李霞 徐宙

摘 ? 要

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，教育信息化被國家提到了前所未有的高度，智慧教室建設(shè)也如火如荼地開展起來。教育教學(xué)環(huán)境的變化促使教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)主體等多方面發(fā)生轉(zhuǎn)變，為教師利用新技術(shù)和豐富的教學(xué)資源提供了條件。但是，目前的智慧教室仍處于“大數(shù)據(jù)”“物聯(lián)網(wǎng)”“人工智能”等智能技術(shù)有限應(yīng)用的初級階段，教學(xué)設(shè)備管理平臺和教學(xué)互動平臺的“智慧”分析數(shù)據(jù)亟待加強(qiáng)。本文旨在探討智慧教室建設(shè)面臨的問題，并在此基礎(chǔ)上嘗試提出建議，以期促進(jìn)智慧教室的建設(shè)，助力學(xué)生個性化培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞

教育信息化 ?智慧教室 ?大數(shù)據(jù) ?教學(xué)設(shè)備管理平臺 ?教學(xué)互動平臺

現(xiàn)代信息技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用促成了教育信息化的發(fā)展，《教育信息化2.0行動計(jì)劃》指出：“信息技術(shù)對教育的革命性影響已初步顯現(xiàn)”，要“推進(jìn)新技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合”[1]。隨著教育信息化的發(fā)展，越來越多的信息技術(shù)應(yīng)用到教育中，對教育教學(xué)活動產(chǎn)生巨大的影響。大數(shù)據(jù)（Big Data）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，XR）等信息技術(shù)為傳統(tǒng)多媒體教室的智能化提升提供了技術(shù)保障，大大提高了校園數(shù)據(jù)化和智能化的程度[2]，為智慧學(xué)習(xí)環(huán)境提供了強(qiáng)有力的支持，逐步構(gòu)成智慧教室。

國外對智慧教室的研究源于1988年Rescigno提出的“Smart Classroom”，早期研究較多關(guān)注智慧教室的技術(shù)與裝備效能[3];我國智慧教室的相關(guān)研究從2008年開始，黃榮懷等認(rèn)為“在傳感技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、富媒體技術(shù)充分發(fā)展的信息時代，能優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學(xué)習(xí)資源獲取、促進(jìn)課堂交互開展、具有情境感知和環(huán)境管理功能的”新型教室，稱為智慧教室[4]。

時至今日，智慧教室的發(fā)展已經(jīng)歷三個時期：第一時期為智慧教室1.0“計(jì)算機(jī)+投影時期”，這一時期的智慧教室強(qiáng)調(diào)借助計(jì)算機(jī)和投影機(jī)來呈現(xiàn)授課內(nèi)容，展示文字、圖片以及PPT等數(shù)字化資源;第二時期為智慧教室2.0“中控整合時期”，這一時期的智慧教室重視設(shè)施設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)控制，將投影機(jī)、計(jì)算機(jī)、功放等設(shè)備通過中控統(tǒng)一管理，實(shí)時反映各設(shè)備的連通狀態(tài);第三時期為智慧教室3.0“互動互聯(lián)時期”，這一時期的智慧教室加入更智能化的AIOT應(yīng)用，AIOT是人工智能技術(shù)（AI）與物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）在實(shí)際應(yīng)用中的落地融合，希望借助5G、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)萬物數(shù)據(jù)化、萬物智聯(lián)化。這一時期的智慧教室內(nèi)建設(shè)多個顯示屏或無線投影，學(xué)生配以無線終端，以便進(jìn)行多屏互動教學(xué)。除了教室內(nèi)的設(shè)備互聯(lián)，AIOT也可支持連通教室內(nèi)外、身處各地的教師與學(xué)生，形成線上線下融合（online-merge-offline）的教學(xué)場景[5]。

智慧教室的研究與建設(shè)雖得到廣泛關(guān)注，但目前人們對智慧教室的認(rèn)識還有很多不足之處，智慧教室建設(shè)面臨很多問題。如何更好地建設(shè)智慧教室、不斷解決建設(shè)過程中的問題，使其更好地輔助教學(xué)是非常重要的議題。

一、智慧教室建設(shè)存在的問題

1.智慧教室的智慧化程度不足

許多開發(fā)教育信息化產(chǎn)品的企業(yè)所提供的智慧教室建設(shè)服務(wù)，將智慧教室中的基礎(chǔ)管理功能作為設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，多集中于燈光、窗簾和新風(fēng)系統(tǒng)的環(huán)境控制方面。雖然這些設(shè)備在一定程度上提高了教室的智能性，但更偏向于智能家居的概念，擁有便利性卻沒有貼近智慧教育的建設(shè)重點(diǎn)，未能真正助力教學(xué)情境、教學(xué)活動的智慧化。

2.智慧教室管理數(shù)據(jù)缺乏

智慧教室設(shè)備設(shè)施管理數(shù)據(jù)缺乏，是現(xiàn)階段智慧教室管理工作中存在的主要問題。雖然很多學(xué)校耗費(fèi)大量財(cái)力進(jìn)行智慧教室建設(shè)，配置相對復(fù)雜的、價格相對昂貴的教室設(shè)備，這些設(shè)備維護(hù)成本高、使用周期短，但是后續(xù)缺乏智慧教室及相關(guān)設(shè)備的管理分析數(shù)據(jù)，致使無法評價智慧教室及設(shè)備的使用情況。使得智慧教室與傳統(tǒng)多媒體教室的應(yīng)用沒有明顯差別，未體現(xiàn)智慧化特征。

3.教學(xué)互動平臺界面復(fù)雜

絕大部分教育信息化相關(guān)企業(yè)所開發(fā)的教學(xué)互動平臺，其操作界面和流程從理科工程師的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)的界面層級和操作方法復(fù)雜，未考慮到教師的背景涵蓋面廣、信息化素養(yǎng)程度不同等問題，給教師帶來使用上的困擾與不便。

4.教學(xué)互動平臺缺少完整教學(xué)閉環(huán)

大部分教學(xué)互動平臺僅設(shè)計(jì)了課前資料上傳、課中人員點(diǎn)名或課堂搶答等簡單功能，而未兼顧到課前了解學(xué)生預(yù)習(xí)情況、課中的隨機(jī)分組或討論區(qū)互動以及課后作業(yè)同儕互評等功能，使得教學(xué)流程及學(xué)習(xí)行為記錄出現(xiàn)斷點(diǎn)，教師與學(xué)生無法在單一平臺上追蹤記錄及操作課程中所有的教學(xué)活動。

5.教室視頻資料缺乏深層教學(xué)應(yīng)用

多數(shù)學(xué)校均在公共教室安裝監(jiān)控或常態(tài)錄播攝像頭，錄制后的視頻資料大多僅作為安防或教務(wù)管理部門巡課查課觀看等簡單用途，師生難以將其利用于后續(xù)的教學(xué)活動中。這些寶貴的課程視頻資料，完全可以利用大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)的智能技術(shù)，依據(jù)教學(xué)特有的規(guī)律，將普通的錄像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖逃腔蹟?shù)據(jù)”，為教師改善教學(xué)模式、修訂授課內(nèi)容、改進(jìn)授課形式提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

6.智慧教室多屏互動依賴硬件設(shè)備

許多智慧教室中的硬件布線繁瑣，多屏互動依賴硬件盒子，如此不僅建設(shè)成本及維護(hù)成本高昂、設(shè)備除錯困難度較高，還會影響教室的美觀度，不利于教室的長期運(yùn)營與維護(hù)。

7.遠(yuǎn)程互聯(lián)發(fā)起困難

在疫情的影響下，遠(yuǎn)程互聯(lián)可以說是智慧教室中不可或缺的重要功能，學(xué)校必須保障遠(yuǎn)程學(xué)生能夠順利連線接入并參與課堂學(xué)習(xí)，而這十分仰賴學(xué)校信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)帶寬等的建設(shè)質(zhì)量，尤其在遠(yuǎn)程學(xué)生人數(shù)較多時，如何發(fā)起多人多方連線且高質(zhì)量的遠(yuǎn)程互聯(lián)課堂，成為迫切須要解決的問題。

二、解決智慧教室建設(shè)問題的對策

1.推動智能技術(shù)應(yīng)用的智慧教室建設(shè)

聯(lián)合國教科文組織提出的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)4是教育變革的主要方向，即包容和公平的高質(zhì)量教育、面向所有人的終身學(xué)習(xí)機(jī)會[6]。智能技術(shù)與教育的高度融合可使教學(xué)資源更加豐富、教學(xué)環(huán)境更為可靠、課堂教學(xué)方式更加靈活，利于打破教育區(qū)域限制，推動教育均衡發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可對教學(xué)環(huán)境和教學(xué)過程實(shí)現(xiàn)智能感知，獲取大量數(shù)據(jù)。產(chǎn)生的大量智能感知數(shù)據(jù)面臨著數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)不清和隱私泄露風(fēng)險，而這些問題可以借助區(qū)塊鏈技術(shù)來解決，讓師生在教學(xué)活動中放心使用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能技術(shù)[7]。

在此基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的AI技術(shù)提取出有意義的“智慧”數(shù)據(jù)，用以支持教師完善教學(xué)內(nèi)容及方法。通過記錄每位學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，分析出學(xué)生的優(yōu)勢，為每位學(xué)生“畫像”;借助AI教師進(jìn)行教、學(xué)、研的綜合培訓(xùn)，使教育教學(xué)“量身定制”地服務(wù)于不同的學(xué)生，充分發(fā)揮專任教師和AI各自的優(yōu)勢，為教師減輕負(fù)擔(dān)，使其有更多精力輔導(dǎo)學(xué)習(xí)困難的學(xué)生[8]。

目前應(yīng)大力推動產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，將科研成果轉(zhuǎn)化為教育領(lǐng)域的產(chǎn)品，推動智能技術(shù)在智慧教室領(lǐng)域的應(yīng)用，使智慧教室有“智慧”地管理、有“智慧”地教學(xué)，使大數(shù)據(jù)、區(qū)域鏈等技術(shù)切實(shí)地服務(wù)于教學(xué)過程測試和教學(xué)效果評估。

2.增強(qiáng)應(yīng)用教學(xué)呈現(xiàn)技術(shù)的智能體驗(yàn)

5G時代支持智慧教育的智能技術(shù)不僅包括上述基礎(chǔ)支撐技術(shù)（如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈）、計(jì)算分析技術(shù)（如人工智能），還包括教學(xué)呈現(xiàn)技術(shù)（如擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)、全息投影）[9]。

擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（Extended Reality，XR）涵蓋虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）等多種形式。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)利用計(jì)算設(shè)備模擬產(chǎn)生一個三維的完全虛擬的世界，提供用戶視聽感受的模擬，有十足的“沉浸感”。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是基于即時定位與地圖構(gòu)建技術(shù)（simultaneous localization and mapping，SLAM），將真實(shí)世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成，將虛擬物體與真實(shí)世界疊加到同一個畫面空間?；旌犀F(xiàn)實(shí)技術(shù)基于SLAM技術(shù)和空間建模技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)場景呈現(xiàn)虛擬場景信息，能與現(xiàn)實(shí)世界各事物相互交互以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)的真實(shí)感。

VR技術(shù)較為成熟，已應(yīng)用在虛擬實(shí)驗(yàn)室等多個教育領(lǐng)域，可幫助學(xué)生更生動地理解抽象概念和實(shí)驗(yàn)步驟[10]。MR也是體現(xiàn)教學(xué)生動化非常好的手段，但因其價格昂貴，尚未到商業(yè)應(yīng)用階段。全息投影則是采用全息膜配合投影，再現(xiàn)物體真實(shí)的三維圖像。隨著5G時代的到來，全息顯示技術(shù)將會大規(guī)模地應(yīng)用于教育中，必將大大提升教學(xué)效果。

利用XR、全息投影技術(shù)等信息呈現(xiàn)技術(shù)，給學(xué)習(xí)者帶來真實(shí)的視聽感覺，加深學(xué)生對知識的理解和吸收，也會促進(jìn)打破教育區(qū)域限制，推動教育均衡發(fā)展[11]。

3.定制開發(fā)多功能的設(shè)備管理平臺

應(yīng)定制開發(fā)設(shè)備管理平臺，除傳統(tǒng)中控平臺具備的功能外，還應(yīng)包括設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及能耗狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備故障自動讀取、語音識別、視頻識別和教學(xué)數(shù)據(jù)分析等功能：（1）請具有專業(yè)資質(zhì)的用戶界面（User Interface，UI）設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)出簡潔、友好的平臺界面;（2）平臺操作流程簡單，基于B/S架構(gòu)，使用可視化圖表展示設(shè)備、空間及教學(xué)分析等內(nèi)容;（3）依托信息傳感器、射頻識別等技術(shù)收集的設(shè)備狀態(tài)大數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡脚_后，設(shè)備故障自動錄入平臺，依據(jù)AI技術(shù)，從故障解決庫中給出解決建議，實(shí)現(xiàn)對教學(xué)環(huán)境的智能感知，最終為設(shè)備管理決策提供數(shù)據(jù)支持;（4）根據(jù)管理人員的自定義字段，生成各類報表，包括各教室使用率、各類型故障情況分析、各品牌同類產(chǎn)品運(yùn)行狀態(tài)對比等;（5）在師生同意的基礎(chǔ)上，通過對音頻信息的采集，對語音進(jìn)行識別并實(shí)時轉(zhuǎn)寫，提取高頻詞匯，實(shí)現(xiàn)對教學(xué)過程的智能感知;（6）在師生同意的基礎(chǔ)上，通過對視頻信號的采集，確定座位占有率、人員自動簽到等信息，還可進(jìn)行面部表情識別，確定授課效果好的課段，為改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方式提供數(shù)據(jù)支撐。

4.開發(fā)專注教學(xué)的教學(xué)互動平臺

尋找具有教育技術(shù)背景的研發(fā)型公司進(jìn)行校企合作，邀請教育技術(shù)專業(yè)的教師作為顧問，聯(lián)合開發(fā)教學(xué)互動平臺：（1）請具有專業(yè)資質(zhì)的UI設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)出簡潔、友好的平臺界面;（2）平臺的操作路徑必須短淺，實(shí)現(xiàn)“鼠標(biāo)點(diǎn)擊不超過三次即可實(shí)現(xiàn)功能”的要求;（3）充分結(jié)合教學(xué)課程需求，設(shè)計(jì)出符合教學(xué)規(guī)律和教學(xué)習(xí)慣的模塊，這些模塊應(yīng)涵蓋所有教學(xué)環(huán)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的閉環(huán);（4）針對課前上傳的視頻及文檔資料，平臺可記錄學(xué)生觀看的次數(shù)及時長、片段等信息，便于教師有針對性地開展教學(xué);（5）有效利用常態(tài)錄播的視頻資源，結(jié)合語音識別技術(shù)，篩選出課程關(guān)鍵詞、熱點(diǎn)便于學(xué)生迅速定位感興趣視頻段;（6）通過與常態(tài)錄播資源的對接，不僅實(shí)現(xiàn)在線視頻督導(dǎo)的功能，還可回看視頻并在感興趣時段打點(diǎn)標(biāo)識，記錄對課程的評價。

5.打造高度融合的一體化教學(xué)平臺

在互聯(lián)網(wǎng)及后疫情時代，智慧教室應(yīng)借助高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)及一體化平臺來融合教室內(nèi)外的使用者參與教學(xué);基于計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模音視頻錄制，本地化AI輔助師生，提高直錄播教學(xué)能力;最后，所有參與教學(xué)的師生都可以通過手機(jī)，加入到課中互動、討論環(huán)節(jié)中，且所有的教學(xué)數(shù)據(jù)可以同步記錄至云端，沉淀教學(xué)數(shù)據(jù)。高度融合的一體化教學(xué)平臺可在多種教學(xué)場景實(shí)現(xiàn)，在智慧教室內(nèi)，教師可以一鍵登錄平臺并進(jìn)入上課模式;在智慧教室外，教師和學(xué)生使用手機(jī)、平板、筆記本電腦，通過單一平臺入口實(shí)現(xiàn)課前和課后的學(xué)習(xí)，且可在多個終端內(nèi)無縫切換，同步學(xué)習(xí)進(jìn)度。

正值教育變革的關(guān)鍵時期，如何將現(xiàn)代信息技術(shù)與教育深度融合，探索適合的教學(xué)模式，開展個性化學(xué)習(xí)，是新時代教育工作者和管理者面臨的新挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 金久仁.信息化背景下高等教育教學(xué)形態(tài)嬗變及其限度[J].當(dāng)代教育論壇，2019（06）：89-97.

[2] 陳周閱.智慧教室建設(shè)問題與建議思考[J].教育教學(xué)論壇，2020（03）：286-287.

[3] Skipton C.Moving from “dumb”to“smart”classroom：Technology options and implementation issues[J].Journal of College Teaching &Learning，2006（06）：19-27.

[4] 黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等.智慧教室的概念及特征[J].開放教育研究，2012（02）：22-27.

[5] Jun Xiao，Hong Zheng Sun Lin，Hsu Chen Cheng.A framework of online-merge-offline（OMO）classroom for open education：A preliminary study[J].Asian Association of Open Universities Journal，2019（14）：134-146.

[6] 黃榮懷.人工智能變革教育已成全球共識[J].中國教育網(wǎng)絡(luò)，2019（06）：28-29.

[7][9] 楊俊鋒，施高俊，莊溶霞，等.5G+智慧教育：基于智能技術(shù)的教育變革[J].中國電化教育，2021（04）：1-7.

[8] 王民，高翠微，蔚東英.基于“智慧學(xué)伴”的地理學(xué)科能力發(fā)展研究[J].中國電化教育，2019（01）：59-63.

[10] 高林.VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在教育教學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2020（09）：53-54.

[11] 朱珂，張瑩，李瑞麗.全息課堂：基于數(shù)字孿生的可視化三維學(xué)習(xí)空間新探[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2020（04）：38-47.

【責(zé)任編輯 ?鄭雪凌】