智慧教室的来源与发展历程

（一）智慧教室的来源与发展历程

教室作为重要的学习环境，其产生与学校的产生同步。在我国的夏朝，就有了课堂的萌芽形态—“庠”。“庠”，“从广羊声”，“广”是房舍的意思，也就是进行教育的场所。随后，私塾、学院等私学，太学、国子监等官学相继出现。16世纪末，随着“班级授课制”这一具有现代意义的学习环境的出现，教室的概念正式产生。20世纪90年代以来，数字化技术逐步进入校园和课堂，学习环境逐步进入信息时代。

传统教室是一种配备了黑板、讲台、课桌椅等装备的学习环境，并采用以讲授为主的教学模式。随着电子技术的发展，电子音像设备的产生及其在传统教室中的应用，新的教室形式—电子教室（electronic classroom）开始出现，电子教室配备了扩音器材、投影仪、幻灯、电影、电视等设备。计算机的出现，尤其是多媒体技术的出现，使多媒体计算机能更好地呈现信息。计算机多媒体技术应用于教育领域，“催生”了新的教室形态—多媒体教室（multimedia classroom）。20世纪80年代，随着网络技术的飞速发展，需要随时随地获取互联网上丰富资源，多媒体教室演变成多媒体网络教室。

20世纪90年代后期，我国开始大规模地建设教育信息化基础设施。经过10多年的努力，教育信息化取得了显著成绩，我国对教育信息化的认识也有所提高。多数教师的课堂从原来的“粉笔+黑板”模式转变成“计算机+投影”的模式。但教学改革仅停留在教学“表演”形式上，课堂教学也出现由“人灌”变成“电灌”的现象。当前这种数字学习环境依然侧重于支持“记忆、理解和应用”等低级认知目标的培养，不利于培养学习者的“分析、评价和创造”等高级认知目标。多媒体网络教室面临着以下几个方面的困境。

第一，多媒体呈现内容的“堆砌”，妨碍了学生对内容的“消化”。投影机是多媒体教室的基本配置，在许多教室中，投影屏幕几乎替代了过去的黑板，成为教师展示教学内容的主要媒介。在技术支持的课堂教学活动中，大多数教师只是利用投影替代板书，将原本写在黑板上的内容简单地“复制”到大屏幕上，内容也是静态文字居多。对于这种方式的教学，学习者往往没有时间对知识进行联系和对比，学生的认知活动也容易受到阻碍。

第二，多媒体呈现工具的“间断性”展示，割裂了教学内容的前后联系。在传统课堂中，有经验的教师使用板书能够将定理、公式、推导过程、发展脉络等重要内容保留在黑板上。这种做法有利于学生的理解；而目前的多媒体呈现工具，如微软公司的PPT、苹果公司的Kyenote等仅仅是按顺序逐一呈现页面，容易导致学生思维的不连贯。

第三，固定在讲台位置上的多媒体控制台，限制了教师课堂教学能力的发挥。在基于黑板的教学活动中，教师在书写的过程中可以循循善诱，让学生能有足够的时间来思考和消化所学内容；而在多媒体的教学过程中，教师为了操作课件，大多会坐在控制台前面对计算机屏幕，不走动，不与学生互动，计算机的操作消耗了教师相当多的精力，忽略了双边交流。这影响了师生的交互和学生跟随教师逐步展开思维的主观积极性。

第四，统一固定的座位布局，不利于多种教学活动的开展。教室大多采用“秧苗式”的座位布局，虽然这种形式有利于教师的课堂讲授，但无形中强化了学生的顺从倾向和对教师言行的认同心理。随着“以学习者为中心”学习理念的兴起，协作学习、探究学习、基于项目的学习、基于问题的学习等多种学习方式不断涌现，只有灵活运用矩形、圆形和马蹄形等多种座位布局形式才能充分满足当前教学的需要。

第五，网络教室的配备和控制难以满足学生探究的需要。多媒体网络教室安装的多媒体网络教学系统涉及广播教学、学生演示、个别辅导、语音教学、双向对讲、电子白板、分组讨论等多种功能，但在实践应用中许多功能由于种种原因得不到应用，网络教室的功能优势也不能完全发挥。网络教室是计算机安全问题的“重灾区”，时常会出现病毒入侵、信息设置被“篡改”、信息丢失等问题。

第六，电子白板的教学应用与预期的深度教学互动存在一定差距。目前很多课堂配置了交互式电子白板，但白板的交互功能并未全部得到应用，多数还仅仅作为投影屏幕使用。部分教师对基于小组的“协作学习”认识不足，“交互”活动仅仅停留在“表演”层次，基于小组的读书活动、讨论活动等泛泛而过。课堂交互式电子白板在英国的普及率很高，伦敦教育研究院关于交互式电子白板的报告指出：交互式电子白板使教师能更多关注技术本身而非学生的学习，降低了课堂的效率；强调基于技术过程的交互导致学生对某些世俗行为过分重视，能力不强的学生更是如此；另外，学生技术操作能力的差异可能会拖慢课堂的节奏。

第七，越来越多的电子设备在教室中运用，越发地要求教师在教学过程中不断提高设备操作能力。各设备之间的相互独立性使教师在掌握各设备的操作及其功能协调和连接方面存在困难，这便增加了教师和教学服务人员的工作负担，因此也影响了这些设备在教室中的实际应用。

第八，教学结构封闭、线性化。在传统的多媒体环境下，课堂教学基本是借助于投影设备对教学内容顺序播放，教学按照预设的流程进行，难以实时、便利地获取教学资源，调整教学内容与进程。

第九，缺乏高效互动的技术手段。传统多媒体教学环境是与以专业知识传授为主的讲授、演示型教学方式相适应的，重点在于教学内容呈现的高效性和多媒体化，缺乏深度互动的技术手段，这使得学生缺乏体验感和沉浸感，难以产生情感共鸣。

第十，教学过程中的生成性信息难以入库。学生的笔记、作业，老师的反思、教学灵感，对教学内容进行的标注、修改等均是宝贵的教学资源，蕴含了丰富的教与学的智慧，而由于教学系统的孤立设计，生成性信息难以及时、便利地入库。

第十一，学生自主学习难以开展，主体地位难以体现。由于缺乏有效的学习终端和便利的协作、交流、共享工具及信息的获取与处理工具，基于资源的探究、协作、问题解决等自主学习方式难以开展，学生主体地位难以体现，教学模式没有发生根本转变。

第十二，教学效果难以及时评测，个别化教学难以开展。由于缺乏信息、数据收集、统计、分析的工具，难以对学生作答、反馈信息进行及时的跟踪、统计、分析，教师无法及时掌握学生的学习情况，无法科学的调整教学内容与进度，难以开展个别化的教学。

第十三，教学时空具有一定的局限性。课堂教学的封闭性，直接导致了课堂教学在时间和空间上的局限性。教学被局限于教室空间和上课时间。由于缺乏泛在网络、泛在资源及移动终端的支持，离开了教室空间，课堂教学便难以再现，辅导答疑便难以进行，教学资源便难以随时获取，随时随地的即时学习便无法实现。

教学工具的缺乏，导致教师难以及时获得学生的学习状态，也很难根据学生的学习情况调节教学节奏。学生规模过大及网络接入不便，导致学生很难再在课堂上获得合适的学习资源，进行实时的互动，得到及时的帮助。另外，多媒体教室的管理和维护也一直是困扰教学管理人员的一个难题。

从某种程度上讲，当前多媒体教室的困境与教室环境的设计和技术装备存在着密切关系；重构教室环境，创建适合学生学习和教师教学的新型教室环境，是一种必然趋势。随着智慧地球、智慧城市等概念的提出和相关技术的蓬勃发展，充分利用传感技术、物联网技术、人工智能技术、多媒体技术、云计算技术等来装备教室和改善学习环境及建设智慧型教室成为必然的选择。

电子教室主要是指随着电子技术的发展，电子设备及电子音像制品装备应用到传统教室中所产生的教室形态。多媒体教室主要是指随着多媒体计算机技术的发展，多媒体计算机技术应用到教育领域中所产生的教室形态。数字教室则是数字革命深入教育领域，多种数字设备和工具应用到教室中所产生的教室形态。当信息的采集、存储和传播由模拟信号转化为数字信号时，应用这些数字设备和工具的教室便成为数字教室。智慧教室则是数字教室的一种更高级的形式。

总之，教室的发展经历了“传统教室—电子教室多媒体教室—多媒体网络教室—智慧教室”的过程，而多媒体教室、多媒体网络教室和智慧教室同属于数字教室的不同发展阶段。

（二）智慧教室的概念和特征

智慧教室，在外文文献中常用“smart classroom”“intelligent classroom”“classroom of future”“classroom of tomorrow”等来表示，中文文献中常用“智能教室”“未来教室”“未来课堂”等来表示。

对于智慧教室概念的界定，国内外的学者从不同的角度出发有不同的观点，国内比较有代表性的观点主要有以下几种。陈卫东等认为：智慧能教室就是一个能够方便对教室所装备的视听、计算机、投影、交互白板等声、光、电设备进行控制和操作，有利于师生无缝接入资源及从事教与学活动，并能适应包括远程教学在内的多种学习方式，以自然的人机交互为特征的，依靠智能空间技术实现的增强型教室。王玉龙等认为：智慧教室应该是一种自我适应的学习环境，其核心是以新一代信息技术为手段，捕获、记录、分析学习者的风格，并以此为依据，定制个性化的学习方案，推送差异化的学习内容，使每位学习者均能在各自的起点水平上获得知识、能力、情感的完善与发展，并最终获得智慧。在学习方式上是以人（教师、学生）为主体，通过人与环境（设备环境、技术环境、资源环境）的高效互动，促进知识建构，获得能力发展。黄荣怀认为：在传感技术、网络技术、富媒体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。智慧教室是一种典型的智慧学习环境。华东师范大学张际平教授认为：智慧教室是一个能够方便对教室所装备的视听、计算机、投影、交互白板等声、光、电设备进行控制和操作，利于师生无缝接入资源及从事教与学活动，并能适应包括远程教学在内的多种学习方式，以自然的人机交互为特征的，可实现学生个性化和个别化学习，依靠智能交互空间技术增强真实感的教学环境。聂风华等认为：智慧教室是为教学活动提供智慧应用服务的教室空间及其软硬件装备的总和。国内的专家、学者从信息技术装备和学习环境的构建等不同角度阐述智慧教室，其共同的趋势是：关注利用新兴技术创建教与学的环境，促进资源个性化呈现、教学交互多元化，实现学习者的学习和相关技能的提高。

国外比较有代表性的观点主要有以下几种。早期的学者多关注智慧教室的技术、装备效能。国外学者罗纳德，雷西尼奥在《教育技术的实际执行》一文中提出了“smart classroom”，认为“smart classroom”就是在传统教室嵌入个人计算机、交互式光盘视频节目、闭路电视、VHS程序、卫星链接、本地区域网络和电话调制解调器的教室。查尔斯·斯基顿认为：智慧教室就是基于电子或技术增强的教室。2008年后，国外关于智慧教室概念的界定出现了明显变化，不再从教室的信息技术装备来界定，而从学习环境和智慧教室的功能来界定。Akshey Jawa认为：智慧教室应具备生成性信息的便捷存储，及时的教学反馈，自动化的设备控制和功能识别，快速、个性化的信息检索等功能。2009年，美国《每日论坛》指出：未来的课堂是一个学习环境，采用创新的教育活动，从课堂管理到教学的所有方面提高对技术的使用，使教学者和学习者成为优越的学习环境中的一部分。总结国外的观点，可以得出：①智慧教室是一个完全整合的交互系统，允许用户从一个中控点无缝接入媒体；②智慧教室可以被认为是一个拥有计算机、投影仪、多媒体设备（录像和DVD）、网络接入、扬声器等设备，且能够调节光照和控制视频流的教室；③智慧教室是一个完全自服务、用户友好的、有助于教和学的环境，教学资源配置简单，易于构建协作学习环境，能有效利用技术激发学生的主动性与参与性；④智慧教室允许用户以一种尽可能自然的方式与其交互。(www.xing528.com)

综合国内外研究，我们认为：智慧教室是一种典型的智慧学习环境的物化，是多媒体和网络教室的高端形态，它是借助物联网技术、云计算技术和智能技术等构建起来的新型教室，该新型教室包括有形的物理空间和无形的数字空间，通过各类智能装备辅助教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，实现情境感知和环境管理功能的新型教室。智慧教室旨在为教学活动提供人性化、智能化的互动空间；通过物理空间与数字空间的结合，本地与远程的结合，改善人与学习环境的关系，在学习空间实现人与环境的自然交互，促进个性化学习、开放式学习和泛在学习。

智慧教室的特征主要体现在以下几个方面。

1.智慧教室的人性化

智慧教室的使用主体是教与学活动中的人，所以智慧教室的设计应更多地体现对教室使用者（即教学者与学习者）的关注。在相应技术的支持下，在技术设计与应用上更多地体现以人为本的精神，如在教室设计方面应体现绿色环保和无障碍设计。无障碍设计也是智慧教室人性化特性的表现，通过标准化的设计，智能无障碍的课堂可以满足一些特殊人群的学习需求。

智慧教室的人性化还体现为：智慧教室能充分解开教学技术对教师的束缚，使教师更多地关注教学过程本身。如智慧教室中交互式白板的应用，有助于教师身体语言的发挥，教师使用交互式白板容易对材料展示过程进行控制，教师不必到主控台前操作，就可以控制演示材料的播放，这使得课堂中教师的身体语言得以充分发挥，也避免了课堂上由于教师往返于黑板与主控台间而分散学生注意力的问题。使用交互式白板，教师们能在教室前为全班上课，将最新技术与有效的教学方法结合起来，使肢体及视觉与课程资料产生互动，从而提高学生的学习兴趣，保持其注意力。

对于学生而言，智慧教室中交互式白板的应用也使以前色彩单调、呈示材料类型仅限于手写文字和手绘图形的黑板变得五彩缤纷。交互式白板既可以像以往一样自由板书，又可展示、编辑数字化的图片、视频，这将有利于提高学生的学习兴趣，保持其注意力。有研究表明，交互式白板在课堂中的合理使用与提高学生的参与性有一定的正相关性，它能够让学生展示他们所学到的知识，减少或消除学生的行为问题，有助于与学习较慢的学生进行沟通。

2.智慧教室的混合性

智慧教室的混合性主要体现为多种教与学活动的混合、正式学习与非正式学习的混合、虚拟课堂与真实课堂的混合。智慧教室可以实现多种教与学活动的混合，智慧教室要让学生有充分实践和解决问题的机会。例如，在师范院校的教师教育课程中，学生在实践中掌握教学理念和教学方法，完成不断增加的具有挑战性的实际任务，而不仅仅是进行学科概念知识的汲取。智慧教室要适合情境学习。网络和多媒体技术的应用，使得情境学习成为可能。例如，教学者可以根据教学的需要，利用多媒体设备创设教学所需的情境。智慧教室应能扩展“课堂”的范围。关于学习发生的地点，虽然我们把重点放在教师和学生互动的课堂中，但是泛在学习使得课堂扩大到了更大的范围，一些研究考虑将正式学习和非正式学习结合，设计课内和课外相结合的学习方式。

3.智慧教室的开放性

智慧教室的开放性主要体现为课堂教学组织形式的开放以及教学资源的开放。教室桌椅设计能够方便不同的教学活动的要求而灵活进行组织，而无须过多地移动桌椅。在资源方面，教学者和学习者可以很方便地获得课堂内外的资源，并与资源进行良好的交互。另外，开放性也体现为教室的设计需要为未来技术的应用预留空间。虽然我们现在还无法预计在不远的将来哪一种技术将会盛行，但是我们可以判断，技术一定会朝着更加灵活、个性化的方向发展。在一般的课堂应用中，笔记本电脑和PDA一定会代替台式机，无线网络一定会成为标配。

同样，在智慧教室的教育资源应用上也体现出智慧教室的开放性。首先，基于互动式白板技术的智慧教室能够有效实现课堂教学过程中资源的生成性和预设性的完美融合。其次，使用交互式白板能即时、方便、灵活地引入多种类型的数字化信息资源，并对多媒体材料进行灵活的编辑组织、展示和控制。交互式白板使得数字化资源的呈现更灵活，解决了过去多媒体投影系统环境下，使用课件和幻灯讲稿教学材料结构高度固化的问题。最后，交互式白板的使用使得教学过程中对计算机的访问更加方便，白板系统与网络和其他计算机程序互补，促使师生皆以计算机作为认知和探索发现的工具。

4.智慧教室的智能性

智慧教室应是一个智能化的教室。智慧教室的智能性主要表现为智慧教室实际上是一个嵌入了计算、信息设备和多模态的传感装置的智能学习空间，教室各组成要素之间都具有自然便捷的交互接口，以支持教与学主体方便地获得智慧教室中计算机系统的服务。教与学主体在智慧教室中的教与学的过程就是人与计算机系统不间断的交互过程。在这个过程中，智慧教室中的设备不再只是一个被动地执行人的操作命令的信息处理工具，而是协助人完成任务的帮手，是人的伙伴，交互的双方具有和谐一致的协作关系。这种交互中的和谐性主要体现为人们使用计算机系统的学习和操作负担将有效减少，交互完全是人们的一种自发的行为。自发（spontaneous）意味着无约束、非强制，自发交互就是人们能够以第一类的自然数据（如语言、姿态和书写等）与课堂设备（计算机系统）进行交互。

智慧教室的智能性可以使教学者与学习者能更多地关注教与学的过程本身，而无须关注技术。智能的、友好的人机交互使得人的潜能能够尽可能地发挥。如当教与学的主体进入课堂后，课堂的设备会根据主体的身份识别提供相应的服务，教学设备会自动启动进入待用状态，教学者的教学内容会自动进入学习者的学习终端设备，教室的摄像、录像设备也会智能地跟踪教学者与学习者的活动，并进行记录，存储在服务器上，供学习者课后复习或提供给远程的学习者。清华大学人机交互研究所正在进行的“智能教室”项目就是将智能空间技术应用于远程教学，使得远程学习者能够参与到现实课堂中来，实现虚拟与现实课堂的结合。

5.智慧教室的生态性

教育生态学是研究教育与其周围生态环境之间相互作用的规律和机理的科学。基于教育生态学的视角，智慧教室应该是一种平等、和谐、开放的生态系统。课堂教学生态包括两大基本构成要素，即生命体（课堂教学生态主体）和生命成长赖以发生的环境（课堂教学生态环境）。课堂教学生态主体包括教师和学生。在课堂生命体和其生长环境所构成的生态关系中，作为主体的可以是个体，也可以是群体。多个教师个体可以组成教师种群，多个学生个体也可以组成学生种群，教师种群和学生种群可以共同组成师生群落，不同的师生群落（包括虚拟的和现实的）也可共同构成课堂教学生态主体。生态因子是课堂教学生态环境的构成要素，课堂教学生态关系中的环境可以是生物的，也可以是非生物的。根据生态因子的不同性质，可将其划分为物理生态因子、生命生态因子和人为生态因子等，它们所构成的物理生态环境、生命生态环境和人为生态环境共同组成课堂教学活动赖以发生的课堂教学生态环境，而课堂教学生态环境与课堂教学生态主体之间、课堂教学生态主体内部各部分之间，以及教师个体、教师种群、学生个体、学生种群、师生群落之间的相互影响和相互作用，则实现着彼此间的有机联系和物质循环、能量流动与信息流通，并共同构成课堂教学生态。

6.智慧教室的交互性

在智慧学习环境下，能实现师生间和学生间高效的互动。课堂教学的交互过程是学生意义建构的过程，因此互动是课堂教学的重要组成部分，也是有效课堂教学的体现形式之一。智慧教室应能促进课堂的交互。智慧教室应有多种不同类型的交互原则，其中教师与学生的联系、学生与学生的协作、快速课堂反馈、高期待的沟通应用得最为普遍。智慧教室的交互性主要体现为智慧教室中的教与学的过程更多地体现为一种互动过程，这种互动包括：教学者与学习者之间的互动，学习者与学习者之间的互动，教学者、学习者与教学资源、学习资源之间的互动，课堂教学主体与课堂设备之间的人机互动，现实课堂与虚拟课堂中的人、资源与设备的互动等。智慧学习环境支持虚拟或面对面的课堂教学、合作学习、小组讨论、基于项目的学习等，能够有效地促进学生以不同方式建构知识，进行有意义的学习。

7.智慧教室的可评价性

目前，学校采用的评价方式大多是终结性评价，其目的是在课程结束时测试学生是否掌握了学习内容。实际上，对学生的学习过程需要持续不断地进行形成性评价。在智慧学习环境下，可利用技术手段收集学生在阅读教材和辅导书籍、参与课堂互动和小组协作学习等方面的痕迹，这将有益于科学、准确地评价学生的学习效果。

8.智慧教室的可管理性

构建智慧学习环境是一个系统工程，从工程角度来看，涉及网络设计、空间设计、供电设计等多方面。要做到内容统一管理，硬件设备应安全可靠、绿色环保，设施应具备节能的特性，同时符合无障碍设计要求。

智慧教室是在物联网、云计算、大数据等新兴信息技术的推动下，教室信息化建设的最新形态。立足教学活动需求，提供智慧化的应用服务是智慧教室的核心使命，达成最优化的教学效果是智慧教室的终极目标。运用智慧技术，提供智慧服务，实现智慧管理是智慧教室区别于多媒体教室和网络化教室的主要特征。