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        路在何方?智慧教室面臨的問題與未來
        來源:沈陽泰揚信息技術有限公司 發布時間:2020年12月15日
               隨著現代化的發展,“技術”已經成為教育信息化發展必不可少的支撐。在信息化設備普及率日益升高的同時,如何借助信息技術改變學校傳統的教育理念和教學模式,提升教師信息化素養?成了每一個信息化教育設備廠商都在思考的問題。
        在“面向現代化、面向世界、面向未來”方針的指引下,全國各地方及相關部門正在積極開展信息技術與教育教學深度融合的探索,“智慧教室”也由此應運而生。

        什么是“智慧教室”?
               智慧教室是數字教室和未來教室的一種形式,“一種新型的教育形式和現代化教學手段,基于物聯網技術集智慧教學、人員考勤、資產管理、環境智慧調節、視頻監控及遠程控制于一體的新型現代化智慧教室系統”,是推進未來學校建設的有效組成部分。
               智慧教室作為一種典型的智慧學習環境,是在物聯網、云計算、大數據等新興信息技術推動下而誕生的,是學校信息化發展到一定階段的內在訴求。

        智慧教室的SMART概念模型:
               1、內容呈現(Showing)“內容呈現”主要表征智慧教室的教學信息呈現能力,不僅要求呈現的內容清晰可見,而且呈現的方式要符合學習者的認知特點,有助于增強學習者對學習材料的理解和加工?!皟热莩尸F”包括視覺和聽覺兩個方面。
               2、環境管理(Manageable)“環境管理”主要表征智慧教室布局的多樣性和管理的便捷性。智慧教室的所有設備、系統、資源都應具備可管理性,包括教室布局管理,設備管理、物理環境管理、電氣安全管理、網絡管理五個方面。
               3、資源獲?。ˋccessible)“資源獲取”主要表征資源獲取的能力和設備接入的便利程度,涉及資源選擇、內容分發和訪問速度三個方面。
               4、及時交互(Real-time interactive)“及時交互”主要表征智慧教室支持教學互動及人機互動的能力,涉及便利操作、流暢互動和互動跟蹤三個方面。
               5、情境感知(Testing)“情境感知”主要表征智慧教室對物理環境和學習行為的感知能力。

        智慧教室的功能:
               1、實現教學過程中的自動考勤:運用物聯網的先進技術,學生進入教室后通過只能身份識別(臉部識別)技術,將學生的到課、遲到、早退等信息完整的記錄下來以實現自動考勤。
               2、對學生考試實施遠程監控:通過智慧教室的各種攝像、傳感設備及時的發現問題,并保存證據,作為處理依據材料。
               3、為教務管理和教學督導部門的管理帶來便利:通過智慧教室的各種攝像、傳感設備記錄教師的出勤情況,通過遠程監控,實現遠距離聽課,評課等活動。
               4、自動管理物理環境:智慧教室可實現自動控制燈光、空調、通風換氣等。例如,空調控制系統由中央空調電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構成。通過溫濕度傳感器監測室內溫度,通過分析數據,根據軟件預設值,當室內溫濕度高于最高門限值時自動開啟空調。當室內溫濕度低于限值時自動關閉空調,實現室內溫濕度的自動控制。

        智慧教室主要包括以下九個系統:
               1、教學系統:教學系統由內置電子白板功能的觸控投影機一體機、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問答器和配套控制軟件構成。使用內置電子白板功能的觸控投影機代替傳統的黑板教學,實現無塵教學,保護師生的健康,可在投影畫面上可以操作電腦,在每個桌位上配置問答器,實現師生交互式課堂教學。
               2、LED顯示系統:廣角LED顯示系統由LED面板拼接而成,安裝在教室黑板頂部,用于顯示正在上課的課程名稱、專業班級、任課教師、到課率、和教室內各傳感器采集的環境數據(室內溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等)。
               3、人員考勤系統:人員考勤系統由RFID考勤機、考勤卡和配套控制軟件構成。在教室前后門各安裝一個RFID考勤機,采用RFID標簽(校園一卡通)對學生進行考勤統計,對進入教室的人員進行身份識別,對合法用戶進行考勤統計,對非法用戶進行告警。同時可通過WiFi無線覆蓋,在遠程對考勤情況的監控,統計以及存檔打印等。
               4、資產管理系統:資產管理系統由特高頻RFID讀卡器、紙質標簽、抗金屬標簽和配套控制軟件構成。在教室前后門各安裝一個特高頻讀卡器,對教室內的實驗儀器、設備等資產(貼有RFID標簽,標簽上存儲有設備的詳細信息)進行出入教室的監控與管理,對未授權用戶把教室內資產帶出教室進行告警,方便設備管理人員對教室設備的統一管理。
               5、燈光控制系統:燈光控制系統由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統和配套控制軟件構成。首先通過人體傳感器來判斷教室內對應位置是否有人,此位置無人,則燈光控制系統及窗簾控制系統處于關閉狀態;反之,處于工作狀態。
               6、空調控制系統:空調控制系統由中央空調電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構成。通過溫濕度傳感器監測室內溫度,通過分析數據,根據軟件預設值,當室內溫濕度高于最高門限值時自動開啟空調。當室內溫濕度低于限值時自動關閉空調,實現室內溫濕度的自動控制。
               7、門窗監視系統:門窗監視系統由窗戶門磁模塊及配套軟件組成。窗戶門磁模塊用于檢測門和窗戶的開關狀態,并將狀態信息及時上傳至服務器。同時設置敏感時段,實施對窗戶的自動監視和報警。
               8、通風換氣系統:通風換氣系統由抽風機、CO2傳感器和配套監控軟件構成。通過CO2傳感器監測室內的CO2濃度,通過分析數據,根據軟件預設值,當室內CO2濃度高于軟件門限值時自動開啟抽風機來進行換氣,通過補充室外空氣來降低室內CO2的濃度。
               9、視頻監控系統:視頻監控系統由WiFi無線攝像頭和配套監控軟件構成。視頻監控可為安防系統、資產出入庫、人員出入情況提供查詢依據。在教室前后門口各安裝一個WiFi無線攝像頭監控人員出入和資產的出入庫情況,在教室內安裝一個WiFi無線攝像頭監控教室內部實時情況,所采集的影像經由遠端射頻單元傳送至終端管理電腦,提供實時的監控數據。

        國內智慧教室的“智慧”難題
               經過這幾年教育信息化的發展,當年的"電子書包"之稱謂不再時髦了,用的人越來越少了。而目前正流行著"智慧教室",尤其是在人工智能大熱的時代下。華南師范大學教育技術信息學院副院長焦建利教授表示,不管叫什么“名稱”,在“智慧教室”項目發展中都一直普遍存在著這幾大問題。

        部署:缺乏系統思考
                "智慧教室"和教育教學的改革大部分都一樣,可以說都是在常規教學的基礎上打補丁。提到"彈性離校"要改革,"彈性離校"這塊補丁就貼上去了;高考改革要搞"走班排課",學校的身上又多了一塊"走班排課"的補丁。如此這般,補丁越來越多,學校負重前行。把平板電腦交給老師和學生,是萬里長征之第一步,是學校變革諸多因素中的一個。缺乏系統思考,是當前學校"智慧教室"項目的第一個難題。

        設計:缺乏科學規劃
               許多學校和地區的類似教育改革項目,都可以說是倉促上馬的項目,盲目冒進是最常見的現象。試點步伐太大,整個項目屬于"急就章",來不及設計和規劃,更不要說是系統的設計和科學的規劃了。這些缺乏科學規劃的倉促上馬的項目,極有可能變成另外一個"僵尸"項目。

        管控:實際應用上的兩難抉擇
               無論是研發"智慧教育"解決方案的企業,還是開展"智慧教育"項目的學校,共同的熱門話題都是"管控"。因為擔心學生玩游戲,上課不聽教師講,擔心不良信息對孩子的健康造成不良影響等等。于是,安裝管控軟件,禁止學生未經許可下載APP。這是國內絕大多數"智慧教室"項目的最常見的做法。導致所謂的"智慧教室",間接變成30年前的"電腦教室"和"計算機教室"的翻版了。

        系統:在教學業務流程再造上先天不足
               幾乎所有的"智慧教育"解決方案,都試圖幫助學校,利用移動終端,讓教師的教和學生的學的生產力得以提升。用一句話來說,這些智慧教育(教室)解決方案,實際上是對傳統的教學業務流程的一種再設計和再創造。
        那么,最常見的問題是,一方面,絕大多數教育信息化相關企業缺乏對良好的教育基因,另一方面,市場競爭沒有辦法讓企業對教學業務進行"精雕細琢",結果使得絕大多數的解決方案在富技術環境下的教學業務流程再造存在問題。

        教師:無所適從的教師
               很多時候,智慧教育項目的上馬,并非教師的意愿,教師接受了專家的培訓,企業的駐場人員時不時地出現在教師身邊和課堂里進行講解??墒?,絕大多數的項目學校的教師無所適從。由于缺乏系統思考和科學的規劃與設計,項目上馬倉促,系統本身存在先天的局限性,培訓主要聚焦在系統的使用,而教師的信息素養和信息化教學能力沒有從根本上得到提升。

        學生:學習支持服務不到位
               慕課提供的只是一種可能性而已,而平板電腦提也是同樣的,技術從來都沒有提供過必然性。在慕課教學實踐中,在翻轉課堂教學探索中,和在今天所說的"智慧教室"項目中一樣,對學生的學習支持服務是至關重要的。學生的學習支持服務不到位是普遍存在的一個"智慧"難題。

        基于平板電腦和APP的教學法創新乏力
               所有的智慧教育(教室)項目的一個基本初衷就是,要解決當前中小學課程與教學改革進程中,富媒體(技術)環境下,以學習者為中心的個性化學習的現實需求。在國內許許多多的教室里,人們實際看到的是,教室里多了終端,包括教學法在內的一切都沒有改變,"智慧教室"依舊是"以教師為中心"的,教學活動依舊是"Telling"和"Being told",這種教學法上的"不智慧"可能原因是很多方面的。

        國外的“智慧教室”不大一樣!

        日本智慧教室:注重學習社交
               日本一直以來注重在教育方面的投入與研究,在日本的公立中學中,不少學校仍然采用非常傳統的教室布局設置。但是在傳統教室布局設置之外,還有這三個有關智慧學習的細節。
               1、在教室中并沒有如同國內教育中風行的平板、電子書包,學生的學習記錄,仍然采用的是傳統的手寫。但下課后學生通過教室一角教師辦公區的移動設備,將課堂筆記進行數字化掃描,其后學生的筆記就會自動被整合到學生的智能筆記本內,這樣的智慧筆記不僅可以鼓勵學生在課堂上更積極地做記錄,同時也讓教師對學生的課堂學習情況有更充分的了解。
               2、在教室中并沒有國內非常普遍的短距投影儀,相反不少日本中小學仍采用桌面投影儀,甚至是“古老”的手動幻燈片。但在教室當中,我們能夠看到的是不少供自由書寫的涂鴉板、彩色書寫筆、便利貼和透明膠帶。
               3、在日本同樣也有分層走班這樣的一種教學的形式存在。相較于在國內老師曾經見到有不少的地方采用智能班牌來對教室的屬性、對教師學生的簽到情況進行歸納整理的先進設備,在日本的學校里,這樣的智能班牌卻是非常罕見的。但他們采用二維碼與彩色KT板的方式對教室屬性進行走班分層管理的方法卻同樣高效有用。

        法蘭西智慧教室:注重觀察
               在小學的教室設計當中,對于色彩和空間設計的理念上當下北上廣的基礎教育學校建設是勝過法國人的。但在教室的一個智慧化、信息化的融入方面,法國人卻有不少值得我們思考的地方。
               1、國內不少地區的中小學采購了互動智慧白板進行教學,但是互動的熱鬧背后學生究竟能夠學習到多少呢?而在法國的中小學當中,運用的是另外一種互動模式,課堂黑板、白板、鉛畫紙是主角,即便是私立高中的教室里甚至不少連投影儀都沒有,更不用說互動白板了。
               2、法國的教室就是一個現代化的教室,因為在這里,能夠看到的是一種基于物聯網思維的教學模式的改變——借助物聯網技術,老師成為學生學習行為的引導者和觀察記錄者。

        “智慧教室”的三點思考
               一、教室設計布局是否適應了學生學習的需求?是否適應了教師對學生學習行為觀察研究的需求?對學生來說,學生的學習行為要發生,教室是不是提供他自由書寫、自由表達,同時又能夠快速的獲取支撐背景、學科知識的支持;對老師來說,教室是否提供了對學習行為實時性、有效性的信息采集,是否提供了足夠學習行為與網絡社交的結合空間;對教育主管部門而言,教室的設計是否便于獲取到有效的教育信息。
               二、教室的智能化設計標準雖然各不相同,但對于有效學習信息的判斷、采集卻應該有一些共識。
               三、互聯網時代的教室已經不僅僅是一個學習行為的發生地,它也應當是學生學習社交的場所。
               那么教學主管部門有沒有意識到,這樣的一個社交場所的社交屬性是否得到了尊重?學生在這樣的一個學習社交當中和日常社交又有怎樣的不同?這樣的研究在當下的教育當中是否關注到了呢?

        “智慧教室”的現狀及未來發展方向
               目前我國參與研究智慧教室的高校較少,主要面向中小學,原因在于:
               第一、目前我國每個班級的中小學生人數相對較多,對于新環境的渴求尤其濃烈;
               第二、目前我國中小學還是以成績為導向,而信息技術能充分利用名校和名師的教學資源提高學生的學習成績,這也推動了智慧教室在中小學的應用;
               第三、中小學知識相對簡單,便于軟件研發人員進行開發,產品也容易推廣和應用。
               因此,我國智慧教室更多地是針對中小學,而缺乏對本科生、研究生群體的關注。不過,隨著國家越來越重視國家越來越重視,智慧教室目前的發展呈現出總體欣欣向榮、個別特色發展的局面。預計到2020年,智慧教室會上升到另一個檔次。當然,要實現這個目標還需要付出不少的努力。從我國的國情出發,未來主要要從以下幾個方面做出改變:

               第一,將智慧教室從以“教”為中心轉移到以“創新能力培養”為中心、將智慧教室設計和應用的對象從中小學生轉移到大學生(含本科生和研究生)。因為大學生相對于中小學生來說,在各個方面都有提升,他們更迫切地希望能在教師的幫助下采取自主探索或小組合作的方式學習新知識,這就為智慧教室教學模式的多樣化實驗提供了保障。
               第二,智慧教室的研究還需與具體的學科相結合,并依據學科的特點、性質及未來發展方向,以創新人才培養為核心,探討不同學科背景下創新人才培養的教學模式,從人才培養、評價機制、教學方式上重新建構教學環境,在設計、收集、分析三個過程中緊緊圍繞創新能力數據的建設,以推動智慧教室的發展。
               第三,圍繞學生的核心素養制定評價標準,在信息素養、創新創造能力、批判性思維、解決問題的能力、溝通交流合作的能力、團隊合作能力等方面重新構建。

        結語
               合適才是真理,并不是越貴的教學硬件的投入,就一定能夠打造出越好的智慧教學場所,“智慧教室”真正的作用是讓學生更好得去學習,讓老師更輕松的去授課,這才是教育信息化、教育改革的目的所在!

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