师范生技能训练导向的智慧教室系统构建
——以渤海大学为例

刘振生（渤海大学 教育科学学院，辽宁锦州 121013）

在信息技术智能化的今天，随着教育部出台的一系列关于信息技术智能化应用于教育领域的政策与规划，如《2018年教育信息化和网络安全工作要点》《高等学校人工智能创新行动计划》《教育信息化2.0 行动计划》等，促进了信息技术与教育教学的深度融合。基于此，高校师范教育中师范生技能训练与信息技术融合的需求更加迫切，智慧教室应运而生。

一、师范生技能训练现状

高师院校师范生的教师职业技能训练内容包括：讲普通话和口语表达、书写规范汉字和书面表达、教学工作、班主任工作技能等部分。在师范生技能训练中，要充分利用声像等多种媒体，对师范生进行各种教师职业技能的示范演练，并及时反馈训练效果。要重视调动师范生参加教师职业技能训练的积极性，强化师范生在技能训练中的主体地位。

2018年教育部发布了《教育信息化2.0 行动计划》，教育部副部长杜占元指出：“教育信息化2.0 就是要全面提升教育信息化的发展水平，使中国教育信息化步入世界先进行列，发挥全球引领作用，以教育信息化全面推动教育现代化，开启智能时代教育的新征程。”[1]智能时代教育的到来对师范生的职业技能训练提出了更高的要求。师范生原有的专业技能训练内容已经不能满足时代需求。今天的师范生不仅要具备基本的师范生专业技能，而且还要学会使用智能时代教学环境中出现的新技术、新设备，并将这些新技能运用到未来的教学活动中，让技术与教学相得益彰。基于此，全国高师院校智能化教学环境建设提上日程。

二、国内智慧教室的发展现状

（一）智慧教室的概念

在国外文献中，智慧教室一般被称作“Smart Classroom、Intelligent Classroom 或Classroom of Future”，其中“Smart Classroom”使用最为广泛[2]。国内关于智慧教室的定义公认的是，在网络技术、富媒体技术、传感技术及人工智能技术充分发展的信息时代，教室环境应是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、具有情境感知和环境管理功能的新型教室，这种教室被称为智慧教室[3]。

（二）国内高校智慧教室的发展现状

近年来，在智慧教室建设方面，国内高校开始了积极探索。北京师范大学设计了包含互动讨论、互动教学案例、分组互动学习、教师教育实训、国际远程协作、移动学习、未来学习探索实习以及录播控制室等不同功能定位的智慧教室[4]。江南大学建设了集大数据分析、云存储与管理、智能化设备设施等功能于一体的传统讲授型和互动探究型两类智慧教室。华中师范大学为适应信息化环境下新型翻转式教学和研究型教学活动的需要，建设了物理空间、资源空间、交互空间相互融合，多维度数据一体化采集与应用，三位一体模式的智慧教室[5]。可以看出，国内高校智慧教室建设注重与本校教学的实际需求相结合，通过信息技术与教育教学深度融合，实现提升课堂教学质量的目标。

三、渤海大学智慧教室系统的构建

（一）建设目标

渤海大学前身是锦州师范学院，在师范教育方面有着悠久的历史。随着信息技术的发展，传统的师范生技能训练已经无法满足时代对未来教师的需求。为了提升渤海大学师范生专业化程度，提高师范生培养质量，学校经过一年多时间的筹划，投资400 多万元建设了以师范生技能训练为需求导向的智慧教室系统。智慧教室系统主要包括多媒体教学系统、微格教学系统、互动教学系统、AI 分析系统、普通话训练系统、板书训练系统、实训管理平台（资源管理云平台）、可视化管理中心等。系统建设的目标是，为师范生技能训练提供良好的教学空间环境以及便利的互动教学服务，记录课程教学数据，展现精准的教学分析结果，激发活跃的教学探究氛围等等，以此形成具有鲜明特色的渤海大学师范生技能训练系统。

（二）设计原则

1.智能先进性原则

智慧教室系统设计充分利用教育信息技术手段，突破时空限制，建设教学个性化、学习自主化、管理自动化为特征的新型教学环境，实现信息技术与教学过程的有机整合，为师范生技能训练提供智能、先进、真实的教学环境。

2.操作人性化原则

智慧教室系统的建设不仅要为师生提供良好教学环境，而且还要让这些设备更好地为教学服务，这是建设的核心目的。所以，在系统设计上尽可能做到人性化，把繁琐的、专业的设备操作通过友好的操作界面或控制面板变得简单易懂，尽可能简化操作步骤。特别是教师和师范生经常使用的设备，力争达到通过简单的培训就能熟练使用的效果。

3.稳定可靠性原则

智慧教室系统建设要采用成熟的技术及产品，确保系统稳定可靠。系统中所采用的设备均要选用国内外具有良好声誉、良好产品质量及良好售后服务信誉的名牌产品。

4.经济实用性原则

智慧教室系统建设要面向应用、注重实效。着眼于近期目标和未来的发展，设备选择稳定可靠和实用功能相结合，注重设备间的优化组合，降低总体投资，尽可能降低系统管理和维护费用，让总体设计达到最优的性价比。

5.可扩展性原则

智慧教室系统建设要充分利用网络技术，把教学运行、设备管理、网络资源、监控平台等有机地结合在一起，建立多功能的教学综合运行管理平台，实现资源的合理化应用。同时，与教务系统及相关平台建立数据同步性管理，保证平台间的数据兼容，建立模块化系统，开放控制协议，预留拓展接口，让系统具有可扩展性。

（三）渤海大学智慧教室建设类型

渤海大学智慧教室分6 个类型，共计24 个房间。

1.智慧教室基础型

智慧教室基础型主要由多媒体系统、录播系统、中控系统、互动教学系统、普通话训练系统构成。教室内采用分组教学桌椅，可独立使用，也可组合成讨论小组，移动方便，拼接简单。教学采用手机互动教学，教师课前可以推送学习资料；课中可以签到、提问、测试、分组教学；课后可下发作业，数据分析等。可以以手动或自动导播模式进行课堂录制，实现教师及学生自动跟踪及特写切换。在普通话训练方面，可模拟测试和学习的语音进行自动评测, 并给出分数；可提供和国家正式普通话水平测试完全一致的全真模拟测试功能。在书法训练方面，学生可录制书法训练视频上传至平台，教师针对视频进行点评和指导。学生可以通过平台在线观看或下载书法训练视频，了解自己训练情况，自我改进。而且通过教学回顾，学生可以在模拟教学训练后通过配套APP 自助下载录像，重播录像，以了解自己的训练情况。同时，每个教室配置一台安防摄像机，实现安防和电子监考功能。此外，通过个性化装修，打造不同的装修风格，为教学构建一个精致、舒适的学习环境。

2.智慧教室标准型

智慧教室标准型主要由多媒体系统、录播系统、中控系统、AI 分析系统、互动教学系统、普通话训练系统构成。智慧教室标准型在基础型的基础上增加了教学分析功能。比如，将人脸识别技术、行为分析技术相结合，通过数据分析实现对课堂中各种教学行为和教学内容进行自动分析，自动形成课堂教学行为和教学内容的分析数据，为师生的日常教学提供智能化的教学辅助，为教师针对学生的教育指导提供客观真实的数据参考。利用智能白板完成板书和笔迹的记录及分享。支持蓝牙、NFC 连接，学生下载配套应用即可通过扫描二维码来同步观看并记录教师的书写内容和书写的过程，教师本人也可以在白板上插入U 盘来自动同步涂写内容。教师还可以点击白板上的相机图标来进行快速截图，学生通过手机接收、保存教师的板书内容，学生再也不用手忙脚乱地记笔记了，而且将记笔记的时间节省下来用于课堂教学内容的消化和理解，大大地提高了课堂教学效率。

3.智慧教室旗舰型

智慧教室旗舰型主要由多媒体系统、录播系统、中控系统、互动教学系统、普通话训练系统、分组讨论教学系统构成（系统拓扑图见图1）。旗舰型智慧教室在基础型基础上利用智能白板完成板书和笔迹的记录及分享。利用无线投屏，学生可以将平板电脑或笔记本电脑的内容无线投屏至小组显示大屏，多名学生同时投屏时可实现同屏比对（至少支持四人同屏比对）。而且教师可以通过平板电脑实时看到各组显示大屏的画面，可以实现画面调度，发挥画面广播功能。在分组教学过程中，可以实现课题组内讨论、组间讨论、师生讨论、方案比对。而且在环境控制上，可以实现上课、下课、多视窗教学、远程教学等模式的一键式极简操作。对计算机、投影机、大屏、音响、录播等信息化设备，以及窗帘、空调、灯光等环境设备，进行本地一键控制，甚至可预置各种应用场景的组合控制。

图1 智慧教室旗舰型系统拓扑图

4.教学设计室

教学设计室主要由多媒体系统、录播系统、中控系统、互动教学系统、分组讨论教学系统构成。教学设计室在智慧教室基础型的基础上配备了30 台平板电脑,利用无线投屏技术，师生间可以实现组内组间讨论、师生讨论、教学方案对比等。

5.现代教育技术实训室

现代教育技术实训室主要由多媒体系统、录播系统、中控系统、互动教学系统、一体机系统构成。现代教育技术实训室在智慧教室基础型的基础上，每个学生配置一台一体机电脑，对师范生进行现代教育技术的训练。主要是对网页制作、课件制作、视频制作、图像处理等教学素材制作的实训。

6.微格教室

微格教室主要由多媒体系统、录播系统、普通话训练系统、微格教学系统、板书训练系统构成。微格教室是师范生教学技能训练的主要场所。学生可以在模拟教学环境中进行教学训练，然后指导教师选取典型的学生微格案例，组织学生观看、讨论、反思等。在书法训练过程中，学生可以录制书法训练视频上传至平台，教师针对上传视频进行点评和指导。学生可以通过平台在线观看或下载书法训练视频，了解自己训练情况，进而自我改进。在板书训练方面，学生利用微格教室的设备进行板书练习，并通过系统将板书作品上传到平台，教师可以通过平台对学生作品进行点评和指导。在普通话训练方面，微格教室可以提供与国家正式普通话水平测试完全一致的全真模拟测试功能，学生进行自动评测,并给出分数。而且微格教室可以模拟教学实时返送。学生在模拟教学过程中可以传送教学视频到显示屏，让学生实时了解自己的教学状态。在模拟教学之后，学生还可以通过平台在线观看或下载自己的模拟教学视频，分析体会模拟教学情况，以便自我改进。与此同时，教师可以凭借学生的模拟教学实况进行点评和指导。

（四）渤海大学智慧教室的核心系统

渤海大学智慧教室系统还有两个重要的组成部分，即远程教学观摩室和资源管理平台。远程教学观摩室是智慧教室系统的核心区（系统拓扑图见图2），它既是智慧教室的统一监控运维平台，也是教育信息化建设及大数据可视化的展示窗口。在这里可以实现智慧教室信息化设备的日常监测、远程协助等运维工作，也可以实现在线巡课、在线评课、电子监考等教务工作，以及学校信息化建设成果展示工作。远程教学观摩室的建设为渤海大学提供了一个智能、灵活、高效的多维服务于一体的指挥控制中枢。

图2 远程教学观摩室系统拓扑图

资源管理平台（智慧教育云平台）具备教学过程巡查、教学管理、资源建设及教学互动等功能。资源管理平台采用先进的教育技术产品搭建多用途空间，并以学习空间站网络平台为基础，构建智慧教育、自适应学习环境，为渤海大学师范教育的创新展现与展示、教育技术测试与实验、教育软件设计与开发、教育应用部署与调试、教育数据存储与挖掘、教育人才培养与输送等相关创新创业活动提供支撑服务。通过远程WEB 浏览器、手机端、PAD 等可以查看巡考、录播、中控的画面及各种教学资源，有助于校院领导、督导组、同行远程巡课及观摩评估。资源管理平台系统由基础功能模块、优课评选模块、名师课堂模块、IPTV 电视模块、移动APP 模块，以及流媒体系统、离线文件转码系统、大数据分析系统共同组成。从功能应用上分为资源中心、教研中心、监控中心、用户中心等几个部分。

四、渤海大学智慧教室系统建设的经验与启示

（一）集中管理，责任明确，提高设备利用率

渤海大学智慧教室系统的构建主要是为了加强渤海大学师范教育，提高师范生技能训练能力而创建的，整个智慧教室系统设在师范生技能训练中心，归属师范学院管理。

（二）系统设备配置实用性强

渤海大学智慧教室系统软硬件的配置是以满足师范生技能训练需求为主。智慧教室系统中的微格教室主要是针对师范生的教学技能进行训练。现代教育技术实训室是实现师范生现代教育技术技能训练。教学设计室是提高师范生教学设计、分组讨论、自组学习等能力的最佳场所。普通话是师范生走上教学岗位的基本技能，智慧教室系统中的普通话训练系统可以顺利完成技能训练。书法训练系统可以帮助师范生提高“三笔字”技能水平。远程教学观摩室是师范生向一线中小学名师学习的理想场所。资源管理平台则为师范生储备了大量教学资源、教学案例，学生可以随时下载、观摩、学习，并通过平台及时与授课教师沟通互动，解决各种学习问题。

（三）建设满足实际需求，同时注重先进性

智慧教室共有6 类，每类教室设备选择各有差异，一方面为了实用需求，另一方面是保证设备多样性、先进性，使师范生有更多接触教育教学领域新设备、智能设备的机会，从而为将来尽快融入工作环境打下坚实基础。例如，各智慧教室的显示系统，有的是智慧黑板，有的是黑板+智慧白板，有的是教学一体机+黑板，有的是LED大屏，有的是平板电脑和大屏的组合，等等，基本包括了当前中小学使用的各种显示系统。

（四）系统操作便利

系统应用的便利性在系统构建时已明确提出，教室内的很多设备都可以实现一键操作，保证师生经过简单培训就可以上手使用。如分组讨论教学系统，师生的笔记本电脑只需插上USB 接口的无线传输单元，不需要安装任何的程序，即可将笔记本画面无线传输到每个讨论小组的显示屏上，并且支持多人同时同屏进行方案比对。也可以通过PAD，将某一个讨论小组或者多个讨论小组的显示屏画面调度到大屏上，供所有学生学习。

结 语

基于智能先进性、操作人性化、稳定可靠性、经济实用性、可扩展性等原则建设的智慧教室系统，对师范教育质量的提高起到了更大的促进作用。随着系统应用的不断深入，智慧教室的价值将会逐渐显现。虽然智慧教室对于广大师生来说还有陌生感，当前的应用还停留在浅层次，其深层次价值还需要不断挖掘，但在不远的将来，围绕智慧教室的完善和应用，以强调主体性、个性化的深度学习，注重以人为本、开放多元、全面发展的教育理念，将进一步得到彰显。而且，随着数字化教学资源所占比例日趋扩大，智慧教室将逐步从教学的辅助部分变为主体模式，以信息化为支撑的探究式、讨论式、参与式教学和混合式学习等更适合智慧教室的新型教学方法，将进一步得到普及[6]。