高校智慧教室的设计与实现

王松禹 ，王 宁

高等院校是推进教育信息化、教育现代化的主体，其信息化水平是衡量一所学校教学、科研和综合实力的重要指标。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）》和《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中明确指出：“把改革创新作为教育发展的强大动力；把促进公平作为国家基本教育政策；把提高质量作为教育改革发展的核心任务。”并进一步提出加快教育信息化建设的意见和建议。教育信息化的核心内容是教学信息化，教学是学校的重要工作，教学信息化就是要使教学手段科技化、教育传播信息化、教学方式方法现代化，利用信息技术创建理想的教学环境，为学生提供全新的、全媒体的学习方式和方法，彻底颠覆传统课堂，改变传统的教学结构和教学方式。

以互联网+、云计算、物联网等为代表的新技术，正在不断催生新思维、新产品、新技术、新服务，推动教育事业更好更快地发展。随着校园信息化建设的发展，传统教室支撑的课堂形态越来越不能适应当前教学改革的需要，学校开始寻求模式创新之路，智慧教室作为技术与教育深度融合的产物应运而生。智慧教室既是互联网+、大数据、云计算等新技术融合的产物，也是现代教室转型发展、模式升级的结果。

一、构建智慧教室环境，开展新型教学模式

传统教学是“黑板+粉笔”，以教师的“教”、学生的“学”为主体的教学模式进行教育教学，20世纪初期，把计算机引入课堂教学，随之产生了多媒体教室。传统课堂主要表现为课堂教学模式单一、教学行为无法分析、异地教学无法实现、出勤率统计方式烦琐、学生听课状态凭主观判断、教室对现代化教学参与度不高、管理者缺乏有效直观的手段来进行教学监督管理等问题。所以，如何促进“传统课堂”向“智慧课堂”的转型发展，是我们需要思考的。

智慧教室是数字教室和未来教室的一种形态，一种新型的教育形式和现代化教学手段，通过智慧课堂系统进行深度课堂互动，改变传统课堂单向灌输的模式，同时基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、设备管理、环境智慧调节、视频拍摄及远程控制于一体的新型现代化智慧教学系统，是推进未来学校建设的有效组成部分。

图1 传统课堂和智慧课堂对比分析

随着教育信息化的进一步推进，同时受到国际和国内新时代教学模式的影响，改变现有教室结构，实现智慧课堂显得尤为重要，所以智慧教室的构建应从以下几个方面着手。

第一，教育教学质量化。随着互联网+、大数据和云计算等信息技术的发展，新的技术手段不断涌现，教学模式也在不断发生变化，逐渐从单纯的知识传授向素质培养方面转变，从教师单向的知识灌输向教与学的互动方面转变。课堂教学环节是学生接受传统教育最重要的环节，课堂上教师和学生互动是提高教学质量、学生学习新知的关键步骤。传统教学过程中，课堂点名签到、提问回答环节、师生课堂互动环节、课堂小测试环节存在诸多问题，已经不适合现代化教学的需要。基于“云”技术集智慧教学、课堂互动、人员考勤、视频拍摄及远程控制于一体的新型现代化智慧教室正在全国应用普及。智慧课堂作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，可解决传统教育教学过程中遇到的问题，增强师生互动能力，提升综合教学质量。

第二，课程录制专业化。对于面向精品课、公开课等优质课程建设的专业化录播教室，要求实现更高的课程质量和更好的课程效果。以自动录播系统为核心，具有智能录制和智能跟踪的功能；配备多机位专业摄像机，实现高清或全高清质量的画面采集；结合专业的非线性编辑系统，包装制作出精美的具有极高再利用价值的视音频文件。

第三，课程录制自动化。学校在专业的拍摄人员和导播人员方面资源有限，而录制课程又较多，在保证录制出优质课程资源的前提下，实现对教师、学生、PPT、板书等机位的自动导播，真实完整地记录整个教学场景。同时将录制完成的课程视频直接保存到网络教学平台上，实现自动化课程制作。

第四，课堂智能交互。利用先进的互联网技术激活课堂，使教师与学生之间的互动更加有趣，更加便捷。解决传统课堂教师不能快速了解学生对知识点掌握程度，无法开展新的教学模式等问题，使课堂环节更具现代化，教师与学生之前沟通更为顺畅。

第五，信息统一发布。随着课程录制建设，亟需实现学校级乃至区域化的教育资源统筹管理，实现以教学视频为核心的大规模教育资源存储、管理和共享，并进一步通过资源共享平台，满足MOOC、网络教研等各种教育业务应用的需求。

基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、设备管理、环境智慧调节、课程拍摄及远程控制于一体的新型智慧教室具有基于数据的教室、高效教学的教室、个性化学习的教室、合作探究的教室、动态开放的教室等多种特点。

二、智慧课堂系统设计

智慧课堂系统以平台为基础、以数字化教学资源为支撑、以教师服务为导向、以资源和课程为中心、以教师为主导、以学生为主体，以数字化建设和应用为核心，汇聚智慧网络教学、师生互动交流、答疑讨论和智慧管理等功能。其中包含以课程为主线，有效整合校内、校外的优质数字化教育资源；以课程建设为中心，开展作业、考试、答疑、讨论、评价等互动教学活动，充分发挥信息化平台在课堂教与学活动中的作用。

智慧课堂要具备以下功能模块：

一是备课系统。智慧课堂系统通过平台，教师在线创建课程、设置课程的学分、考核机制、设置课程展示模板等，学生在线听课、在线阅读、在线提问、在线作业、在线考试、在线互动讨论、学分审核、获得学分等。

二是课堂互动系统。智慧课堂互动系统包含四大模块，为保证教师能够更加灵活方便地在课堂上进行课堂教学互动，将智慧课堂系统设计的更加简单易用，通过资源调用、教学互动、屏幕控制、学生管理四大部分，将教室互动部分的功能完整展现，教师通过大屏一键式触控，直接点击相关功能，进行课堂互动。

三是课程资源库。智慧课堂通过智能备课系统进行课堂授课，教师在课堂上直接使用备课系统中已经创建好的课程及数字化资源，包含课程章节内容、作业习题模块、考试模块、拓展资料模块、学生管理等内容。教师在课堂随时调取平台中事先准备好的内容，实现课前、课中、课后的连贯性。

四是课堂信息采集。智慧课堂系统能完整地将课堂小测验结果、考勤结果、屏幕录制、课堂笔记、教学PPT课件、学习资料等数据进行采集整理及自动归类，形成大数据分析，最终这些数据进入学习平台，为教师数据分析提供强有力的数据支撑，同时也方便教师进行有针对性的授课，通过数据分析为教学的过程性评价提供依据。智慧课堂系统对课堂教学中的测验、锁屏、投票、抢答、学生展示、问答、共享屏幕、签到、积分、云盘等操作完整地记录下来，并显示具体的时间，形成时间轴样式的统计，对课堂的教学情况情况一目了然。

五是课堂管理。在课前及课上，教师通过笔记本、PAD课堂点名，学生通过笔记本、PAD端签到，学生端确认之后，教师端会显示已签名和未签名的学生情况，点击某个学生，可以查看他们的签到情况。实现教学互动的生生互评功能，通过学生课堂核心问题的回答与讨论，实现对单个学生或互动小组进行生生互评，充分实现探究型交流与互动，提升课堂活跃氛围，设计更加生动的课堂教学环节，营造良好的教育教学环境。

六是考试。教师通过题库进行选题或者在线编辑试题，设置各类题型的数量和分值创建试卷，试卷创建好以后，教师根据测验的时间，参加测验的对象，发起测验。学生就能接收到该试卷进行测验。支持从题库中选题进行组卷的功能，教师对试卷中的试题设置添加、修改、删除、任意排序、预览等功能，还可以对试题进行分值分配；试卷包括客观题、主观题、复合题等；题的属性包括类别、难度系数、适用层级等。同时，系统能根据题的使用频率和学生回答的正确率进行自适应的调整难度系数，力求难度系数符合真实情况，提高参考价值。

七是作业。包含线上作业和线下作业。线上作业，即从作业的发布、接收到批阅，全部流程都在网上完成，学生通过移动终端在线接收作业，做作业，关注作业的反馈情况，随时查看教师的评语及成绩；线下作业，即教师将作业在线上布置下去，学生线下完成，线下提交。学生对任意作业进行收藏，将自己认为重要的知识点集中到一起当作之后学习的要点。老师通过平台直接布置作业，批改作业。

八是讨论。智慧课堂系统为学生提供在线交流的功能。师生就课程学习进行讨论，答疑，增强师生互动，加深学生对知识的理解。教师在线回答学生提出的问题，方便教师与学生之间的即时沟通，教师对讨论中的帖子进行管理，如加精帖子、置顶讨论，便于系统自动为学生精准地推送讨论问题，提高讨论版的使用效率。

智慧教室改变了传统的教育方式和教学理念，是教育的革新。改变了传统的教育教学模式、创新了教学管理方法、丰富了网络教学资源，为高校远程教育发展提供了方向和定位。还变革了传统上课方式，由讲授模式转型为探究模式，课前学生提前预习，课中分组讨论，随时测试，教师能快速掌握每位学生学习情况，并能针对性指导，充分地激发了学生的创新能力。