未来教室解决方案

PGP未来教室解决方案国家数字化学习工程技术研究中心2/12一、建设背景与目标随着信息技术的快速发展和教育理论的进步，世界各国越来越多地倡导ICT与教室的深度融合，以构建全新的教室学习环境来提高学习质量和效率。多媒体教室及其装备将向全数字化、虚拟化的未来教室方向发展，其特征主要体现为交互性、网络化、虚拟化、智能化等方面：交互性指从简单的幻灯片演示加传统黑板的教学模式，向全新的数字化白板、教师与数字化资源的丰富互动、学生与数字化资源的互动、师生的课堂网络化互动方向发展；网络化则指从传统的局部课堂教学，逐步向基于固网、移动网延伸到教室和学校以外，将学习活动全面渗透到学校（School）、户外（Outdoor）和家庭（Family）的每个角落；虚拟化指应用虚拟现实、计算机视觉、图像处理等先进技术，建立真实的沉浸式虚拟学习环境，构建虚拟教室、未来教室等；智能化则指在未来教室的设计和建设中引入越来越多的面向教育领域专门研发的智能技术和装备，从而为学习者营造更丰富、更有趣、更便捷、更高效的学习环境。教室是一种物理环境，必须能够为课程的实施提供支撑。在传感技术、网络技术、富媒体技术及人工智能技术充分发展的信息时代，教室环境应是一种“能优化教学内容呈现、便利学习资源获取、促进课堂交互开展，具有情境感知和环境管理功能的新型教室”，这种教室被称为未来教室。未来教室是一种典型的智慧学习环境的物化，是多媒体和网络教室的高端形态。未来教室的“智慧性”涉及教学内容的优化呈现、学习资源的便利性获取、课堂教学的深度互动、情境感3/12知与检测、教室布局与电气管理等多个方面的内容，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“S.M.A.R.T.”，这五个维度正好体现了未来教室（SmartClassroom）的特征，可称为“SMART”概念模型。该解决方案面向基础教育需求，针对学科特色，建设以“学生学为中心”的未来教室教学环境集成解决方案。着重强调教育内容、教学手段和教学方法的现代化，突出课堂教学设计和组织的作用，体现并适应教学个性化的需求，力求提高教师信息技术应用水平、更新教学观念，激发学生学习的兴趣和主动性，提高课堂教学的效率和效果，促进课堂教学的变革与创新。图1未来教室教学环境集成解决方案4/12构建未来教室教学环境，建设未来教室云服务平台、丰富的电子教材库，集成各类学科工具，提供共享优质教育资源、课堂交互、双轨教学等未来教室服务。把信息技术与学科教学有机的整合起来，从根本上转变传统教与学的观念以及相应的学习目标和方法。5/126/12二、未来教室方案简介未来教室以PGP电子双板课堂教学平台为核心，结合高清视音频交互系统、课堂直录播系统、远程课堂同步系统等，以实现多种教学模式的创新。交互式教学：教室中的学生可以使用PAD、PGP-Clicker等设备，根据教师课件的设计，随时跟老师进行主观题和客观题的互动答题，以实时评测课堂教学效果。讨论式教学：根据教师的教学设计，在某个教学环节，可以将学生分为若干小组，每个小组围绕老师布置的学习任务，进行分组讨论式协作学习，将本组的分组讨论学习内容书写在本组的电子单板上，教师可通过PGP课堂教学平台将各组的学习内容调入到教师双板中进行比较讲评。远程课堂同步教学：以PGP远程课堂同步系统为基础，借助高清视音频交互系统，实现1个主课堂和多个分课堂之间的同时授课，分课堂的学生不但可以同步看到主课堂教师的授课课件，还可以与授课教师进行实时视音频交互、提问、答疑等，实现优质课堂教学资源的同步共享。课堂直录播：通过课堂直录播系统将课堂教学实况进行实时的网络直播、录播、点播，并将录播的优质课程资源推送到P2P流媒体服务系统，为更多的线上学习者提供优质网络课程资源。可根据学科教学需要，建设为专用的学科教室。7/12三、建设内容2.1电子教材通过利用国家数字化学习工程技术研究中心技术优势，开发电子教材样例，探索如何在课堂上高效率地利用学习设备；通过设计电子教材和电子教材课堂应用模式，摸索提炼适合PGP双板教学的应用模式；通过创新信息化课堂教学方式，促进信息化课堂环境下的教师专业发展；通过课堂内外使用电子教材，培养学生养成信息化学习环境下的良好学习习惯和促进深层次的知识加工策略，培养符合21世纪需要的高素质学生。2.2PGP电子双板课堂教学系统PGP电子双板课堂教学系统通过教育内容、教学手法和教学方法的现代化，突出课堂教学设计和组织的作用，体现并适应教学个性化的需求，力求提高教师信息技术应用水平、更新教学观念，激发学生学习的兴趣和主动性，提高课堂教学的效率和效果，促进课堂教学的变革与创新。它通过体现教学过程中的“五大自由”实现了教学的创新。8/12（1）“双轨展示”的自由双重编码理论表明：同时以视觉（图像）形式和语言（文字）形式呈现信息能够增强记忆和识别。双轨展示教学模式：在双重编码理论、多媒体教学理论指导下，通过信息化手法将教学内容以双画面的形式呈现，图文并茂，意义关联。双轨展示可以实现的教学效果有：PPT等资源关联教学；资源白板混合教学；不同资源间意义关联。（2）“随时可写，随处可写”的自由。传统教学模式中，“粉笔+黑板“，言传身教式教学模式在形成学生逻辑性思维、分析解决问题能力方面具有强大的优势。未来教室课堂教学系统实现了传统黑板与电子白板的完美融合，将板书、演算、推理、标注等传统课堂活动回归现代课堂，达到了“随处可写，随时可写”的效果。课堂书写痕迹可以按需保存，随时调阅。（3）“信息技术与课程整合”的自由将学科工具整合到课程教学中，实现信息技术与课程的深度融合。平台除支持office、图片、动画、Web、视音频、PDF、3D等常用教学构建外，还支持研发的数学、物理、化学等学科教学构建。9/12（4）“课堂互动”的自由未来教室课堂教学系统设置交互式终端模块，提供射频和网络两种交互方式，营造了生动、活跃的课堂氛围；同时交互资料经后台统计、分析后，实现互动结果的生动呈现，从课堂测试中掌握学生学习的效果，为教学补救和教学进度的调整提供参考。（5）“序列化教学设计”的自由课程、教学活动、教学资源三级层次形成教学过程序列化；基于标准，实现资源和教学设计的共享。以活动组织教学，充分尊重教师教学设计的个性化与创造性。基于标准，实现资源和教学设计的共享。2.3学科工具（1）面向数学的学科工具为了充分体现数学学科的具体特点，满足数学学科的教学和学习需求，在动态几何、符号计算和自动推理技术的基础上，实现代数运算、函数作图、几何作图、图形变换、动画、测量、跟踪等多个功能，涵盖代数、平面几何、立体几何和解析几何等知识点。通过直观、形象、生动的展示和交互式操作，帮助学生更加深刻地理解数学问题的10/12本质，让学生学习数学的过程更容易、更有趣，同时也能减轻教师教学的负担。（2）面向中学物理的学科工具基于计算机虚拟仿真技术，利用仪器元件库的设计思想，在对中学物理实验进行合理抽象的基础上，设计虚拟仪器类库；结合计算机软件操作的特点，对实验操作步骤进行深入分析，设计出智能感知与选择策略，解决虚拟物理仪器选择与实验组合操作问题。（3）面向中学化学的学科工具基于计算机虚拟仿真技术，将计算机图形技术、计算机仿真技术、传感技术、显示技术等多种现代信息技术综合营造为一种沉浸式的化学教学环境，使学生具有身临其境的沉浸感，能够实现互动式化学实验教学和理论教学。提供备课、演示和提示能工具，大大降低教师的劳动负担，提高教学质量，并极大地激发学生的学习兴趣。（4）中学地理教学资源制作工具融合专用地图教学工具（如清华同方电子教学地图编辑系统）与通用课件制作工具（如Flash、Authorware）的各自优点，充分整合各种中学地图资源，辅以强大的GIS功能、丰富多样的矢栅数据、统计数据，以及众多专家制作的经典地理科学的原理图、运动图，以“软件+数据+课件”的模式解决传统地理教学枯燥无味的难题。2.4集成服务平台面向基础教育的课堂教学，基于公共服务模型、服务体系架构、服务接口规范、多模式用户接入、知识共享等技术，提供包括课堂在11/12线学习、在线测试、在线资源服务在内的集成服务，为未来教室教学环境提供支撑。促进教学内容、教学方式和学习方式的创新与变革，推进信息技术与学科教学的深层次整合。未来教室集成服务平台支持个人计算机、电子白板、移动式便携终端等多种传统或新型教室终端设备的访问，并为未来教室提供多种开放式的教学应用，通过提供统一服务支持，以适应新业务的快速变化，并可支持遗留系统的集成；同时，平台采用开放的云存储系统实现教育资源的存储和高效使用12/12