吳曉如 劉邦奇 袁婷婷

摘要：隨著智能化時代的到來，智能信息技術(shù)與教育教學的融合不斷加深，新課程改革和學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)深入發(fā)展，智慧課堂迎來升級發(fā)展新機遇。該文在繼承已有智慧課堂理論與實踐成果的基礎(chǔ)上，提出新一代智慧課堂的定義及內(nèi)涵，從系統(tǒng)服務理念、體系架構(gòu)、平臺構(gòu)建、應用模式等方面構(gòu)建了智能時代的智慧課堂模式，以推動學科智慧教學創(chuàng)新，真正實現(xiàn)個性化學習和因材施教，促進學習者轉(zhuǎn)識為智、智慧發(fā)展;闡述了智慧課堂智能化服務平臺的“云-臺-端”總體架構(gòu)，旨在打通智能云服務、教室智能平臺和智能終端的數(shù)據(jù)傳輸和交流通道，提供資源服務、互動服務和教學工具，構(gòu)建基于智能信息技術(shù)的一體化、智能化學習環(huán)境，為未來智慧教學實踐應用奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：新一代智慧課堂;智能化服務平臺;教室智能平臺;學科核心素養(yǎng);體系架構(gòu)

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

智慧課堂是新一代信息技術(shù)支持下的智能、高效的課堂。從信息化視角提出的智慧課堂，離不開信息化、智能化技術(shù)的支撐。智慧課堂從早期提出到發(fā)展，目前進入以智能化為核心特征的新時代，其關(guān)鍵是利用人工智能、大數(shù)據(jù)等智能信息技術(shù)打造信息化、智能化的教學服務支撐平臺，形成支持智慧教學活動的新型學習環(huán)境，實現(xiàn)智能、高效的課堂教學。因此，實施智慧課堂教學的前提是構(gòu)建基于智能信息技術(shù)的智能化教學服務平臺。本文對新一代智慧課堂的概念、智能化服務平臺以及總體架構(gòu)等進行研究，為智能時代智慧課堂的構(gòu)建與應用提供參考。

一、新一代智慧課堂的概念及內(nèi)涵

（一）智慧課堂概念的提出與發(fā)展

基于信息化視角的智慧課堂概念最早使用是2011年前后上海市虹口區(qū)推廣應用的電子書包項目，后來在教育信息化行業(yè)時有應用。2013年開始有學者提出智慧教室、智慧學習、智慧課堂概念，2015年初筆者正式提出了智慧課堂的定義，并在隨后出版的《智慧課堂》一書中進行了補充完善，形成了第一代智慧課堂概念。這一階段智慧課堂建設的重點是利用大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)打造新型課堂教學環(huán)境，強調(diào)新一代信息技術(shù)的應用，重在環(huán)境構(gòu)建。如從電子書包應用、物聯(lián)網(wǎng)和智能教室應用、網(wǎng)絡學習空間構(gòu)建、SPOC應用、云服務和移動終端應用等視角，提出構(gòu)建與應用智慧課堂教學環(huán)境。為此，我們在分析上述實踐探索與應用的基礎(chǔ)上，提出了智慧課堂的“云-網(wǎng)-端”信息化平臺架構(gòu)，包括基于云平臺的教學資源服務和全過程動態(tài)評價，支持教室局域網(wǎng)和多終端投屏、多系統(tǒng)服務，提供教師終端、學生終端應用工具等，構(gòu)建了智慧課堂的信息化服務環(huán)境。

2016年開始，智慧課堂的概念逐步發(fā)展，并在基礎(chǔ)教育中得到大力推廣應用，如有的學?；谖⒄n資源實施智慧課堂教學。北京十二中、安徽合肥八中、浙江杭州二中等全國百強名校發(fā)起成立全國智慧課堂名校聯(lián)盟，推廣應用智慧課堂教學，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域產(chǎn)生重要影響。有的學校利用智慧課堂與新課程改革有機結(jié)合，實施全學科的智慧課堂教學改革，探索學科智慧課堂教學模式。由《中國電化教育》雜志社和蚌埠市教育局聯(lián)合舉辦、安徽省蚌埠二中等承辦的“全國中小學智慧課堂教學觀摩研討會”已連續(xù)舉辦四屆。筆者有幸擔任蚌埠二中智慧課堂教學的理論指導和總體設計，全程參與蚌埠二中的改革實驗。在此基礎(chǔ)上進行理論研究，2017年下半年筆者提出了智慧課堂的升級版定義。智慧課堂升級版定義的重點是系統(tǒng)功能拓展與應用，在系統(tǒng)功能上從過去的支持教師的教為主，向支持學生的學習拓展，增加了作業(yè)、評價和課外輔導支持功能，在系統(tǒng)應用上，從過去的試點應用、部分課堂應用向常態(tài)化應用、全過程應用轉(zhuǎn)變，從過去的基礎(chǔ)共性應用向?qū)W科教學應用轉(zhuǎn)變，提出了九個學科的智慧課堂教學模式。

近年來，隨著素質(zhì)教育和新課程改革不斷深化，對課堂教學的要求越來越高，同時智能科技加速發(fā)展和應用，智能信息技術(shù)與教育教學的融合加深，智慧課堂也面臨升級發(fā)展的要求和機遇。比如聚焦于核心素養(yǎng)培養(yǎng)，新的培養(yǎng)目標、新的課程體系、新的考試評價等對課堂教學提出了新的要求，人工智能、大數(shù)據(jù)等智能信息技術(shù)對智能教學系統(tǒng)、教育機器人等智能教育技術(shù)的新支撐，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動計劃》的出臺和實施帶來的新機遇，等等。針對這些新的要求，現(xiàn)有的智慧課堂概念、系統(tǒng)和應用已經(jīng)難以完全適應，亟需在繼承和發(fā)揚已有功能與優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，提出新一代智慧課堂的定義。

（二）智慧課堂的新定義及內(nèi)涵

無論是從智慧課堂發(fā)展的趨勢分析，還是從新一代智慧課堂發(fā)展的客觀需要來看，智慧課堂概念的內(nèi)涵與特征都發(fā)生了重大變化。根據(jù)以上分析，結(jié)合我們在智慧課堂實驗研究成果的基礎(chǔ)上，本文提出智慧課堂的新定義。新一代智慧課堂，是指以先進的學習理論為指導，以促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展為宗旨，利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等智能信息技術(shù)打造智能、高效的課堂;通過構(gòu)建“云-臺-端”整體架構(gòu)，創(chuàng)設網(wǎng)絡化、數(shù)據(jù)化、交互化、智能化學習環(huán)境，支持線上線下一體化、課內(nèi)課外一體化、虛擬現(xiàn)實一體化的全場景教學應用;推動學科智慧教學模式創(chuàng)新，真正實現(xiàn)個性化學習和因材施教，促進學習者轉(zhuǎn)識為智、智慧發(fā)展。

正確理解新一代智慧課堂定義，應把握以上概念包含的新內(nèi)涵：一是在系統(tǒng)服務理念上，應圍繞新課程實施、新考試評價改革的需要，突出學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，支持和服務于信息化環(huán)境下人才培養(yǎng)模式和教學方法的轉(zhuǎn)變;二是在系統(tǒng)總體架構(gòu)上，對過去分步、局部開發(fā)的產(chǎn)品進行升級整體設計，統(tǒng)一技術(shù)標準，實現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、應用融合，形成信息化課堂教學的完整體系;三是在系統(tǒng)平臺構(gòu)建上，充分運用人工智能、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)為系統(tǒng)賦能，開發(fā)利用智能語音、模式識別、自然語言處理等技術(shù)，提升課堂智能服務平臺的AI能力;四是在教學應用模式上，從過去的部分課程、部分環(huán)節(jié)、部分場景的應用，向全學科、全過程、常態(tài)化應用轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)課內(nèi)課外一體化、線上線下一體化、虛擬現(xiàn)實一體化，覆蓋教與學的全場景應用。

二、智慧課堂智能化服務平臺總體架構(gòu)

智慧課堂智能化服務平臺是智能信息技術(shù)打造的信息化、智能化課堂教學服務支撐環(huán)境。智慧課堂智能化服務平臺的后臺數(shù)據(jù)資源存儲、處理和服務支撐是利用智能教育云服務提供資源服務、互動服務和教學應用，前端應用是利用智能手機、PAD、智能麥克風等智能移動終端設備及其APP服務，并通過教室無線網(wǎng)絡環(huán)境（包括WIFI、藍牙、短波等）、數(shù)據(jù)中心、智能運算與智能控制等智能平臺，打通云服務、教室智能平臺和智能終端的數(shù)據(jù)傳輸和交流通道，構(gòu)建一體化、智能化的學習環(huán)境。整體而言，智慧課堂智能化服務平臺是由“云-臺-端”構(gòu)成的體系架構(gòu)，如圖1所示。

（一）云：智能云服務

“云”：即智能云服務，基于教育云提供基礎(chǔ)服務支撐。智能云服務功能包括資源管理與應用、微課管理與應用、結(jié)構(gòu)化實錄資源、在線學習與服務、智能推送、智能評價、互動服務及教學工具等，提供完整的教育資源和教學互動服務?？梢赃M行結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的教育教學資源管理，提供多種課堂教學和教研應用，如資源閱讀與下載、在線課程學習、同步作業(yè)、個性化作業(yè)、智能閱卷、精準講評、教研服務等，完成動態(tài)學習評價和智能化資源推送，支持多種教學資源的開發(fā)共享和綜合應用，并遵循國家服務云建設標準，實現(xiàn)服務云的多級互聯(lián)互通。

（二）臺：教室智能平臺

“臺”：即教室智能平臺，是以智能軟硬件為載體的教室綜合智能平臺。作為智慧課堂的通訊和運算中樞，結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能技術(shù)，構(gòu)建課堂環(huán)境的數(shù)據(jù)中心、控制中心和能力中心，匯聚智慧課堂中的人、活動和環(huán)境數(shù)據(jù)，完成課堂全景數(shù)據(jù)的收集、處理和存儲，并最終同步到課堂內(nèi)的多種教學終端、環(huán)境終端，且依托教室局域網(wǎng)構(gòu)建，實現(xiàn)無網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）條件下點對點交互通信和數(shù)據(jù)處理，既可節(jié)省大量互聯(lián)網(wǎng)資源，同時可在接人互聯(lián)網(wǎng)時實現(xiàn)跨越空間的授課直播和各類教學資源分享與推送。

（三）端：智能端應用工具

“端”：即智能端應用工具，包括教學管終端和環(huán)境終端。基于端工具提供課堂全景數(shù)據(jù)采集，包括課堂互動數(shù)據(jù)、教學行為數(shù)據(jù)、師生活動數(shù)據(jù)、課堂環(huán)境數(shù)據(jù)等，完整覆蓋課前、課中、課后的教學全過程，借助智能平臺的通訊中樞和移動終端，將教學活動由課堂內(nèi)延伸至課堂外，支持完成各類授課活動、學習活動和教研活動。教師端實現(xiàn)微課制作、授課交流和評價、智能實錄功能;學生端可以接收并管理任務、完成作業(yè)、交流互動，進行個性化的學習;管理端實現(xiàn)學生行為管控、課堂教學質(zhì)量管控、班級管理功能;家長端可進行家校學情溝通、學習交流等。

三、智能云服務架構(gòu)及應用

（一）智能云服務的搭建模式

智能云服務以云技術(shù)為核心，通過多要素、多層次系統(tǒng)架構(gòu)，為智慧課堂教學提供后端支持服務功能。智慧課堂教學云可以作為一個完整的教育云服務平臺，從云基礎(chǔ)設施、基礎(chǔ)支撐平臺、資源服務、數(shù)據(jù)處理、教學應用服務多個層面對智慧課堂智能云服務進行總體架構(gòu)設計。比如基于已有的教育云基礎(chǔ)設施，構(gòu)建數(shù)字化教學資源管理平臺，可以進行各種結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)教育教學數(shù)據(jù)資源管理，支持各類教學資源的開發(fā)共享和綜合應用等。

對于大多數(shù)基礎(chǔ)教育學校而言，智慧課堂智能云服務一般可以依托學校智慧校園云平臺或區(qū)域教育云平臺來搭建，也可以依托教育信息化企業(yè)提供的公共云服務平臺來提供專業(yè)的智能云服務。對于少數(shù)規(guī)?；k學的中小學教育集團，已經(jīng)具備了較好的信息化基礎(chǔ)條件的，也可以考慮建立學校的私有云，將智慧課堂智能云服務進行本地化部署。但無論哪一種方式，云基礎(chǔ)設施、基礎(chǔ)支撐平臺、資源服務、教學應用服務等，都需要專門的技術(shù)力量來提供開發(fā)和運維服務，通常采取服務外包的方式，學校的重點主要是校本資源的生產(chǎn)、平臺的應用、教學實踐的創(chuàng)新等。

（二）智能云服務的核心功能

從云平臺的整體架構(gòu)來看，智慧課堂智能云服務本身是一個以云技術(shù)為核心，多要素、多層次的完整體系。但從平臺對智慧課堂教學的支撐和服務功能來看，智能云服務平臺的主要功能是支持課堂教學中的資源管理服務和開展課內(nèi)外的全過程教學活動，如建立資源管理系統(tǒng)，對教學過程中產(chǎn)生的數(shù)字化內(nèi)容進行“收、存、管、用”;建立作業(yè)及動態(tài)評價功能系統(tǒng)，實現(xiàn)全過程動態(tài)學習評價，支持學情實時測評分析和即時反饋;通過微課制作與應用平臺可以實現(xiàn)輔助課前預習、課后輔導，也可以提供方便的在線學習等;通過平臺的結(jié)構(gòu)化實錄功能，生成結(jié)構(gòu)化教學視頻和圖文并茂的課堂實錄文檔，形成具有動畫、聲音、視頻交互性的信息傳播方式;同時平臺還提供了豐富的教研教學工具，為師生提供了教師工作室及學生空間等。智慧課堂云服務平臺的支撐和服務體系如下頁圖2所示。

其中，資源管理與服務系統(tǒng)是智慧課堂云服務的核心應用系統(tǒng)之一?；谠撓到y(tǒng)用戶可以方便地進行教學資源管理和操作應用，它支持元數(shù)據(jù)定義和管理、資源的權(quán)限管理、資源的版本管理、資源的檢索、資源的聚合與關(guān)聯(lián)、資源服務、資源的使用分析和統(tǒng)計查看等功能;支持用戶對上傳的資源進行預覽、下載、刪除、修改等相關(guān)操作;支持以專業(yè)類型、學科等方式進行模糊查詢，還提供全文、分詞檢索，提供按照元數(shù)據(jù)的高級檢索。資源管理服務支持對校內(nèi)結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的各種教育教學資源管理、開發(fā)與利用。適用于教學任務的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如PPT、WORD等文檔的“收、存、管、用”，并具有類似傳統(tǒng)的ECM系統(tǒng)對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理與應用功能。從而有效地將學校的各類資源以及第三方資源進行組織與管理，將學校隱性資產(chǎn)轉(zhuǎn)入顯性資產(chǎn)，構(gòu)建學校數(shù)字化“知識大廈”。

四、教室智能平臺構(gòu)建及應用

教室智能平臺是智慧課堂智能化服務平臺的三大核心組件之一，推動智能技術(shù)為課堂教學賦能，實現(xiàn)智能技術(shù)與課堂教學的深度融合。智慧課堂的信息通訊、數(shù)據(jù)匯聚、知識管理等智能化支持服務由教室智能平臺來實現(xiàn)。通過構(gòu)建課堂內(nèi)的通訊中樞、數(shù)據(jù)中心、能力中心和控制中心，收集教師終端和學生終端的課堂全景數(shù)據(jù)，在智能技術(shù)的支持下，完成數(shù)據(jù)的存儲、傳輸和處理，進行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘和知識化加工，將課堂資源、教學評價和大數(shù)據(jù)精準推送的結(jié)果呈現(xiàn)給課堂內(nèi)的師生。

教室智能平臺包含智能平臺服務和智能平臺硬件設備。智能平臺服務為智慧課堂提供數(shù)據(jù)支撐和通訊支撐，同時作為智能服務云的數(shù)據(jù)入口、通訊入口和服務入口。智能平臺硬件設備是智慧課堂的核心硬件，是教室智能平臺作為課堂數(shù)據(jù)中心、控制中心和通訊中樞的最終硬件呈現(xiàn)，其包含完整的硬件處理單元、存儲單元、傳輸單元、控制單元和通訊單元，為課堂智能平臺服務提供硬件基礎(chǔ)，教室智能平臺的功能架構(gòu)如圖3所示。

（一）通訊中樞

教室智能平臺可以在教室內(nèi)無網(wǎng)的環(huán)境下構(gòu)建無線局域網(wǎng)，采用無線傳輸方式提供傳統(tǒng)有線局域網(wǎng)的所有功能，智能云服務的資源通過教室智能平臺并最終同步到課堂內(nèi)的多種教學終端和環(huán)境終端，且依托教室局域網(wǎng)構(gòu)建，實現(xiàn)無網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)）條件下端與端交互通信，既可節(jié)省大量互聯(lián)網(wǎng)資源，同時可在接入互聯(lián)網(wǎng)時實現(xiàn)跨越空間的授課直播和各類教學資源分享與推送。教室智能平臺具有同時支持Android、iOS、Windows等多操作系統(tǒng)的功能，采用先進的多屏互動技術(shù)，實現(xiàn)多平臺之間點與點的跨平臺交互及多平臺點與智能平臺的交互。在智能平臺構(gòu)建的教室無線網(wǎng)絡環(huán)境下，支持將教師的平板設備屏幕實時無線投射到教室內(nèi)的投影儀、大屏幕與學生手持設備，正常教學活動包括PPT動畫和視頻的正常播放、任意書寫、白板講解、圖片批注、實物投影、作業(yè)講評、隨堂測試、微課錄制等，保證無線投屏正常應用，為用戶提供更加多樣化、多媒體化、個性化的交互服務。除此之外，隨著SG網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，引入移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合射頻識別技術(shù)（RFID）、藍牙技術(shù)（Bluetooth）、Wi-Fi等無線通信技術(shù)，智能平臺加強智能感知的關(guān)鍵設施建設，實現(xiàn)多網(wǎng)融合互通和PC、Pad、答題器、Phone、智能麥克風等智能終端的信息交互（如下頁圖4所示），構(gòu)建網(wǎng)絡化、感知化、泛在化的通訊中樞。

（二）數(shù)據(jù)中心

教室智能平臺提供方便的數(shù)據(jù)、資源上傳和本地存儲功能。搭建數(shù)據(jù)中心，通過數(shù)據(jù)匯聚、存儲和加工，集成人工智能技術(shù)，支持非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲和計算，提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計服務和數(shù)據(jù)挖掘模型的計算服務，其中在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，當前應用比較廣泛的數(shù)據(jù)處理平臺有Hadoop和Spark等。形成資源中心，結(jié)合智能推薦引擎，能夠有效支撐知識學習、技能訓練，并能夠通過動態(tài)構(gòu)建知識圖譜，不斷完善資源的各類屬性，實現(xiàn)智能資源中心的智能優(yōu)化升級。在教室智能平臺環(huán)境下，教師在使用移動終端進行教學時，通過智能平臺可將電子課件、圖片、文檔、PPT等無線投射到教室的顯示設備上，并在電子課件上任意的進行翻頁、書寫、插入白板與推演、PPT與動畫播放等功能。同時，智能平臺將課堂教學全過程的交互數(shù)據(jù)記錄下來，上傳至智慧課堂云平臺，并形成課堂報告。智能平臺支持無網(wǎng)絡情況下，將數(shù)據(jù)暫時儲存于本地，網(wǎng)絡接通后，會自動上傳對應數(shù)據(jù)，確保教學數(shù)據(jù)不丟失。

（三）能力中心

教室智能平臺提供了課堂教學信息感知能力和一定的認知能力?；谡n堂教學數(shù)據(jù)的感知、采集和匯聚，利用人工智能技術(shù)進行挖掘分析，提供智慧課堂教室智能平臺能力服務。涉及主要技術(shù)包括圖像識別、圖像理解、視頻識別、語義理解、情感分析、生物特征識別等，讓機器感知和識別文字、語音和圖像，而且能夠讀懂文字、語音和圖像的內(nèi)在含義，體現(xiàn)了感知智能和認知智能的特性，主要應用有語音智能評測、語音搜索引擎、智能批改、智能交互問答等。如智能實錄系統(tǒng)，教師在教室中攜帶智能麥克風貼近班級內(nèi)的智能平臺感知設備，就能實現(xiàn)身份自動識別和賬號的自動登錄。通過智慧麥克風的按鈕，一鍵開啟錄制后就能實現(xiàn)教師授課屏幕、聲音的錄制，同時實時地將老師的講解內(nèi)容轉(zhuǎn)化為文本并同步顯示，形成結(jié)構(gòu)化實錄資源。結(jié)構(gòu)化實錄資源是依托智能平臺的語音識別引擎、語義理解引擎和知識點預測引擎等服務，在實錄過程中，實現(xiàn)全學段、全學科語音實時轉(zhuǎn)寫，支持在字幕上實時顯示轉(zhuǎn)寫的文字，支持字幕高度、字體、樣式、位置自由調(diào)節(jié)。

（四）控制中心

教室智能平臺應用機器學習和深度學習算法，結(jié)合自然語言理解、大數(shù)據(jù)/統(tǒng)計分析、規(guī)劃決策等智能技術(shù)支持，智能推薦教學資源，調(diào)節(jié)智能環(huán)境終端，實現(xiàn)課堂智能管控，為教師提供實時動態(tài)學情分析服務，幫助教師調(diào)整教學策略，為學生提供智能學習環(huán)境。如教室智能平臺通過語音識別技術(shù)、自然語言處理技術(shù)，自動識別教師教學管控指令，教師語音發(fā)出“上課”指令后，教室智能平臺可自動實現(xiàn)對學生智能終端的“鎖屏”處理，同時打開智能麥克風、攝像頭，調(diào)節(jié)燈光、音響等智能環(huán)境設備，為師生提供智能教與學環(huán)境。教室智能平臺通過圖像識別、深度學習技術(shù)還可實現(xiàn)對學生作業(yè)的智能批改，發(fā)現(xiàn)學生薄弱知識點，并形成學情報告精準反饋給教師，為教師智能篩選教學重難點，精準推送教學資源，實現(xiàn)輔助教師實現(xiàn)精準教學。

五、智能端應用系統(tǒng)開發(fā)設計

智能端應用工具是智慧課堂的前端應用設備。智慧課堂智能化服務平臺基于云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，實現(xiàn)了“云-臺-端”的一體化，其中端應用工具是實現(xiàn)師生移動化課堂教學應用的基本手段。課堂教學中的所有信息化支持系統(tǒng)可以通過移動客戶端訪問，移動端的數(shù)據(jù)對應著云端服務器數(shù)據(jù)，移動端所有數(shù)據(jù)的修改變化都會同步在服務器實現(xiàn)移動應用。端應用工具主要包括教師端和學生端，必要時也可配置管理端、家長端，用于教學管理和家校溝通。同時，智慧課堂教室還應包括智能環(huán)境端，用于環(huán)境信息的感知和采集應用。

（一）教師智能端

教師智能端是教師進行智慧課堂教學的基本工具，包括硬件設備和軟件工具。硬件包括平板、智能手機、麥克風、可穿戴設備等智能移動終端，軟件即根據(jù)智慧教學應用需要研發(fā)的多種移動設備應用工具軟件，包括微課制作與學習、課堂互動、作業(yè)與動態(tài)評價、資源智能實錄等工具。教師智能端工具能夠為教師提供全場景教學服務，提供了極為豐富的教學功能（如下頁圖5所示），在提高教師教學效率的同時，實現(xiàn)了個性化教學和輔導，是實現(xiàn)智能、高效課堂的必備工具，真正實現(xiàn)了信息技術(shù)和課堂教學的融合，為課堂教學帶來革命性變革。

1.微課制作工具

微課制作工具是基于云計算、移動端等多項技術(shù)融合，應用于移動終端（PAD、手機等）的一種工具，實現(xiàn)方便的授課和微課錄制功能，為教師提供集“上課、輔導、教研與微課制作”于一體的移動教學終端設備。主要功能包括：支持各種教學資源的網(wǎng)絡下載、本地上傳、拍照、視頻、二維碼的方式導人;支持課堂教學過程中實時的微課錄制，并一鍵完成;支持PPT內(nèi)動畫、視音頻的播放;支持隨機插入白板;支持教學過程中添加板書、標注功能，并能保留以供查看等。

2.課堂互動工具

課堂互動工具可以幫助教師發(fā)布各種課堂任務，讓全體學生或?qū)W習小組來完成，在學生或?qū)W習小組完成后，教師可以第一時間獲得所有學生的準確數(shù)據(jù)報告，讓教師動態(tài)調(diào)整教學進度和重點，提高課堂的效率。課堂互動工具的主要功能包括：支持與課堂應用無縫集成;支持以客觀題、主觀題方式布置課堂任務;支持客觀題答題卡自動生成、拍照回答主觀題;支持調(diào)用作業(yè)平臺作業(yè)內(nèi)容;支持拍照所見即所得等方式布置課堂任務;支持全體學生或者學生分組互動;支持課堂任務結(jié)果統(tǒng)計和統(tǒng)計詳情查看等。

3.作業(yè)與動態(tài)評價工具

作業(yè)與動態(tài)評價工具是集作業(yè)布置、完成、批改、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析、微課錄制等功能于一體的創(chuàng)新工具。該系統(tǒng)包括任務模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析模塊、微課模塊、錯題集和家校聯(lián)系等模塊，每個模塊都有相對應的功能，教師可以利用作業(yè)工具布置作業(yè)、批改作業(yè)、查看統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)、制作和推送微課、家校聯(lián)系等。通過這些模塊可以實現(xiàn)課前、課中、課后的電子作業(yè)，而且完全不需要改變傳統(tǒng)的作業(yè)完成習慣，只是加入了拍照這樣一個步驟，就能實現(xiàn)全面、細致、精準的數(shù)據(jù)分析，直觀地展現(xiàn)學生對知識點的掌握情況，真正實現(xiàn)“以學定教”的目標。

4.智能實錄工具

智能實錄工具是對智慧課堂結(jié)構(gòu)化課程資源進行智能化實錄和播放分享的終端應用工具，硬件可以是實錄系統(tǒng)、智能麥克風、智能手機等多種類型。智能實錄工具其硬件模塊由智能麥克風和教室智能平臺組成。智能麥克風是智能實錄工具的核心組成部分，可輕松實現(xiàn)教學視頻的一鍵錄制。智能麥克風與教室智能平臺靠近即可進行身份認證。通過與智能實錄服務通訊完成教學過程的一鍵錄制，并在錄制過程中實現(xiàn)聲音采集。在錄制過程中呈現(xiàn)實時字幕、錄制授課屏幕。與教室已有音響系統(tǒng)配合，即可滿足日常授課的移動擴音需求。結(jié)束錄制時將會生成包括視頻、文本、關(guān)鍵頁面在內(nèi)的結(jié)構(gòu)化微課，并自動上傳至教師個人空間。

（二）學生智能端

學生智能端是智慧課堂中學生進行智慧學習的基本工具。學生智能端的硬件也可以是平板、智能手機、可穿戴設備、紙筆錄入工具等智能移動終端，軟件即根據(jù)智慧學習需要研發(fā)的多種移動APP學習軟件。學生智能端為學生提供了功能齊全、使用方便的學習工具，包括微課學習工具、課堂互動工具、作業(yè)與動態(tài)評價工具、智能手寫工具等（如圖6所示）。學生可以利用學生智能端進行微課的學習、接收、管理、完成任務（作業(yè)），進行師生交互、生生交互，查看可視化的成績分析報告等，使得傳統(tǒng)的基于紙質(zhì)課本和紙筆工具的學習轉(zhuǎn)變?yōu)槔脭?shù)字化資源和平臺的學習，使得傳統(tǒng)的課內(nèi)時間、面對面交流轉(zhuǎn)變?yōu)槿珪r空、立體化的互動交流，學習方式發(fā)生了革命性的變化。

1.微課學習工具

微課學習工具為學生提供一個利用移動終端進行微課學習的平臺，學生可用智能端工具查看任課教師推送的微課，也可關(guān)注其他教師、甚至課外的微課學習資源。點擊可直接學習微課，可查看全部微課;可按課程搜索目標微課;微課觀看結(jié)束可進行評價、發(fā)表評論等。

2.互動工具

學生智能端互動工具的互動功能對應教師端的相應功能，主要包括以下兩部分：一是接收任務，接收教師發(fā)送的提問;二是完成任務，回答教師發(fā)送的提問并提交。學生在課堂上接收到教師的提問，可在線查看題目、作答與提交。學生接收教師布置的隨堂檢測題，客觀題可直接在線作答，主觀題可拍照上傳答案等。

3.作業(yè)與動態(tài)評價工具

包含任務模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析模塊、錯題集及成績報告等。任務模塊：提供做作業(yè)的功能，包括學生可以查看自己作業(yè)完成情況以及得分情況?？稍诰€作答題目，直接在線選擇客觀題的答案，拍照上傳主觀題的答案，語音題和英語自評測試題直接錄音發(fā)送即可;數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析模塊：學生利用學生端完成教師布置的作業(yè)，平臺自動統(tǒng)計作業(yè)提交情況與作業(yè)成果，生成基本作業(yè)成果和成績報告等;錯題集：可以按照學科和知識點查詢錯題;可以通過拍照添加錯題;可重新編輯錯題知識點或刪除錯題;成績報告：基本作業(yè)成果、答題詳情、教師批注及針對錯題向教師在線求解等。

4.智能手寫工具

智能手寫工具是利用智能書寫板和相應的移動應用軟件，提供學生上手即用、快捷方便的手寫工具，學生利用智能書寫筆在紙上進行實時或者存儲記錄的時候，能精確記錄學生所書寫的內(nèi)容并即時將所有內(nèi)容轉(zhuǎn)化為與紙質(zhì)記錄完全一致的電子記錄，巧妙的解決了學生大量學習過程、特別是主觀題電子化記錄的問題。并可與電腦、電子白板、投影機、大屏幕等其他設備整合，實現(xiàn)紙筆直播展示。

（三）管理智能端

管理智能端是學校管理人員進行智慧課堂教學管理的基本工具，是智慧課堂端應用中可選配的工具。管理端可以獨立配置，也可以在教師端中加載相關(guān)軟件，使教管融為一體。管理智能端的硬件既可以是平板、智能手機等智能移動終端，實際上也可以是桌面PC，而軟件即根據(jù)課堂教學管理需要研發(fā)的多種移動APP軟件或桌面應用軟件。管理智能端為管理者提供了學生行為管控工具、課堂教學質(zhì)量管控工具、班級管理工具等。

（四）家長智能端

家長智能端是學生家長進行課堂教學溝通的基本工具，也是屬于智慧課堂端應用中可選配的工具。一般情況下學校都有“家校通”管理平臺和家長端應用，可以把智慧課堂的家長端應用與“家校通”管理平臺集成建設，即根據(jù)智慧課堂教學需要研發(fā)“家?；印钡南鄳獞密浖?，為家長提供與老師、管理者進行智慧課堂學習溝通的工具。家長智能端服務應支持教師發(fā)布與共享的學習、作業(yè)、考試與批閱信息，支持統(tǒng)計學生查閱情況;支持教師、學生與家長在線溝通與交流;支持文字、圖片、語音、微課多種交互方式。在家長智能端，通過課堂回顧，家長能掌握孩子每日的課程軌跡，查看每堂課老師的授課實錄和微課資料;根據(jù)課堂互動答題情況，了解孩子活躍度;家長也能實時關(guān)注學校動態(tài)，避免錯過家長會、班級活動等重要通知，解決目前家校溝通渠道分散，信息傳遞不及時等問題。

（五）智能環(huán)境端

智能環(huán)境端也是智慧課堂智能化服務平臺的基本終端設備，用于教室環(huán)境信息的感知和采集應用。在智慧課堂教室空間中，部署了各類感知設備、傳感設備、音響視頻設備、智能黑板、智能大屏、智能監(jiān)控設備、計算與控制設備等，形成了信息化、智能化的教室教育環(huán)境，有利于教室教育環(huán)境數(shù)據(jù)的感知、采集，有利于實施智能化的教育教學活動。智能環(huán)境端包括教室教學性智能環(huán)境端、監(jiān)控管理環(huán)境端和自然環(huán)境端等類型，是一個能夠方便對教室所裝備的視聽、計算機、投影、交互白板等聲、光、電設備進行控制和操作，利于師生無縫地接人資源及從事教與學活動，以自然的人機交互為特征的，依靠智能空間技術(shù)實現(xiàn)的增強型教室環(huán)境。例如，加拿大麥基爾大學（MCGILL UNIVERSITY）的智能教室，安裝了投影顯示設備并配有增強的傳感器及計算機處理控制系統(tǒng)。

六、結(jié)語

經(jīng)過近年各類學校對智慧課堂教學改革與實踐探索，智慧課堂在平臺構(gòu)建、理論研究與應用實踐等方面均取得了很大進展，智能時代需要智慧課堂的新理念和新實踐。本文在繼承智慧課堂已有定義基礎(chǔ)上提出了新一代智慧課堂的定義，論述了系統(tǒng)服務理念、體系架構(gòu)、平臺構(gòu)建和應用模式等方面的內(nèi)涵特征。同時，構(gòu)建了基于智能信息技術(shù)的智慧課堂智能化服務平臺總體架構(gòu)，即“云-臺-端”，具體分析了教室智能平臺、智能云服務和各類智能教、學、管終端及智能環(huán)境終端的架構(gòu)、開發(fā)及應用，具有較強的操作性，為實施智慧課堂教學奠定了基礎(chǔ)。基于智能信息技術(shù)的智慧課堂是對傳統(tǒng)課堂教學的“革命”，對于推進人才培養(yǎng)模式和教學方法變革，重構(gòu)信息化背景下的教學體系，具有重要的應用價值和意義。

作者簡介：

吳曉如：博士，研究方向為人工智能、智能教育、現(xiàn)代教育技術(shù)應用（xrwu@iflytek.com）。

劉邦奇：教授，研究方向為人工智能教育應用、教育大數(shù)據(jù)、智慧校園、智慧課堂、區(qū)域智慧教育規(guī)劃（lbq-nj@163.com）。

袁婷婷：碩士，研究方向為智能教育、智慧校園、智慧課堂（ttyuan2@iflytek.com）。