演示型与互动型智慧教室建设研究——以深圳大学为例

潘柏丞，戴 劲

(深圳大学信息中心，深圳 518000)

1 智慧教室的功能及分类

智慧教室是借助物联网、云计算和人工智能等技术构建起来的新型教室，旨在为教学活动提供人性化、智能化的互动空间，在互动学习空间实现人与环境的自然交互，促进个性化学习、开放式学习和泛在学习。智慧教室可以实现以下功能：(1)为教师探索新型教学模式(分组研讨)、开展新型教学活动(跨区授课)提供技术手段；(2)为教师细致掌握学生的学习情况和学习效果提供技术手段；(3)为教师逐步实现因材施教提供技术手段；(4)为学生分组研讨互动、促进师生互动提供智慧环境；(5)为学生自由分享、即时讨论、泛在学习提供智慧环境；(6)为学生课程复习、研讨过程回看提供智慧环境。

在信息技术日益革新的大环境下，深圳大学依托互联网、云计算、大数据、人工智能、物联网等新兴信息技术不断探索教学环境、教学方式、教学技术的新可能。智慧教室主要有五大类别，分别是演示型智慧教室、互动型智慧教室、录播型智慧教室、语言型智慧教室和特殊型智慧教室，如图1所示。

图1 深圳大学智慧教室分类Fig.1 Classification of intelligent classroom in Shenzhen University

2 多媒体教室

多媒体教室是基础教育、中职教育、高等教育及社会培训机构最常使用的教室类型，如图2所示。传统的多媒体教室一般配置一台或两台投影设备、一块黑板(白板)、一台电脑、一套扩音设备，通过一台中央控制系统将多媒体教室内的设备整体连接在一起，可实现一键开机等操作。目前，多媒体教室的发展遇到了瓶颈：教师的书写空间一直约束在黑板(白板)空间；显示设备只布置在讲台，座位位置靠后的学生观看演示内容会有一定的困难；扩音设备也集中在讲台，教师讲课、学生汇报交流等互动扩音需求需要不断传递麦克风或在教室内来回走动，影响了教学效果。为了解决传统多媒体教室存在的问题，结合教学实际情况，深圳大学智慧教室应运而生。

图2 传统多媒体教室Fig.2 Traditional multimedia classroom

3 智慧教室

现阶段，深圳大学智慧教室主要建设有演示型和互动型两种类型，可以理解为高校多媒体教室的升级，但又区别于传统多媒体教室的理念，如图3所示。

图3 智慧教室实景Fig.3 Scenery of intelligent classroom

3.1 演示型智慧教室

演示型智慧教室充分考虑深圳大学的实际教学情境，因地制宜，解决现有多媒体教室存在的问题。第一步需要解决的就是书写空间的问题。传统黑板(白板)的安装不可能全面占用墙体面积，深圳大学常规教室配置的是7 m×1.2 m的白板，书写空间也限于此，同时配置投影幕布，更加缩减墙面空间。在多年教学活动中，出现过多起教师由于讲课太过投入就直接用白板笔在投影幕布上书写而导致投影幕布损坏的情况。而在演示型智慧教室中引进了新的书写媒介——纳米墙，它的优势在于：(1)由于是墙面涂料，能最大限度扩展书写空间面积(满墙涂装)，理论上墙面有多大，书写面积就有多大；(2)投影机能直接投射到纳米墙上，空间多维度应用，同一块区域既能书写，也能作为投影幕布，不影响书写面积，有效避免了在投影幕布上书写导致幕布损坏的情况。第二步需要解决教室的扩音问题。在拾音与扩音技术没有应用到教学活动中之前，任课教师只能通过提高自己说话的音量来进行授课，教师们也想了很多解决方法，用腰挂式喇叭、扩音喇叭等辅助设备减小自身发出的音量，但学生觉得听到的扩大后教师的声音显得有些失真，影响了上课效果。

随着教育技术学科的兴起，让教育技术有了更多的研究交流平台，越来越多的人加入到教学环境的研究中来，他们所要面对和解决的首要问题就是拾音与扩音技术在教学中的应用。经过多年研究和实践，带有中央处理器和功放、麦克风、挂墙式扩音音箱的拾音与扩音系统被广泛应用到教学活动中来。教师通过麦克风拾取自己的声音，通过音频中央处理器、功率放大器等设备将声音扩大，教师讲得轻松，学生也可以听到悦耳无失真的教师讲课声音。显示系统方面优先采用传统的投影仪投影到纳米墙上，以满足教学展示需求。根据具体的教室空间构造，可采用双投影系统，或在教室中间添加显示器，以满足不同教室的观影要求。

3.2 互动型智慧教室

互动型智慧教室是在演示型智慧教室的基础上添加师生互动功能，学生在进入教室后可通过教学互动设备在课中将自己的终端设备(电脑、IPAD、手机等)和教师同学分享的信息都传输到教室显示系统(PPT、视频、图片)和扩音系统中进行展示，达到师生互动的效果。

互动型智慧教室分为分组讨论教室、远程互动教室两种类型。如果把演示型智慧教室定义成传统多媒体教室的升级版，那么互动型智慧教室就是一种全新的教室布局模式，授课模式也会因为互动型智慧教室的出现而发生变化，打破传统教室格局，形成便于师生交流、促进教学互动的新课堂。互动型智慧教室的建设优先考虑的是教室课桌椅的布局问题，传统多媒体教室的课桌椅摆放主要考虑的是空间利用最大化，以解决学生多而教室少的问题，见图4所示。

图4 传统教室布局Fig.4 Traditional classroom distribution

随着深圳大学的不断发展，逐步建设了新的教学楼，解决了教室紧缺的问题，也为智慧教室的建设创造了可行的硬件基础。互动型智慧教室建设主要考虑的是如何通过新的教室布局来满足教师和学生、学生和学生之间的互动需求，为教室内的交互学习提供更方便的平台。在互动型智慧教室中，通过教室内的课桌椅将教室内的学生分成若干组，每组有固定的分组课桌，用于以学生为主体的混合型课程教学场景，如图5所示。

图5 互动型智慧教室的布局Fig.5 Interactive intelligent classroom distribution

小组团队教学空间为小组成员提供开展思维碰撞和头脑风暴的支撑环境，侧重于小组成员在课中的交流、讨论和探究，适合需要深入研讨和开展项目小组合作教学的医科类专业核心课程、创新创业类课程。互动型智慧教室作为开放预约型教室，可供学生进行经验分享、案例分析点评交流和问题研讨，也适合教师与学生进行合作，以解决问题为导向探讨一个课题，满足教师授课、学生学习及分享学习成果等需求。

远程互动型教室是在分组讨论教室的基础上添加网络远程音视频传播交互功能，它能满足在不同的教室间不同的师生通过远程互动系统实现同一时间不同地点、相同内容的学习需求，可以是相邻的两间教室，或者是同一栋教学楼的两间及以上教室，甚至是两个不同校区间的教室都能实现同时上课，还能满足远程教学、远程互动、常规授课、学术报告、学术演讲等教学需求，具备智能管理、操作简单、方便维护等特点。要想实现这个功能，离不开学校高速网络的支持和流媒体技术的配合。