智慧学习环境的建设与应用研究—以河南科技大学“智慧教学环境为例”

来源：河南科技大学 作者：王利巧 李姗姗 发表于：2019.12.31  856浏览

从20世纪90年代末期开始，我国就着手进行大规模的教育信息化基础设施建设。经过十几年的发展，传统教室中逐渐配备了计算机、投影仪、交互式电子白板等常用的多媒体教学设备。

然而，在实践中我们发现，教学环境虽然发生了改变，但在应用过程中仍存在诸多问题：1.多媒体教室“秧苗式”的布局不灵活，课堂教学方法严重受限；2.课堂学习资源的获取渠道单一；3.教学模式依然是以教师的“教”为中心；4.多媒体教室管理任务繁重：以河南科技大学为例，学校现建有多媒体教室243间，分布在4个校区12栋教学楼，但在编多媒体教室管理人员仅仅9人，因此多媒体教室运行维护的压力非常大，导致管理效率低，重复工作量大，教师怨言多，课堂教学没有真正实现创新和变革。

今天的大学生是被称为“数字土著”的一代，信息技术对他们的影响是空前的。传统的多媒体教室已经不能满足互联网时代的大学生对知识获取的需求，他们对学习环境有了更高的要求。他们喜欢个性化学习、移动学习，希望随时随地都可以连接网络，以便及时获取丰富的网络学习资源；希望学习环境优美舒适，从而能够享受学习；希望学习知识除了能从书本、报纸等纸质材料上获取，还能利用智能手机、iPad、笔记本电脑等网络移动学习工具等获取，从而达到高效学习。

一、智慧学习环境概述

随着云计算、物联网、大数据等新兴技术的快速发展和广泛应用，高校学习环境由数字化趋向智慧化，逐渐发展为智慧型学习环境。对于智慧学习环境概念的理解，不同学者从各自的理解角度提出了关于智慧学习环境的概念：马来西亚学者Chin从学习环境对学习者的作用角度提出，智慧学习环境是一个以信息技术为基础，以学习者为中心，为学习者终身学习和全面发展提供支持的学习新环境；黄荣怀教授从学习环境的构成要素角度提出，智慧学习环境是可以优化教学内容的呈现，便利学习资源的获取，促进课堂交互的开展，具有情境感知和环境管理功能，能够识别学习者特征，能够自动录制课堂教学过程和测评学习成果的学习场所。

综合以上对智慧学习环境的理解，我们认为智慧学习环境是一种对技术依赖更高、更能支持学习者自主学习与个性化学习要求的环境。智慧学习环境按照物理空间环境可以分为智慧教室、智慧图书馆、智慧实验室、智慧实训室等。

本文所说的智慧学习环境特指智慧型教学环境。智慧型教学环境是支持人、技术、资源、环境等多维度之间的高度互动的智能化教学场所。智慧型教学环境一般由应用模块、教学资源（包括网络资源、云端资源、校内资源）、云业务管理、服务器集群组与交互管理、基础设施、学习终端（包括PC机、笔记本、智能手机、电子书包等）等几部分组成。在智慧型教学环境中，师生之间是一种平等、互动的关系。

二、智慧学习环境的建设

为了提升教学水平，河南科技大学从2016年开始，围绕一流课程建设，构建了“资源、平台、实践”三位一体的智慧型教学支撑环境。该教学支撑环境分为三个层次进行构建：

第一层次是智慧化录播环境的建设：学校通过建设全景演播室、广播级录播教室、集控观摩室等为各学科课程提供专业的资源录制环境。

第二层次是智慧型教学平台建设：学校通过建设网络教学综合平台、数字化教学资源中心、在线开放课程平台、学习通移动端APP以及“我i科大”智慧校园平台为各类课程、各类资源以及各类教学模式改革提供基本的网络学习环境。

第三层次是智慧教室建设：学校通过建设各种形式的智慧教室，以及通过各类教学理念、教学模式的培训等为教育教学改革提供自由开放的实践环境。

1.建设智慧化录播环境

（1）全景演播室

河南科技大学的多功能全景演播室由蓝箱区、实景区、访谈区三个区域组成。

蓝箱区采用先进的虚拟演播室技术，运用计算机3D技术、视频合成技术、抠像技术等，可以使最终合成的图像达到专业级影像制作效果。实景区配备有实景大屏、播报台等，主要用于实景教学或新闻播报类节目的录制。访谈区配备有访谈桌椅及可触控大屏，主要用于对话式教学或访谈类节目的录制。

多功能全景演播室的不同区域方便于不同教学形式及节目的录制，如MOOC、精品视频公开课以及讲座类、新闻类节目、微视频等的制作。全景演播室让教学模式由单一讲授向多样化师生互动转变。通过虚拟现实三维植入的形式，将一些难以理解的枯燥的教学内容三维可视化，为学生营造出形象逼真的学习环境，为教师提供多元化的教学手段和教学内容的展现方式，让教学过程更加生动、形象，为学生提供多样化的学习资源，让学习更加有趣和高效。

（2）广播级录播教室

广播级录播教室是面向教育系统精品课程与示范课程建设的重要教学场所，能够在满足教学常态化的前提下，自动实现教学实况录制，完整地记录教师在授课中的活动，记录整个课堂的教学过程，实现教师授课、PPT课件、师生互动等多路视音频信号的自动跟踪、切换、录制和直播功能，并最终将这些声音和画面形成具有再利用价值的视音频文件，供广大师生及教研管理者课后点播观摩和网上共享。

广播级录播教室采用流媒体及自动化控制技术，实时记录教师教学讲解视频、音频、手写板书、授课计算机的VGA屏幕画面、多媒体课件、学生问答视频等信息，生成标准文件，可实现在校园网或互联网上的同步视频直播，真实再现课堂教学的全过程。

广播级录播教室用于精品资源共享课、双语教学示范课、随堂教学、名师课堂以及学术报告、重要会议、各类培训等的录制。

（3）集控观摩室

集控观摩室配备录播集成控制系统、存储系统、显示大屏等，能够实现对多间教室定时自动录制，在系统服务器端统一实现课件的录制等相关操作，并实时生成视频。它主要用来实现录播资源的存储转发、课程的远程观摩、视频的后期制作等。

2.搭建智慧型教学平台

“互联网+教育”的兴起把互联网平台带进了教学，各类教学平台纷纷兴起，由最初的辅助课程教学，到目前的线上线下融合教学，各类教学平台的智慧化程度也越来越高。河南科技大学搭建了网络教学综合平台、数字化教学资源中心、在线开放课程平台、学习通移动端APP以及“我i科大”智慧校园平台等，完成了智慧型教学平台的建设。

网络教学综合平台是传统面授教学的网络辅助，它以课程教学为核心，涵盖课程基础信息发布、教学内容组织与管理、互动答疑、教学评价与评测、课程管理、在线考试、自我学习等功能，并提供辅助教学工具，支持不同教学模式以及教学活动的各个环节有序进行。

数字化教学资源中心以资源共建共享为目的，以创建精品资源和进行网络教学为核心，实现资源的快速上传、检索、归档并运用到教学中，资源包括专业级、课程级、素材级等数字化公共资源、学科资源、专用资源、教学资源和学习资源等。它主要是将现有的、存在于各个系统中的教学资源、课程资源等进行梳理分类、整合精炼，汇集到新的统一的教学资源库中；收集国内外优秀的教学资源；建立校内教学资源建设机制，创建和积累校内优质教学资源。

3.构建智慧教室

（1）教学实训教室

该类型教室最大的特点就是桌椅为一体，具有灵活性，可容纳36人，每把椅子上都带有书写板（相当于课桌），椅子下边带有托盘，可以用来放置学习物品等。四张椅子拼接起来就是一个小型的研讨桌。前后两侧配有白板，前方配有触控一体机。简单的配置，让课堂讨论变得更轻松便捷。该类教室以教育类课程、教育方法及技术的培训等的录制为主，同时兼顾其他普通课程。

（2）分组互动教室

区别于传统的大班授课模式，分组互动教室专注于小班教学，可容纳36人。该教室最大的特点是具有良好的交互性，适合小组合作式学习，易移动、拼接，便于在课堂上开展分组、合作、共享、讨论、探究式教学。前方是触控一体机，后方和中间各有可移动白板。该类型的教室支持MOOC、SPOC、翻转课堂、混合教学等多种教学形式的录制，同时满足普通的教学活动。

（3）多功能学习教室

该类教室中多样化的空间设计，满足“教学、讨论、研究”三位一体的多功能教学要求。可进行分区域教学，以研讨、辩论类课程及学生数比较多的课程为主。另外，本类教室配备有投影仪、可移动白板、阶梯前方的活动桌椅、阶梯及后方的固定桌椅。在该教室可进行名师讲坛、专家讲座、学术报告、会议录像、教学观摩、教学评比、智能法庭、辩论赛等的录制。

（4）研讨型教室

研讨型教室最大的特点是设计上充分体现了科技化、信息化、人性化的设计理念。通过自由变换室内桌椅布局，可以进行研讨式教学和教学观摩，每个小组均配有一台一体机、投影机和可移动电子白板。

一体机供小组查阅资料时使用。投影机用来展示发言人所在的小组的一体机屏幕信息，配合小组进行研讨结果展示。另外，该类教室前方配备有触控一体机，满足小组互动与全体互动的综合，满足分组、合作、共享、讨论式教学的要求。

三、智慧学习环境的应用

河南科技大学智慧化录播环境的建设为本校制作优质的校本资源提供了平台。自2016年应用以来，学校共录制完成了近800个知识点的在线开放课程，在广播级全自动录播教室录制精品课程资源近2600个学时，累计建设校本资源3.2TB，并完成了教学比赛、培训、讲座等一系列活动的录制。智慧型教学环境的构建，为学校在线开放课程、精品资源共享课、各类视频公开课等提供了一个专业的数字化录制平台，学校的教学模式改革上了一个新台阶。

学习通移动端APP是面向智能手机、平板电脑等移动终端的移动学习专业平台，学生可以在学习通APP上自助完成图书馆藏书借阅查询、电子资源搜索下载、图书馆资讯浏览，学习学校课程，进行小组讨论，查看本校通讯录。学习通移动端APP同时拥有电子图书、报纸文章以及中外文献元数据，为学生提供方便快捷的移动学习服务，教师上课时也可利用学习通APP进行签到、抢答、选人、讨论等，使课堂教学更方便、高效。

智慧型教学平台的构建实现了对教学过程（课件的制作与发布、教学组织、教学交互、学习支持和教学评价）的全面支持，对教学的组织管理（用户与课程的管理），以及与网络教学资源库及管理系统的整合，具有网上题库建设、在线考试和阅卷、个性化学习、社区化讨论、大数据统计等功能，为在线教学、在线答疑、在线作业、在线考试等提供了一个完整的网络环境，并实现了从PC端到移动端的全面支持。

在智慧教室里，师生未入教室，后台已经根据课程表提前开启多媒体设备，空调、灯光也根据温度和光照调整到最佳状态；教室内门口安装的学生“刷脸”打卡签到系统代替了传统的教师口头点名签到的方法；教室内的桌椅也可以根据教师课堂教学设计的需要随意移动组合，便于师生互动和生生互动；教师和学生的计算机、移动终端里的学习资源可以无线传输，实现共享；交互式电子白板会将教师板书实时传送给学生，学生不会再因为埋头记笔记而疏于思考；课堂答题器既可以让每位学生都能参与课堂提问，又便于教师实时了解学生的学习状况；进入上课时间，录播自动开始，高清摄像头可自动跟踪授课教师，清晰录制课程，便于学生回看复习等。

智慧型教学环境与智慧型教学平台相辅相成，实现了线上线下的一体化混合教学，为互动教学的实施提供了一个良好的软件硬环境，互动教学是将教学过程看作一个教与学的融合、交互作用与影响的动态过程，其核心标志是具有立体化的互动交流能力，它借助智能化的移动学习工具和应用支撑平台，实现教师与学生立体、高效、持续的互动交流，在互动过程中实现协作、探究和意义建构，促进学生的智慧生成与发展。因此，智慧型教学支撑环境在今后的发展过程中，还要在“用”上下功夫，不断探索互动教学的新模式，以便更好地为教与学服务。（本项目获得河南省“2019年度教育信息化优秀成果（理论研究类）”一等奖。）