智慧教室的设计构建探究

司海峰++梁艳++岳桂贞

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.241

摘 要：在当前教育信息化背景下，许多学校的学习环境与新时期需求之间存在着较大差距。基于这些差距，提出了“智慧教室”的设计构想。文章通过分析智慧教室的设计思路和系统模型，并结合学校的实际情况，着重讨论了智慧教室的构建方案和具体实现过程。

关键词：智慧教室 设计构建 实现

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（b）-0241-03

从信息社会的发展趋势来看，人类已经进入“智慧化”时代。“智慧地球、智慧城市、智慧社区”等构想纷纷出炉，“智慧化”已成为大家共同的发展方向。在这一背景下，对肩负着人才培养和科学研究双重重任的高校来说，“智慧校园”构想也被提了出来。在“互联网+教育”政策的助推下，“智慧校园”建设已成为当前高校信息化的主流。而“智慧校园”建设的重点则是“智慧教室”的建设。

北京师范大学黄荣怀教授认为：在传感技术、网络技术、富媒体技术及人工智能技术充分发展的信息时代，教室环境应是一种能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，具有情境感知和环境管理功能的新型教室，这种教室即为智慧教室。

对广大学校来说，如何构筑智慧学习环境以适应信息时代下的需求，实现教与学方式的变革，如何实现真正的教育信息化，已成为当今教育技术研究迫切需要解决的深刻课题。

1 当前学习环境与新时期需求存在的差距

在我国，大规模的教育信息化建设始于本世纪初。经过十余年的发展，教育信息化已经被广泛推广和普及，教育信息化水平也得到了很大的提高。但同时我们也应该清醒认识到：仍有不少学校的整体信息化水平偏低，教育还停留在“回忆、理解和应用”等低级认知阶段，与信息化教育的总体目标还存在着较大差距。

具体表现在以下几个方面。

（1）基础设施方面：作为主要教学场所的教室，布局单一，缺乏个性、缺少特色，不利于师生互动交流，难以开展灵活多样的教学活动； 教室的网络配置，既不能满足教师对信息的多样性需求，也难以满足学生对知识深入探究的需要。

（2）教学方面：一般教室只安装了大屏幕投影，使得不少教师只顾看着屏幕读课件，很少进行师生互动。而且多媒体投影的显示特点是片段化、比较离散，所展示内容不连续，容易造成学生理解与授课线索间的不同步。

（3）管理方面：各类教学教辅设备管理维护水平偏低，仍停留在人工管理阶段，谈不上智能化管理。一旦出现故障，排查方式又非常落后，经常事倍功半，效率极低，而维护管理成本却居高不下。

2 智慧教室的设计

2.1 智慧教室的设计思路

智慧教室经过多年的发展，已经从当初的“单一设备智能化”和“设备控制智能化”发展到现在的“教学系统环境智能化”这个阶段。所以，智慧教室的設计应该从技术实现和空间规划两个方面入手，构建一个充满人性关怀、各构成要素和谐共存的教学环境。比如空间设计方面，倾向于使用分布式空间布局、对讲台及学生桌椅进行动态组合、室内色彩搭配要有丰富变化等；在技术实现方面，要对各个教学环节进行综合分析，将各种软、硬件技术运用进去，比如对教学环境和各种设备的智能控制、泛在的网络接入、各种智能管理平台的搭建等。

另外，还应该将具体学科的教学特点考虑进去，让智慧教室与教学模式紧密结合，这样才能做到“教、室”合一，相辅相成。

2.2 智慧教室的系统模型

通过对智慧教室的应用定位和构想设计，构建出智慧教室的相应系统模型，该模型大致包含以下七大系统。

（1）教学交互系统：该系统主要由带电子白板功能的触控投影一体机、音响设备、话筒拾音设备、问答器及相关软件组成。这样可以在课堂教学中方便地实现师生交互。

（2）身份管理及考勤系统：该系统主要由安装于教室门口的RFID考勤机、身份识别SIM卡及相关软件组成，其中SIM卡上可使用RFID标签存储个人信息，形成RFID-SIM卡，通过此卡来实现身份认证和考勤管理。

（3）设备管理系统：该系统主要由RFID读卡器、标签、及相关软件组成。该系统不光用于教室，还可用于实验室，将室内的各种设备仪器贴上RFID标签，标签内存有设备的相关信息，这样便于对设备进行管理和监控。

（4）灯光控制系统：该系统主要由亮度传感器、灯光控制器、窗帘控制系统及相关软件组成。通过感应室内亮度，来控制灯光照明及室内窗帘处于打开或关闭状态。

（5）温度控制系统：该系统主要由空调电源控制器、温湿度传感器及相关软件组成。通过监测室内温度和湿度，并对比预设阈值来决定空调的制冷和制热，以及是否需要除湿。

（6）通风换气系统：该系统主要由排风扇、空气传感器及相关软件组成。通过空气传感器监测室内二氧化碳浓度，并对比预设阈值，以决定是否自动开启排风扇进行通风换气。

（7）视频监控系统：该系统主要由摄像头及相关软件组成。在教室内安装摄像头，以监控人员及资产设备的进出情况，所采集影像实时传送到终端显示屏上，并同步存入电脑，为实时监控或事后查证提供依据。

2.3 智慧教室的具体实现

下面以西安思源学院为例，谈谈智慧教室的具体实现。

根据西安思源学院的日常教学状况，以及教学改革要求，确定智慧教室要适用于教学中的师生互动交流、课堂内外的小组讨论、还有精品课程录制及远程互动教学等。为此依托学校已经建成的校园网络系统和教室控制中心，进行相应的智慧教室构建，其整体架构见图1。

该架构主要包括网络支持环境、多屏互动系统、移动式空间环境和教学辅助系统四个部分。

（1）网络支持环境：借助校园网络系统，并在此基础上搭建起基于RFID子网和传感器子网的校园物联网络，全面实现各类终端设备之间的互联互通，为智慧教室的建立构筑支撑平台和人性化的学习环境。

（2）多屏互动系统：教室里应该配备交互式显示终端、源于同一PC的组合投影、可交互式电子白板及平板电脑等。教师利用多屏的连续显示特点，可以增加所讲授知识的前后衔接性，使学生在脑海里建立起紧密的知识关联，从而有效促进学生对教学内容的理解和记忆。另外，学生还可以根据各自需求，选择不同的显示终端和内容进行自主学习，也可将自己的学习成果投影到显示终端上，供大家分享和讨论，营造出一个合作交流、互助自主的学习环境。

（3）移动式空间环境：教室布局应该合理，色彩搭配应能提振精神，学生桌椅最好设置成可活动式，这样可以根据需要摆成各种样式，比如学生听课时，桌椅按普通教室样式摆放；小组讨论时，桌椅又可以改换成圆桌会议式；当然还可以有其他式样。再搭配多屏显示和立体声效，完全可以满足各类教学需求。

（4）教学辅助系统：该系统主要包括课程录播系统、视频会议系统及教学资源库等。其中，课程录播系统主要用于对教学过程进行记录，便于学生自学或回看，也方便老师进行教学自查及总结；视频会议系统主要用于异地实时教学，比如学生在家里或在病床上可以同步收看教师授课，还能进行有效互动；教学资源库主要为教师和学生提供各类学习资源，方便大家查阅参考。

3 结语

综上所述，智慧教室已成为当今教育信息化的重要体现。对智慧教室的运用，不光要体现在先进的技术上，更要体现在以人为本的教学理念上。与智慧教室相衬的教学模式改革也要成为我们探究的重要内容，只有这样才能够最大限度地发挥智慧教室的作用。

参考文献

[1] 程敏.智慧教室的设计与构建[J].实验室研究与探索，2015（6）：141-142.

[2] 司海峰.基于IPv6的智慧校园网络过渡规划设计[D].西安：西安工程大学，2016.

[3] 黄怀荣.智慧教室的概念及特征[J].开放教育研究，2012（2）：133-134.