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39 JOURNAL OF DISTANCE EDUCATION Theory Front *基金项目 本文系教育部人文社会科学研究2010青年基金项目“基于未来课堂的课堂互动研究”（项目编号：10YJC880015）和华东师范大学“985工程”“教师教育 创新优势学科平台建设”子项目“教师实践创新的主阵地未来课堂”（课题编号：79003004）的阶段研究成果。 : 21世纪的人才观引发了人才培养模式和策略的转变，新的 教学技术与教育理论的应用要求传统教室形态的改变，普适计 算技术和人工智能技术以及计算机通讯技术的发展为教室形态 的改变提供了可能，社会、科学技术的发展对人的关注促使智 能教室的产生。 什么是智能教室？要理解智能教室的概念，首先要弄清楚 教室的演变过程。教室的产生与学校的产生同步，从我国奴隶 社会的夏朝起，就有了课堂的萌芽形态 “庠”。“庠”字， “从广羊声”，“广”是房舍的意思，也就是进行教育的场所， 但现代意义上的教室是在16世纪末班级授课制出现以后产生的。 传统教室给人的印象是有课桌椅、黑板、讲台等装备。随 着电子技术的发展，电子音像设备的产生及其在传统教室中的应 用，出现了新的教室形式 电子教室（electronic classroom）， 开始配备了扩音器材、投影、幻灯、电影、电视等设备。计算机 的出现，尤其是多媒体技术的出现，使多媒体计算机能更好地呈 现图文并茂的信息。计算机多媒体技术应用于教育领域，出现了 新的教室形态多媒体教室（multimedia classroom）。越来越 多地电子设备在教室中运用，越发要求教师在教学过程中对设备 操作能力需要不断提高。各设备之间的相互独立性使教师在掌握各 设备的操作及其功能协调和连接方面存在困难，这便增加了教师 和教学服务人员的工作负担，由此也影响了这些设备在教室中的 实际应用。 为解决这一问题，许多教学仪器设备初步具备了一些智 能，如有线遥控、光控、声控等，这也是智能教室（Smart Classroom/ Intelligent Classroom）的最初形态。直到无线通信技 术、普适计算技术、交互白板技术及人工智能技术在课堂教学领 域的应用和推广，智能教室才开始被正式提出。 总结智能教室的发展轨迹，基本经历了从单一设备智 能 设备控制智能化（中控）教学系统环境的智能化这 * 智能教室研究现状与未来展望 1、222 陈卫东 叶新东 张际平 （1.苏州科技学院 传媒与科学技术系，江苏苏州 215009； 2.华东师范大学 教育信息技术系，上海 200062） 摘 要 智能教室是教室发展和变革的阶段产物，它注重于教室设备的智能性，体现更为便捷和自然的人机交互，设计上更多 地体现出对教室使用者的关注。智能教室的技术基础包括普适计算技术、人工智能技术、电子交互白板技术、分布式伺候计 算技术以及智能空间技术等。目前，国内外典型的智能教室案例包括DELL的智能教室、卓越智能教室、加拿大麦基尔大学的 智能教室和清华大学的智能教室等，未来智能教室的功能模型包括人物出席、功能模块层和数据服务层，提供给教学者与学 习者一个服务更为个性化、智能化的学习空间和充分关注课堂主体自由、发展的和谐新型课堂。 关键词 智能教室；人机互动；技术整合 中图分类号 G434 文献标识码 A 文章编号 1672-0008（2011）04-0039-07 三个阶段。 一、智能教室的概念 智能教室，在英语文献中有三种说法，分别是Intelligent classroom、Iclassroom、Smart classroom, 其中以Smart classroom居 多，在对国内外的相关智能教室的研究文献进行梳理的过程 中，我们发现对智能教室的界定有20余种，本文仅列出以下几 种具有代表性的说法：（1）智能教室是一个完全自服务、用户 友好的有助于教和学的环境，教师需要的资源以简单、易用的 1 方式进行配置 ；（2）智能教室是一个装配了计算机和视音频 设备的教室，允许教学者使用大量不同类型的媒体，包括通过 数字投影仪呈现的DVD、录像回放、PPT展示和更多的媒体形 2 式。智能教室配备有一个智能控制单元 ；（3）智能教室是一 个多媒体教室，能够为教学者提供视频投影，互联网接入和 DVD、录像回放等功能，便于教学者快速获取高质量多媒体教 3 学材料，还提供了在线课程展示所需的媒体设备 ；（4）智能 教室是一个交互式学习环境，在这个环境中计算机和其它的电 子设备是主要的信息传输系统，教室作为学生个性化和个别化 学习的促进者。电子文件夹包含有学生的作品，计算机辅助教 学提供即时的评价和反馈，学生通过互联网可以获得更大范围 4 的信息资源 ；（5）智能教室可以被定为一个拥有计算机、投 影仪、多媒体设备（录像和DVD）、网络接入、扬声器等设 5 备，且能够调节光照和控制视频流的教室 ；（6）智能教室是 一个完全整合的交互系统，允许用户从一个中控点无缝接入媒 6 体 ；（7）智能教室允许用户以一种尽可能自然的方式与其交 7 互 ；（8）智能教室是一个依靠智能交互空间技术，增强了真 8 实感的教学环境 。 综合国内外关于智能教室已有的概念界定，我们认为，所 谓智能教室，就是一个能够方便对教室所装备的视听、计算 理论前沿 40 2011 年第 4 期 总第 205 期 智能教室研究现状与未来展望 机、投影、交互白板等声、光、电设备进行控制和操作，有利 于师生无缝地接入资源及从事教与学活动，并能适应包括远程 教学在内的多种学习方式，以自然的人机交互为特征的，依靠 智能空间技术实现的增强型教室。智能教室具体体现出装备先 进（齐全）、操控便利（自如）、资源丰富（充分）、交互实 9 时（流畅）、教学方式灵活（多样）等特征 。 二、国内外的研究现状 从文献研究的结果来看，国内外投入使用的智能教室有许 多型号，其中较典型的高校有McGill、Northwestern、Chicago、 MIT、California and California State、Toronto大学等。但目前国 内外关于智能教室的认识还存在着很大差异，国外大多数高校 尤其是美国，更多地把装备有计算机、投影（液晶和光学）、 DVD、VCR等影视设备、扩音设备和中控设备的教室称为智能 教室（smart classroom），这种教室在国内大多称为多媒体教 室。另外国内有些中学也有把装有电子白板（带有交互功能投 影的多媒体教室称为智能教室），并且也开始有越来越多地中 小学开始装备这种类型的智能教室。 从学术研究角度讲，目前国内外关于智能教室的研究主要 集中于对智能教室实现技术的研究，智能教室优缺点以及应用 效果的研究，智能教室实现功能的研究以及未来课堂研究等几 个方面：在智能教室的实现技术方面，随着新的技术不断引 入，以及教室设计和技术、设备及功能的选择更多地关注于使 用者本身，智能教室应用技术更加先进化，智能化和强调高互 动，如泛在网络技术的引入，使得课堂变得更加简洁，也利于 教学者、学习者在教室中的泛在学习的发生，交互白板技术的 出现使得教学者、学习者可以借助于白板和资源进行更加便利 地互动，并能把互动的过程进行实时记录，智能实录系统的应 用不仅解决了传统课堂教学的实录问题，还可与视讯会议系统 结合，实现与远程学习者的良好互动与资源共享等。 关于智能教室的优缺点及应用效果问题也有许多学者进行 了研究，如Aysha Almus- hrafi和Zakiya AL通过研究指出，智能 教室的优势在于可以让老师同时指导远程和本地学生；智能教 室提供给教师一个基于笔式的交互界面和投影显示；允许老师 控制的演讲材料的展示；告知老师的课堂活动的事件；计算机 允许学习者在课程学习过程中使用更多地学科知识。智能教室 的不足在于在教与学的过程中很容易出现一些技术问题，还有 一些老师不能够理解智能教室的应用目的和知道他们被期望在 10 智能教室做些什么。 美国斯坦福大学的Hoidn Sabine对智能教室中的教与学进行 了研究，研究发现智能教室不仅在教学者职业能力方面有提 高，而且在技术、学习、社会与多元认知技能方面也有提高， 11 而且，智能教室更能促进学习者向全班呈现他们的学习成果。 土耳其Firat University的Tuncay Sevindik研究了智能教室对卫生 学院学生学术成绩的影响，他通过对66名大学生的调查分析， 发现通过智能教室显著增强了学生的学术成果，合理的应用智 能教室可以作为面对面教育环境的一种替代和有益补充，形成 12 一种有效的课堂环境 。 英国Reading大学的 Tulio、Tibu rcio 和 E dward F .Finch在 20032004年进行了智能教室对学生交互行为的研究，研究目 的主要是探讨新型智能教室INTEGER （Intelligent and Green）能 否影响学习者在新型学习环境中的行为。通过对两个学校的案 例研究，发现新学习环境的移动性、灵活性、技术应用和交互等 13 因素，能够影响学习者的积极行为 。 智能教室实现的功能方面，主要包括课堂笔记的自动化、 课堂实录以及电气设备控制的集成化、自动化、智能远程教学 14 等几个方面。 （一）课堂笔记的自动化 传统课堂上往往会出现这样的一种情况：学生忙着抄录教 师的板书内容，而没有时间去仔细思考内容本身，这显然对课 堂学习的效率是不利的。DePauw大学的DEBBIE项目针对这个问 15 题研发了一个系统。该系统在课堂的每个课桌和讲台上安装 了一个联网的平板电脑，教师通过笔在讲台上的平板电脑上进 行板书，通过软件的支持其笔迹会被分发到每个学生的平板电 脑上，在那里这些信息可以连同学生自己书写的文字一起被记 录，从而免去了每个学生抄录教师板书的重复劳动。 FXPAL的Denoue和Chiu则考虑另外一种场景，他们考虑到 将来无线联网手持设备的广泛运用，学生将使用自己的便携手 持设备来记笔记，但由于手持设备的输入能力的有限，学生输 入一个词或短语就比较费时。他们为此开发了一个软件，把其 中一个学生已经输入的词或短语，通过网络传输到其他学生的 设备上，并在其他学生的输入界面的候选词列表中出现这些词 或短语，这样其它学生可以直接按整词或整个短语的方式输 入，无需逐字输入。通过共享课堂中每个学生的劳动成果，学 16 生在手持设备上记笔记的效率就大大提高了。 （二）记录课堂教学过程 课堂教学实录是比笔记记录更广的一个概念，教师的板 书、演示讲义、现场视音频和一些其它与教学相关的线活动都 可以被记录下来，并且回放。学生可利用它复习课堂内容或补 学 错 过 的 课 程 。 与 此 相 关 的 研 究 项 目 包 括Georgia Tech的 1718 Classroom 2000、加拿大McGill大学的Intelligent Classroom 、 19 Cornell大学的 Lecture Browser。尽管它们实现的手段可能有所 不同，但都属于这一类研究项目。 （三）促进协作学习 智能教室的环境是一个无线泛在的网络接入环境，学生可 以利用无线终端进行互联，可以根据学习的需要进行小组讨论 和合作学习，学习终端可以与交互显示终端进行连接，也可以 与远程的学习者或专家进行互动，便于教室内学习个体，或与 教室外远程学习个体的协作学习。如Arizona State University的智 能教室则是利用PDA、情境感知中间件（Context-Sensitive Middleware）基于泛在计算和网络技术，实现小组之间的交流和 20 合作学习。 （四）教室中电气设备控制的集成化、自动化 加拿大McGill大学的Intelligent Classroom的另外一部分功能 是在教师需要演示一个讲义时，自动准备好房间的环境并连接 和配置好所需的设备。比如，放下电动屏幕和窗帘、调节灯 光、打开投影机并切换到合适的视频源等等。而 Northwestern大 学有一个相同命名的项目，他们则考虑在教室中录制课堂录像 时，自动化选取摄像机角度。通过计算机视觉方法，安装在电 41 JOURNAL OF DISTANCE EDUCATION Theory Front 动云台上的摄像机镜头能够始终跟踪教师的位置变化，或者教 21 师也可以用手势指引摄像机聚焦于某个区域。 （五）智能远程教学 如清华大学计算机系人机交互与媒体集成研究所正在进行 一个samrt classroom研究计划，即在智能教室中引入交互空间的 概念，把一个普通的教室空间增强为一个教师和远程教育系统 的交互界面，在这个空间中，教师可以摆脱键盘、鼠标、显示 器的束缚，而用语音、手势甚至身体语言等传统的授课经验来 与远程学生进行交互。现场的课堂教育和远程教育的界限被打 22 破了，教师可以同时对现场和远程的学生进行授课。多伦多 23 大学Knowledge Media Design Institute的ePresence项目，目标也 是让远程的学生可以实时地参与到一个现场课堂教学中，但目 前在这个系统中远程学生如果想在课堂中发言，只能通过文本 交谈（Chat）的方式，而在清华大学的系统中现场交互的方式 要丰富的多。 未来课堂的设计是教育技术的一个前瞻性的领域，目前，国 内外己经有许多探索性的研究，如微软支持的University of Szeged 未来课堂项目以及James Madison University、Harrisonburg（Toward a future wireless classroom paradigm）项目，Middle Tennessee州立 大学的高级课堂技术实验室，斯坦福大学的iRoom项目等；英国 教育部（DFES）从2002年开始实施未来教室计划，新加波信息 通信发展管理局和微软公司在新加坡国立教育学院设立 BackPack.Net中心，联手打造未来教室，以高科技技术辅助教学 活动。我国台湾地区教育主管部门投入新台币71亿元经费，积极 升级中小学的教室环境，在经济部技术处、工业局、中华电信和 电子白板业者的共同支持下，强调信息融入教学、缩短城乡差距 的“未来教室”，正是实现教育机会均等、减轻补习支出的大好 契机。在国内，2009年，华东师范大学985二期建设项目“教师 教育创新优势学科平台建设”，将未来课堂的设计与应用项目作 为建设子项目之一，并与巨龙、卓越等国内信息化知名企业合作 联合成立未来课堂实验室，该项目的主要目标在于研究和设计适 应未来创新人才培养（和基础教育新课程改革）的新型课堂架构 24 与智能设计、教与学的模式、策略与评价等内容。 三、智能教室的类型 从对国内外现有的智能教室进行对比和梳理过程中，我们 发现依据智能教室实现的技术条件，目前的智能教室类型主要 包括三种类型： 第一种是基于硬件技术的，像国外许多大学和国内的一些 教育信息化装备企业将这类配有多媒体计算机、计算机网络、 液晶投影、AV系统视频展示台、扩音系统等设备的多媒体教室 25 称 为 智 能 教 室 ， 如 University of Alberta、 University of 2627 California、Mahatma Gandhi University等； 第二种是基于软件技术实现的智能教室，这种类型的智能 教室主要是借助于网络实现的基于软件形成的虚拟智能教室， 能够实现对学习者的学习支持，提供形式多样的资源和学习形 28 式、群体交流与合作手段等，如Classroom 2000、NASA的未来 29 教室计划等； 第三种则是综合了前两者的优点，既重视硬件技术的支 撑，又借助于软件系统对硬件技术进行智能的集成控制，并对 学习者的学习进行智能的跟踪和记录，还能实现现实教室与虚 拟教室（面向远程学习者）之间的信息互通及群体间的互动。 30 如加拿大多伦多大学的智能教室项目、我国清华大学智能远 3132 程教室项目、Northewestern University的智能教室项目和华中 33 师范大学教育信息工程中心的混合现实智能教室项目等。 按实现功能类型划分，智能教室可以分为基本智能教室、 34 交互智能教室和双向视频智能教室（Daniel Niemeyer 2003） 。 （1）基本智能教室（Essential Smart Classrooms）也就是我 们目前所理解的多媒体教室，是由计算机、视频、数据投影 仪 ， 集 成 控 制 面 板 、 扩 音 系 统 等 ； （2） 交 互 智 能 教 室 （Interactive Smart Classrooms）除具备基本智能教室的功能 特征外，还更多地提供师生、生生以及学生与学习资源之间的交 互；（3）双向视频智能教室（Two-Way Video Smart Classrooms） 双向视频智能教室拥有基本智能教室的所有特征，还添加了电 视摄像机和话筒，以便于进行远程教学。 除此之外，还有按照智能教室的硬件配置及适用的空间来 进行区分的，如美国Clarion University将智能教室分为基本型 （Basic）、教学工作站类型（Teaching Station）、 科学实验室 或有限空间类型（Science labs or limited space areas）、专用智 能 教 室 （ Dedicated Smart Classroom） 、大型场地/礼堂（Large 35 Venue/Auditoria）和便携移动的（R-Portable Cart）五种类型 ； Northen Colorado university将智能教室分为触屏控制智能教室 smart（touch panel control）、按钮控制高技术教室(High-Tech Rooms)、移动平台教室（Mobile Podium Rooms）、投影教室 36 （Projector Rooms）和智能移动教室（Smart Cart）。 四、智能教室构建的技术基础 智能教室的构建技术基础包括普适计算技术、人工智能技 术、电子交互白板技术、分布式伺候计算技术以及智能空间技 术等，普适计算技术与人工智能技术在很多论文中都有所论 及，本文主要简述以下三种技术基础。 37 （一）分布式伺候计算技术 “分布式”包含了两个方面的含义：（1）环境分布。在此 环境中，计算机将嵌入到环境的各种设备中，以至可穿戴在人 身上。这时无需且无法区分所使用的是哪一台计算机，而是由 整个分布式环境主动地为用户提供计算机服务，也就是说用户 是在一个“交互空间”中使用计算机并得到计算服务。（2）服 务分布。在信息时代中，计算机的根本作用是人与人之间的信 息交流的媒介。计算机、网络和多媒体技术相结合使得在地理 上分布较广、在时间上不同步的多个用户能方便地进行信息交 流和合作，这时用户使用计算机的目的是为了与其他用户进行 信息交流和合作，也就是以人计算机人的方式进行人 机交互。 “侍候式”（attentive or self-aware）则是指在这样的环境 中使用计算机时，计算机不是被动地等待用户的命令，而是能 觉察到交互的上下文（context awareness），主动地适应用户的 特殊需求并提供个性化的服务。这些服务包括：（1）基于上下 文的服务。基于上下文的服务在交互空间中上下文具有重要意 义。在交互空间中，利用上、下文也可使用户更方便地使用计 算机；从本质上讲，上、下文是任何可用于表征实体状态的信 息，这里的实体可以是个人、位置、物理的或计算的对象。利 理论前沿 42 2011 年第 4 期 总第 205 期 智能教室研究现状与未来展望 用上下文信息向用户提供与任务有关的信息和/或服务。系统根 据人体生物特征进行用户身份的识别和验证，从而可提供个性 化的服务。（2）基于生物特征的用户身份鉴别。用户身份是重 要的上下文，系统能通过用户的人脸图像、人眼的虹膜、视网 膜、声音、指纹等人的天然特征，识别判断交互空间中的人员 的身份， 是合法的用户、还是临时的访问者或非授权的用户 等，从而为其提供不同的服务。（3）识别用户的动作、意图甚 至情绪并主动地做出响应 。通过检测用户的动作或由动作序列 构成的事件，来理解用户的意图，交互空间将主动做出相应的 响应和提供合适的服务。（4）记忆用户的工作日程和作息时间 表，并通过对数据的学习了解用户的习惯和爱好，以便为用户 提供个性化和自适应的服务。 （二）交互电子白板技术 交互式电子白板是电子感应白板及感应笔等附件（硬件） 与白板操作系统（软件） 的集成，是计算机技术、微电子技术 与电子通讯技术的融合，由此成为计算机的一种输入输出设 备，成为人（用户）与计算机进行交互的智能平台。它集书 写、记忆、储存、控制、演示以及打印等功能于一体，具有良 好的兼容性和实用性。教学中的交互式电子白板是一组媒体组 合，其核心组件是电子白板、投影仪（Projector）和计算机 （Computer），三者循环相连； 感应笔、打印机和存储器是该 组合中的重要附件。 从课堂教学实践来看，交互式电子白板技术除了具备一般 计算机的PowerPoint 的投影功能之外，还有一些独特的功能， 包括：（1）直接板书。可以使用电子感应笔直接在电子白板上 板书，随时保存，方便教师课后整理、打包，循环使用。同 时，调用电子白板上不同的色彩进行板书可以增强教学效果。 （2）电子备注，强调重点。（3）随时调用各种资源。教师备 课时可以调用各种数字资源，如图像、视频剪辑或在上课过程 中根据教学需要随时生成这些材料，甚至可以直接进入网上的 在线资源。（4）模板化、程式化。电子白板软件本身所提供的 一些模板（如方格纸、乐谱格等）或图示框架（如生产流程 图、头脑自由联想模板等）等可以使教师在白板上方便有效地 进行相关工作，而传统的教学手段很难做到这一点。（5）可视 功能。根据教学需要，这一功能可以通过点击按钮来实现，如 转动、跳动、成像等，还可以录音、配音。这样，可以使课堂 教学内容（比如讲故事、讲授抽象的语法时态等）具有可视性 和现场感，学生容易理解和牢固掌握。 电子交互白板技术整合了普通多媒体教学的优点，又具备 更加强大的交互功能。因此，基于电子交互白板的信息技术环 境，可以灵活调用教学中的各种媒体资源，支持所有的课堂教 学行为，以及日前常见的教学策略和组织形式，“其强大的交 互性尤其适合课堂教学的半开放结构和多种交互的需求，同时 在教学中凸显学生参与的主体地位，实现了信息技术和课堂教 3839 学的无缝连接”。 （三）智能空间技术智能教室的技术原型 按照美国国家标准和技术学会（NIST）给出的定义，智能 空间（SmartSpace）是 “一个嵌入了计算、信息设备和多模态 的传感器的工作空间，其目的是使用户能非常方便地在其中访 问信息和获得计算机的服务来高效地进行单独工作和与他人的 40 协同工作”。 智能空间是普适计算的两个本质特征在房间、建筑尺度上 的集中体现，表现为：智能空间的整个空间成为一个连续立体 的交互通道，同时嵌入的计算系统可以充分地识别和利用空间 中的上下文，体现了信息空间与物理空间的融合。智能空间的 一个重要特性是游牧服务（Cyber Foraging），指用户携带入空 间的无线手持设备可以充分利用其周围基础设施中的资源相对 较丰富的设备的能力，同时其上运行的模块也可以与空间中的 其它模块进行交互和协作，以使用户获得与当地空间相关的各 种服务。智能空间的交互通道是立体、连续的，意味着人们不 需要特地去往一个位置接受计算机服务，同时计算系统是隐藏 的，并大量运用多模态感知交互技术和觉察上下文技术，使得 41 人们在获得计算服务时无需明确意识空间中计算系统的存在 。 五、智能教室的典型案例分析 42 （一）DELL的智能教室 戴尔的智能教室利用个人计算的展示技术创建一个交互的 协作学习环境。学生和教师间的交互日益增加，而技术可以帮 助课程适应多种多样的学习类型 视觉型、听觉型和运动 型。在技术的促进下，教室可以与无数大量的信息、图像和音 频资源相连。 戴尔智能教室解决方案提供一套完整的技术解决方案，能 够提高教师和学生的能力并帮助他们的学习，具体技术包括： （1）笔记本电脑、桌面电脑和手提电脑用于增强学生、教师和 同伴间的联系，使他们能够更加主动地参与到学习过程之中； （2）投影机、屏幕和相关的电缆及安装设备用于可视化演示； （3）交互式白板，使文件可以电子方式保存，并通过电子邮件 发送或存储在网络服务器上；（4）轮询申请，学生可以即时响 应问题，以此支持交互式、动态的教学；（5）无线手写板让教 师可以控制演示并随时书写注释；（6）文档摄像机和投影仪能 为全班快速显示文本或讲义；（7）多媒体设备，比如DVD、录 像机和电视或液晶电视，使教授与整个班级可以共享媒体； （8）音频/视频控制系统易于操作，鼓励教师使用；（9）个人 和工作组打印机，允许学生和教师对一个课程进行拷贝； （10）音频和扩音系统，支持在教室内扩音，可以确保内容被 所有人听到看到（见图1）。 43 （二）卓越智能教室 上海卓越电子有限公司推出了多媒体教室教学和全自动录 播系统的整体建设方案，包括迅捷I型、迅捷II型、酷睿型三大 图1 DELL智能教室示意图（Mike Merrill 2006） 43 JOURNAL OF DISTANCE EDUCATION Theory Front 类智能教室，其中酷睿型智能教室又分为网控型、监控型和全 自动录播系统。迅捷II型全自动录播系统有六大核心部分组成： 全自动全功能控制面板和网络中控、多媒体外部设备、全自动 导播机、图形图像增益器、流媒体工作站、教师和学生场景摄 像机等，可以根据需要选配学生互动模块。系统内置数千条策 略的全自动导播机智能的判断教师的讲授意图，根据教学实际 过程及对教师行为模式的理解，控制所有音视频场景和多媒体 设备，进行智能的场景调度，实时地将符合当前教学状况的场 景送给图形图像增益器（见图2）。 图2 卓越智能教室功能框图 卓越智能教室的常规教学功能有：（1）身份识别。教师用 配备的身份识别卡开启系统、系统识别用户身份合法后，将依 次为设备加电。设备出现故障或遭遇不可测问题时可向控制室 求助。拨出身份识别卡时，系统将执行关闭动作，收起所有设 备，延迟至设定时间将为投影机断电。（2）集成控制面板。教 师可以操作控制面板按键，实现对多媒体外部设备、音量等控 制。教师可使用领夹式无线麦克、桌面式麦克风进行扩音。 （3）提供多元接口，方便外设接入。在授课过程中，教师可以 利用系统提供的扩展接口、接驳笔记本等随身携带设备，这些 接口包括：VGA输出、网络、USB接口、电源、音频输入、视 频输入。（4）课程录播系统。课程录播系统能实现模式控制、 自动录制以及对录制的文件进行存储和修改。系统提供两种课 程录制与直播模式：自动、手工。用户通过“自动/手工”按键 在两种方式间进行实时切换。在自动录制模式中。系统根据课 堂实际情况判断场景切换条件，如果达到切换条件则自动切换 场景，摄像跟踪系统将根据追踪的位置坐标，调整摄像机平滑 地跟踪拍摄。课程的录制以文件的方式实时存贮在指定位置 （含网络位置）可直接与卓越课程中心连接。系统支持“多画 面模式”。当课后点播已该模式录制的课程时，可以根据PPT的 索引直接观看需要观看的内容。教师可以在录制前指定或添加 片头、片尾。在录制中，系统可自动添加教师姓名岗位信息、 录制日期、标志等内容. （三）加拿大麦基尔大学(MCGILL UNIVERSITY)的智能教 4445 室 麦基尔大学的智能教室项目由麦基尔大学，皇家银行改善 教学与学习基金，加拿大石油公司青年发明家奖，加拿大自然 科学和工程研究理事会资助。与双向视频会议室的设计所采取 的办法（Cooperstock et al.，1997）类似，麦基尔大学的13个教 室安装了投影显示设备并配有增强的传感器及计算机处理控制 系统（见图3）。 智能教室可以针对教师的互动激活和配置室内适当的设 备，无需手动控制。例如，当教师进入到智能教室的计算机 时，智能教室系统推断出这该是一个基于计算机的讲座，将自 动关闭室内照明，放下投影屏幕，打开投影机，并将电脑信号 输入到投影机。教室只需简单的在视频展示台上放置一个文档 可以进行幻灯片投影显示，教室的照明强度也将调整到一个适 当的水平。同样，如录像机或笔记本电脑输出的视听资料来源 时，投影显示将自动激活响应（例如，按下录像机播放按钮， 或连接到笔记本电脑的视频端口）。 麦吉尔大学“智能课堂”项目的目标是用技术努力提高教 学和学习效果。教室内安装了必要的硬件和软件，学生在课后 可以自由的访问视音频资源及教师上课所用的幻灯片，甚至可 以获得教师在幻灯片上所做的注释。 46 （四）清华大学的智能教室基于智能空间的远程教育 Smart Classroom是清华大学开展的一项普适计算研究。它 描述了未来教室的原形，整个系统由两个部分组成（如图4所 示），由一个帘子隔开，主体是教室，帘子的另一侧是计算 机。教室有两个类似墙的投影仪，一个在前面，一个在侧面。 前面的MediaBoard是一个对触摸敏感的SmartBoard，用于显示教 学材料，老师可以使用数字笔和橡皮在上面写和擦。远程学生 也能够实时地看到这些改动；侧面的StudentBoard显示远程学生 的图象和一个电脑驱动的虚拟助手。老师可以用激光笔指向一 个学生的图象，画一个圈的方式来选中一个远程学生。教室里 装了很多摄像头，用于捕捉老师的动作和教室的图景，识别和 解释老师的动作。这些设备综合起来使得远程学生和课堂之间 的交互就像本地课堂中的交互一样。 图3 MCGILL大学智能教室结构连接图（JR. Cooperstock 2001） 图4 清华大学智能教室原型及功能示意图 智能教室的功能设计主要包括虚拟出席（Tele-presence）、 透明人际交互接口和课堂经历记录。整个智能教室的硬件基础 设施可以按其功能分为二类:信息呈现（Rendering）设备、传感 （Sensor）和感知（Perception ）设备以及计算设备。 除了硬件基础设施外，智能教室里涉及很多软件模块，他 们通过Smart Platform平台的支持互相协调、合作而完成整个系 统的功能。由于Smart Platform里每个应用模块都被抽象为一个 Agent，代理具体包括相同显示代理（Same View Agent）、动作 跟踪代理（Motion Tracks Agent）、虚拟鼠标代理（Virtual Mouse Agent）、语音命令代理（Voice Command Agent）和人脸 1 身份识别 2 多元接口4 课程录播系统3 集成控制面板 4.1 模式控制4.2 自动录制4.3 存储修改 图5 智能教室功能模块图 智能教室的大小适度（以容纳20-30人为佳，便于组织开展 多种教学活动，方便师生、生生和生、界面之间的交互），教 室里安装有无线网络，形成泛在的计算环境，方便师生便携设 备的无线接入。教室的照明、温度等环境可以根据外在的环境 变化进行智能控制，使照明和温度处于一个最合适的水平；教 师进入教室后，教室的设备就会自动调整到讲课教师预先设定 的状态，学生进入教室后，课桌椅都会按照学生自身的特点和 偏好来调节。 教室的讲台不一定是长方形的，可以像舞台一样，上面安 装有各种模拟设备，利于教师创造合适的教学情境。教师与环 境之间的交互无需通过控制面板来完成，可以通过语音、手势 或者一个特定的动作，相应的设备就会做出反应。譬如，教师 在教室中来回走动讲课，无需走到讲台上，用语音就可以打开 一个想让学习者观看的视音频资源。这样就将教师从空间上解 放出来，将更多的精力关注教学活动本身。 学生也无需固定在特定的桌椅上，他们也可以根据教与学 活动的需要在教室中来回走动，可以在电子白板上自由的板 书。远程学习者可以真正参与到现场的教学中（清华大学的基 本地学生 远程学生 本地教师 身 份 识 别 系 统 人物出席功能模块层数据服务层 用户信息库 系统资源库 透明的 人机接 口模块 课堂经 历实录 模块 环境智 能调节 模块 设备集 成控制 模块 教学性 境创设 模块 泛在无 线接入 模块 智 能 教 室 平 台 理论前沿 44 2011 年第 4 期 总第 205 期 智能教室研究现状与未来展望 识别和声纹识别代理（Facial Voice Recognition Agent）等。根据 系统设计中提出的每项功能，确定Agent之间需要如何协作，并 相应制定出详细的Agent间消息和交互规程，设计好各Agent之间 的联调。 六、结语与展望 从上文对目前智能教室研究和应用的典型案例，我们可以 看出，目前正在投入使用的智能教室都存在各自的特点，有侧 重于设备的集成控制，课堂的教学实录，也有智能的远程教学 等。如DELL的智能教室，按照Daniel Niemeyer教授对智能教室 的分类，介于基本智能教室和交互式智能教室之间。其设备齐 全、功能多样，但在交互方面只实现了师生之间的交互。且其 智能化也比较低。卓越的智能教室在课程录播方面基本实现了 智能化。加拿大麦基尔大学的智能教室对室内低技术水平的控 制，将教师从技术的束缚中解脱出来，使其更专注于教学。清 华大学的智能教室则关注于远程智能教学。 综合以上案例的特点和对智能教室所涉及技术和功能特性 的分析，未来的智能教室功能模块如图5所示。 于智能空间的远程教育）。利用网络技术将课堂广播到远方， 远程学生可以清楚的观看的课堂中发生的一切，可以清楚地观 看到教师所用的课件，随时与之交互。课堂上的一切行为都可 以被记录下来，甚至教师所用的课件，以及在课件上面的注释 都可以以数字化的形式被存储下来，方便学生课后复习。 新的技术的不断涌现及在教室课堂中的应用，必将会改变 课堂的结构和形式。目前未来课堂的设计与应用已经渐成为教 育技术学研究一个新领域，智能教室是未来课堂的一个重要形 式，智能性也是未来课堂的重要特性之一，加强智能教室的研 究将有助于我们对课堂进行重新认识和设计，最终构建出一个 面向未来创新人才培养需求和新课程改革需要的一个充分关注 课堂主体自由、发展的和谐新型课堂/教室。 参考文献 1Smart ClassroomEB/OL 2010-02-01. 2what is smart classroom? 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