“互联网+教育” 下智慧教学环境的建设探究

张小吉 王心辉

摘  要：随着现代信息技术的发展，智慧校园、智慧教育、智慧学习成为教育研究的热点话题，而智慧教学环境是高校教育教学改革的关键。为促进教与学的创新发展，打造智能、多样、开放的智慧教学环境成为当务之急。文章梳理了教学环境的发展，深层剖析了智慧教学环境的概念，分析了智慧教学环境的建设现状，提出了智慧环境的建设原则、建设目标以及建设框架的建设策略，提出了虚拟与现实相结合、自适应教学与教学管理系统的无缝对接、日益智能化的智慧教学环境，以期为后续智慧教学环境的研究和建设提供借鉴。

关键词：互联网+教育;智慧教育;智慧教学环境

中图分类号：TP399    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2022）16-0034-04

《教育信息化2.0行动计划》提出了“智慧教育创新发展行动”，指出要开展以学习者为中心的智能化教学支持环境建设与应用[1]。在智慧教育背景下，高校如何以教育教学改革理念为导向，推进智能技术与教学融合创新，结合校本特色构建新型智能化教学环境，推动人才培养模式、教学方法的改革，成为高校技术工作者关注的热点[2]。引入智慧教育理念，让师生在智慧教学环境中，利用优质教学资源进行教与学活动，促进教师教学水平提升和学生素养的提高。教室是实施教学活动的主阵地，教学环境及教学辅助工具、软件直接影响教师教学设计、教学组织、教学实施、评价反馈和学生学习效果。在“智慧教育”新形态下，智慧教室的建设有力促进教学环境舒适化、人性化，促進教学活动多样化、智能化，促进师生互动便捷化、有效化。

一、教学环境的发展

教学信息化是高校信息化建设工作的落脚点，也是学校信息化建设的核心任务[3]。教学环境的变化与社会发展、教育信息化进程息息相关，随着新的教育理念、教学方式不断应用到教学中，对教师的“教”、学生的“学”，以及教育管理服务影响深远。

（一）教学空间环境的改变

从早期的黑板、粉笔、讲台、桌椅简单布置为一个传统、简单、封闭的教学环境，教师扮演“广播”，学生被动接受教师的声音、肢体比画动作信息;到后来教室里搭载电子白板、投影仪等多媒体设备，教学过程中呈现声音、图片、视频等多媒体信息;再到现在智慧教室、智慧实训室、智慧场馆等逐步应用，配置智慧黑板、智能的电子白板、智能教学互动平台、智能教学实时监测、智能音响监控等，利用海量优质的教学资源、建立了一个开放、互动、多样、智能的新型教学环境。

（二）教学活动的改变

大数据、人工智能等新技术与教育深度融合，对教学产生了深刻的变革。从围绕以教师为中心到以学生为中心，从单一讲授到启发式、探究式、参与式、体验式教学方法运用，教师从传道授业解惑者，变成一个引导者、合作者、促进者，教学的内容丰富多彩，教学的方式灵活多变，引导学生知善明理，培养高尚的道德情操，提高团队协作和职业能力。

课堂学习不再是学生学习的主阵地，借助移动网络、移动设备，学生随时随地都能开始学习，社会提倡的在线学习、泛在学习、实时学习、终身学习成为常态。学生对新鲜事物兴趣浓厚，会更多地提出“为什么是这样”“事物之间关系是什么”等问题，学习知识内容互有关联、循序渐进，更加注重学习导向性。

（三）社会关注的变化

教育主管部门高度重视教育事业，投入大量资金支持学校办学，以项目建设为抓手，以深化教学改革、加强教师队伍、为校企合作为重点，大力改善学校基础设施，提升办学质量，极大地改善了教育教学环境，告别了危旧房时代，建起了崭新明亮的教室，配齐配强教师队伍，拓展校企合作、产教融合的广度和深度，每个项目都有信息化建设，建设多媒体教室、录播教室、智慧教室、创客空间、双创中心。

二、智慧教学环境建设现状

为促进教学改革与信息技术的高度融合，智慧教室具有起点低、需求广、见效快、易建设等特点，成为大多数院校推进教育信息化立项规划及当前建设的一项主要内容，智慧校园设计包括基础设施、教学、环境、管理、服务等建设内容，结合实际需求对建设内容进行重点设计规划。西安交通大学构建了包括基础设施、基础网络、网络感知、学习资源重复利用平台、电子考勤、教务督导、IP语音对讲和电子班牌的智慧教室[4]。上海交通大学构建了功能涵盖智能控制、无线投屏、答题分享、远程交互、记忆白板、云录播、在线督导、考勤系统的智慧教室[5]。华中师范大学智慧教室由智能化教学设施、多样化空间环境、物联网环境管理、云端一体化教学平台、资源生成系统、学习行为采集分析系统、交互空间建设等组成[6]。四川大学以课堂教学改革为导向构建智慧教学环境，包括多类型互动教室、环境智能控制系统、教学互动系统、环境信息服务及公共空间建设[7]。以智慧教室为代表的智慧教学环境建设，看似形势紧迫、任务简单，却也是提高教学环境最直接、最有效的方式，在建设中存在的问题也值得反思，主要表现在以下几个方面：

1. 智慧教室建设刻不容缓。教育信息化发展、“三教”改革、提倡终身学习理念促进了智慧教育、智慧学习、智慧环境等发展，建设智慧教室成为学校打造智慧教育环境、智慧学习环境的重要手段，也是运用先进教学方法、改变教学方式以实施信息化教学重要途径。

2. 智慧教室建设没有做到与智慧校园统筹规划、同步建设。整体上看，智慧教室的建设先于智慧校园建设，很多院校把智慧教室的建设作为一个独立的项目，没有把智慧教室放到打造智慧校园、智慧教学环境建设内容层面统筹规划、整体建设。单独从智慧教室建设所需基础网络条件满足与否进行建设，很少考虑教学资源、数据中心、安全维护等因素，将会给教学数据融合管理、平台兼容性等带来麻烦。

3. 智慧教室功能发挥不明显。一是建设层次低。学校由于是从投资少、易操作、能驾驭的角度设计智慧教室，建设的大多是多媒体教室的加强版或是智慧教室的试用版，只能满足低层次的智慧教学。教学环境的搭建满足不了智慧教学环境的要求，在进行师生互动、生生互动环节时，通常是围桌讨论、问答咨询的形式，互动平台搭建得不完备，教学资源缺乏，教学有效数据难以采集分析，教学活动反馈、决策智能程度有限，与智慧教育要求还有差距。二是师生信息素养有待提高。智慧教学环境对师生信息素养要求较高，智慧教学环境搭建完成后，当师生置身于其中，需要感知智慧信息要素、熟悉智慧环境设施、运用智慧环境，与教学实训有力结合，作为发挥智慧教学环境的主导者，师生共同发力才能丰富教学活动，提高教学质量。

三、智慧教学环境的建构

（一）智慧教学环境的内涵

《智慧校园总体框架（GB/T 36342-2018）》智慧教学环境（smart instructional environment）是集智能化感知、智能化控制、智能化管理、智能化互动反馈、智能化数据分析、智能化视窗等功能于一体的用以支持教学、科研活动的现实空间环境或虚拟空间环境[8]。智慧教学环境是以教育教学改革理念为指导，以充分支持智慧教学和激励教与学双向创新为根本目的，综合运用教育学、心理学、空间设计学、人体工程学等多学科知识打造的开放、友好、互动、多样、智能的新型教学环境。

（二）智慧教学环境的类型

《智慧校园总体框架（GB/T 36342-2018）》标准文件将智慧教学环境分为基础型、拓展型、高级型3类[8]，并明确了建设的方向与原则，学校按照所需递级建设具备常规教学活动、远程教学、虚拟现实与增强现实和分析决策的功能智慧教学环境。

（三）智慧教学环境的建设原则

以需求为第一出发点，建设的核心就是提供全方位、方便快捷的服务。

1. 统筹规划，高起点建设，处理好纵向与横向的关系。参照智慧校园建设相关规划、标准和要求，制定建设规划。统一规划智慧教学环境基础设施层、支撑平台层、应用平台层、应用终端四个层面与智慧校园总体架构建设。智慧教学环境位于应用平台层，在建设过程中，还需考虑智慧教学资源、智慧校园管理、智慧校园服务的扩展性和兼容性。采用的各类软硬件设备应具备先进性、实用性、经济性、可扩展等特点。

2. 立足实际，确定好当前重点任务与未来持续发展目标。因地域、学校发展不同，各校应按照教学需要科学合理确定当前智慧教学环境类型实施建设，在满足基础需求的同时突出重点任务，解决实际问题，服务教学、服务师生。随着未来教学需求的变化和技术的不断发展，做到产品能更新换代，各项功能服务能扩展，各类平台可以兼容对接。智慧教学环境所使用的系统具有可扩展性并适度超前。由于计算机技术发展十分迅速，应用需求的多样化和提供服务的智能化，对计算机系统资源（包括速度、容量、网络）及各类智慧管理系统的要求会更高。为达到信息安全的要求，建设时各部分应保证物理层面安全、网络层面安全、数据的安全。

（四）智慧教学环境的建设目标

1. 建设智能化的教學环境。以大数据、云计算、物联网、人工智能等前沿技术为支撑，以数字平台（管理中心、服务中心、应用中心）为保障，利用信息化服务，打造“一课一空间、班班有特点、人人有特色”的校园教学环境。通过智慧教学模型、智慧教室、智慧教学系统实现新型教学理念，师生认知一致的智慧教学环境。

2. 建立高效的管理体系。聚焦智慧教学的实际需求，通过引入数字化、智能化、智慧化应用提升管理和教学效率，实现以人为本的体验式管理和教学服务。建设校园数字孪生体系，在智慧教学、智慧管理、智慧服务等系统建设时，应建立统一的数据信息标准，建立统一数据认证平台和综合运营管理平台，实现虚拟环境一致性和多样性，为智慧教学提供便捷的智慧场景，实现基础运营一张图、教育资源一张图、师生画像一张图。

3. 建设创新型教学空间。以打造高水平、骨干、示范学校为目标，以打造高水平优质专业、省级实训室为抓手，建设一批名师工作室、技艺技能传承创新工作室、民间艺人工作室、非物质文化遗产传承人工作室、创客中心、创新创业中心、产业园、产业基地等，为培养具备创新创业能力、具备跨越自身专业藩篱的高端创新创业人才提供教学空间。

（五）建设框架

智慧教学环境的建设分为智慧教学基础设施、智慧教学环境、智慧教学活动三个方面，其框架如表1所示。

1. 智慧教学环境基础设施建设。调研学生、教师对教育教学环境需求，掌握建设各类教学空间教学环境的基础，明确学校校园网络建设情况、无线网络覆盖情况、网络设备功能层次，思考实现智慧化教学环境基础设施建设存在问题及建设目标。例如基于开放式、智能化、互动性、集中控制的智慧教室具有智慧黑板、操作台、中央控制系统、物联设备等，搭建自主学习平台，配备教学资源库供学生自主学习，并可实时反馈数据。

2. 智慧教学环境。做到智慧教室、智慧实训室等环境氛围的智慧化，做好智慧黑板、智慧机器人、智慧手机等媒体应用的智慧化，做好云计算、大数据、物联网、人工智能、机器人等技术的智慧化，做好课程、课堂等资源的智慧化，做好教学、学习、研究等方法的智慧化。新型的教学环境和虚拟的教学环境，让学生对知识和生产之间联系的认识广泛而深刻，互相接触、互相交往、互相启发、互相讨论、互相帮助，从而更好地开发学生的潜能，促进学生的个性化发展。针对实训空间资源、技能实训教学资源、实训仪器设备等资源与设备设施，采用现代化的手段加以科学管理和有效重组，以数据采集、分析、利用为手段，打通实训中心从建筑设计、功能规划、一体化智能管理到实训教学、实训考核、校企合作的全生命周期的信息化管理过程。

3. 智慧教学活动。小组讨论、协作学习、泛在学习等新型场景学习，课前、课堂、课后教学过程中师生互动，教学质量可管理、监测及评价。例如在协作式教学中，学生以小组形式进行学习或训练，小组之间文字共享、语音互通、学生互评，教师可加入各小组中，对学生答疑解惑、指导点评，做到系统测试、智慧反馈，协作完成任务。

四、智慧教学环境的建设对策

（一）建设一个虚拟环境与实体环境融合的智慧环境

学习场地（教室、实训室、图书馆、智慧场馆等）、学习形式（课堂学习、网络学习、体验学习、社区学习等）的变化和发展，虚实交融的学习环境将是校园的常态，是一种虚实结合的复合体。虚拟教学环境是真实教学环境的补充和丰富，共同组成一个多样化、智能的体验环境。

（二）建设一个自适应教学与教学管理系统的无缝对接的智慧环境

生活和学习中出现的大量信息和数据，比如校园社交数据、检索数据、评价反馈数据、信息浏览数据等能集中反映学生真实的价值观和兴趣点。这些基于过程的数据将作为教学的重要依据，并最终成为基于对学生学习兴趣和学习能力的信任而非分数，成为就业基于个人素质、工作态度和实践经历的信任而不是文凭。

（三）智慧教学管理系统将不断进化、日益聪明

大数据能帮助教师更好地了解更“真实”的学生和教育实际，智慧教室是智慧校园的“大脑神经末梢”，应打通各个学科教室教学的应用数据、运营数据。

五、结语

随着智慧校园建设步伐的不断加快，大数据、人工智能、物联网等技术愈发普及，智慧教学系统、智慧管理系统、智慧服务系统应用于学校教学、管理、服务中，教育信息化加速促进深化教育改革、教育评价改革，教学方式、内容发生了很大变化，在开放、互动、智能、多样的智慧教学环境建设中提供了思路和助推。

參考文献：

[1] 教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[J]. 中华人民共和国教育部公报，2018（04）：118-125.

[2] 张凯，杨再明. 智慧教室的构建与应用研究——以中国矿业大学为例[J]. 现代教育技术，2018，28（10）：81-86.

[3] 张其亮，王爱春. 高校教学信息化建设总体框架设计[J]. 中国教育信息化，2020（03）：19-22.

[4] 刘宸，李国栋，张哲，等. 高校智慧教室的构建与研究——以西安交通大学为例[J]. 现代教育技术，2018，28（10）：70-75.

[5] 胡沛然，李远亮，周毅，等. 人工智能时代高校教育技术中心的功能定位——以上海交通大学教育技术中心为例[J]. 现代教育技术，2018，28（11）：67-72.

[6] 金智勇，张立龙. 智慧教室“三位一体”模型构建及实践探索——以华中师范大学为例[J]. 现代教育技术，2019，29（04）：75-81.

[7] 崔亚，甘启宏，王春艳. 高校智慧教学环境的建设和运行机制思考——以四川大学为例[J]. 现代教育技术，2020，30（03）：95-100.

[8] 智慧校园总体框架[S]. 北京：中国标准出版社，2018.