双屏智慧教室的建设与实践探究

　　摘 要：教室作为目前在校学生学习和教师教学的主要场所，是教育教学创新改革的“主阵地”，在教学过程中发挥的作用是不可替代的。在分析传统的多媒体教室存在的问题基础上，文章对传统的多媒体教室进行全新的设备架构和学习空间设计，构建了以双屏互动为核心的智能化教学支持环境，提出了一种全新的双屏互动智慧教室的解决方案，并对其使用效果进行了调查研究，以期对智慧教室的建设提供可借鉴的解决方案。研究表明：双屏智慧教室对课程教学和学生学习有良好的促进和支持作用，一定程度上推动了课堂教学方法和模式的改革，师生对未来在智慧教室上课持积极乐观的态度。

　　关键词：智慧教室;双屏互动;教学环境;设计与实现;使用效果

　　一、智慧教室建设的背景

　　从教学信息的流向来讲，教室作为目前在校学生学习和教师教学的主要场所，既是教学信息收集的起点，也是各类教学信息汇聚的终点，是教育教学创新改革的“主阵地”，在教学过程中发挥的作用是不可替代的。教育部《教育信息化2.0行动计划》明确提出“要构建智慧学习支持环境，开展以学习者为中心的智能化教学支持环境建设”。[1]教育部《关于加快建设高水平本科教育，全面提高人才培养能力的意见》(简称“新高教40条”)第11条明确提出：“要大力推进智慧教室建设，构建线上线下相结合的教学模式。”[2] 2017—2019年地平线报告(高等教育版)均将重新设计学习空间作为短期趋势(未来1～3年)内驱动高等教育采纳的教育技术。国内外众多高校开始重新设计教室环境，从传统的以讲授为主的学习空间设计转变为基于项目、问题、协作、团队展示、研讨等多样化的空间设计，以构建全新的教室学习环境来提高学习质量和效率。如何构建网络化、数字化、智能化的教学环境，推进和规划智慧(未来)教室的建设，成为各个高校教育技术工作者关注的热点问题之一。

　　二、传统多媒体教室存在的问题

　　近年来，随着学校教育信息化不断推进和现代教育技术的发展，高校基本实现了多媒体教室的全覆盖。基于多媒体教室的教育技术在学校中也基本得到了普及与应用，教师上课从传统的“黑板+粉笔”模式转变成目前的“计算机+投影”模式。但是，大部分教师的授课模式还是以讲授式为主，根本无法满足现代教学互动的要求。研究表明，在使用多媒体教室进行教学过程中暴露出诸多问题。

　　(1)教师依赖板书的习惯无法在多媒体设备上完全实现，教师需要频繁在黑板和多媒体讲台前切换幻灯片和板书，多媒体教学与传统教学难以完全融合，限制了教师课堂能力的发挥，影响了教学效果。

　　(2)多媒体教学往往包含的信息量大，呈现内容“堆砌”，信息变化速度快，学生应接不暇，思维跟不上，妨碍了学生对内容的理解和消化。[3]

　　(3)多媒体呈现的“间断性”展示，割裂了教学内容的前后联系，学生没有时间对知识进行联系和对比，导致学生思维的不连贯，影响对学习内容的理解。[3][4]

　　(4)在授课过程中，拘泥于多媒体课件上的内容，有些教师处于“念PPT”状态，成了变相的“满堂灌”。

　　(5)传统的多媒体教室环境多与讲授型教学方式相适应，重点在于教学内容呈现的高效化和多媒体化，缺乏深度的互动技术手段。[5]

　　(6)统一“秧田式”的座位布局，不利于多种教学活动的开展，只有灵活运用矩形、梯形、圆形、马蹄形或者可以任意组合拼接等多种座位布局才能满足当前的教学需求。[6]

　　双屏互动显示技术的出现使这一问题的解决成为可能，针对目前存在的这种问题，我们构建了一种全新的双屏互动教学系统解决方案，在ICT(Information and Communication Technology，即信息和通信技术)与教室建设和融合方面进行了有益的探索和尝试，以期对智慧教室的建设提供可借鉴的解决方案。

　　三、双屏技术的实现

　　双屏显示是以多头输入显卡或主板提供2个视频接口和显示设备为硬件基础，在同一台主机系统可以输出和控制两个显示设备的内容。目前双屏显示支持复制模式、扩展模式。复制模式：双屏显示相同的内容;扩展模式：两个屏幕显示内容不同，可进行主辅屏幕设置，主屏幕显示桌面图标和主程序，桌面背景图像和状态栏拉伸延长至另一个屏幕，可以通过鼠标拖动主程序到另一个屏幕。[7]双屏互动技术就是建立在操作系统的桌面扩展技术基础之上，传统教学软件仅能够适应一块物理屏实现在一个桌面的范围内全屏显示以及操作，双屏互动教学软件则是在软件逻辑上增加了对多屏情况下的判断与处理。

　　传统软件仅识别一个桌面的大小，采取传统窗口的形式，可由用户根据使用情况拖拽到主桌面或者扩展桌面上进行使用。在进行程序创建方面，只会根据一块物理屏幕的显示区域创建一个标准的程序，通常一个标准程序从创建到显示需要经历主程序窗口的创建、在主程序层上建立一个看不见的逻辑层来处理显示，处理之后建立一个我们可以看得见的视窗层，那么程序从上至下创建时全部都是按着一块物理屏幕的信息进行的，当接入多个硬件设备的时候，程序并没有去处理多屏幕的情况，依旧按一个屏幕的情况进行处理，在多屏幕情况下，程序并不能被充分应用起来。

　　在雙屏互动教学软件设计之初我们就考虑了多屏的情况，当设备接入多个屏幕的情况下，软件会建立一个足够覆盖多个屏幕显示空间的软件窗口，保证充分利用到现有的显示空间。双屏互动教学软件在进行程序创建时先检测硬件环境，确认目前有几个物理显示器，之后根据物理显示器计算出总的显示区域，根据总显示区域创建一个足够大、可以覆盖所有显示区域的主程序窗口。创建后再建立逻辑层，逻辑层有意增加针对多屏模式的控制，并增加可以进行扩展的控制单元，使三屏、四屏等成为可能。在逻辑控制层建立完毕后根据物理显示器的数量创建与屏幕数量相等的视窗层，视窗层分别显示在不同的物理屏幕上，这样就可以实现多屏下的显示与控制，实现原理如图1所示。多屏显示系统在获取信息与创建显示区域部分增加了针对多屏的判断，结合硬件环境，创建了与之对应的软件视窗层，多屏显示的程序逻辑如图2所示。

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文章名称： 双屏智慧教室的建设与实践探究

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