智能监管，有效采集动态信息，与“云网端”结合，实时解决和反馈教学过程数据并传给桌面显示系统或手机终端，实现多媒体管控的一体化。

2 通过多样化载体优化教学呈现

教室布局及设备设施既要满足教师的信息化多元需求，也要满足学生对知识主动探究的需要；要利用生物识别技术进行身份认定和信息存取，并确保信息的安全、可靠、准确；要通过未来教室、云课堂、智能高清移动录播、交互平板等载体，无缝接入资源及教学活动，采取包括远程教学在内的多种学习方式。

3 建立学习者认知结构，体验“云学习”

在实现设施维护自动化、设备控制集成化、课程录编智能化、无线终端互联化的基础上，智慧教学环境应建立云资源支持下的学习者认知结构，并依托智能终端，利用具有互动探究特色和开放式可持续发展的个性化分布式学习系统，提供以知识学习为核心的共建共享服务。

目前，“互联网+”成为了“十三五”教育信息化的新动力。可见，建立并推广涵盖教学环境、教学资源、教学方法、教师和学习者等各方面教学要素在内的智慧教育生态系统并形成良性循环，必须加速引导与推进，不仅要为教与学提供开放、互通的智能化体验，也要为培养具有高阶思维能力的人才提供有力支持。

[1]中华人民共和国教育部.教育部2015年工作要点[OL].

[2]周红春,梁静.新媒体传播环境下高校教学方式的变革[J].中国电化教育,2013,(8):91-94、109.

[3]钟晓流,李海霞,杜婧,等.多媒体教学环境标准解读[J].电化教育研究,2013,(9):62-65、71.

[4]中国教育技术协会技术标准委员会.多媒体教学环境工程建设规范[M].北京:清华大学出版社,2011:10.

[5]王胜清.面向智慧校园的虚拟教室设计与大学教法创新[J].中国教育信息化,2013,(15):54-56.

[6]李深白.10个重点快速浏览《2015中国智慧学习环境白皮书》[OL].

[7]黄荣怀,杨俊锋,胡永斌.从数字学习环境到智慧学习环境——学习环境的变革与趋势[J].开放教育研究,2012,(1):75-84.

[8]陈耀华,杨现民.国际智慧教育发展战略及其对我国的启示[J].现代教育技术,2014,(10):5-11.

编辑：小米

The Wisdom Intervention of Interoperable Multimedia Teaching Environment——Taking Northwestern Polytechnical University for Example

CHU Jian-jie1WANG Cong2

For the colleges and universities that have a certain accumulation in construction of modern teaching environment, using wisdom education concept to guide the construction of campus information technology is a new way to optimize their multimedia teaching. By analyzing the necessity of wisdom education environment using wisdom intervention method, the paper definited the demands of the multimedia teaching environment in teaching interactive process, learning behavior and management effect. Moreover, the paper took Northwestern Polytechnical University for example, studied the wisdom intervention method and implementation strategy of open, interoperable multimedia teaching environment, constructed wisdom intervention model consisted of “3 points, 5 dimensions and 7S”, trying to provide sustainable, evaluable, decision-making thought for the transfer of wisdom education management system from application to service.

intelligence intervention; multi-media teaching environment; service management; application of educational technology

G40-057

A

1009—8097（2016）09—0066—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.09.010

本文受西北工业大学2014年高等教育基金重点项目“数字校园建设与创新发展研究”（项目编号：2014GJZ03）资助。

初建杰，副教授，博士，研究方向为多媒体交互与工业设计研究，邮箱为cjj@nwpu.edu.cn。

2015年12月30日