高校智慧教室的建设现状和应用策略研究

2020-08-13王健姚远

软件 2020年6期

王健姚远

摘要：近年来，智慧教育在世界各国如火如荼地发展，智慧教室作为智慧教育发展的基础，其建设与应用得到了广大学者的关注。本文汇总了国内外部分高校智慧教育发展的现状和策略，调查了国内“211”院校智慧教室的建设情况和智慧教室的类型，分析了当前在校大学生的认知特点和行为特征，综合了遗传学、人类学、心理学和社会学等智慧提升的决定性因素，结合智慧教育的自我导向、激励、自适应、丰富的资源和技术融入学习等特征，提出了高校智慧教室的应用策略。

关键词：高等学校;智慧教室;应用策略

中图分类号： TP391.7 文献标识码： A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.06.054

本文著录格式：王健，姚远. 高校智慧教室的建设现状和应用策略研究[J]. 软件，2020，41（06）：261266

【Abstract】： In recent years， smart education has developed in full swing in countries all over the world. As the foundation of smart education development， smart classroom has attracted the attention of many scholars for its construction and application. This paper summarizes the status quo and strategy of the development of smart education in some universities at home and abroad， investigates the construction of smart classrooms in domestic “211” colleges and the types of smart classrooms， and analyzes the cognitive characteristics and behavioral characteristics of current college students. The decisive factors of intelligence enhancement such as genetics， anthropology， psychology and sociology， combined with the self-direction， motivation， self-adaptation， rich resources and technology integration of learning in wisdom education， put forward the application strategy of college smart classrooms.

【Key words】： Higher education; Smart classroom; Application strategy

0 引言

進入21世纪以来，在新一代信息技术的推动下，世界上多个国家和地区已将智慧教育作为其未来教育发展的重大战略。智慧是教育永恒的追求，智慧发展是当代教育变革的一种基本价值走向。学校是学习的主要场所和主渠道，本科教育是大学的根和本，人才培养是大学的本质职能。智慧教育是面向未来的教育，在知识爆炸、信息如潮的时代需要新型的思维方式和思维体系，不断发展的智能化信息技术丰富和变革了教学环境和学习环境，通过智能化手段推动人才培养模式的改革，推动着智慧教育内涵的不断丰富发展。

1 国内外智慧教育的发展现状

1.1 国外智慧教育的发展现状

2010年11月，美国发布了《改变美国教育：技术增强的学习——美国国家教育技术计划2010》的重要文件，这份文件期望通过对教育信息化的革新，重构美国的学校，重构教育中的基础建设，最终从衡量“在座位上的学习时间”转移到衡量“学习效率”，从而实现真正意义上的教育革命[1]。美国麻省理工学院提出了技术支持的自主学习智能教室;2012年，IBM从教育机构的科学研究、学生学习和教育管理方面，提出了智慧教育框架，即优秀的研究存储解决方案、优秀的学生体验解决方案和机构管理的优化解决方案[2];美国教师备课采用合作式和讨论式方式，彼此分享教学经验，促进学习和教学能力;哈佛大学尝试将案例讨论法、协作学习融入智慧教学实践之中;美国俄亥俄州立大学将互动课堂教学模式引用到教学实践中，主要有启发式互动、参与式互动、讨论式互动和探究式互动等四种形式，促进学生的有效学习[3]。

2011年，英国埃塞克斯大学James Dooley带领他的团队开始智慧教育环境的建设，学生主导的主动学习模式得到高度关注;CATS剑桥学院深明教学、科技和空间三者相辅相承的重要关系，打造出正面的学习环境，教室气氛休闲，空间灵活，注重小组合作和学习，学生围绕桌子、远程视频或者白板即可进行讨论，刺激学生思考、对话和合作，大大增进学习的范围和效率;德国的慕尼黑应用科技大学通过“未来课堂”项目解决实体空间对教学和学生学习质量的影响，达成由被动学习到主动学习的转变，学生最大的变化是他们成为创造者，学校的课程将实际的、亲身的工作经验融入到学生教育的过程中，坚信知识的获取是通过学生积极参与课堂，而不是传统的被动地接受授课[4]。

韩国于2011年全面地实施智慧教育计划，以信息化带动多元互动创新，提出自适应教学框架，由教学内容、学生学习数据、预测模型、仪表盘、自适应动力机制和教学干预动力机制六个要素构成，提倡的智慧教育在于教育环境的开放、教学内容的开源和师生的互动自主[5];日本东京大学设计和实践了自主学习室;新加坡的智慧教育项目“未来学校”开发了大量的教学工具和应用系统，并在自然科学学习中使用探究式学习方法，提供一个延伸至课堂以外的以学习者为中心的交互式学习环境[6]。

1.2 国内智慧教育的发展现状

香港高校的智慧教育发展较早，香港中文大学充分利用敏捷网络、移动互联和云计算等技术，打造出高效、便捷、舒适和智能的智慧校园;台湾网奕资讯科技集团推出经济型、互动型、旗舰型与专业型四种类型的智慧教室[7];从2012年开始，宁波市、上海市和江苏省就开始进行智慧教育建设，集中在信息化层面的环境设施、系统平台、数字资源和智慧校园等“硬件”建设。浙江大学率先探索智慧学习环境和智慧校园的建设，已经形成了众多的智慧应用;北京师范大学智慧学习研究院探索智慧学习理论和智慧教学模式，打造支持终身学习的智慧学习环境和平台，以切实支持数字一代学习者多样性、个性化和差异化的学习[8];西安交通大学以大数据驱动，针对不同的学生个体进行个性化定制的微观定位与精准指导，建立智能化的教育教学质量实时监测平台，构筑了以教学质量为中心的人才培养体系，保障教学关键环节可控可管。

我国智慧教育研究主题涵盖智慧教育基本理论、智慧学习环境研究、智慧教育体系架构与技术支撑研究、智慧教育实践应用研究、智慧教育发展战略与路径研究等五大方面，未来研究的趋势是拓宽研究视角，注重设计、开发、应用、管理和评价的多方位研究;转变研究范式，由“影响”转向“建构”;注重从理论向实践的转变，做到政府、社会和学校的协同共建[9]。

杨现民博士从生态学的视角，将智慧教育的核心特征概括为：信息技术与学科教学深度融合、全球教育资源无缝整合共享、无处不在的开放按需学习、绿色高效的教育管理、基于大数据的科学分析与评价[10]。

2 高校智慧教室的建设现状和当代大学生的认知特点

教育部《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》指出，围绕激发学生学习兴趣和潜能深化教学改革，推动课堂教学革命。随着手机和Pad等智能移动终端的普及，宽带和无线网络支持功能的强大，MOOC、视频公开课和智慧图书馆等线上资源的空前丰富，优质教育、个性化学习和终身学习已成为信息时代教育发展的重要特征，时代提供给大学生更多的自主学习和个性化学习的机会。

2.1 重点高校智慧教室的建设情况

智慧教室是一种能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂即时深度互动的新型教室[11]。“985”院校是教育改革的领头羊，在人才培养质量、管理机制改革、环境队伍建设等方面均具有引领和示范作用。基于“985”和“211”院校官网发布的数据进行汇总，发现39所“985”院校100%完成智慧教室的建设，112所“211”院校中有108所院校完成智慧教室的建设，占96.4%，说明重点高校智慧教室的环境建设已趋于普及。

2.2 高校智慧教室建设的类型

高校的智慧教室大概分为四种类型，即研讨型智慧教室、远程互动智慧教室、智能录播教室和功能型智慧教室。研讨型智慧教室是一种利于学生分组讨论和成果展示的智慧教室，多数重点高校均已完成此类智慧教室的建设，以学生为中心，注重学生的独立思考和全过程参与的学习;远程互动智慧教室是突破时空界限的可进行校区、校际和国际间远程实时音视频互动教学的智慧教室，以上海交通大学为代表的学生能够与巴黎高科等世界名校的学生同上一课，还可以和远在西藏、宁夏等地的学子能够共享上海交大的第二专业课程。浙江大学和华中师范大学在教学中实现了与千里之外的其他课堂进行音视频和电脑信号的实时交互，邀请课堂外的专家通过网络接入课堂，丰富了课堂教学;智能录播教室具有自动化录制、直播、点播、自动跟踪和自动上传存贮等多功能，满足精品视频公开课、精品课程、远程教育的视频制作和重要会议、学术报告等录制任务;功能型智慧教室具有较强的学科特性，旨在促进专业技能的实训课程的教学效果。西安交通大学的适应于物理光学、电磁学、力学教学的功能化智慧教室，配備有演示实验台和自助演示柜，用于课堂教学演示实验的展示和学生课间的自由操作，摄像头将演示过程实时投影到幕布上，任何位置的学生都可以清晰地看到实验过程。

2.3 当代大学生的认知特点和行为特征

本科阶段是学生世界观、人生观、价值观和历史思维、辩证思维形成的最关键阶段，也是学生知识架构、基础能力形成的重要阶段。“零零后”开始成为大学新生的主角，其个体以独生子女为主，他们是伴随着网络和手机等数字技术成长起来的一代，具备不同以往的起点能力、学习风格、学习动机以及对网络环境的适应性。在起点能力方面，拥有更加良好的物质条件与教育氛围，从小兴趣广泛，信息来源多元，视野更加开阔，更容易接受和学习文化的多样性，有属于自己的理想，更具有自由精神和开放思想，更加深层次的受到外来文化的影响，呈现多元的文化认同和创造力，综合素质较高，学习创新力强，但是相对自我，缺少团队精神，心理承受和抗压能力不足[12];在学习风格方面，自信张扬，思维活跃，思想较有主见，学习能力和对新鲜事物的接受能力较强，但社会阅历和生活阅历不深，导致其对复杂问题的看法简单且片面，辨识能力较弱;在学习动机方面，关注社会发展和人才需求，具备一定的学习动机，但多年的应试教育使得他们交流能力和主动性较弱，竞争思维使得他们缺乏合作意识，日渐丧失相互联系的关系纽带;对智能信息技术、移动终端等构成的网络环境的适应性较强，善于进行网络交流和线上学习，但注意力较容易分散，持久性较弱，“手机控”“低头族”“刷屏族”在人群中蔓延，宅男宅女日渐增多。

3 大学生智慧提升的决定性因素

智慧是一种运用知识、经验、理解、常识和洞见进行思考和行动的能力。智慧是一类独特的知识，它所蕴含的智能远远高于一般性的知识;智慧是一种高级思维能力，代表着思维发展的最高层次，是每个学者都梦寐以求渴望达到的高度。

3.1 遗传学因素

智力是遗传和环境相互作用的结果。遗传为人的发展提供必要的生物前提和发展的潜在可能性，遗传并不能决定人的发展水平和智慧的水平。良好的遗传素质是智力发展的基础和自然条件。据英国《简明不列颠百科全书·智力商数》词条载：根据调查结果，约70-80%智力差异源于遗传基因，20-30%的智力差异系受到不同的环境影响所致。从遗传素质到智慧才能的转化，要经过一个复杂的发展过程。要使智力发展的可能性变成现实性，还需要社会、家庭与学校教育等多方面的共同作用。必要的遗传素质并不能从根本上决定一个人的发展，遗传素质上的差异也不能决定一个人后天成就的大小。在遗传和环境对智力的作用上，遗传决定了智力发展的上限，这个上限只有在一种理想的适时环境下才能达到;而遗传所决定的上限越高，环境的作用就越大。

3.2 人类学因素

人类学是从生物和文化的角度对人类进行全面研究的学科群，研究人类的生物性和文化性，追溯人类今日特质的源头与演变，强调对脉络的深度检视、跨文化比较，以及对研究区域的长期、经验上的深入了解。情商主要反映一个人感受、理解、运用、表达、控制和调节自己情感的能力，以及处理自己与他人之间的情感关系的能力。情感常常走在理智的前面，它是非理性的，影响着认识和实践活动的能力，它通过影响人的兴趣、意志、毅力，加强或弱化认识事物的驱动力。情商由自我意识、控制情绪、自我激励、认知他人情绪和处理相互关系这五种特征组成，人与人之间的情商并无明显的先天差别。情商可以通过全面系统的课程培养改变并且提高，使人能更充分地发挥智商的作用和效果。情商形成于婴幼儿时期，成型于儿童和青少年阶段，它主要是在后天的人际互动中培养起来的。

3.3 心理学因素

德国心理学家艾宾浩斯提出的记忆遗忘曲线描述了人类大脑对新事物的遗忘规律，这条曲线告诉人们在学习中的遗忘是有规律的，遗忘的进程很快，并且先快后慢。遗忘就是我们对于曾经记忆过的东西不能再认起来，也不能回忆起来，或者是错误的再认和错误的回忆。记忆力是智慧的仓库，大脑对于事物信息的编码和存储是通过记忆来实现的。掌握并利用记忆的遗忘规律，及时的复习、强化学习和系统性学习，不仅可以提升记忆能力，还促进智慧的生成和提升。学习不应是单调、呆板、没有生机的，而是积极的、充满激情的、有需要的。学习动机是培养和激发个体内在需要的主要途径，是主动学习和生成智慧的动力。马斯洛的需要层次理论表明，要激发学习热情、学习兴趣和学习需要，就要满足学生基本的生理、安全、归属和爱、尊重的需要。

3.4 社会学因素

社会学是一门利用经验考察与批判分析来研究人类社会结构与活动的学科，它研究的重心是在现代社会中的各种生活实态，或当代社会如何形成演进以至今日的过程，不但注重描述现况，也不忽略社会变迁。社会学是最贴近尘世的一门实践智慧，每个人都是被社会所建构的，包括偏好、性格、知识结构和语言。后天教化对于自我的构成起了更大的作用，亦即社会的经历与互动形塑了我们的行动与观念。人的智力发展的速度是不均衡的，早期阶段获得的经验越多，智力发展得就越迅速，不少人把学龄前称为智力发展的一个关键期。美国布鲁姆提出了一个重要假设，把5岁前视为智力发展最迅速的时期，如果17岁的智力水平为100%，那么从出生到4岁就获得50%的智力，其余30%是4-7岁获得的，另外20%是8-17岁获得的。人的智力是人在认识和改造客观世界的实践中逐渐发展起来的。智慧是不同领域知识的融会，不同层次知识的贯通。社会实践不仅是学习知识的重要途径，也是智力发展的重要基础。

4 高校智慧教室的应用策略

现代人学习的知识越来越多，可是智慧离他们的头脑却越来越远，这是因为低效果学习层次上的重复不会带来量变到质变。据美国国家训练实驗室研究发现，学习效果在30%以下的正是最常使用的听讲、阅读、听与看、示范和展示，都属于被动学习;而学习效果在50%以上的小组讨论、实训演练、转教别人和立即应用，则是主动学习。高校建立智慧教室的目的是促进学生的主动学习，充分调动他们的大脑，使学习变得主动而有目的，让散落的、混沌的信息得到有逻辑的组织，并且及时发现漏洞进行填补，而打比方、举例子、形象化的方法又迫使我们思考知识的本质，加强知识间的联系，加强知识和实际的联系。

4.1 改进服务策略，完善智慧教育环境，提升注意力和关注度

从遗传学因素来看，大学生的智力已经成型，大学教育的重点应在培养学生深层次学习习惯和深度思维能力，提高课堂的出勤率和抬头率。信息时代，智慧的提升需要合适的环境将技术融入学习之中。优秀的智慧教育环境，应该可以适应教育政策与目标的调整，动态地准备服务内容并调整服务方式[13]。学习者可以将更多的注意力、记忆、动机等投入到更为复杂的、更需智慧的学习任务中，环境带来的额外负担将被化解，使学习者可以更能专心于批判性思维、创造力、协作能力、平衡能力以及问题解决能力的发展[14]。学习始于专注，创造一个舒适、自然、方便的学习空间，营造出最有利于学生心理和行为的氛围，帮助学生实现知识的情境化，增加真实的学习体验，从而不断激发学生的创新能力;各种类型智慧教室的相互独立性增加了操作的难度，高校需要设置敏捷技术团队，配备足够的支持人员，保障信息化教学的有序开展，减轻教师的技术应用负担，从而快速创造和利用变革获得竞争优势;教师要为小班讨论创建良好的学术互动环境，学校应创造条件配备必要的助教，负责学生的分组讨论和网上作业，提升学生对课程内容的关注度。学校管理者应依据课程教学特点、资源丰富程度、教师把控能力、学生人数素质和智慧教室功能进行优化评估，在充分保障研究性、讨论性和互动性专业主干课程的基础上，合理地安排相关课程，鼓励教师去尝试，实现学校建设投入实用价值的最大化。

4.2 改变教学策略，高效互动和深度体验，促进心智和品质提升

成功的教学所需要的不是强制，而是激发学生的兴趣，使学生保持学习的欲望和热情。智慧化教学应以学生的分析性、创造性、实践性智慧作为主体发展目标，将认知、情感、文化和行为相统整[15]，唤起学生的注意力，给学生表达观点和展示自我的机会，进行深层次交流，促进学生对知识的理解与内化，以增强其发现问题、深层次思考问题和解决问题的能力，培养其发散性思维和批判性思维[16]。教育是人的教育，教育在知识教学中要注重个人知识的建构，不用强迫学生去学习，而要启发学生自觉地学习。教师应该做一个唤醒者，使受教育者成为一个内在性觉醒的识知主体，使学生学会思考和质疑，灵活、正确、迅速地启发学习者理解事物、解决问题、做出决策与判断，以帮助学习者储备知识和发展心智，引导自主探究和深度学习，拓宽学生的知识领域;教师要培养学生的想象力，要让学生的大脑保持活跃，引导建立一种能够容纳分歧、错误、新奇事物的无形学习环境，注重从知识到经验、从分析到体验，精心设计和应用有效的教学策略，如头脑风暴、设计思维和逆向思维等;教师要引导学生表达，尤其是那种涉及自己体验或想象的表达，采用充分合作式和讨论式方式，激发学生的学习热情和内在动力，深度思考并积极参与讨论，提高学生参与感和专注程度，深刻对问题的认识，实现个人知识的显性化。

4.3 开放教学资源策略，扩展大学生的全球视野和创新思维

通过对学习者认知特点、学习风格和学习过程等动态分析，系统能够自动推送与学习者自身以及当前学习情境相匹配的资源和工具，促进其对创造挑战的认识，提升创造力的流畅性和灵活性[17]。高校应通过多种途径实现全球优质教育资源的无缝整合与无障碍流通，使学生可以随意获取任何适合自己的教育资源，实现个性化学习。媒体中心必须配备专业的技术人员、支持个性化学习的环境和24小时教育资源及技术服务，整合信息技术和教学资源，支持线上学习与线下指导的混合设计。培养和提高智慧需要从两方面入手：一是了解关于思维的知识和方法，开拓头脑思维的视野和层次;二是学习他人的智慧思想，丰富自己的智慧储备和修养。教育的效用取向追求的是发展学生的实践智慧，能力来自于个人知识的建构性累积与实践性运用。教育的效用追求必须实现教育对个人的效用与对社会的效用的统合，教育的效用追求与个人知识的实践特征的最佳结合点，就在于如何实现自由的个人与秩序的社会的和谐。大学生缺乏独立生活和正式工作经验，教师应鼓励学生多与社会上本领域的专家学者交往与沟通，了解社会实际需求，直达学术的前沿，以利于学生社会技能和创造能力的发展。

4.4 调整自主学习策略，有目的地规划和设计独特的学习路径

智慧能让人拥有更高的生活满意度、较少的消极情绪、更好的人际关系和更少的抑郁情绪，甚至其带来的幸福感有助于长寿。如果撇开各种学习阻碍，学习动机愈高的学习者参与学习的时间愈多，他们会从任何渠道取得学习机会。学习是学习主体“自己的”事、“自己的”行为，是任何人不能代替、不可替代的。对于学习者而言，就是通过发现、发掘，培养自己的智慧，发展并完善自我，形成属于个人的智慧脉络与智慧品质，从而更好地面对生活、贡献自我。在现今社会中，有越来越多的事物让学生分心，要引导他们专注、投入课堂，变得越来越难。兴趣是最好的导师，注意力是先决条件。灵活的座位安排更利于学生注意力的集中，教师应引导和支持学生进行主动学习，能够课外主动进行广泛阅读和自主深入探究，激励学生主动地交流、实践和反思，与他人一起解决问题，促进学生逻辑思维能力的发展。人们和朋友在一起时更有智慧，更能考虑全局，思考其它观点，认识到自己知识的局限性。这需要人们在短期和长期时不同的阶段目标、优先事项和自我评价都仔细推敲，就可能变得更有智慧，即使这样做很复杂，也不应该阻止人们去尝试。虽然不能一下子大彻大悟，但却可能变得有智慧一些。

4.5 创建激励学生的评价策略，促进不同领域知识的融会贯通

大学是学生步入社会前提高自身素质、增长知识技能的重要阶段。大学生现在所处的教育环境更加优越，但不能使学生安于现状，放纵其所为，要从能够面对未来各种挑战的角度对学生进行评价和干预。要达到领会、理解程度的，教师可选用启发讲导法、质疑法和探索法等;要达到分析、综合、应用程度的，教师则应选用类似比较法、系统讨论法、讲评法和练习法等。教师要尊重学生的个性和特征，运用激励性的语言激发学生的学习热情，真正关注学生的兴趣和主动参与，善于用肯定的言语进行动态性评价，使学生乐于在人际交往中完善自己。要使学生学会适应，要主动适应，而不是被动适应;适应生活，适应学习，适应环境。允许并鼓励学生根据自己的素质和兴趣发展自己的特长;允许学生有选择学习内容、学习方式、学习方法的权利，按照全面发展与特长发展的要求，教师对学生的偏科倾向科学引导，并鼓励学生发展自己的优势和特长。教师要另辟蹊径、独树一帜，不轻易否定学生的探索精神和创造力，使其锻炼人际沟通、注重团队合作、提升思维品质、注重效率收获并解决实际的问题，能够平衡短期与长期、个人与他人的利益，同时考虑所有的选择，以适应目前的情况，并试图制造或寻找新的局面。

技术的变化和全球化改变了学习者的性质和他们所处的世界，学习将超越大学的围墙，高校要把质量当作推动大学不断前行、不断超越的内生动力，不仅要从技术的角度来实现教室的智慧性，还要从教与学的角度实现促进学习的智慧。智慧教室的有效应用要以现代认知科学、脑科学、学习科学、生理学和教育科学为依据，结合智慧教育的自我导向、激励、自适应、丰富的资源和技术融入学习等特征，从学习策略、评价策略、教学策略、资源策略和服务策略方面逐步完善，实现基于学生心智的科学分析与评价，将智能化技术和智慧化教学深度融合，结合持续高效的教学服务管理，充分考虑和尊重大学生的特征，创新教学模式和学习模式，激发学习者的主动性和创新意识，最终提升学习者的智慧。

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