智慧教室建設面臨的問題及其對策

2024年3月29日發(作者：我的幸運一天)

智慧教室建設面臨的問題及其對策

作者：李霞 徐宙

來源：《教學與管理(中學版)》2021年第12期

摘 要

隨著信息技術的發展，教育信息化被國家提到了前所未有的高度，智慧教室建設也如火如

荼地開展起來。教育教學環境的變化促使教學內容、教學方式、教學主體等多方面發生轉變，

為教師利用新技術和豐富的教學資源提供了條件。但是，目前的智慧教室仍處于“大數據”“物

聯網”“人工智能”等智能技術有限應用的初級階段，教學設備管理平臺和教學互動平臺的“智

慧”分析數據亟待加強。本文旨在探討智慧教室建設面臨的問題，并在此基礎上嘗試提出建

議，以期促進智慧教室的建設，助力學生個性化培養。

關鍵詞

教育信息化 智慧教室 大數據 教學設備管理平臺 教學互動平臺

現代信息技術在教育教學領域的應用促成了教育信息化的發展，《教育信息化2.0行動計

劃》指出：“信息技術對教育的革命性影響已初步顯現”，要“推進新技術與教育教學的深度融

合”[1]。隨著教育信息化的發展，越來越多的信息技術應用到教育中，對教育教學活動產生巨

大的影響。大數據（Big Data）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）、擴展現實（Extended

Reality，XR）等信息技術為傳統多媒體教室的智能化提升提供了技術保障，大大提高了校園

數據化和智能化的程度[2]，為智慧學習環境提供了強有力的支持，逐步構成智慧教室。

國外對智慧教室的研究源于1988年Rescigno提出的“Smart Classroom”，早期研究較多關

注智慧教室的技術與裝備效能[3];我國智慧教室的相關研究從2008年開始，黃榮懷等認為“在

傳感技術、人工智能技術、網絡技術、富媒體技術充分發展的信息時代，能優化教學內容呈

現、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展、具有情境感知和環境管理功能的”新型教室，稱

為智慧教室[4]。

時至今日，智慧教室的發展已經歷三個時期：第一時期為智慧教室1.0“計算機+投影時

期”，這一時期的智慧教室強調借助計算機和投影機來呈現授課內容，展示文字、圖片以及

PPT等數字化資源;第二時期為智慧教室2.0“中控整合時期”，這一時期的智慧教室重視設施設

備的聯網控制，將投影機、計算機、功放等設備通過中控統一管理，實時反映各設備的連通狀

態;第三時期為智慧教室3.0“互動互聯時期”，這一時期的智慧教室加入更智能化的AIOT應

用，AIOT是人工智能技術（AI）與物聯網（Internet of Things，IoT）在實際應用中的落地融

合，希望借助5G、人工智能和物聯網等技術實現萬物數據化、萬物智聯化。這一時期的智慧

教室內建設多個顯示屏或無線投影，學生配以無線終端，以便進行多屏互動教學。除了教室內

的設備互聯，AIOT也可支持連通教室內外、身處各地的教師與學生，形成線上線下融合

（online-merge-offline）的教學場景[5]。

智慧教室的研究與建設雖得到廣泛關注，但目前人們對智慧教室的認識還有很多不足之

處，智慧教室建設面臨很多問題。如何更好地建設智慧教室、不斷解決建設過程中的問題，使

其更好地輔助教學是非常重要的議題。

一、智慧教室建設存在的問題

1.智慧教室的智慧化程度不足

許多開發教育信息化產品的企業所提供的智慧教室建設服務，將智慧教室中的基礎管理功

能作為設計的重點，多集中于燈光、窗簾和新風系統的環境控制方面。雖然這些設備在一定程

度上提高了教室的智能性，但更偏向于智能家居的概念，擁有便利性卻沒有貼近智慧教育的建

設重點，未能真正助力教學情境、教學活動的智慧化。

2.智慧教室管理數據缺乏

智慧教室設備設施管理數據缺乏，是現階段智慧教室管理工作中存在的主要問題。雖然很

多學校耗費大量財力進行智慧教室建設，配置相對復雜的、價格相對昂貴的教室設備，這些設

備維護成本高、使用周期短，但是后續缺乏智慧教室及相關設備的管理分析數據，致使無法評

價智慧教室及設備的使用情況。使得智慧教室與傳統多媒體教室的應用沒有明顯差別，未體現

智慧化特征。

3.教學互動平臺界面復雜

絕大部分教育信息化相關企業所開發的教學互動平臺，其操作界面和流程從理科工程師的

角度出發，設計的界面層級和操作方法復雜，未考慮到教師的背景涵蓋面廣、信息化素養程度

不同等問題，給教師帶來使用上的困擾與不便。

4.教學互動平臺缺少完整教學閉環

大部分教學互動平臺僅設計了課前資料上傳、課中人員點名或課堂搶答等簡單功能，而未

兼顧到課前了解學生預習情況、課中的隨機分組或討論區互動以及課后作業同儕互評等功能，

使得教學流程及學習行為記錄出現斷點，教師與學生無法在單一平臺上追蹤記錄及操作課程中

所有的教學活動。

5.教室視頻資料缺乏深層教學應用

多數學校均在公共教室安裝監控或常態錄播攝像頭，錄制后的視頻資料大多僅作為安防或

教務管理部門巡課查課觀看等簡單用途，師生難以將其利用于后續的教學活動中。這些寶貴的

課程視頻資料，完全可以利用大數據、人工智能等先進的智能技術，依據教學特有的規律，將

普通的錄像數據轉變為“教育智慧數據”，為教師改善教學模式、修訂授課內容、改進授課形式

提供堅實的數據支撐。

6.智慧教室多屏互動依賴硬件設備

許多智慧教室中的硬件布線繁瑣，多屏互動依賴硬件盒子，如此不僅建設成本及維護成本

高昂、設備除錯困難度較高，還會影響教室的美觀度，不利于教室的長期運營與維護。

7.遠程互聯發起困難

在疫情的影響下，遠程互聯可以說是智慧教室中不可或缺的重要功能，學校必須保障遠程

學生能夠順利連線接入并參與課堂學習，而這十分仰賴學校信息技術、網絡帶寬等的建設質

量，尤其在遠程學生人數較多時，如何發起多人多方連線且高質量的遠程互聯課堂，成為迫切

須要解決的問題。

二、解決智慧教室建設問題的對策

1.推動智能技術應用的智慧教室建設

聯合國教科文組織提出的可持續發展目標4是教育變革的主要方向，即包容和公平的高質

量教育、面向所有人的終身學習機會[6]。智能技術與教育的高度融合可使教學資源更加豐

富、教學環境更為可靠、課堂教學方式更加靈活，利于打破教育區域限制，推動教育均衡發

展。

物聯網技術可對教學環境和教學過程實現智能感知，獲取大量數據。產生的大量智能感知

數據面臨著數據產權不清和隱私泄露風險，而這些問題可以借助區塊鏈技術來解決，讓師生在

教學活動中放心使用物聯網、大數據等智能技術[7]。

在此基礎上，采用先進的AI技術提取出有意義的“智慧”數據，用以支持教師完善教學內

容及方法。通過記錄每位學生的學習軌跡，分析出學生的優勢，為每位學生“畫像”;借助AI教

師進行教、學、研的綜合培訓，使教育教學“量身定制”地服務于不同的學生，充分發揮專任教

師和AI各自的優勢，為教師減輕負擔，使其有更多精力輔導學習困難的學生[8]。

目前應大力推動產學研結合，將科研成果轉化為教育領域的產品，推動智能技術在智慧教

室領域的應用，使智慧教室有“智慧”地管理、有“智慧”地教學，使大數據、區域鏈等技術切實

地服務于教學過程測試和教學效果評估。

2.增強應用教學呈現技術的智能體驗

5G時代支持智慧教育的智能技術不僅包括上述基礎支撐技術（如物聯網、大數據、區塊

鏈）、計算分析技術（如人工智能），還包括教學呈現技術（如擴展現實、全息投影）[9]。

擴展現實（Extended Reality，XR）涵蓋虛擬現實（Virtual Reality，VR）、增強現實

（Augmented Reality，AR）、混合現實（Mixed Reality，MR）等多種形式。虛擬現實（VR）

技術利用計算設備模擬產生一個三維的完全虛擬的世界，提供用戶視聽感受的模擬，有十足的

“沉浸感”。增強現實技術是基于即時定位與地圖構建技術（simultaneous localization and

mapping，SLAM），將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成，將虛擬物體與真實世界疊

加到同一個畫面空間。混合現實技術基于SLAM技術和空間建模技術，在現實場景呈現虛擬

場景信息，能與現實世界各事物相互交互以增強用戶體驗的真實感。

VR技術較為成熟，已應用在虛擬實驗室等多個教育領域，可幫助學生更生動地理解抽象

概念和實驗步驟[10]。MR也是體現教學生動化非常好的手段，但因其價格昂貴，尚未到商業

應用階段。全息投影則是采用全息膜配合投影，再現物體真實的三維圖像。隨著5G時代的到

來，全息顯示技術將會大規模地應用于教育中，必將大大提升教學效果。

利用XR、全息投影技術等信息呈現技術，給學習者帶來真實的視聽感覺，加深學生對知

識的理解和吸收，也會促進打破教育區域限制，推動教育均衡發展[11]。

3.定制開發多功能的設備管理平臺

應定制開發設備管理平臺，除傳統中控平臺具備的功能外，還應包括設備運轉狀態及能耗

狀態監控、設備故障自動讀取、語音識別、視頻識別和教學數據分析等功能：（1）請具有專

業資質的用戶界面（Ur Interface，UI）設計師，設計出簡潔、友好的平臺界面;（2）平臺操

作流程簡單，基于B/S架構，使用可視化圖表展示設備、空間及教學分析等內容;（3）依托信

息傳感器、射頻識別等技術收集的設備狀態大數據傳輸到平臺后，設備故障自動錄入平臺，依

據AI技術，從故障解決庫中給出解決建議，實現對教學環境的智能感知，最終為設備管理決

策提供數據支持;（4）根據管理人員的自定義字段，生成各類報表，包括各教室使用率、各類

型故障情況分析、各品牌同類產品運行狀態對比等;（5）在師生同意的基礎上，通過對音頻信

息的采集，對語音進行識別并實時轉寫，提取高頻詞匯，實現對教學過程的智能感知;（6）在

師生同意的基礎上，通過對視頻信號的采集，確定座位占有率、人員自動簽到等信息，還可進

行面部表情識別，確定授課效果好的課段，為改進教學內容和方式提供數據支撐。

4.開發專注教學的教學互動平臺

尋找具有教育技術背景的研發型公司進行校企合作，邀請教育技術專業的教師作為顧問，

聯合開發教學互動平臺：（1）請具有專業資質的UI設計師，設計出簡潔、友好的平臺界面;

（2）平臺的操作路徑必須短淺，實現“鼠標點擊不超過三次即可實現功能”的要求;（3）充分

結合教學課程需求，設計出符合教學規律和教學習慣的模塊，這些模塊應涵蓋所有教學環節，

可實現教學過程的閉環;（4）針對課前上傳的視頻及文檔資料，平臺可記錄學生觀看的次數及

時長、片段等信息，便于教師有針對性地開展教學;（5）有效利用常態錄播的視頻資源，結合

語音識別技術，篩選出課程關鍵詞、熱點便于學生迅速定位感興趣視頻段;（6）通過與常態錄

播資源的對接，不僅實現在線視頻督導的功能，還可回看視頻并在感興趣時段打點標識，記錄

對課程的評價。

5.打造高度融合的一體化教學平臺

在互聯網及后疫情時代，智慧教室應借助高質量網絡及一體化平臺來融合教室內外的使用

者參與教學;基于計算技術，實現大規模音視頻錄制，本地化AI輔助師生，提高直錄播教學能

力;最后，所有參與教學的師生都可以通過手機，加入到課中互動、討論環節中，且所有的教

學數據可以同步記錄至云端，沉淀教學數據。高度融合的一體化教學平臺可在多種教學場景實

現，在智慧教室內，教師可以一鍵登錄平臺并進入上課模式;在智慧教室外，教師和學生使用

手機、平板、筆記本電腦，通過單一平臺入口實現課前和課后的學習，且可在多個終端內無縫

切換，同步學習進度。

正值教育變革的關鍵時期，如何將現代信息技術與教育深度融合，探索適合的教學模式，

開展個性化學習，是新時代教育工作者和管理者面臨的新挑戰。

參考文獻

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【責任編輯 鄭雪凌】