未来课堂建设的系统方案

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导读：基于对智能技术赋能未来课堂的构想，按照“技术—服务—应用”的逻辑，本文对未来智慧课堂的系统方案进行了分析。

作者 | 刘平辉，祝士明，梁裕，张慕文

来源 | 现代教育技术、未来路线图人类正在步入智能时代，智能技术引发的课堂革命既是历史的选择，也是历史的必然。智能技术作为一种具有自适应、自进化、双向互动等特征的新技术形态，其影响是多方面的，将其融入课堂教学的各个环节，有利于改善和提升课堂教学环境，并实现课堂教学互动化、教学场景情境化、课堂管理智能化、学习资源数字化。

未来课堂是以新兴智能技术为支撑，以高效、便捷的教育服务为基础，保障师生高效参与教学的新型智能学习空间综合体。

在新的时代背景下，未来课堂将充分利用高新技术来挖掘课堂教学的潜能，为学生打造一个开放、高效、动态、快乐的学习环境，形成云端化、智能化、交互化的未来课堂新形态。

云端化：共建共享资源，打破区域壁垒

未来课堂的“云端化”，主要体现为云计算和物联网可以为教师、学生提供有效的辅助性支持。云计算具有降低成本、共享资源、促进方法创新等优势，而运用云视频平台和管理平台，可以为学生提供实时交互的课堂教学、大规模的直播教学和课堂辅导答疑。同时，学生也可以在有物联网连接的任何地方进行学习，这进一步推动了优质教育资源的普惠共享。

智能化：教师精准施教，学生个性求知

未来课堂的“智能化”主要体现在为师生建立智能开放的教学资源应用环境、快捷便利的教学活动环境等方面。数智驱动下的未来课堂基于教育数据收集、精准分析、智能监测与管理、智能视窗等一体化的系统集成，实时挖掘并分析教学行为数据，为教学设备的有效配置、教学活动的有效开展、教学资源的有效共享、技术服务的有效支撑等提供智能性支持。

交互化：师生自主互动，激发学习潜能

未来课堂的“交互化”以技术创新推动教学形态的革新，以有效助力远程教学的大规模开展。智能技术赋能下的未来课堂将基于三种核心交互（即人机交互、师生交互、学生内部交互），提供个性交互、社会性交互和反思性交互等远程交互功能。在交互式教学环境中，师生自主互动，为知识的深度理解创造条件，从而激发学生自我塑造的潜能。

技术赋能下的课堂教学服务环境建设并非未来课堂建设的根本目的，而基于前沿技术开展云端化、智能化、交互化的教学活动来培养未来创新型人才才是未来课堂建设的最终归宿。

基于对智能技术赋能未来课堂的构想，按照“技术—服务—应用”的逻辑，未来智慧课堂的系统方案如下图所示

01

四大中心

资源中心

通过建立、健全优质课程资源的遴选更新机制，系统化汇集云平台优质数字教学资源，形成数字资源云、智能作业云，不断丰富云平台资源内容，提高云平台资源质量。
数据中心
数据中心即智能教育数据服务中心，主要工作是对汇聚的教学数据和学习数据进行挖掘、分析和可视化推送，形成配套完善的教育大数据云，为未来课堂的建设提供数据基础。
管理中心
基于智慧管理云、移动服务云等集资源和数据于一体的智能化管理平台，可以有效减少教学与管理活动中的重复性、事务性、机械性工作，实现角色分工的精细化和高效率，从而推动技术赋能的智能管理服务体系建设。
考评中心
考评中心的主要工作是进行智能的可视化评价，具体包括：

①基于智能技术采集学生的身心健康、研究性学习等数据，进行建模分析，生成全方位的学生画像，实现立体化评价；
②通过多渠道采集学生的成长数据，生成学生评价报告，实现过程性评价；
③基于教育评价云和质量监测云，实时监测学生的学习质量和教师的教学效果，实现增值性评价。

02

三大内核技术

一、IoT+云计算

传统教学模式难以提供良好的学习体验，而5G支持的物联网（Internet of Things，IoT）技术连通异地教学设备、学具、实验仪器等资源，能带给学生流畅的学习体验。
IoT技术和云计算技术的融合应用主要体现在以下方面：
①教学过程实时记录
利用物联网的射频识别技术、传感器技术实时记录学生的课堂学习行为，并通过温度、湿度传感器自动调节教室里的温度和湿度，从而调动触觉、视觉、听觉等多种感官体验，为学生营造优质的课堂学习环境。
②教材联网
基于IoT的传输技术和云计算的数据处理能力，实现教育大数据的实时共享；同时，在课堂中引入丰富的云端教学资源和学习工具资源，使课堂教学充满联网的“气息”。
③实训系统教学
物联网的感知技术将在实训教学中发挥成效，实现信息化实训课程管理，切实提升高校实训教学系统的信息化建设。总的来说，“IoT+云计算”技术赋能下的未来课堂重在实现课堂教学的信息化管理，并打造云端化课堂。
二、AI+大数据
在大数据和人工智能技术的辅助下，教师可以实时、全面、精准地把握学生的学习情况，以便为学生提供即时、系统、定制的学习反馈。
一方面，基于信息化教学平台，智能代理可以对学生的作业进行智能批改，便于教师在教学过程中有的放矢地进行教学，促进因材施教的规模化应用；
另一方面，基于教育数据挖掘与学习分析，智能代理可以为学生智能推送适切的学习资源，教师将依据学生的个体差异，进行个性化编排并分层推送学习任务，以实现学生学习结果的精准、高效反馈，促进科学决策。
三、5G+全息技术
5G具有大带宽、低时延、广覆盖、移动性等技术特点，为课堂教学的智能化转型提供了技术前提和基础平台。
而以3D全息图像、全息眼镜和3D全息课件为代表的全息技术，具有三维立体性、交互性等技术特征。
通过5G与全息技术的融合，一方面，远程教学将实现低时延无卡顿、8K/16K 高清画面、多元实时互动，有助于解决线上教学中学生专注力下降、自主学习能力差、师生互动难度大等难题；另一方面，全息投影产生的立体化影像将极大地增强学生与教学内容之间的交互，让书本上的知识充满生命力，改善知识获取的过程。

03

五大服务

一、内容服务

建设创新型国家亟需创新人才，这就要求教学内容更加注重培养学生的计算思维、数字学习能力和创新人格等。
新时代背景下的未来课堂将突出全息课件、电子课本等新型教学内容，更加强调学生的情感体验，以不断增强课堂的体验度和沉浸度。
二、技术服务
未来课堂的技术服务主要包括：在教学、考试、评价、管理、教研中，对计算机视觉、人脸检测、表情识别、知识图谱等技术进行全方位、立体化的智能应用；采用云网融合技术手段，提供统一认证入口、个性化服务空间与服务集成平台，坚持以技术服务为核心，推动构建相互赋能、良性循环和可持续发展的未来课堂生态体系。
三、产品服务
未来课堂的产品服务主要是发挥市场需求对教育供给的输入能力，推动企业研发一批基于 AI 诊断、图像识别、自适应学习、语音识别、智能测评等的智能服务终端，为未来课堂建设提供优质且易获取的教育服务产品。
四、数据服务
通过数据共享通道，未来课堂的数据服务主要为教学提供从数据智能采集、存储、治理、分析到应用的全生命周期管理方案，以及数据分析平台建设、数据治理系统搭建等专业的产品咨询和技术支持服务。
五、运维服务
未来课堂的运维服务主要针对智能技术支持下的未来课堂平台建设与应用，提供运营、维护与保障服务，保证教学过程中产品使用的流畅性和师生的良好体验，推动课堂教学从“批量生产”走向“私人订制”。

04

三大应用场景

一、智能技术助力精准施教

在未来课堂中，以教师为主导的教学活动主要从三个阶段展开教学：
①课前阶段，以学情分析为核心
教师可借助AI学情分析和诊断，生成学习者的个性化画像；同时，利用云平台进行智能备课，并向学生学习终端智能推送预习任务。
②课中阶段，以多元交互为关键
以全息课件为代表的新型教学内容将助力多模态课程资源的建设，同时可实现教师、学生、资源和环境等多要素之间的多维动态交互，有效提升学生的高阶思维能力。
③课后阶段，以个性化辅导为重点
借助智能代理服务的自动化学习提醒、课程更新通知和学情分析反馈，为师生提供更加精准的服务，满足学生的个性化学习需要。
二、智能技术助力在线学习
以学生为主体的在线学习活动主要通过提供优质的学习资源、创设在线学习场景来提升课堂服务效能：
①数字学习资源的质量是影响在线学习成效的重要因素，以国家精品课程为代表的优质资源是在线学习的主要内容。基于这些优质学习资源，教师可通过云端教研和协同办公助力学生课后巩固练习，强化在线学习效果；学生可据此自主选择学习路径，实现泛在学习。
②在AI、全息技术等的支持下，学生可通过智能终端随时切换在线学习场景，以获得沉浸式学习体验，实现其与环境、资源之间的远程即时交互，便于进行弹性学习。
三、智能技术助力管理评价
智能技术为未来课堂教学管理和评价带来了更高的效率与效益：
①在管理环节，运用智能教务管理系统进行分层分级管理，一方面可以整体分析各校的教学情况、学生的学习情况和资源的应用情况等，为课堂教学管理的整体评价提供依据；另一方面以学校为单位查看各教师利用智能技术的备课情况、教研情况等，并为整体的区域教学应用提供统一的数据采集、分析、研判和辅助决策等，有助于课堂管理朝着数据化、智能化和精细化的方向演进。
②在评价环节，基于教师和学生全生命周期的大数据，进行面向师生的全过程纵向评价和全要素横向评价，同时进行教师课堂质量评估和学生综合素质评价，从而实现课堂教学的过程性评价和增值性评价。

在智能时代背景下思考课堂教学的变革与创新，已成为未来教育发展的切入点，面向未来的课堂建设应坚持理论研究和实践研究相结合，根据地区发展需要探索具有地域特色的未来课堂新方案。

注：本文来源于《现代教育技术》、未来路线图，原文有删减。

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