基于智慧教室的教学环境构建

方小坤 杨安新

1.扬州市职业大学；2.扬州市梅岭中学教育集团竹西中学

本文通过对智慧教室应用实践的分析研究，分析现有多媒体教室、信息化教室的应用情况，提出集“物理空间+资源空间+社区空间”一体的新型学习环境，构建智慧教室的“三位一体”模型，结合高校的实际情况，提出构建“建构-交流-协作-联接-创造”5 维度学习环境系统的建设思想，将学习环境与信息技术深度融合到教育教学中，实现信息化教学、智慧教学的有效融合，促进教育教学的改革创新，以期为智慧教室的研究、建设和应用提供借鉴。

智慧教室是多媒体技术、信息化技术与教学深度融合，为小班化教学、线上线下教学、探究式教学等新形态教学模式提供创新形式平台。在智慧教育的现代化教学背景下，如何结合专业教学特点合理运用智慧教室，把现代化教学实施和教学内容有效连接起来，调动学生的学习积极性，打造面向未来的个性化、信息化、智慧化的学习环境，是高校教学工作者急需思考和解决的问题。

1 智慧教室的概述

1.1 传统多媒体教室的弊端

从技术角度看，常规的多媒体教室在教学过程中已不能满足课程、教学模式改革的需求。首先，座椅摆放不利于师生互动、课堂形式依旧是老师讲学生听的填鸭、灌输式教育。其次，课件形式也过于简单，往往学生一个U 盘就可以将一学期的材料带走。智慧教室作为一种全新的教学环境逐渐进入大家的视野，它可以打破传统单向教学模式，结合多种互动教学工具，实现双向互动式教学。

1.2 智慧教室的概念

国内外对智慧教室的研究，最早在2003 年开始，对其智慧教室的概率的界定和描述也不尽相同。综合各方的研究内容，对智慧教室的概率的定义存在一个共同的点就是为提高学习者的学习兴趣和效率，积极利用新兴的信息化技术建立教与学的环境[1]。本文认为智慧教室是将多媒体技术、物联网技术、大数据技术等新兴信息技术，以增强师生互动为主要核心，提供个性化教学，智能化学情分析管理，实现虚拟教学环境与多元化交互教学的物理环境深度融合的教学场所。

1.3 对智慧教室的新要求

目前，国内的“智慧教室”品类繁多、用途各异，在华丽的外貌背后，往往是东拼西凑的现象比较严重。结合教学实际情况和充分的市场调研[2]，本文提出了如下“3条”智慧教室建设要求：

（1）教学空间设计需覆盖校内全部课程，满足各学院师生探究式教学的落地：多样的课程需要有适合PBL（项目式学习）、TBL(小组合作学习)创新教学的学习空间，让理科、工科类专业的学生可以在上课时既能互动学习还能动手实践，需要空间能够灵活转换，可以在研讨型和普通授课型教室间按教学需求转换，还需要有支撑多班级合并授课的大型教室空间。

（2）信息化技术和教学过程深度融合，引导学生主动思考：传统的多媒体教室，往往就是计算机、液晶大屏、数字视频展示台、中央控制系统和音响的堆砌，大屏幕的作用只是简单的播放功能，而屏幕上的内容若可以支持小组互动、合作学习、屏幕联动等功能的融入，则可以让整个教学过程变得生动起来。

（3）通过实时数据采集系统的分析提高教学效果：智慧教室中软硬件的设备实时采集教学现场的情况，师生互换、学习成果分析、学生的考勤、电子课件学习等多维度数据采集，通过大数据进行智能化地分析，助力教师现场教学，提高教学效果。

2 智慧教室的设计

2.1 智慧教室的设计思路

智慧教室的构建是采用教学法+空间+技术的PST框架为设计理念，通过打造“建构-交流-协作-联接-创造”5 维度学习环境系统，实现信息化教学、智慧教学的有效融合，为信息化教学建设提供新的思路。

2.2 智慧教室的架构设计

整个智慧教室围绕StarC 云平台进行构建，提出了智慧教室“三位一体”模型框架，如图1 所示。该模型主要由顶层交互应用层、中间层资源服务层、底层物理设施层三个层次构成[3]，实现社区空间讨论，教学资源空间共享，物理设施为依托的三位一体的智能化、信息化的教学环境。

图1 智慧教室构建模式Fig.1 Smart classroom construction mode

2.2.1 交互应用层

其主要特点是为教师教学、学生学习、师生研究等多元化的教学形式提供了平台。学习对象包含了学生、教师、社会人员等，既有传统讲授又有现代智慧学习，通过自主或协作学习形成了云端学校，增强其应用面，提高了智慧教室使用效率。

2.2.2 资源服务层

其构成主要是通过基于云计算将各应用软件、电子教学资源以及在线学习管理系统等教学资源进行有效集成，师生可以实现移动平台，例如笔记本、智能手机、平板电脑等移动终端互联互通，形成统一的信息管理平台，其核心功能包括：智慧课堂教学平台与工具配备、教室智慧环境管理、学科资源制作与共享、教学数据采集与分析等，建成一个随时随地、虚实结合的个性化学习空间。

2.2.3 物理设施层

物理设施层主要包括教室基础设施、多媒体教学设施、网络与感应设施以及相应的软件系统。智慧教室的设施主要包含物理空间布局、桌椅、智能录播设备、视频会议设备、智能录播设备、后台监控管理系统等。

智慧教室“三位一体”模型基本包含了多层次远程教学、教学内容、资源管理、学习记录以及教学环境管理的等多方位智能化管理系统，是信息化教学建设的主体功能体现。在实际建设过程中，可结合本校的实际需求，灵活调整各功能模块进行组合，适应本校教学需求，提高课堂教学效果。

3 智慧教室的实现

智慧教室环境主要包含基础设施层的硬件环境和综合管理层的软件环境[4]。在实际建设过程中，必须将硬件环境和软件环境建设有效结合起来，相互配套，才能将智慧教室的功能发挥到最大作用。

3.1 硬件环境的实现

（1）结合实际教学需要，从教室空间布局和信息化新技术两个方面综合考虑。智慧教室的教室端需要和以上两个方面进行有效融合。根据专业教学特点和学生的实际特征，建设中需要按照“注重互动，模块搭配”为准则，使智慧教室实现互动交流-远程教学-小组讨论-学情分析-课程录制等多形式的交互呈现的智慧教学模式，形成教学常规和特色教学协调发展的教学体系。

（2）在智慧教室的建设中需要充分考虑物联网系统的应用。既有本地的智能控制应用，还需要为远程应用和管理提供必要的硬件支持。例如网络接入、光照传感器、射频识别、人体识别等传感装置，实现智慧教室的远程教学控制等功能。将教室端的各传感器装置通过网络接入校园网中，实现教室硬件环境的智能化管理。

（3）将信息空间与物理空间进行有效融合，运用校园网的全面覆盖，实现师生可以在任何时间和地点，访问智慧教室终端设备，实施远程教学、智能化教学。

3.2 软件环境的实现

为了更好地发挥智慧教室的硬件环境设置，必须配套与其相对应的软件系统。软件系统主要是运用云平台作为技术支撑，通过可视化硬件综合平台，将新型的运行管理模式应用到智慧教室的管理、资源以及服务要素中，建立统一的接口系统，认证系统以及权限管理软件环境中。根据目前主流的智能教室软件系统可将其分为6 个系统，实现对可视化管理平台进行模块化和层次化的结构设计。

（1）教务支持系统。该系统主要是将云平台和教务管理、师生身份认证以及一卡通等系统进行对接。实现电子课表、师生考勤、学情分析、教学评估、教务消息等教务工作的智能化服务功能，建立一个智能化服务信息体系和教务管理系统。

（2）云桌面系统。该系统实现师生可以随时随地运用任何终端设备，通过身份认证系统登录访问个人的云桌面，查看教务信息以及智慧教室的使用情况。云桌面支持远程可视化教学管理，可节约教室的维护成本，实现虚实结合，线上线下相结合。

（3）录播管理系统。录播管理系统是智慧教室必备的功能之一，该系统具有自动化高清视音频的录制和采集功能，同时应该包含课堂教学多画面呈现录制功能。也可根据学校的自身教学需求，将资源进行网络共享，实现教学资源高效利用，让学生进行自主学习。

（4）数据存储系统。该系统主要是将录播数据、智慧教学各传感器采集数据、软件服务数据、教学数据以及维护管理、教务数据等进行有效存储和管理。数据安全是该系统的核心问题，需要建立相对应的安全保障措施。

（5）远程互动教学系统。在线教学是当前研究的热点问题之一，建立互联网实时互动在线视频教学平台也是智慧教室的重要特征。运用信息技术和云技术，打破时空的限制，为开展远程网络教学和培训提供了技术支撑，同时也提高了信息化教学水平。

（6）智能化管理系统。该系统实现对多媒体设备、可视化系统、互联教学设备、网络管理系统进行设备的状态的实时监测，及时做到故障诊断、预警和资产使用情况的智能分析。通过该系统达到教学过程的全方位的感知，实现智慧管理，使智慧教室的使用达到最佳状态，为良好的教学环境提供有力的保障。

4 结语

智慧时代的开启，智慧教育被大力倡导，智慧校园应运而生，作为其重要组成部分的智慧教室也成为主要趋势。本文基于智慧教室的教学环境构建，实现教学环境建设与信息技术深度融合，实现信息化教学环境结构的改变，促进了智慧教室环境下教学模式改革，充分发挥学生的学习的自主性，提高学习效果，为信息化教学的建设提供有益借鉴和实践探索参考。

引用

[1] 钟志贤.论学习环境设计[J].电化教育研究,2005(7):35-41.

[2] 陆根书,杨兆芳.学习环境研究及其发展趋势述评[J].高等工程教育研究,2008(2):55-61.

[3] 杨现民.智慧教育体系架构与关键支撑技术[J].中国电化教育,2015(1):77-84.

[4] 钟晓流,宋述强,胡敏,等.第四次教育革命视域中的智慧教育生态构建[J].远程教育杂志,2015(4):34-40.