教育數(shù)據(jù)驅(qū)動的智慧教室系統(tǒng)建設李瑞晴王暉摘要：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及Web開發(fā)技術(shù)，本文開發(fā)的智慧教室系統(tǒng)能夠?qū)W生課堂學習行為和教師課堂教學行為數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化，通過在線方式實現(xiàn)對傳統(tǒng)課堂教學過程的全程數(shù)據(jù)采集以及深度分析，最終能夠客觀準確地分析學生學習行為以及教師教學行為，并為將來提供進一步的科學行為建議提供堅實的理論依據(jù)。中圖分類號：G434文獻標識碼：A論文編號：1674-2117（2018）10-0079-04在計算技術(shù)、通信技術(shù)以及微電子技術(shù)飛速發(fā)展的大背景下，國家和地方政府都在加快推動教育信息化進程。教育部印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中，特意強調(diào)要加快推動信息技術(shù)與教育教學的融合創(chuàng)新發(fā)展。當前，普教的課堂教學模式依然是以教師講臺授課為主的教學形式。雖然在某些教學環(huán)節(jié)中，PPT代替了黑板，學生手里有了Pad，但課堂教學仍舊遵循著傳統(tǒng)的教學模式。究其原因，是互聯(lián)網(wǎng)對教育的沖擊力度還不足以從根本上改變教育的傳統(tǒng)生態(tài)。而傳統(tǒng)的課堂教學模式在信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，愈來愈暴露出諸多弊端：第一，教學模式老套。教師一板一眼地把知識傳授給學生，“填鴨式”課堂讓學生感到枯燥乏味。第二，教學組織過于“被動”。傳統(tǒng)的課堂教學，學生學習方式較為被動并缺乏個體性，課堂上很少有思維的交鋒和智慧的碰撞，學生缺少自主探索、合作交流、獨立獲取知識的機會。第三，太注重“應試”。在應試教育的背景下缺乏獨立思考和思維發(fā)散能力，限制了學生學習的自信心與積極性，以及學生自主學習、自主發(fā)展的能力。針對數(shù)字原住民這一代，我國正在積極推進基礎教育改革，以推進素質(zhì)教育為目標，鼓勵在學科教學中廣泛應用信息手段，并把信息技術(shù)教育融合到各學科的學習中。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出、信息化的全面覆蓋，相繼出現(xiàn)的遠程教育、在線課堂、教師屏幕廣播、多屏互動教學及豐富的電子教材等，對傳統(tǒng)的課堂式教育模式進行了有益的補充和升級。教師的傳道授業(yè)可以通過小小的屏幕靈活實現(xiàn)，學生獲得知識不再只有課堂教學這一個渠道。信息技術(shù)推動教育變革，“智慧教育”的概念應運而生。在“互聯(lián)網(wǎng)+”發(fā)展的背景下，智慧教育利用可隨身攜帶的移動教學終端與云服務平臺相結(jié)合，打造智慧教室，實現(xiàn)學習個性化、教育精準化。智慧教室概述基于智慧教育的理念，我們開發(fā)了智慧教室系統(tǒng)。該系統(tǒng)是利用新一代信息技術(shù)打造的智能、高效的課堂環(huán)境（教室），是一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學手段。1.智慧教室簡介智慧教室充分利用智能設備（平板電腦）和網(wǎng)絡化，涵蓋課前課中課后多個教學環(huán)節(jié)，提供便捷的課件閱讀及課堂互動手段，全面保存學生學習的過程數(shù)據(jù)，智能分析學生作業(yè)并精準把握其知識掌握情況。通過實現(xiàn)評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化，全面變革課堂教學的形式和內(nèi)容，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)時代的信息化課堂教學模式。簡而言之，智慧教室是數(shù)字化校園應用的新產(chǎn)品，是教育信息化走進學校、走進課堂、走進師生的必然產(chǎn)物。智慧云教室系統(tǒng)是一套具有成熟教學模型的智慧云教育解決方案，它具備以下功能：教師進入系統(tǒng)備課、授課、推送試題，把上課所需的課件以數(shù)字化形式保存在云服務器，上課過程中利用屏幕廣播進行課堂教學，觀看舉手提醒與學生進行課堂互動，在練習時個性化推送測試題給學生；學生使用Pad終端課前完成教師推送的課前預習題，帶著問題上課，上課利用舉手按鈕與教師展開互動，練習時間完成教師給自己推送的個性化試題，查漏補缺，并避免抄襲。教室配備的Wi-Fi節(jié)點可以保證多人同時觀看視頻30分鐘不掉線，視頻運用流媒體的形式播放使畫面更清晰、過程更流暢。（1）技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)Wi-Fi高密度節(jié)點完全覆蓋：一間智慧教室可容納多人上課。在教師授課過程中，同時有多名學生接入網(wǎng)絡，通過信號分擔的方式，緩解了信道的壓力，解決了因為信道擁塞而導致的用戶掉線情況，繼而有效提升智慧教室Wi-Fi網(wǎng)絡的接入質(zhì)量。流媒體使視頻觀看更穩(wěn)定更流暢：智慧教室系統(tǒng)支持同一個組的終端可以接受到此組內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡中的交換機和路由器只向有需求者復制并轉(zhuǎn)發(fā)其所需數(shù)據(jù)。主機可以向路由器請求加入或退出某個組，網(wǎng)絡中的路由器和交換機有選擇地復制并傳輸數(shù)據(jù)，即只將組內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸給那些加入組的主機。靈活課堂互動：支持PPT、Flash課件、Word文檔等電子教案的實時互動，快速收集學生答案，即時顯示統(tǒng)計報表，教師可以直接看到客觀題各選項選擇人數(shù)以及每個學生的答案情況；客觀題直接系統(tǒng)自動批改，即考即評；支持跨平臺屏幕廣播，教師端Pad屏幕界面直接廣播到學生端界面上；教師端可向全體學生發(fā)送備課文件。（2）教學方式創(chuàng)新教師輕松備課，高效輔導：擁有一個云終端，教師就可隨時隨地備課、輔導學生，學生則可以隨時隨地享受到原來在教室才能進行的聽課、答疑。學生享有豐富資源，高效學習：智慧教室為學生提供練習題個性化推送、在線學習和在線測試等功能，為學生提供豐富多彩的課堂內(nèi)容，以及豐富的學習資源，方便學生根據(jù)自身條件，有選擇性地進行個性化學習，這樣有利于提高學習效率。3.實現(xiàn)方式①選擇Linux作為操作系統(tǒng)，使得開發(fā)和維護成本較WindowsServer更為低廉，同時有大量參考案例可供學習。在眾多Linux發(fā)行版中，選擇基于RedHatEnterpriseLinux開放的源代碼編譯而成的CommunityEnterpriseOperatingSystem，即CentOS，使智慧教室具備高度穩(wěn)定性的服務器操作系統(tǒng)。②PHP作為開發(fā)語言，使智慧教室具有跨平臺、使用廣泛、成本低廉、開發(fā)速度快等特色。③Apache作為Web服務器，它是一個開源的HTTP服務器，是最為流行的HTTP服務器之一。Apache使智慧教室具有高安全性、高可靠性和高度的可定制性，并且代理服務器可通過簡單的API擴充，將PHP等解釋器編譯到服務器中。④MySQL作為數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，使智慧教室可以存儲大量數(shù)據(jù)在服務器中。MySQL所具有的開源、高性能、低成本和高可靠性使其成為全球最為流行的開源數(shù)據(jù)庫。其與Apache、PHP的結(jié)合為基于數(shù)據(jù)庫的動態(tài)網(wǎng)站提供了強大動力。4.系統(tǒng)功能智慧教室系統(tǒng)是由“Web端”“學生/教師Pad端”組成的一個數(shù)字化教室（如上頁圖1）。該系統(tǒng)為教師提供了一個輕松教學的環(huán)境，為學生提供了一個高效學習的工具。智慧教室整合了網(wǎng)絡教學平臺、網(wǎng)絡教學系統(tǒng)、網(wǎng)絡教學資源、網(wǎng)絡教學軟件、網(wǎng)絡教學視頻等諸多全新的概念，構(gòu)建了全新的教與學工具。智慧教室系統(tǒng)建設1.Pad端Pad端是智慧教室的核心所在，是實現(xiàn)靈活課堂互動的前提。智慧教室系統(tǒng)Pad端能夠為教師上課提供備課、廣播教學、課堂互動、記錄考勤信息和課堂互動等功能，方便使用多媒體課件進行教學展示和增加學生學習的積極性，為學生提供廣播教學的接收、接收教師推送的練習題、在線學習和在線測試等功能，為學生提供豐富多彩的課堂內(nèi)容以及豐富的學習資源，方便學生根據(jù)自身條件，有選擇性地進行個性化學習。2.Web端智慧教室系統(tǒng)Web端為教師提供在線備課、課件資源管理、推送練習和作業(yè)給學生等功能，為學生提供在線練習、在線測試、自主學習和查看錯題記錄等功能。智慧課堂系統(tǒng)在公認的教學模型基礎上，提高“課前”“課中”“課后”學習的效率和效果，構(gòu)建了科學的教學模型。智慧教室系統(tǒng)開發(fā)1.系統(tǒng)設計根據(jù)先進性、實用性與開放性的設計原則，智慧教室系統(tǒng)的架構(gòu)主要分為四層，從下至上依次為底層硬件、服務層、構(gòu)件庫層與視圖層（如圖2）。①底層硬件：最底端是底層硬件，它是奠定整個智慧教室平臺運行的基礎。該層為智慧教室的教學和管理提供必要和完善的物理平臺。主要包括視頻終端和多媒體錄制設備。②服務層：底層硬件之上是服務層，該層是智慧教室的核心業(yè)務部分，構(gòu)造了平臺服務的基本框架。通過無線Wi-Fi確保了服務層與底層硬件間的通信，實現(xiàn)無障礙、安全、可靠的信息傳輸，并構(gòu)建數(shù)據(jù)庫保障了數(shù)據(jù)的存儲管理。服務層主要提供了數(shù)據(jù)交換、人員/權(quán)限管理、知識管理、離線接入、表單引擎、部件管理等服務。③構(gòu)件庫層：依托服務層提供全面的支撐和保障，構(gòu)件庫層提供了備課管理、考試管理、題庫管理、學生錯題管理、課堂教學管理、作業(yè)管理、視頻教學管理、資源管理、通知公告等強大的功能。此外還加入成長智能分析管理、行為記錄及評價策略管理、智能考勤等其他功能來提高課堂教學質(zhì)量。④視圖層：智慧教室系統(tǒng)的頂層是面向用戶（學生、教師、管理員）的視圖層。智慧教室系統(tǒng)Web端以HTML5、Bootstrap、jQuery等前端開發(fā)技術(shù)為基礎，結(jié)合下層的服務接口，為用戶提供豐富多樣、交互友好、響應式的教育應用服務。用戶可以通過臺式電腦、筆記本、