信息化时代智慧教室的“智慧”

2018-07-14高飞文福安

中国教育技术装备 2018年4期

关键词：智慧教室人工智能智慧

高飞文福安

摘要教室环境随着信息技术的发展不断改变，形成智慧教室的概念。根据课堂的信息流向，从智慧教室的感知、呈现、交流、记录、分析、指导六个部分进行分析阐述，探究每一部分的“智慧”所在。

关键词智慧教室；人工智能；信息技术

中图分类号：G642 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2018）04-0044-03

Abstract With the development of information technology class-room environment constantly changing， forming smart classroom. According to the transmission of classroom information， the article divides the smart classroom into six parts： perception， presentation， exchange， record， analysis and guidance， and points out that the wis-dom of each part.

Key words smart classroom； artificial intelligence； information tech-nology

1 前言

随着信息技术的飞速发展，学习环境发生巨大变化，同时也使学习空间得到延伸。计算机、投影仪、移动设备等在课堂上的应用，使得教室环境丰富多变。在网络技术、人工智能技术和传感技术充分发展和应用的今天，智慧教室已成为一种典型的智慧学习环境[1]。

智慧教室作为教育生态环境的核心要素，以当前信息化发展的最新成果作为支撑，再结合信息化时代的教学理念，是支撑未来教育发展的教学环境。可以从三个维度去描述当前的智慧教室：在空间维度上，实现虚拟课堂与真实课堂相结合；在时间维度上，覆盖上课前、中、后各个环节；在主体维度上，实现学生、教师和智慧教室之间的互动交流。

国内对智慧教室的研究起步较晚，对智慧教室的设计和实现是主要的研究方面，现在还处于建设探索阶段，对智慧教室建设进行规范的文献尚未发现，对智慧教室中“智慧”的体现方面并未做出详细阐述。

2 术语定义

课堂，是指教学课程与教学活动的结合体[2]。

课上，是指学生与教师在相同的时间段内，在同一个地点或平台上实时地交流互动，开展教与学活动。

课下，是指学生与教师之间非实时地交流互动，不在同一时空维度下开展教与学活动。

3 智慧教室的概念

通过对国外智慧教室相关文献的研究，发现国外学者认为，智慧教室是运用计算机对信息进行传输和处理，并提供即时反馈给教师和学生，促进个性化教学活动开展的教学环境。国内具有代表性的说法为：智慧教室是一种优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互的开展、具有情境感知和环境管理功能的新型教室[3]。笔者通过对两种说法的总结发现：智慧教室是运用计算机技术增强教学内容呈现和对整个教学环境的感知，运用通信技术优化教师和学生的沟通交流，促进个性化教学活动开展的教学环境。

4 智慧教室的“智慧”

本文根据课堂信息的流向，将“智慧教室”分为感知、呈现、交流、记录、分析、指导六个部分进行分析。本文中的智慧教室的应用群体主要是中学阶段的普通学生。

感知生物识别技术（Biometric Identification Technology，BIT）是利用人体生物特征对人进行身份识别的一种高科技[4]。当前，教学中常用的技术有指纹识别、虹膜识别等。智慧教室中运用传感网和生物识别的相关技术，在上课之前可以通过门禁（指纹、学生卡）识别学生、教师的身份，感知学生的身份反馈相应的信息。智慧教室当中感知的主体有学生和教师。

学生通过身份识别进入教室之后，智慧教室通过学生的身份，关联到该学生的相关信息，比如认知水平、学习进度、学习情况、该节课上课的内容等。

教师通过身份识别进入教室之后，智慧教室識别教师的身份，关联到该教师当前准备上什么课，智能提取已经提前在系统中准备好的相关教材，提示教师当前学生的学习进度、认知水平等情况。

呈现主要是智慧教室对课堂内容的展示。内容呈现有两方面的要求：第一，呈现内容清晰明了；第二，呈现方式适合学生的认知特点。这样有助于增强学生对学习资料的理解和加工。这里分为课上和课下两个部分。

1）课下呈现。智慧教室感知学生的情况，通过对学生身份匹配查找和认知程度分析，推送与学生身份和认知程度相匹配的学习资源。课前，智慧教室向学生提供预习的资料，供学生预习，引起学生的学习兴趣，让学生带着问题去上课；课后，推送上一节课学习内容的复习资料，如视频、笔记、文档等，供学生复习巩固所学知识。同时，智慧教室可以智能分析学生的学习情况，并提供相关的习题训练帮助学生训练提高；最后，根据学生的学习情况提供测试，从而了解学生的认知程度，强化薄弱环节，达到帮助学生提高认知程度的目的。

2）课上呈现。在上课的时候，智慧教室根据学生的身份智能匹配相关的资源，并将资源显示在教室的投影仪和移动设备上。教师也可以与呈现设备之间进行交互，查找和编辑相关的资源。在教学活动中经常出现教师在讲台上讲课，学生在讲台下做笔记，而没有去思考教师所讲的内容的现象，这样不利于教学活动的开展。智慧教室配备讲台与课桌同步的设备，教师在讲台上的板书可以同步到学生课桌的移动设备上，教师的板书和学生书写的内容一起被记录，免去每个学生抄录教师板书的重复性活动，有助于学生更专注于对内容本身的思考。

交流交流是指在教与学的活动中，教学活动中的主体对象，即智慧教室、教师和学生之间的互动交流过程，具体如图1所示。

如图1所示，智慧教室收集学生和教师的操作行为，并对这些行为进行分析，给学生和教师相对应的反馈，指导教师和学生开展教与学活动；教师和学生也可以通过智慧教室交流互动，教师指导学生，学生请教教师，形成一个自闭的环状结构。

记录在课堂学习過程中，智慧教室运用计算机记录学生的情况，如与教师、同学的互动，课堂答题的情况，课堂上的动作等，将这些信息分别记录以便进行下一步的分析；也可以将教学过程中的相关内容以笔记、视频的形式保存下来。这里可以将其分为过程性记录和结果性记录两个部分。其中，过程性记录是指在教学过程中所产生的记录信息，可以是上课过程中产生的记录，如视频、音频、图片、文本等；或者是学生在学习过程中花费的时间、理解程度、参与度、对知识点的偏好等实时的数据。结果性记录是指学生阶段性的测验学习成果。分析这些记录，得出学生的学习特征，有助于个性化教学活动的开展。

教学资源本身具有形式多样、数量大等特点，智慧教室的教学资源存储需要寻求更好的办法。云存储通过集群技术、网络技术和分布式文件系统，把网络中各种不同的存储设备集合起来协同工作。因此，可以在智慧教室中采用云存储技术简化开发难度，减少设备开销。

分析通过网络将收集到的信息传到云端，并根据相应的算法进行分析，从而得出每个学生的学习状况。智慧教室用到的技术有数据挖掘、人工智能。

数据挖掘，又称为资料勘探、数据采矿，它是知识发现（Knowledge Discovery，KD）中的一个步骤，是通过分析数据，从大量数据中寻找其规律的技术[5]。通过数据挖掘和机器学习，可以使社会科学领域的发展和研究从宏观群体逐渐走向微观个体。

人工智能是用于研究模拟、延伸和扩展人的智能的理论和技术，其在教育中的应用案例主要有智能代理Agent、教学专家系统等。智能代理的实时监控动态、分析教与学行为、智能提出建议等功能，可以使智慧教室更加智能。教学专家系统的任务是根据学生的特点，找出最合适的教案和教学方法来辅导学生学习[6]。

智慧教室可以通过数据挖掘和人工智能，分析每个学生的学习行为、习惯、兴趣以及教师的教学行为，从中找出与教学活动相关的规律。比如通过收集学生在学习过程中的积极性和参与度，并将这些参数进行量化，在这些数据的基础上进行数学建模分析，找出适合每个学生的学习内容和教学方式；而不是基于教师自己的经验，主观地来分析学生的特点、学习偏好等。只要通过整合学习的行为并加以分析，就能轻而易举地得到学生学习过程中的规律，结合更详细的学生背景和操作细节，从而使个性化教学成为可能。

智慧教室可以通过数据挖掘和人工智能，减轻教学过程中海量数据带给人们的困扰。基于目前的专家系统，通过各种知识信息的处理算法，再经过学习和训练，可以使很多不真实的数据被去除，自动分析信息的价值和提供推荐，从而提供最有价值的数据，促进教学活动的进一步开展。

指导通过计算机分析出的结论，智慧教室可以智能地给出指导性的意见。这里指导的对象可以分为管理者、教师和学生。

1）对管理者的指导：管理者根据分析得出数据，或者以问卷评估的形式得出数据，指导下一步的决策。

2）对教师的指导：通过机器学习和数据分析预测教学模式的效果，通过对教师选用的教材、制作的课件、参与的课题、学生的成绩、学生对教师的评价等各种信息的评价分析，可以预测出当前教师采用的教学模式可能产生的影响。

3）对学生的指导：智慧教室通过对数据的收集，运用机器学习和人工智能来进行建模分析，总结得出适合学生的学习模式，从而及时修改学生的学习内容和目标，完成对学生学习的个性化指导。

5 总结

本文通过分析智慧教室的信息流向，从六个方面对智慧教室进行论述，阐述了智慧教室的“智慧”是什么样子。随着智慧教室的发展，理论会更加完善，可以预见智慧教室在未来教育领域的研究将不断深入，而对于智慧教室的“智慧”的研究也将会更加明确。笔者认为，随着信息技术的发展，智慧教室将会对教育行业产生更深远的影响。

参考文献

[1]陈卫东，叶新东，许亚锋.未来课堂：智慧学习环境[J].远程教育杂志，2012（5）：42-49.

[2]王鉴.课堂重构：从“知识课堂”到“生命课堂”[J].教育理论与实践，2003（1）：30-33.

[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（2）：22-27.

[4]吴作好，曾洁，邹娟，等.几种人体生物特征的生物识别技术比较[J].现代电子技术，2007（14）：121-124.