你真的了解智慧教室吗？

“智慧”一词早已从哲学话语进入日常生活，并因其模糊含混的广泛使用而愈加鲜活。

当“智慧”与“教室”在现代教育技术发展中形成一种固定匹配时，智慧教室从一定程度上也呈现出某种模糊性。

然而，智慧教室其智慧性体现在哪些方面，是建设和评价智慧教室的关键问题，是实现物理空间与数字空间的有机融合，构建新型个性化、开放式的泛在教学空间的重要思考。

智慧教室定义

智慧教室是一种典型的智慧学习环境的物化，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”的发展过程，其中多媒体教室、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。

当前，智慧教室大家普遍认可的描述是，运用人工智能、人机交互等信息技术增强教学内容呈现和对整个教学环境的感知，利用物联网、互联网等通信技术优化教师和学生的沟通交流，构建个性化、开放式的泛在教学环境。

智慧教室区别于传统教室和多媒体教室，它能优化教学内容呈现、便于学习资源获取、促进课堂交互开展，是具有情境感知和环境管理能力的新型课堂。

SMART与iSMART模型

SMART模型

智慧教室是一种典型的智慧学习环境，是当今信息时代智慧学习的必然选择。

黄荣怀等认为智慧教室的“智慧性”涉及教学内容的优化呈现、学习资源的便利获取、课堂教学的深度互动、情景感知与检测、教室布局与电气管理等方面的内容，可概括为内容呈现(Showing)、环境管理(Manageable)、资源获取(Accessible)、及时互动(Real-timeInteractive)、情境感知(Testing)五个维度，简写为“SMART”概念模型(图1)。

图1 智慧教室“SMART”概念模型

内容呈现要求视听呈现的内容清晰可见，呈现方式符合学习者的认知特点，有助于增强学习者对学习材料的理解和加工。

环境管理使得智慧教室的所有设备、系统、资源都应具备可管理性，满足智慧教室布局多样性和管理的便捷性。

资源获取主要体现在资源获取的能力和设备接入的便利程度，可高效快速地进行资源选择和内容分发。

及时交互需支持教学互动及人机互动，实现教学过程人机合一和流畅互动。

情境感知则是智慧教室对物理环境和学习行为的感知能力。

iSMART模型

为了提供更具操作性的建设参考，清华大学聂风华在SMART模型基础上，从系统组成的角度构建了智慧教室“iSMART”模型，即基础设施(Infrastructure)、网络感知(Network Sensor)、可视管理(Visual Management)、增强现实(Augmented reality)、实时记录(Real-time Recording)、泛在技术(Ubiquitous Technology)六大系统。

作为智慧教室建设的一个参考模型，“iSMART”的六大系统缺一不可，但具体到“iSMART”模型中六大系统所包含的诸多子系统配置，在智慧教室实际工程建设项目中可根据需求和经费的情况有所取舍。

MRE概念模型

SMART从智慧性，iSMART从操作性分别构建了智慧教室的概念模型，本文则从可评价性角度，

根据教学运行可控能力(Manageable)，即具体操作使用的简便性和可靠性；

教学内容可再现质量(Reproducible)，即线上线下教学音视频效果和教学资源的有效性；

分析评价智能化水平(Evaluable)，即教室及设备运行绩效和教学效果的评价能力

这三个维度，提出智慧教室MRE可评价性概念模型。

教学运行可控能力

智慧教室高效有序运行是支撑教学主客体开展教学和学习活动的基础，教学运行可控能力重点解决智慧教室管理操控问题，按照操作时间序列可分为：接入访问、操作使用、日志记录三个阶段。

一是接入访问。

接入访问延用了网络的专业术语，字面上比较容易理解。接入方式实现物理空间与虚拟空间的有机融合，支持线上线下使用；适应接入终端的多样化，支持智能手机移动互联网，支持IPv4和IPv6连接；利用二维码、人脸、密码等多形式身份识别，解决时间、空间、网络、资源内容的授权访问，构建移动学习(M-Learning)和泛在学习(U-Learning)体系，使得学习者可以不受时间和空间限制来获取想要的教育资源、教育信息和教育服务，充分利用碎片时间实现真正意义上的自主学习。

二是操作使用。

智慧教室有别于传统多媒体教室，操作使用除了高效处理设备运行时出现的诸多问题，比如器件不工作、设备不兼容、显示屏闪屏、触摸屏没反应等可能严重影响教学的故障，更重要的是提供集中控制设备和对应软件程序，加强对智慧教室设备进行定期巡检和维护更新，实现智慧教室集成化智能化运维。

另外，操作使用需重视应用系统的完整性建设，避免多样化零散式应用堆积，从而构建涵盖课前备课与备学，课中管理与互动，课后再现与评价等应用，形成管理与教学过程的完整服务体系。

三是日志记录。

智慧教室是一个以教学主客体为中心的教学服务系统，每一个粒度层次单元的使用过程应尽可能详细记录，包括用户使用日志，如教师教学过程、学生学习过程，督导管理过程等；设备及教室运行情况记录，如运行时间、异常预警、维修记录等；教具应用的使用情况，如使用人群、使用频次、使用评价等。

教学内容可再现质量

教学内容再现用来满足学习者在非物理环境下进行线上学习，可获取与线下现场学习同等质量视听效果。教学内容再现质量的关键取决于三个方面：

一是教学过程多媒体采集系统的设备配置，即教室内语音系统和视频系统的性能。

二是录播系统的录制与组织，把教室视频、音频、电子设备的多媒体信号进行整合同步录制，生成标准化的流媒体文件。

三是编码、传输与解码方案的科学性，即模拟信号与数字信号的转换以及传输模型的合理性。

教学内容的多媒体数据采集核心技术在于音频技术和视频技术。

其中音频技术关键处理好包括音强、音调和音色的语音三要素，实现音频采集、语音解码/编码、文字声音的转换、语音识别与理解、音频数据传输、音频视频同步、音频效果与编辑等。

音频数据采集的常见方法有三种形式：直接获取已有音频、利用音频处理软件捕获截取声音、用麦克风录制声音。

视频技术把模拟视频转换成数字视频，并按数字视频文件的格式保存下来。视频技术将各类图像传感器、摄像机、录像机、电视机等视频设备输出的视频信号进行采样、量化操作，从而转化成二进制数字信号。

在数据传输过程中，流媒体技术的使用越来越广泛，包括流媒体编解码技术、流媒体服务器技术、端到端流媒体技术和流媒体系统技术。

分析评价智能化水平

智慧教室是开展个性化教学、教学创新应用的新型基础设施。西北农林大学胡国强等对智慧教室已有的建设标准、研究成果、特色建设案例进行整理与分析，构建了包括3个一级指标、9个二级指标和36个三级指标的智慧教室评价指标体系(表1)。

表1 西北农林大学智慧教室评价指标体系

本研究提出的MRE概念模型从本质上讲，也是一个完整的评价体系(表2)，不同于西北农林大学评价体系偏重于智慧教室的运行过程，即使智能评价分析也融入到具体的资源服务过程中。

表2 智慧教室概念模型MRE的指标体系

MRE概念模型是基于智慧教室可评价性提出的指标体系，共分为三个一级指标，其中前两个一级指标：教学运行可控能力和教学内容可再现质量，重点关注智慧教室的管理运行和辅助教学，强调运行过程进行时的评价；第三个一级指标分析评价智能化水平的侧重点是智慧教室运行后期的分析评价，即智慧教室建成和使用后的成效分析。

智慧教室运行与评价

智慧教室的本质仍是教室，主要目的是服务教师教学和学生学习，而不仅仅是教学条件和技术设备示范。

为了使智慧教室更好地发挥更大价值，应重点关注智慧教室的高效运行、绩效评价、评价模型，使得智慧教室的运行和评价同步进行、相互促进。

高效运行

智慧教室建设应以需求为导向，以学校自身实际条件为基础，切实考虑教师、学生和管理者的广泛诉求，尽可能满足广大师生的现实应用需要。智慧教室不应片面追求功能全、设备多、技术新为目标，要根据教室类型进行差异化建设，寻求共性需求和特色发展的平衡。

智慧教室运行应详细记录每间教室、每个系统、每台设备的运行情况，重点关注教学音视频的质量问题，建立常规的设备巡检机制和异常预警机制，保障智慧教室无故障运行是开展教学活动的必要条件，是驱动智慧教室绩效最大化的数据支撑。

智慧教室不等同于智慧教学，提供良好的教学平台和环境，不等于开展可行的教学模式革新。归根结底，智慧教学主体是参与教学过程的教师和学生。

因此，在智慧教室使用上，要加强教师和学生培训，要提升教师驾驭智慧教室并以此开展教学模式革新的能力，也要提升学生有效利用线上线下学习资源进行泛在学习能力。

绩效评价

智慧教室MRE概念模型是一个完整的评价体系，除了以往人们普遍关注的教室运行控制能力和教学再现质量外，尤其关注智慧教室后期使用的绩效分析，重点分为三大部分：教室运行分析、学生学习分析、教师教学分析。

一是教室运行分析。教室运行的绩效主要关心两个方面：首先是教室配备的软硬件设备使用情况，包括：使用时长、使用满意度、使用率、损坏率、预警成功率、修复还原所需时间等。

其次是不同类型教室的使用情况，包括：使用人数、使用满意度、使用率等。通过教室运行的绩效评价，为学校智慧教室规划、类型设计、教室建设、设备采购等提供真实可靠的参考数据。

二是学生学习分析。学生学习的成效最终体现在学习成绩上，但学习成绩与平时课堂内外的学习行为息息相关，因此智慧教室除了给学生提供优质的线上线下学习条件外，更要记录并分析学生的学习行为，建立学习行为与学习成效的关联度模型。

课堂行为分析关注学生到勤率，关注听讲、自习的专注情况，也关注玩闹、趴桌子、玩手机等散漫情况。学习行为分析关注学生课堂外的学习表现。

三是教师教学分析。同样的道理，教师教学的成效最终体现在教学成果上，但教学成果与平时课堂内外的教学行为存在密切关系，因此智慧教室除了给教师提供便利的教学平台外，也要记录并分析教师的教学行为，建立教学行为与教学成果的关联度模型。课堂教学分析重点关注教师的语言表达、课堂组织、着装仪表、板书设计等。

评价模型

MRE智慧教室概念模型虽然是一个完整评价体系，但是在具体的评价过程中，仍然需要依托评价模型对评价指标（尤其是第三层指标）进行精确化和数量化。

德尔菲法（Delphi）作为大量无法定量分析的指标可进行相对准确估算的常用工具，通过“专家意见形成——统计反馈——意见调整”，对拟定评价指标进行专家意见验证和概率呈现，即采用背靠背的通信方式就智慧教室评价指标的合理性问题反复确认。经过多轮咨询，逐渐使专家意见趋于一致，最终得出修订后的智慧教室评价指标体系。

在确定评价指标的权重时，层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）应用较为广泛，但传统AHP由于人的主观因素可能形成较大偏差。

为了解决评价指标在各维度上的偏差问题，AHP引入熵权模糊赋值模型进行修正，利用信息论中的熵值度量权重的重要程度，从而实现对各指标体系的归一化、排序和选择。

AHP—熵权综合模型由于结合了层次分析法和模糊数学方法两者的优势，既能够充分体现评价因素的模糊性，又尽量减少对专家主观判断的依赖，从而实现对智慧教室的定性和定量综合分析。

智慧教室是基于物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术，实现以学习者为中心的物理空间与虚拟空间无缝融合，建立现代化、个性化、开放式的泛在教学环境，通过支撑各类教学活动，感知、汇聚各类教育情境数据，分析评价教学设施、教学过程和教学效果，推进教学流程的重组和教学模式的创新。

智慧教室MRE概念模型是一个完整的评价体系，从智慧教室的可评价性角度，根据教学运行可控能力、教学内容可再现质量、分析评价智能化水平这三个维度进行综合分析。

在具体智慧教室的评价过程中，MRE概念模型有待进一步精确化评价指标，尤其是最底层的具体指标。

针对评价指标定量分析的合理性估算和权重赋值问题，基于德尔菲法验证的AHP—熵权赋值法是一种常见组合分析方法，在尊重专家主观知识的同时，采用体现数据变异敏感度的客观熵值来度量权重的重要程度，从而实现对智慧教室的有效综合评价。

*本文得到海口市重点科技计划项目（2030-032）资助

作者：曹均阔（海南师范大学信息办公室、海南师范大学数据科学与智慧教育部重点实验室）

责编：郑艺龙

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