智慧教室与智慧教学的原理与应用

随着多媒体教学手段和设备的不断演进,以及智慧教学支撑工具的逐步完善,教学方式和实施途径发生着巨大变化。课程教学由传统的单向知识传授变为双向、多向能力培养,教师由知识的灌输者变为学习的引导者。本文对多媒体教室各要素进行了研究分析,通过合理规划,构建适合学校应用需求的多媒体教室,在软件平台支撑下,以混合式教学模式实施智慧教学,提升教学效率和质量。

随着科学技术的进步,现代教育技术手段也不断提高,多媒体技术被引入教育教学过程,将原来抽象、枯燥的学习内容通过图形、动画等形式直观表现,增强了学生的学习兴趣。丰富的教学资源和生动形象的授课情景,改变了课堂教学,多媒体在教学中得以快速普及。媒体信息手段将如何发展,如何支撑教学,课堂教学与课外学习将是何种模式,如何建设智慧教室并实施智慧教学,这些已成为当前职业教育信息化的研究和应用热点。

一、多媒体教学方式的演进

近百年来,随着信息技术发发展,多媒体信息展示手段与设备发生了较大的变化。随着计算机的普及,计算机辅助教学时代到来,课堂教学多媒体信息手段也不断演进。上世纪初到90年代,教学素材主要以录像播放方式展示,经历了幻灯片投影、透明膜投影、磁带录音机、光盘影碟机等。90年代到现在,教学素材展示载体转变为网络教室屏幕广播、液晶投影机、光电感应电子白板、触摸一体大屏幕电视等等,并逐渐在学校教室普及,教学设备设施更加人性化、智能化。

教学方式和教学手段的改进,让教师逐渐由知识的灌输者转变为学习的引导者,对其要求也越来越高,教师的职能更趋向多元化,同时也促使各类学校不断的升级教学环境,多媒体教室将变得更加开放化、智能化、互动化、移动化。

二、构建智慧教学的多媒体教室

智慧教学的多媒体教室组成通常包含六个要素,如图1。电脑主要负责多媒体教学资源的信息加工处理,然后通过显示设备展示教学资源和互动结果;教学过程中,利用书写及扩音系统进行内容表达和圈注,甚至教学内容及师生语言采集和播放;通过摄像设备和录课系统把课堂实景教学同步的记录制作成视频课件。

图1 多媒体教室六要素

目前,很多学校正在将普通教室改造为多媒体教室,有的学校希望对现有多媒体教室进行升级。学校在建设、升级多媒体教室的过程中,应当合理规划,在满足教学需要的前提下,兼顾建设成本及后续维护。

(一)电脑

电脑是最基础的多媒体教室设备之一,主要类型如表1。

电脑操作系统主要有三种:Android、Mac OS、Windows。早期的多媒体教学设备多采用安卓系统,目前基本被淘汰。苹果电脑存在各种外围硬件和应用软件的兼容性问题,导致许多优秀教学资源都使用,也不利于多媒体教室升级维护。支持Windows操作系统的软件十分丰富,能够满足各种教学应用。但微软已停止XP系统升级支持,学校应尽快升级到WIN10,以兼容和支持各类应用软件。

如果仅仅是满足简单播放电子教案、音视频媒体播放,以及电子板书软件等功能,电脑的配置要求不高。若要运行各种教学软件,则应采用Windows操作系统,推荐配置:英特尔(Intel) 酷睿7代/8代I5 CPU,集成显卡,8G DDR4内存,256GB NVMe固态硬盘。

(二)显示设备

常见的多媒体显示设备有投影机、液晶屏、LED拼接屏等类。

投影机分普通投影机和激光投影机。普通投影寿命短、亮度低、显示效果差,已逐渐被淘汰。激光投影机亮度高、寿命长、故障率低,但成本较高。

多媒体教室常见的液晶显示屏主要有普通液晶电视、教学专用一体机和液晶拼接屏。普通液晶屏电视由于产销量大,物美价廉,售后维护极其方便,是多媒体教室建设的一个趋势。教学专用一体机产销量相对较小、价格高、维护成本较高。液晶拼接屏价格昂贵,大型教室可以考虑使用。LED拼接屏价格贵、能耗高、故障率高,通常用于大型阶梯教室、学会报告厅、会议厅等。

显示设备的亮度和清晰度对教学效果至关重要,所以设备显示面积和亮度应当与教室面积相匹配,参数推荐配置如表2。

(三)书写设备

通过书写设备,在教学过程中师生可对教学内容进行意义建构,重点标注、板书等,加强师生交流互动,提升教学效果。

目前多媒体教室书写设备主要包括大屏显示器书写、讲台同屏书写和手写板书写三大类。

大屏显示器书写主要是在红外电子白板、液晶触屏显示器上书写,前者延时大、书写体验差,将逐渐被淘汰,后者价格昂贵。大屏显示器书写需要教师站在屏幕前,限制了活动范围,也容易引起视觉疲劳。

讲台同屏书写是教师在讲台的小屏幕上书写、操作电脑,在大屏幕上同步显示,书写体验和板书效果非常好,尤其满足理工科类的大篇幅板书,是未来的应用趋势。

无线手写板书写,教师能够脱离讲台的束缚,走到学生中充分互动,掌握教学节奏,激发学生的学习兴趣,同时借助指示教鞭,能够帮助学生加深对知识的学习和记忆,将得到广泛应用。

(四)扩音系统

多媒体教室的扩音系统主要由输入——麦克风,输出设备——功放和喇叭组成。

为利于教师走动授课,课堂教学通常采用无线麦克。常见的无线麦克有座式、手持式、胸挂式、领夹式、和耳挂式等。耳挂式无线麦克具有小巧轻便、无需手持且音质稳定的特点,推荐使用。此外,在选择麦克的时候还需考虑麦克风效果、拾音器类型、指向性及品质。教学环境噪音较为复杂,推荐选择单指向麦克风。

麦克的声音经电脑采集后通过喇叭播放,普通教室一般采用集成功放的有源音响。功率过大容易引起噪音和啸叫,影响相邻教室教学,50人左右标准教室选择6-10W喇叭功率足以。

(五)摄像设备

根据不同应用情景,多媒体教室通常采用四类设备进行课堂影像采集:实物展台、摄像机、监控摄像头、USB摄像头。

大多数教室配备有实物展示台/高拍仪,可以将教材、文件资料、实物及教师书写的文字推送到投影机或显示屏,多用于作业讲解、试卷点评等情景。对于要求较高的实训课、公开课、精品课程,学校经常会采用专业摄影团队拍摄制作高品质的视频课程,多机位采集授课情景后使用工作站和专业级非编软件处理音视频,成本较高、时间较长。有的学校采用监控摄像头录制课堂实景,作为评教、考勤依据,也可制作成要求不高的学习资源。

常规教师备课或微课资源录制,通常会使用笔记本摄像头或USB外接高清摄像头。使用USB摄像头能够便捷拍摄课堂场景、实验演示,简单易用,师生可在课堂中自行操作,性价比高、成本低。普通教室同步录课,推荐采用脚架固定USB外置摄像头(机),多机位同时拍摄。摄像头也可实现高拍仪功能,采集的画面通过大屏设备展示,结合书写设备同步实现视频画面讲解和标注,教学效果媲美师生一对一现场讲解。这种方式能够彻底解决存在场地有限、学生拥挤、视线受阻等弊端的传统教师带少量学生分组式实训课教学,大幅提升教学效率。

(六)录课系统

为促进学校资源建设,为学生提供课后复习课件,往往需要同步记录讲课堂教学过程。常见的录课方式有三分屏录制、演播室拍摄制作、教学监控系统同步录课、课堂实景同步录制等。

三分屏录制课件的形式相对固定,大多在录播教室录课,缺少课堂实景和互动,现已逐步淡出大家的视线。部分学校搭建了专用录影棚,一些实力雄厚的学校使用抠像技术制作虚拟场景,这种录播教室和录播系统投入相当大、使用率不高,一般不用于多媒体教室和普通教室。部分学校采用教学监控系统同步录课,该方式主要将教学监控的摄像头兼作场景拍摄,一般用于质量要求不高的课堂同步录制。

将教师课堂授课实景、电子讲稿、实验操作、教学活动等画面同步记录的录课系统更加满足学校的应用需求。使用录课系统将课堂实景及师生互动过程等同步录制,生成包含课堂实景的数字化教学资源,可用于学生课后复习、教学示范交流,以及校际教育资源共享。这种录制方式还原真实的课堂教学过程,实施成本低,是未来发展的主要方向。

多媒体教室建设应合理规划,遵循“运行稳定、功能实用、易扩展、易维护和高性价比”原则,最大化利用教室资源,协助教师高效率完成教学任务,提升学校教学质量。

三、智慧教学典型应用模式

教育部副部长杜占元同志在教育信息化试点工作座谈会谈话曾指出:“教育信息化的核心理念是信息技术与教育教学实践的深度融合。简单的硬件设施不是教育信息化;只有把信息技术与教育教学过程结合起来,利用信息技术改造教育教学的过程才是教育信息化。”

多媒体教学不是单纯的硬件使用,应当充分发挥教学主动性和灵活性,将单向的知识传授变为双向、多向能力培养,进而实现“智慧”的教与学。教师的角色也相应发生变化,转变为课堂设计者、提问者,事先精心备课,课上为学生创设最佳学习情境,掌握课堂的主动性,刺激学生思考,提升学习兴趣和主动性,顺利地完成教学任务。合理使用多媒体技术进行信息化教学,不仅有助于提升教学质量,也能为学校积累智力资产。

(一)课前备课应用

学校要全面推行、落实资源库平台建设和资源校内共建共享,通过自建、购买、定制开发等多种途径丰富资源库,逐渐实现每门课程拥有数量丰富、质量较好的素材库。备课时,教师从资源库管理平台获取素材资源,依托网络备课平台,定制个性化教案,精心设计教学过程、布置作业答疑,完成在线备课。

(二)课堂授课应用

授课中,教师围绕个性化电子教案组织课堂活动,设置教学情境,帮助学生构建知识,利用分组讨论、抢答竞赛、实践演示等方式,提升学生注意力和参与度。借助无线手写设备,能够帮助教师离开讲台深入学生中高效互动,充分调动学生的主动性,培养学生创新能力和自主学习能力。

授课过程中,利用录课系统将课堂实景及师生互动过程同步录制,生成包含课堂实景的数字化教学资源,可用于学生课后复习、教学示范交流,以及校级教育资源共享。

(三)课外活动应用

课后,教师可以利用教学平台开展以学生为主体的教学活动。例如事先设定问题或任务,提供讲义、视频、课件、习题等资料供学生进行预习核,,学生登录教学平台获取课堂的实景录课、微课等进行自主学习,学习过程中可进行在线答疑或小组交流讨论,充分体现学习的个性化和自主性。借助平台可记录、追踪每位学生的学习情况,教师可根据记录客观评价学生甚至实施个性化分层教学,提升教学质量。

图2 智慧教学:软件平台支撑下的混合式教学模式

我们认为,以教师为主导的传统课堂教学方式会继续保持,但教师可以从学校资源库快速获取资源,通过网络平台进行备课,实现花很少的时间制作出优秀的教案,课后通过平台布置、提交、批改作业,进行在线交流、互动答疑等,学生可以在平台自主上学习课堂实景录课等资源,这就是智慧教学在软件平台支撑下的混合式教学模式。利用信息化手段改变传统课堂,授课效率和质量将得到极大提升。

四、总结

多媒体教室、数字化教学资源以及混合式教学软件支撑工具是智慧教学的必要条件。建设支持教师在走下讲台深入学生充分互动的情况下进行板书批注,支持将教师课堂授课实景、电子讲稿、实验操作、教学活动等画面同步展示并记录的多媒体教室,不仅有助于加强教学互动,提升学生学习兴趣和主动性,也能逐步为学校积累大量的教学资源。多媒体教室和软件平台支撑下的智慧教学应用将给课堂教学注入新的活力,推动教学改革和提升。