以应用为导向的智慧教室建设研究
摘要:智慧教室对学生知觉、认知、能力、素养的提升发挥着重要作用。本文首先分析了信息时代对学习环境的要求,认为教学内容的精彩呈现、教学活动氛围的智能营造、师生之间的流畅互动、学习过程的自动记录、学习行为的及时分析与反馈是智慧教室的主要特征。其后,本文详细阐述了智慧教室建设的主要模块及功能,包括教室学习空间、智慧教学系统、自动录播系统、智能管理系统等。最后,本文分析了常见典型智慧教室的特征。智慧教室建设,融合了各种先进技术,为更好地促进学生的理解、记忆、交流、表达、展示,提供了一个良好的学习环境。
随着信息时代的到来,计算机、移动终端、交互式白板、液晶电视、投影仪、摄像机等信息化设备开始大量进入教室,物联网、云计算、大数据、在线教学平台、信息化教学APP、工具软件在课堂教学中也得到了广泛的应用。众多的设备和技术,复杂的线路连接,使教室成了各类先进设备、软件的堆砌。对大多数老师来说,教室各类信息化设备让他们感觉到不知所措。研究表明,智慧教室的家具配备、技术装备、空间布局显著影响技术在教学中的作用。[1]如何合理有效地使用各种信息化软件和设备,让学生在优美舒适的教室中,轻松愉快地学习精彩呈现的各种教学内容,简单方便地开展各种交流、协作、探究活动,及时得到需要的学习资源,有针对性地开展教学,是智慧教室建设重点关注的问题。
一、智慧教室的特征
1.简单易用,功能强大
传统多媒体教室的配备与控制,在实践应用中由于种种原因得不到应用。[2]随着越来越多的设备进入教室,各类设备的相互独立性增加了操作的难度,影响了这些设备在教室的应用。[3]教师稍微一个不小心的操作,就可能出现设备不能正常工作的情况。比如,电脑画面无法投影、声音无法播放、网络无法连接、系统无法访问等。智慧教室的建设,需要考虑设备的可靠连接、故障的快速解决,让系统能迅速回复到处是的正常初始状态。为此,智慧教室通过面板将智慧教室所有设备、系统集中在一起,提供一站式服务。通过一键操作、场景定制、默认参数等快速操作,让智慧教室能够迅速处于最佳状态。课堂教师教学活动场景可以设定为讲解、练习、讨论、体验等。在讲解活动中,系统自动播放PPT,并在讲台大屏幕广播,学生的屏幕则处于广播锁屏状态。在练习活动中,系统自动切换到在线教学平台,学生通过各类终端完成学习,教师的教师端自动打开,可以监控学生的练习情况,对一些优秀学生作业进行投屏讲解。在3D体验活动中,教师灯光、窗帘、自动关闭,教师端智能切换到3D播放界面,学生桌椅中的存放的3D眼镜自动打开,学生戴上眼镜,就可以在教师引导下开展3D仿真教学了。人工智能在智慧教室的使用,通过传感器、指纹识别、人脸识别等技术,实现对学生情况的快速掌握。
2.灵活布局,环境优雅
传统教室由黑板、讲台、课桌椅等构成,色彩单调,布局单一,不利于学生学习主动性、积极性的发挥。智慧教室空间设计是指依据教育学和心理学原理,营造出最有利于学生心理和行为的氛围,从而不断激发学生的创新能力。空间设计具有灵活性、多样化、智能化、舒适化等特点。空间设计需要精心选择各种组合要素,墙面、地面、顶面的色彩、纹理、文字、陈设等进行审慎的构思,把握住环境美的“度”,过于浓妆艳抹则庸俗,过于简单乏味则单调。智慧教室的材料应该环保,通风好,可以配备新风系统,保证教室的舒适。
智慧教室的桌椅可以根据授课内容和任务要求进行灵活的调整,可以随意拆分组合,既可以是集体听课模式,也可以是小组学习模式。旋转桌椅提供了更加便捷的学习交流模式,轻便的360度旋转,只需要轻轻一拉,周围的四个同学就可以形成一个学习小组。移动黑板为小组讨论、互动交流提供了硬件保障。移动黑板采用滑轮设计,每个成员都可以方便地在移动黑板上进行推算演绎,交流讨论,随时记录迸发的灵感。移动显示是一个32寸小型液晶电视,方便小组同学根据个性化进度进行观摩、训练。
3.精彩呈现,共享课堂
传统多媒体教室,影音质量差,图像不清晰,直接影响学生的学习兴趣。有的老师甚至只是简单的利用投影显示文本,将大段的文本直接投影到屏幕上,严重影响了多媒体教室的使用。智慧教室采用先进的影音设备,超高分辨率和超大视野,让画面呈现更清晰、更逼真。功放系统中最大的灵活性无风扇设计,完全无噪音产生。音箱有落地、书架、中置、入墙、挂壁、嵌入等形式,可以轻松隐藏在教室的任何角落,提供前所未有的声音体验。在享受高品质音响的同时,漂亮的外观也是智慧教室精美的装饰品。
在智慧教室里,教师和学生的电脑、移动终端里的学习资源,可通过Miracast和airplay等无线投屏神器实现共享;多部4K高清摄像头,可自动跟踪老师上课情况,对老师讲授的内容实行云录播,学生可随手“点播”录播视频,查看“回放”。借助智慧教室里的远程交互系统,还可轻松实现跨地区交互,实施远程教学。
4.高效互动,深度体验
传统教室互动效率比较低,缺乏必要的技术设备促进学生之间的互动。智慧教室的互动系统包括人机互动和教学互动两个方面。人机互动主要指师生可以便利操作各类互动设备。互动设备应该具有操作简单、功能全面、导航清晰、容错性高、对误操作应该有相应提示或者具备一键复原的动能。良好的人机互动,可以促使师生更好地利用智慧教室的各种设备,而不用担心损坏设备。教学互动指教学平台上师生之间的互动。教室发布指令,学生通过各种设备进行反馈。随着教学平台功能的增强,教学互动变得更加简单和具有趣味性。常见的教学互动有课堂举手、抢答、摇一摇选人、随机小组划分、线下小组划分、点赞、互评、头脑风暴、作业、测试、签到、答疑等等。
5.数据分析,个性教学
智慧教室里,老师利用电子白板演示课件,学生用答题设备对问题做出自己的选择。整节课上,每个学生操作的每个步骤都会被系统记录下来,后台可以进行精确分析,为每个学生生成一份教学效果诊断书。
二、智慧教室的构造及功能模块
1.内容呈现系统
内容呈现是智慧教室最基本的功能,主要设计要求是清晰、舒适、符合学生的认知特点。内容呈现的设备可以划分为面向个人的呈现设备和面向集体的呈现设备,面向集体的内容呈现设备由投影仪、触摸一体机、白板、液晶电视、3D显示、虚拟现实系统等构成;面向个人的呈现设备有手机、平板电脑、PC等。所有设备通过无线网络连接在一起,由智慧教室管理系统进行统一管理。触摸一体机、平板电脑、手机屏幕可以实时共享,控制内容单屏、双屏或者多屏呈现。教师上课不用一直坐在讲台的电脑前操作,而是可以方便地利用遥控终端、手机、平板电脑操作,或者直接在触摸一体机前进行各种操作,与传统教学一样方便。3D显示可以更加逼真地演示各类模型的3D效果,虚拟现实系统让学习者在更广的视角中去学习知识,培养技能。
2.智能录播系统
智能录播系统不仅是课程资源建设的重要途径,也是教学行为分析的重要依据。自动录播系统由录播主机、定位跟踪仪、摄像头或摄像机、后台编辑系统、视频管理系统构成。智能录播系统通过图像识别,能够精确发现课堂中活动的老师和学生,并自动进行镜头切换。
课堂中的录像,根据不同的用途,可以分为课堂实录型、讲解型和虚拟演播型。课堂实录是智能跟踪教师的讲解和学生的发言、讨论,既有全景式的课堂教学场景,更有教师、学生的特写,还有电脑、板书的信号。讲解型主要录制教师的活动,包括讲解、板书和电脑信号。虚拟演播型主要录制教师的信号,教师背景采用绿幕或者蓝幕,系统自动将绿幕、蓝幕抠出,替换为PPT背景、图片或者视频。各种不同的录制方式,有不同的用途。
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