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智慧教室的系统论阐释中国的大学从教育和教育资源建设的初期阶段开始,关注教育机构和教材建设的数字化教育阶段目前,众多高校正在紧锣密鼓地推进智慧教室建设与应用从前期对科技企业、高校和相关领域研究者的调研情况来看,大家对智慧教室的理解仍然比较“模糊”,并没有明确而统一的定义研究智慧教室的系统模型与特征显得尤为重要及迫切基于国内外有关智慧教室研究的基础上,本文从发展、概念、结构、功能、教学活动与策略、特征以及局限性等方面对智慧教室系统模型进行诠释,为目前智慧教室的应用以及将来的建设提供参考
一、智能教室的产生和发展
1.“智慧教育”的概念界定,提出并阐述“智慧教育”的理念其提出的“智慧教育”提出的“智慧教育”的提出,其提出的“智慧教育”提出的“智慧教育”的提出,是提出“智慧教育”的背景,其提出的“智慧教育”提出的“智慧教育”的提出,是提出“智慧教育”的基2008年11月,IBM公司首次提出“智慧地球”的概念,从而催生出有关“智慧教育SmartEducation”的理念在中国,智慧教育正在引领教育信息化的发展方向,成为技术变革教育时代教育发展的主旋律
2.智慧教室的内涵自从智慧教室被提出以来,国内外学者对于智慧教室的研究主要以理论探索居多,对智慧教室的应用与效果探讨较少Charles Skipton认为智慧教室就是充分整合教学技术和更广泛的一般学习环境的教室从既有的研究成果及各种表现形式来看,智慧教室围绕技术、设备、空间与教学活动等方面展开,是利用信息技术增进学习的教学环境或学习空间智慧教室作为一个系统的整体性,对教学活动及应用中的师生主体性等方面较少提及贝塔朗菲L.V.Bertalanfy认为系统是一定相互关系中的与环境发生关的各组成要素的集合
3.智慧教室设计的现状随着技术的逐步成熟与相关教育理论研究的深入,国内外智慧教室的类型愈加繁多,差异也愈来愈大根据信息通信技术的发展与教育理念的变革,结合其表现形式,本文将智慧教室的发展划分为三个阶段1智慧教室
1.020世纪80-90年代,以计算机为代表的新技术进入传统教室,构建了新的学习环境2智慧教室
2.02001年以来,一些学者提出智慧教室在远程教育的基础上应当探索“同步教学”的可能性,使师生可获得如面对面教学相同的体验3智慧教室
3.02008年IBM公司提出“智慧地球”的概念以来,国内外对于智慧教室的认识不再单从教室的信息技术装备出发,而是更多地从学习环境的角度来界定,关注如何更好地建立开放式、智慧学习环境随着普适计算技术、移动技术的广泛应用,智慧教室对人机交互技术提出了更高的要求在已有的技术基础上,智慧教室应当充分利用移动设备与可集中控制的分布式智能空间,通过普适计算技术、移动技术、虚拟现实、课堂直录播等,实现多种教学模式的创新基于此,智慧教室的类型与功能进一步实现了多样化,如基于可重构情境感知中间件Reconfigurable Context-Sensitive Middleware,RCSM的智慧教室、情境感知Context Aware智慧教室以及开放智慧教室等美国亚利桑那州立大学的智慧教室应用泛在计算和网络技术,开发出RCSM系统,学生可通过情境识别掌上电脑PDA,实现小组之间的交流和合作学习
二、技术等方面的建构智慧教室包括但不仅限于硬件、设备设施,软件系统、应用技术等方面的建构,也包括教学策略与活动的运用和开展智慧教室并不是一种具体的物理形态,它是相对于传统和现代教室而言的,随着现代教育理念和技术进步而不断发展的
1.智慧教室的设计硬件与环境是智慧教室的重要组成部分,也是智慧教室采取教学策略,开展教学活动的重要载体整体而言,除了拥有传统多媒体教室所具有的硬件及环境外,智慧教室还具备全自动录播系统、交互式电子白板、显示终端、教师端、学生端、在线教学资源平台、应答系统等配备根据不同的教学需求,有的教室还配备虚拟现实、传感器、情境感知等设备全自动录播系统可以用于记录教学活动、师生行为及课堂讨论情况等,而多个显示终端则用于展示教室内的主要教学活动与来自远程教育学生的即时信息当然,智慧教室系统的运行以及运用仍然是由计算机系统、交换机、存储与服务器等配置来支撑的教学环境是智慧教育的核心阵地智慧教室的环境设计同样应当显现其“智慧性”的特征,需要考虑学生的学习方式和教师的教学方式环境上,主要是课桌椅、讲台、灯光、设备设施的布置及整体的布局应当适合学习,便于操作,体现师生平等的原则此外,智慧教室的无线网络及互联网可以给智能手机、PDA,以及笔记本等设备提供较为快捷和稳定的运行速度,便于个体之间的通信和信息数据交换智慧教室使得师生处于同一水平面上一——课桌椅滚轮能够任意移动,舒适度符合人体工程学原理,只要进行简单的拼接,就可呈现出依要求所需的各种排列形态,便于在课堂上开展分组教学和进行互动
2.智慧教室的系统构成教学活动离不开师生的参与,而软硬件、环境是否便利则直接影响到教学活动的质量对于智慧教室来说,环境和硬件是平台基础,而软件、系统则是“智慧性”的关键智慧教室需要软件、系统与硬件之间无缝对接,实现整个信息化教育系统的便利性、完备性、兼容性与可扩展性智慧教室是一个能够实现各种设备、软件、系统互联互通的信息化系统其中,软件系统主要包括学习管理系统(Learning ManagementSystem,LMS)、云平台、富媒体控制和处理的高级软件、满足特殊学生需求的软件系统、智能摄像机软件、识别软件(面部、声音、手势、运动)、环境控制软件,以及云计算、物联网、大数据、泛在网络等关键系统技术具体到教师与学生,智能绘图工具、情境感知分析系统(给教师提示或建议)、应答系统(分析课堂教学效果)、考勤系统、计算机软件、远程客户端程序也是必不可少的
3.创新混合式教学模式智慧教室作为一个为师生提供智慧服务的系统工程,核心是师生的应用,通过教学策略的实施与教学活动的开展来实现其功能教学策略的实施以及教学活动的开展需要按照一定的教学模式进行智慧教室的教学环境发生了巨大的变化,催生出教学模式的变革---------------从传统的面对面教学模式到基于智能技术的信息化教学模式,这一新模式以在线学习、合作学习、创新性教学及混合式教学等形式为特征其中,合作学习、混合式教学是智慧教育的新趋势,也是较为有效的模式,其让学生的多样性以及个体的差异性得以被重视,使“以人为本”的教育理念得以实现合作学习在智慧教室中,师生可以通过使用各种互联无线终端设备来实现互动协作,促进合作学习合作学习鼓励学生积极参与学习小组讨论,小组成员之间相互学习,获得平等的学习机会并真正参与到课堂教学中去智慧教室的设计以便于学生分组为原则,教师也可以随时加入进去,以增强组内合作,促进小组之间的互动与交流值得一提的是,泛在技术的应用使得不同背景与社会经历的学生之间知识、观点得以分享、外化,进一步增强了合作学习的体验混合式教学无缝连接的在线教学平台为学生的在线学习提供了丰富的学习资源,赋予学生更多的自由一方面,学生可以按照自己的需要在智慧教室之外随时进行在线学习;另一方面,师生们可以在智慧教室里相互沟通,促进知识的内化线上线下相结合的混合式教学模式是当前教育领域研究的重点,也是教育发展的主流趋势智慧教室综合了线上与线下教育优点,兼顾实用性内容的学习与创新性能力的发展,充分体现了以学生为中心、主动学习、个性化学习的教学理念
三、智慧教室的基础智慧教室设备设施的配置、平台的运用、活动的开展、交互的实现都离不开技术的支撑智慧技术为智慧教室的发展与应用奠定了必要的条件和基础Walter Drezko认为智慧技术可分为自适应、感知、判断、学习、推理、自我组织等逐步深入的6个层级
1.基于感知的环境智能调控相关研究,并为课堂教学活动提供参考情境感知是智慧教室最基础的“智慧性”特征全面感知是通过各类感知技术、传感器与信息终端的联结,广泛地感知教室的环境及硬件状况、学习行为与状态的变化,以及课堂教学活动的进展,自适应地为教师的判断、推理与学习提供参考具体来说,传感器与信息终端通过对教学环境的感知,发挥其环境智能调控的功能,对光照强度、音量、温度、湿度及气味等实行一体化操作,以适宜和方便教学;通过对面部、语音、手势、位置与运动信息的识别和分类,以实现对不同师生需求的自动调节;通过自动记录和动态跟踪课堂上的所有活动,包括学习状态、知识背景以及师生之间的互动情况,便于课下学习、分析,并对教学过程进行科学评价
2.智慧教室的数据共享与系统集成无缝互通是指智慧教室通过硬件、云平台与泛在计算等技术,在时间、空间、资源与教学情境上进行灵活拓展智慧教室通过跨系统、跨平台、跨终端、跨域与跨级的连接,实现信息孤岛与多种资源的整合、分享与呈现,以促进教学的有效互动智慧教室通过数据共享与系统集成,实现一卡通、教务、资源、安防、监控、门禁等数据的无缝对接;通过硬件设备同无线协作系统的相连,支持师生在不同系统的终端设备上无缝连接,实现信息的跨教室、跨级、多终端无线互动、呈现及共享,增强交互式学习体验;在已有信息和感知数据的基础上,对学生的行为、表现、兴趣、参与度等方面的信息进行传递、处理、分析与推断,以作为教师决策的依据;通过实现线上与线下、物理空间与数字空间、本地与远程的全面连接,智慧教室在时间、空间以及资源获取方面的限制被大大降低
3.智慧教室的内涵信息时代更加提倡个性化的服务,教育方面也不例外智慧教室的建设之所以成为一种趋势,就在于其结构、功能与技术应用方面均体现个性化服务的特点个性化服务的要义在于提供适配性的教学资源、内容、方法与活动策略,以满足和有效地解决师生间的不同需求问题在人与教学环境方面,智慧教室实现了人机的自然交互,整体灯光、色调、温度、课桌椅、网络等的设置都是为实现优质而流畅的教学体验而服务;根据学生的偏好和需求,在线教学资源与教学过程无缝连接,集群推送教学资源或信息;通过不同的技术手段,提供订制服务,灵活地分组呈现教学资源,满足个性化学习的需要;采用一键式的方便操作,促进教学应用与教学活动的高效开展,提高教师的能动性
4.智慧教室发展的必要性智慧教室是一个自我组织系统,即可以根据内部结构、外界条件的变化,通过调整与修复,实现自我的优化和功能的完善,以更好地满足师生需求,实现教学目标随着社会的革新与需求的变化,智慧教室也在不断地更新换代,不断地融入新技术与新理念,使得其自我组织、调整、修复的能力也不断地增强智慧教室兼具开放性与交互性对外可与各类常见的、不同架构的平台对接,最大限度地减少限制;内部可实现无缝互通,方便设备与系统进行自我诊断、自我恢复实际上,智慧教室产生的大量的数据主要是以教学为中心而生成的,凸显交互的过程,而不是各类数据无意义地聚集智慧教室通过对教师与学生进行数据化的解构与重构,在在线平台上进行交互、共享与评价,基于此创建优质的教学资源,有较强的自我组织力
四、成本与收益的冲突如何利用信息技术为教学服务已然成为智慧教室的关注重点技术上,智慧教室中各种高科技硬件、软件、模块、系统、数据交换和服务协议的多重组合可能会使有些功能的实现受到约束,导致复杂性的技术和系统故障技术的更新、升级可能与既有系统产生不兼容性,对智慧教室的建设、应用与维护都是潜在的难题经济上,技术的发展、升级需要持续且稳定的资金投入,设备、高科技软硬件、服务、存储空间、服务器、维护等方面也受到资金的限制如何平衡智慧教室的成本与收益成了摆在现实中的难题而在教学活动方面,教师与学生难以长时间地专注于计算机或移动设备,或者可能对高科技的操作与应用存在技能上和心理上的“排斥反应”,这些问题都会对智慧教育课堂的互动与内容呈现造成不利影响现代先进的智能设备、技术、应用系统的发展与更新,为高校智慧教室的建设提供了前所未有的发展机会智慧教室为教师、学生的发展提供了各种条件,给教学活动、教学过程与策略、教学效果与效率带来了无限的可能,因而受到高校的广泛重视通过智慧教室,我们得以重新认识技术、软硬件的结构与功能,重塑教学理念和教学模式高校是智慧教育与智慧教室的实践者,智慧教室建设与应用需要把握其“智慧性”的属性然而,应当注意的是,“智慧性”显现度越高并不代表智慧教室就越好,因为智慧教室的优势归根到底是需要通过应用和实践来显现的实际上,技术的进步已经使得高校智慧教室的建设成本越来越低,但智慧教室在我国仍处于探索阶段中,高校在战略层面上应当对其给予高度的重视,以增强竞争优势智慧教室的建设和应用应以学生为中心,根据高校需求与专业的实际情况,着重强调其相应的功能,而不是模仿表层的教室设计,片面追求软硬件与技术的升级,而忽视最为关键的教学活动与策略。