未来新形态智慧教室的研究现状与构建探索*

曾 海 杨璐偲

（广州市广播电视大学，广东 广州 510091）

一、研究背景

2018年初，教育部启动“互联网+”环境下的教育信息化2.0行动，旨在真正发挥教育信息化的支撑引领作用，用信息技术推动传统教学改革。随着云计算、大数据、移动互联网、人工智能等现代科技的发展与应用，信息化教育在内涵、深度和质量上也不断发展，教育教学系统的结构和形态正在发生变革与转型。为顺应教师继续教育培训的发展需求，促进教师继续教育培训线上线下的混合式研修，创建“研训用”一体化的智慧学习环境，实现教育资源和知识经验的共建共享成为当下信息化教育的关注热点。

智慧教室作为一种未来新形态的线下学习环境，是教育信息化发展到一定阶段的内在诉求。对于教师继续教育培训机构来说，构建一个能够提升师生信息素养，促进教师专业成长与教学能力提高的未来新形态智慧教室，是我们今后努力的方向。本文将对国内外智慧教室的概念界定及研究现状进行梳理，具体探讨构建未来教师继续教育培训体系的智慧教室的设计理念、建设原则和总体设计方案。

二、概念界定

智慧教室被教育界学者广泛关注，与智慧教室相关的探讨已经成为当前教育研究的一个重要方向。近年来，研究者们从不同的角度对智慧教室进行了界定和描述，表1总结了国内外研究者对其概念的不同界定。

三、研究现状

（一）研究方向

对国外文献的调查与研究发现，国外对智慧教室的研究主要体现在三个方面：一是研究有关学生学习方式的个性化、自主化和多元化。二是关注学习活动本身的学习模式建构。三是智慧教室的技术手段对学习效果的促进作用。

Rachida Ajhoun等认为，学习者在智慧教室中可以根据自己的节奏进行个性化和自主化的学习，可以对知识进行选择性学习。[12]

Rania Albalawi等认为，依托在拥有实体交互界面的移动终端展开学习将对孩子的全面发展和社交能力起促进作用。[13]

Kristopher Scott 等认为，基于智慧教室的教学终端可以明确学生的学习进度，确保学生展开的教学活动实时性，并根据学生的需求推送个性化学习资源，支持实时的小组协作、师生以及生生之间共享学习资源。[14]

Jena和Ananta Kumar对智慧教室的教学有效性进行了研究分析，目的在于调查小学生对智慧课堂教学的认知。研究者从两所印度学校随机挑选100个小学生作为研究的样本，通过卡方和单变量因子分析技术来分析学习者的认知分数。研究结果发现，传统教学策略、教师的知识、呈现的技能、黑板的使用、例子的解释、提问、巩固和反馈等与智慧教室教学相比有一定优势。[15]

表1 国内外学者对智慧教室概念的界定

库马拉等人认为，随着人机交互领域的发展，使用身体动作与计算机或者智能手机进行交互成为可能，基于体感的应用与课堂的整合使学生的学习经历更加活跃、主动。研究者设想出智慧教室环境中的评价系统，以教师和学生为对象做试验，随之通过可用性调查问卷了解使用者的反馈情况。结果表明，参与者对这个系统很满意，系统简单易用，通过评估能够提供更好的功能并激励学生学习。[16]

Murphy和Cathy描述了传统教室向智慧教室转变过程中涉及的问题，重点包括教师职前培训、灵活性、设计注意事项、技术支持以及基于弗吉尼亚联邦大学经验的一个例子。[17]

Strauss和Howard讨论了需要关注学生的学习过程和学习策略而不仅仅是教室中的技术。主题包括教室、实验室、虚拟实验室、学生需要的学习技能等。[18]

（二）模型种类

1.智慧教室的“SMART”概念模型

黄荣怀等人认为智慧教室的“智慧性”涉及诸多方面，包括：教学内容的优化呈现、学习资源的便利获取、课堂教学的深度互动、情景感知与检测、教室布局与电气设备管理等方面，可概括为内容呈现（Showing）、环境管理（Manageable）、资源获取（Accessible）、及时互动（Real-time Interactive）、情境感知（Testing）五个维度，简写为“S.M.A.R.T”。[19]这五个维度正好体现了智慧教室的主要特征，可称为“SMART”概念模型。如图1所示。

2.三种典型的智慧教室

在SMART模型中，环境管理（M）和情境感知（T）这两个维度是智慧教室装备的共性要求。环境管理（M）维度要求智慧教室能够实现对所有设备、系统、资源的监控和管理。情境感知（T）维度包括两个方面：一是对室内的空气、光线、声音、温度、色彩、气味等参数的监控。二是利用课堂录播系统记录教学过程，利用手持设备记录交互过程，监控学习结果，实现大数据下的学习过程跟踪和评价。

以上两个维度的要求几乎是各种智慧教室共有的。另外三个维度：内容呈现（S）、资源获取（A）和及时交互（R）均可在某一个方面加以增强，这就形成了“高清晰型”、“深体验型”和“强交互型”三种典型的智慧教室。[20]其特征由表2说明。

图1 智慧教室“SMART”概念模型

表2 三种类型的智慧教室比较

（三）教学模式

随着信息技术的发展，教学模式发生了很大变化，人们对创新教学模式的呼吁越来越强烈。目前，国外对智慧教室教学模式的研究相对来说还是比较深入的，有研究表明，关于教学模式研究的比例为13.6%，且年研究量比较稳定，前期理论基础研究较多，后期主要关注教学模式的具体实践应用。[21]

Matt Rattp.R 等认为，通过在课堂上使用无线智能设备可以提高学生的参与度。基于智慧教室的教学模式应该在对传统课堂教学方式反思的基础上，以学习者学会学习为切入点，不断加快智慧学习、能力形成的步伐。[22]

在信息化教学模式基础上，加拿大多伦多大学詹姆斯·斯洛特（James D.Slotta）教授提出了协作式探究的知识社区教学模式（Knowledge Community and Inquiry）。[23]它以合作学习任务为课程学习的主线，学生在知识社区相互积极交互，探讨和解决问题。这种教学模式充分体现智慧教室空间设计与技术设计的特点，学生能自由地表达、交流和展示。该项研究的实验测试表明，协作式探究的知识社区教学模式的应用提升了学生的学习成绩，提高了学生的协作能力、问题解决能力和信息技术运用能力。

国内对于具体的智慧课堂教学模式与课堂实践应用研究还不是很深入。智慧教室是依托智慧校园、智慧学习的大环境下开展的，更是伴随着信息技术与学科教学不断融合而发展来的，对于教学模式的构建与实践应用的研究提出了不断创新的要求。

郭晓珊等在研究智慧学习内涵的基础之上，构建了智慧学习的概念框架，设计出四种智慧学习模式；黄荣怀认为教学模式经历了传统的面授教学、web1.0技术支持的面对面教学、web2.0技术支持的在线教学、混合式教学的信息化教学模式。[24]

本文认为未来的智慧教学模式是建立在web2.0基础之上的，最大的发展在于它以网络化和个性化为特征，其创造的学习环境能够为学生提供一对一、一对多、即时的多元立体交互和评价，保证学生的个性化学习，实现真正的因材施教。

四、理论基础

（一）分布式认知理论

分布式认知是一种包括所有参与认知事物的新的分析系统。强调认知是在人和环境的系统中完成的，人是在社会文化的环境中通过与环境、与他人的交互作用来建构自己的知识。[25]

Hatch等认为，分布式认知理论不仅强调学习资源、媒介工具设计的重要性，更要关注活动以及交互的设计。[26]他们将认知活动作为一个生态系统来设计，既包括和谐的师生、生生关系的构建，同时也强调学习者的“个人力”（创新素质、实践能力、心理健康等）的重要性。本文中智慧教室构建是以分布式认知理论为指导的，旨在增强智慧教室的个性化、协作性、系统性和整体性。

(二)混合式学习理论

将传统课堂环境下学习方式的学习优势与信息技术环境下的E-Learning学习优势相结合是混合式学习的主要特征，在混合式学习环境下既能将教师引导、启发、监控教学过程的主要作用充分地得到体现，又能把学生作为学习过程主体的主动性、积极性、创造性得到强化。[27]混合式教学不是简单地用信息技术对传统课室进行“包装”，要真正实现智慧教学，需要合理利用信息化教学手段，利用信息化手段产生的学习数据，以此为依据进行具体的课程实施设计。

综上所述，本文构想的未来新形态的智慧教室是以分布式认知理论等为理论基础，以信息化环境、高技术为依托，一体化顶层设计为设计理念，立足于区域教师继续教育新模式研究与发展，力求促进教师继续教育培训线上线下结合的混合式研修，确保教师培训的质量，助力教师的全面发展，为其打造“研训用”一体化发展的信息技术与教育教学深度融合的智慧学习空间。

五、设计构想

教育信息化2.0行动计划是以教育信息化支撑引领教育现代化，是新时代我国教育改革发展的战略选择。在信息技术2.0形势下，为持续推进教育信息化2.0行动计划，满足区域教师继续教育新模式研究需求和对培训的硬软件环境要求，本文将对面向未来教师继续教育培训的智慧教室的项目定位、设计原则、关键点及需克服的困难展开探讨。

（一）项目定位

本文探讨建设的智慧教室是运用于教师全面发展型继续教育，应用于整合学科教学线下集中研修。项目定位是：高，新，优，实。高是指超前，有引领和示范作用。可以进行教学科研探索，可进行先进教学理论的实验性教学。新是指紧跟教育信息技术2.0发展，力争做到新技术之集大成。信息共享集成，软硬件一体化。软件平台要求底层或接口开放共享，可进行二次开发。优是指智慧化、数字化、场景化、体验化。做到适应面宽，可进行先进的整合学科课程研修实验。实是指实用性高。教师的先进教学设计和功能能够落地，学生有场景化的真实体验。应用方便，门槛不高，有亲切的人性化的使用体验。

（二）设计原则

面向教师继续教育的智慧教室的体系构建是一个动态发展、不断完善的建设过程，在项目实施与建设过程中首先应遵循以下原则：

1.坚持以人为本原则

以人（师，生）为本，面向新时代全面型发展教师的培养需要，以信息化引领构建一个开放、平等、高效的全新教师培训生态体系，实现公平而有质量的教育，促进教师全面化发展。

2.坚持技术创新原则

发挥技术优势，利用新兴技术创建教与学的环境，促进资源个性化呈现、教学交互多元化，实现学习者的学习和技能的提高，不断推进新技术与教育教学的深度融合。

3.坚持一体化顶层设计原则

一体化设计是通过设计优化获得最优解，最终缩短设计周期、提高设计和产品质量、降低设计和产品成本。智慧教室体系的设计首先应考虑整合原有系统，有效利用发挥原有投资；其次再考虑新建，避免重复和返工浪费。

4.坚持以用户服务为导向原则

智慧教室的设计应以如何让用户获得最佳服务体验为原则进行实施。关注教师用户的使用需求，操作上要求简单便捷、易学易懂，并对每个功能进行层层筛选及验证，力争在不改变教师原有教学习惯的同时满足教学所需，最大限度减少学习成本及使用成本。

5.坚持数据集成原则

实现数据共融、共通、共享。“集中”既要防止“孤岛”（相互之间在功能上不关联互助、信息不共享互换以及信息与业务流程和应用相互脱节的计算机应用系统），也要防止“烟囱”（不能与其他相关信息系统之间进行互操作或者说协调工作的信息系统），控制中心可多屏实时控制。

（三）设计的关键点

1.需要真正智慧感知

本文的设计方案是覆盖课前、课中、课后教学全过程的解决方案。需要落实积极现代教育心理学、素质教育、创客教育、教师全面发展、STEAM教育、整合学科培训等一系列的先进教学理念。

方案基于“以学定教，以人为本”教学理念，为教师与学生带来更全面的教学应用，更便捷的课堂互动，更实时的数据反馈，更精确的学情分析，真正实现科学技术的进步为教学所用。

2.需要真正的大数据应用

本文强调对数据的充分分析、整合和利用，服务于教师全面发展的培训教学。首先要保证数据的来源是广泛的，而不是受限制的。其次要求数据的质量，即真实性、完整性和有效性。在此基础上，数据的深加工才是可能的。

“可量化”是智慧教室设计的“地基”。要面向教师教学场景实训的智慧教室，构建融合实际教学情境中教学环境数据、师生教学生理数据、师生教学行为数据以及学业表现数据等“多模态数据”的采集、分析、应用为一体，并利用大数据和人工智能技术发现各类数据与教学之间关系的“智慧教室”。如人工智能在计算机视觉、智能语音技术、面部识别、心理画像分析等应用数据的收集、测量与分析，进一步研究学生的学习特征和思维模式，判断学生实时的学习状态、情感变化，从而得到学生的学习风格和需求，引导学生改变学习路径，诊断学生的学习结果，从而提供个性化的学习支持。对提升、改进教师课堂表现，促进教育学从经验研究走向科学研究，为推动教师继续教育的变革提供新的思路。

3.需要智能集中控制

要求控制中心化、智能化。考虑一体化发展设计，各电子设备、空调、灯光、窗帘、门禁能快速集中管理。实现一键控制、远程控制。有高安全性考虑，以身份智能卡为主线，实现集中智能管理控制。有可直观的图型化展示，查询实况数据显示督、管展示专区要与监控中心功能疏理清晰，避免重复。

4.需要海量教学资源支持

要求网络教学平台、电子书包、电子教材等一系列教学资源平台广泛地被存储在云平台上。智慧教室中的电子化学习资源具有数据量大、数据类型多等特点，利用云平台以解决多种大量数据存储的问题，同时解决教学资源跨平台访问、开放性和共享性的问题。

在线学习平台支持的教学资源分为预设性资源和生成性资源，预设性资源是指融合了智慧技术的云平台所提供的海量资源，在丰富媒体化的基础上鼓励资源独立于设备。学习者可以通过终端设备随时随地访问资源库，并依据自己的兴趣爱好选取所需。云平台还可以通过分析学习者特征按需推送资源。生成性资源是学习者在学习活动中不断生成的资源，有其独立性。学习者在学习社群中与同伴之间的交互过程记录，学习者在学习活动之后的个人反思以及某种成果实体，在线测试的结果等都属于生成性资源的范畴。

5.需要新技术设备整合应用

以人工智能、大数据、物联网等新兴技术为基础，依托各类智能设备及网络，整合应用多媒体教学资源支持，智慧教室需配备多媒体讲台、一体式交互多媒体设施、高清语言录播、高清无线传播等基本多媒体教学设备等；提供更多交互手段，深化交互层次。应用“多屏互动分屏显示技术”、“师生多屏互动技术”、“小组讨论多屏互动技术”等技术，推进人工智能技术的开发与实践应用，推动教师继续教育发展的模式变革和生态重构。

（四）需克服的困难

1.技术不稳定

智慧教室以市场新技术和智能产品为依托，但尚不稳定的新技术产品存在一些不容忽视的担忧。如信息安全管理与防范的保密工作仍待加强，系统设施的调试不够充分，技术保障与后期维护不够到位等的问题都会直接影响智慧教室的稳定运行，打断正常的教学进程。

2.设计不实用

有些智慧教室的建设在利益的驱使下，过分追求产品的“精品化”甚至“展示化”，导致相关教育技术企业迎合此类需要进行产品研发，误点了“科技树”，造成信息化教育产品高度雷同化，忽视了智慧教室的真正用途——以学习者为中心，根据学习者的学习风格与学习水平，为其提供合适的学习资源和工具，实现学习者有效学习、协作学习与个性学习。

3.操作不便捷

真正的智慧教学是让教师用户运用自如，但如今很多智慧教室的应用中都存在单纯的高科技堆砌、不便于师生教学使用的问题，将智慧教室的操作复杂化。不同专业、不同年龄的师生的信息素养参差不齐，如果智慧教室不对系统功能进行整合与优化，提供真正便捷明了的操作界面，智慧教室的便捷和人性化设计无从体现。

4.集成度不高

智慧教室的建设涉及许多商家的不同软件系统和硬件设备，如网络教学平台、自动录播系统、用户智能终端、面部识别系统、课堂交互系统等设备。不同的平台、系统和终端如果不能充分集成及有效进行对接，不同系统在教学环节的反复切换中会造成数据获取与使用不流畅、功能运行不稳定等问题。

六、结语

未来新形态的智慧教室建设是为了提高教师专业素养、品德素养、创新素养、信息素养、开放素养以及协同素养等全面发展的教学模式和环境硬件，是打造新时代教师继续教育全面发展生态环境的重要手段。

我们应紧抓教育信息化发展的契机，与时俱进，创造出智慧共生的协同学习模式，为协同学习模式的创新和发展提供借鉴，使得智慧教室更好服务于智慧学习，创造更大的教学价值，最终构建出一个面向未来教师全面发展型继续教育培训需求和新课程改革需要的、充分关注课堂主体自由、发展的、和谐新型的智慧学习空间。