智慧教室的发展现状

关于智慧教室,国外高校较早开始了探索和创新。如美国麻省理工学院的“技术支持的主动学习”计划，北卡罗莱纳州立大学的SCALE-UP项目，爱荷华大学的“转换、交互、学习、参与”项目^[1]。我国高校智慧教室的建设在数量、类型、环境、设计等方面已经取得一定成效。清华大学实现内容优化、资源共享、师生交互，极大程度地满足学习者的学习需求^[2]；上海交通大学从支持多种混合教学模式的角度出发，建设了包括智控物理环境、活动空间布局、云课程平台、Clicker答题器、云录播等功能智慧教室^[3]等。

浙江大学自2018年启动“学在浙大”2.0建设以来，探索“互联网+教室”建设，形成了智慧教室建设的整体框架。学校充分研判“后疫情时代”混合教学新特征，遵循最大兼容、充分集约的原则，2020年暑期开始对400余间多媒体教室及其软硬件设施进行升级改造，最终建成了“智云课堂”，实现了智慧教室2.0的落地。

(资料图片仅供参考)

智慧教室3.0建设探索

为了给全校师生提供一个技术领先、功能全面、应用灵活、管理便捷的世界一流的信息化环境，让人工智能、大数据等技术手段在教育教学中发挥更大的功能,浙江大学启动了“智慧教室3.0”项目。经过近半年的调研、论证、规划、设计,学校于2022年暑期完成了紫金港北区150间智慧教室3.0的建设。

本次建设立足教学需求,在实现录播直播、同步课堂、互动教学、多路视频流自助、声音大脑、多语种翻译等教学功能的同时,充分体现“以学生成长为中心”“尊师重生”等内涵理念。智慧教室2.0立足“在线”，智慧教室3.0将“智能”作为重要关键词（如图1所示）。

图1 浙江大学智慧教室3.0建设思路关键词

浙江大学智慧教室3.0建设过程中试行了“1+3+X”的智慧教室建设标准。从早期的智慧教室1.0建设标准，到智慧教室2.0建设标准，再到2022年的智慧教室3.0建设标准，是一个不断完善的过程，其演进过程见图2。

图2 浙江大学智慧教室建设标准演进

浙江大学智慧教室2.0的建设标准是“1+X”，这里“1”是指每个教室必备的标准配置，“X”是根据教室功能需求可选择性配置的项目。与“多媒体教室”配置不同的是，浙江大学智慧教室2.0将“语音识别”“课堂互动”作为每个教室必备的标准建设项目，让智慧教室具备了初步的AI能力。

浙江大学智慧教室3.0的建设标准是“1+3+X”，这里的“3”是在智慧教室2.0建设标准基础上的拓展元素，包括“无影云电脑”“同步课堂”“数智驾驶舱”，浙江大学智慧教室3.0把这三项作为标准配置，应用到了智慧教室中。

浙江大学智慧教室3.0项目共包括150间公共教室、12间自助讨论间、14间自习室和1间多媒体管控服务室，共计177个空间，主要分布在紫金港校区北一、北二、北三、北四4幢教学楼。教室内所有设备实现多级联动，做到“一键式”的控制。同时，也可根据使用场景实现场景化控制，如本地教学或同步课堂，教师可点击控制屏上相应按钮使用相应设备，做到一键式的使用，实现了“一键上课”“一键切换”“一键上云”“一键看教学数据”“一键联网”“一键呼叫”。

浙江大学智慧教室3.0融入了全新的设计理念，呈现了诸多的亮点功能，主要分为学生和教师的体验优化、新技术和新应用的引入、智慧教室创新功能的尝试、监控管理的智能运用等，具体包括如下几个方面。

重新定义讲台

浙江大学智慧教室3.0的讲台被重新塑造（如图3所示），让教师在授课中有良好的体验，细微之处尽显“精心”“贴心”“舒心”。比如：

图3 整个讲台被重新定义

1.讲台的弧度被精心设计，柔化空间棱角，让造型更柔和有温度；讲台高度可升降，显示屏可前后推拉调节，显示屏仰角可调。

2.讲台上双显示屏操作更简洁方便，教师可以播放讲解内容，可以和在线的学生互动，且可以根据需要随时把教师端内容切换到教室大屏上；讲台显示屏支持书写触摸，教师可随时书写、批注，方便教师讲解、示范。

3.讲台上加装了HDMI、Type-C接口，笔记本电脑信号接入自适应，也便于教师为移动设备充电。

大规模部署无影云电脑

作为智慧教室3.0的标准组件，无影云在浙江大学智慧教室3.0中被部署到了每一间教室。为教师提供云上的“超级电脑”，将无影云电脑的主机、CPU、硬盘等硬件设施都集中在云端的数据中心。使用时，教师只需要将超轻量级终端连接到电视机、屏幕等主流显示设备上，就可以进入专属云电脑访问各种应用和文件，为教师打造了专属的教学空间。

云电脑取代了之前体积较大、线路复杂的教学电脑主机，使讲台的柜子变得简单，走线更加规整简洁。无影云电脑的工作示意如图4所示。

图4 浙江大学智慧教室3.0中的云电脑

为了保障在教室网络出故障时的正常教学，学校还特意定制了云电脑的网络异常应急功能，即使在没有网络的情况下也不影响教学。

构建跨域交互同步课堂

在浙江大学智慧教室3.0中，教师和学生的计算机、移动终端里的学习资源，可通过浙大钉扫码或输入投屏码即可实现无线投屏及共享。教室内的多部高清摄像头，可自动跟踪教师上课情况，对教师讲授的内容实行云录播，学生可随时通过智云课堂来“点播”录播课程查看“回放”。

借助智慧教室3.0的远程交互系统，可轻松实现跨地区线上线下交互，实施远程教学。如图5所示，教师在主讲教室讲课，通过该互动课堂功能可以将其扩展到N个互动教室。同时，在线学生只需要简单操作，就能通过云端共享获得教师写的板书、课件PPT或教师特写画面。跨域交互同步课堂使教学不再受时间、空间的限制，灵活性更强。

图5 跨域互动同步课堂：主讲教室+N个互动教室+线上同步课堂

打造声音大脑

智慧教室3.0通过提升电声采集、处理、播放的性能及摆放位置，合理优化教室空间声学指标，使师生有一个较好的听课环境；通过阵列麦测量后，实时显示教室混响时间，通过部署吸声模块降低混响时间，提高语音清晰度。实时查看硬件设备部署状态、故障报警、远程运维等功能，大幅度提高设备管理效率。图6为浙江大学声音大脑示意。

图6 浙江大学声音大脑示意

完成课情数据实时反馈系统（启真数智驾驶舱）

启真数智驾驶舱以统一融合平台为核心底座，承载“学在浙大2.0”、智云课堂、数智驾驶舱三大特色应用。通过智慧教室3.0与配套教学软件的融合，提升教师授课体验，实现教师与同学在任意时空的无障碍交流与互动教学。同时将整个教学过程中产生的课情数据实时反馈给授课教师，帮助教师便捷高效地管理实验及教学过程，实现教学全流程上云。破除数“制”边界、融汇数“字”集合、重设数“治”架构、赋予数“智”动能。

数智驾驶舱支持发起签到、开启弹幕、发起课堂讨论等课堂互动。记录学生日常学习行为及轨迹，为教师呈现多维的课堂学情数据，图7为数智驾驶舱的整体结构。

图7 数智驾驶舱结构

落地5G教育专网

浙江大学升级打造了5G教育专网，充分利用“网络智能调度”和“应用级智能选路”两个关键5G网络技术，有效开展校园大规模实时教学互动和沉浸式教学场景建设。基于5G网络下的“学在浙大”平台能够实现教学互动、沉浸体验两大层面的教学模式创新。一是支持泛在性学习，提升教学互动体验，扩大教学的广度，跨地点、跨时间地给更广大的学生群体提供高质量的教学互动服务;二是支持沉浸式学习，加深教学的深度，以提升学习的交互性与临场感。

基于5G的校园网为“学在浙大”平台的教学互动、视音频业务流量智能调度和网络智能切片提供服务，将时域资源切分成不同的时间片，通过合理的调度保证用户的使用体验。

5G网络流量智能调度将时域资源切分成不同的时间片，通过时间片轮询调度，抑制贪婪业务和低速终端，通过识别“学在浙大”的教学互动等重要业务流，优先保障教学互动、VR、AR应用等关键业务的带宽，保证对时效要求较高的实时互动和音视频业务能流畅运行。

此外，通过教学全流程精细化管理平台，实现对教室内设备状态的监控和远程管理，包括各教室空间的动态系统图、设备在线状态、使用状态、报警、健康度等。同时，支持多级权限管理，实现多校区、各教学楼精细管控运维等功能。

采用BIM技术、三维可视化、数字孪生等技术手段，整合智慧教室教学、管理、服务、资源等各应用系统，以直观立体生动的方式通过大数据可视化、一体化呈现，实现智慧教室的可视化管理，供教学观摩、督查、评估等。

浙江大学智慧教室3.0建设结合人机工程学的声、光、色研究，充分利用云计算、大数据等技术,实现教学资源最优配置,提高教室的使用效能。3.0智慧教室在投入使用后,受到广大师生的好评。

智慧教室3.0建设不只是硬件的升级,更是处处体现以“学生成长为中心”的理念，提升和优化教学，为后续智慧教室的进一步体验升级奠定了坚实的基础。

参考文献

[1]贺占魁,黄涛.高校智慧教室的建设理念、模式与应用展望——以华中师范大学为例[J].现代教育技术,2018,28(11):54-60.

[2]陈永杰,智慧教室未来已来[J].中国教育网络,2022,(01):28-29.

[3]沈宏兴,郝大魁,江婧婧.“停课不停学”时期在线教学实践与疫后在线教学改革的思考——以上海交通大学为例[J].现代教育技术,2020,30(05):11-18.

作者：黄健、陈进、张宇燕、张紫徽（浙江大学信息技术中心）