智慧互动教学系统的构建与应用模式分析

武嘉瑶　胡卫星

摘   要：互联网及信息技术的发展使教学模式发生了巨大的变革，在诸多教育信息技术中，智慧教学技术无疑是其中较为亮眼的技术应用创新点之一。智慧互动教学通过对流媒体、智能识别、网络无线传输和物联网等技术的充分运用，来推动学校教育环境中的教学内容展示、教学资源共享、设备互联互动、环境信息管理、教学创新应用等多方面发生深刻变革，增进教师与学生的深度互动，实现以学生为中心、个性化和基于问题的学习。

关键词：智慧互动教学系统;智慧教室;智慧教学

中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2019）13-0057-03

美国的《国家教育技术规划》指出，教育生产力的显著提高需要利用技术支持进行结构性变革。我国的《教育信息化2.0行动计划》也强调，要将教育信息化作为教育系统变革的内生力量。尤其是当下网络信息技术的飞速发展，为各级各类院校构建智慧教室及开展智慧课堂互动教学提供了技术保障。智慧互动教学与传统教学模式相比，最大的特点是肯定了学生的学习主体地位，重点关注于学生发散性思维、创造性思维和创新能力的培养与提升。互联网不仅放大了优质教育资源的功能和价值，也打破了区域、时间和师资等导致的教育壁垒，给学生提供了获取更多知识的通道。因此，利用智慧互动教学技术来改进课堂互动教学，是亟待我们解决的一项重要任务，具有广阔的研究前景和发展潜力。

一、智慧互动教学系统的认识

1.教学系统的演变

黑板因其简便易用，一直以来都是学校课堂教学中应用时间最长且使用最为广泛的教学媒体之一。随着人类社会进入数字化时代，黑板显示出越來越多的不适应，尤其是无法满足学校课堂数字化多媒体信息展示的需求，基于富媒体技术的多媒体教学系统开始出现，采用多媒体课件展示和音视频讲解的示范课和公开课逐渐成为主流模式。但多媒体投影教学系统在使用过程中也出现了诸多不足，最为显著的是教学演示过程中交互性的缺失，以至于多媒体教学被人戏称为“电灌”。单向传播的教学信息呈现往往会超出学生接受的最大限度，极易产生信息过载现象。因此，第三代交互白板课堂教学系统应运而生，交互白板教学系统很好地解决了传统黑板和多媒体教学系统的缺点，同时也形成了自己的鲜明特色——交互性强，基于交互白板的课程教学尤为注重教师和学生、学生和学生之间的强交互。目前，交互白板已经成为学校课堂教学的基本标准配件之一。但对教学过程中学生学习状态数据的精准分析和个性化提供，成为新一轮课堂教学发展的新需求。基于此，第四代的智慧互动教学系统开始萌芽并正式产生。智慧互动教学系统是在交互白板系统的基础上将课堂互动平台、教育教学APP和教室整体软硬件环境等紧密地联系在一起，使智慧教学不仅仅作用于课堂上，而且也拓展到课堂外，贯穿于学生学习和生活的方方面面。通过上述课堂教学系统的演变过程可以看到，新教学技术总是伴随着人们对课堂教学需求的新变化而生，课堂教学系统的演变实质上就是人们课堂教学需求不断提升和变革的过程。

2.智慧互动教学系统的主要特征

智慧互动教学系统基于物联网技术，是集智慧教学、人员考勤、环境智慧调节、视频监控及远程控制等于一体的新型现代化教学系统。在互联网技术充分发展的信息时代，教室环境应呈现一种能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展和高度现代化的新形态。与以往的教学系统项目相比，智慧互动教学系统具有鲜明的特征：

第一，便捷的教学内容展示。智慧互动教学系统为教师提供了简洁高效的触摸控制面板，可以方便地将教师授课内容传送到小组的显示设备上，也可以有选择地将某一组显示设备上的学生讨论内容分享给其他小组，可以做到任意学生的终端内容转播给全班学生，从而可以便利地实现研讨学习。多屏显示能够有效地提升学生的认知掌握程度，有助于学生对于学习课程的理解和关注，从而提高学习效果。

第二，信息资源实时共享。学生学习的相关课程和教学内容可方便地投送到学习终端进行分享。学生的学习设备可以通过HDMI高清线或WiFi输入到本组的音频视频显示设备上，进行交互讨论和学习。教师的教学内容可同时投屏到各个小组的连接设备上，学生个人的学习成果也可以传送给其他小组和教师端。在一个同学回答完题目或操作演示时，其他同学可以通过屏幕实时收看，并可随时提出问题，展开讨论。

第三，生生之间物联互动。智慧互动教学系统提供了便捷的连接切换方式，这种连接方式无需在电脑设备上安装驱动软件，即插即用，稳定安全可靠，省却无线网络连接需花费的时间及不稳定因素。在教室中，每个学习小组都可安装WiFi无线同屏设备的连接热点，学生可以使用手机或PAD进行交互学习，学生也可将自己的终端显示内容交互投送到特定的显示设备上，尤其是可以很轻松地实现多人多屏同时投送到特定设备上进行比较、讨论和学习。

二、智慧互动教学系统的构建

1.需求分析

首先是社会需求，随着AI、VR/AR、云计算等智能信息技术的飞速发展，学生们的学习环境已经开始实现由传统学习环境到现代智慧学习环境的转变。尤其是伴随着应用范围增大和主体广泛多元，一线课堂教学迫切需要构建一个以学生和教师为主体，以智慧学习环境为依托的教师智慧学习互动平台，来对学习资源进行智能化和系统化的管理，提升学生和教师教育教学的针对性和有效性，从而促进师生、生生之间的学习讨论以及情感交流的多元融合，实现智慧资源的交互共享。其次是学生学习的需求。作为“互联网+”大背景下的新时代学生，熟练运用电脑、手机、平板等电子产品是每个人必备的学习技能。学生渴望将这些设备运用在学习生活中作为辅助其学习的工具。智慧互动学习系统可以帮助学生与教师及时沟通答疑，与同学们分享自己的作品并进行线上评价。在线签到、答题通关等任务也使学生的学习主动性与独立思考的能力与日俱增。再次是教师教学的需求。智慧学习环境下的教师迫切需要建构一个学习交互式平台，来提供丰富多元的资源库，满足教师教育教学需求，实现教师与学生的即时交互。教师渴望在智慧互动平台中，不断提升自身的交互意识与能力，促进专业素养的养成和不断发展。作为课堂的组织者，教师希望通过智慧互动平台系统化、模块化的设计形成智慧管理，减少教师课堂管理的负担。互动平台所提供的智慧评价，可以作为教师对于学生操行评定的重要依据，从而减轻教师的教学工作量。

2.系统模型

智慧互动教学系统（如图1所示）能够增进教师与学生在教学过程中的深度互动，提升学生在学习过程中解决问题的能力，同时也提升了学生的理解水平。教师可以通过这种互动方式直观了解学生的学习状况并调整教学进度。首先，智慧互动教学系统支持学生进行线上签到，通过扫描二维码或直接登录热点输入自己的学号进行签到。学生签到后，教师的控制界面会实时显示应到人数和实到人数。节省点名时间，提高课堂效率。其次，教师可以进行在线出题，客观题和主观题都可以快速传送到每个学生的学习终端上。学生在设备上答题完毕之后，智慧互动教学系统可以汇总所有答案，进行统计和分析并绘制相应的表格。教师可以通过了解学生回答问题的情况来把握和调节教学进度。与此同时，在课堂进行中，教师也可以根据智慧互动教学系统上所提供的签到统计名册，进行随机点名或提问，学生也可通过手机或电脑将自己的问题及时发送到教师的客户端进行在线提问。最后，组内或班内的同学可以进行互助解答。

智慧互动教学系统所支持的智慧互动教室建成后，可有效提高课程的教学效果和学生的学习效率。首先，电子实时投屏和在线互动讨论等高效的辅助教学手段针对采用项目制教学的学科，如计算机科学、电子技术、工业设计、建筑设计和医学的模拟会诊等等都有较大的帮助。其次，不仅局限于学校，对于新闻、影视、传媒和财经金融等行业的办公室和会议室建设，智慧互动教学系统都有着良好的市场前景。

智慧互动教学系统所支持的智慧互动教室布局具有多样化和灵活性的特点，支持各类教学模式应用的开展。首先，智慧教室所采用的桌椅运用了人体工学设计理念，使学生获得更加舒适的用户体验，从而把更多精力放到学习和讨论上来。其次，例如像色彩、灯光、温度、空气等等会直接影响教师与学生身心感知活动的因素，智慧教室也可以进行智能化集中管理。最后，对于课上教学用到的所有设备和教学辅助工具，如音频视频设备、计算机、网络和教务系统等等，智慧教室也可以进行集中管理（如图2所示），为老师的教育教学提供了方便，为学生的学习讨论也扫除了障碍。

三、智慧互动教学系统的应用模式

智慧互动教学系统的基本应用模式如图3所示。在课前，教师将下节课即将涉及的学习资料以及相关视频微课上传到智慧互动教学APP班级平台上，并布置相关的基础练习。学生自行阅读观看完教学材料之后，完成老师布置的闯关任务，并将在完成练习过程中发现的问题上传到班级讨论区，与同学互动讨论。老师则可以发现大部分学生集中出现的问题，在新课上重点讲解。

上课时，教师使用触控一体机来呈现相关学习内容，开展教学活动。教学系统可以帮助老师进行课堂点名签到，学生在移动端可以实时观看老师讲解的课件。在上课过程中可以通过交互系统随时回答或提出问题。智慧互动教学系统会针对学生课中的各种学习行为为教师做出相应的统计分析，如练习进度、屏幕放映界面、做题的正确率与反应速度等。教师就可以直观地了解学生的问题都集中在哪里，并作出相应解答。解答过程也会投屏到各个小组的学习终端上，教师讲解结束之后，可以出类似的题目并通过系统随机抽取学生来现场作答，学生做题的过程也可以通过多屏投送，展示给全班同学。

在课后，教师主要是通过智慧互动APP来收集学生上交的作业，做出相应的点评并反馈给学生。学生还可以通过平台来浏览其他同学的作业完成情况，通过同学投票并综合教师的意见，选出优秀作业作为优秀范例，发布到APP班级平台上进行展示。教师也可以将一些课上没来得及讲的学习资料，以及作为补充和拓宽知識面的资源分享到智慧互动平台上，学生可以自行下载观看。

总之，智慧互动教学系统可以较好地体现“教师为主导，学生为主体”的教学结构，顺应教学改革的大趋势。智慧教室改变了以往老师讲、学生听的传统教学模式。学生可以根据教师的指导进行自主学习与合作讨论，从而将“主体性”充分发展。智慧教学系统也改变了教师的工作状态，为教师减轻了课下负担，使其将更多的精力转移到教学方法以及教学内容的研究上，提高了教学的质量与效率。由于搭建智慧互动教学系统的成本较高，对于教室环境、教师素质、学生硬件设备以及班级规模等条件都有较高的要求，所以目前做到大规模普及是有一定难度的。

参考文献：

[1]管珏琪，陈渠，楼一丹.智慧教室环境下的课堂教学结构分析[J].电化教育研究，2019（3）：75-82.

[2]陈蓓蕾，张屹，杨兵.智慧教室中的教学交互促进大学生深度学习研究[J].电化教育研究，2019（3）：90-97.

[3]石映辉，彭常玲，张婧.智慧教室环境下的高校师生互动行为分析[J].现代教育技术，2019（1）：45-51.

[4]王晓春.以Pad为主体的多终端协同智慧教学平台框架[J].现代教育技术，2018，（11）：121-126.

[5]邢英.基于睿易云教学系统环境下智慧课堂的构建研究——以思想政治课《人的认识从何而来》为例[J].基础教育论坛，2018（36）：36-37.

[6]鲁波.基于微信公众平台的课堂辅助教学系统的构建[J].网络安全技术与应用，2018（11）：79-80.

[7]阎坚，桂劲松.基于物联网技术的智慧教室设计与实现[J].中国电化教育，2016（12）：83-86.

[8]谭春兰.基于智慧教室系统的小学数学互动教学研究[J].中国教育技术装备，2016（23）：22-24.

[9]祝智庭.智慧教育新发展：从翻转课堂到智慧课堂及智慧学习空间[J].开放教育研究，2016（1）：18-26，49.

[10]吴振涛.电子书包教学系统的功能与应用模式分析[J].中国信息技术教育，2015（21）：100-103.

[11]祝智庭.以智慧教育引领教育信息化创新发展[J].中国教育信息化，2014（9）：4-8.

[12]吴成业.基于HiTeach系统的课堂互动生成模式构建[J].中小学信息技术教育，2013（3）：76-78.

（编辑：王晓明）