中小學智慧教室解決方案

2018-01-20

1.建設背景

“十二五”以來,教育信息化已經上升為國家戰略。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020)》中指出“信息技術對教育發展具有革命性影響,必須予以高度重視”,要“加快教育信息化進程”。教育部《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》指出“以教育信息化帶動教育現代化”。進入“十三五”時期,我國教育信息化教育全面深化發展,教育部制定了《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》,提出“深化信息技術與各級各類教育教學、管理的融合”,“依托教育信息化加快構建以學習者為中心的教學和學習方式”“使教學更加個性化、教育更加均衡化、管理更加精細化、決策更加科學化”,“形成一批有針對性的信息化教學、管理創新模式”。

所謂“智慧課堂”,是以建構主義學習理論為依據,利用大數據、云計算、物聯網和移動互聯網等新一代信息技術打造的,實現課前、課中、課后全過程應用的智能、高效的課堂。其實質,是基于動態學習數據分析和“云、網、端”的運用,實現教學決策數據化、評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化,創設有利于協作交流和意義建構、富有智慧的學習環境,通過智慧的教與學,促進全體學生實現符合個性化成長規律的智慧發展。

——摘自《智慧課堂》,北京師范大學出版社,2016年05月

2.1 總體目標

基于“互聯網+”的思維方式和大數據、云計算等新一代信息技術,以教育資源建設與共享為基礎,以教育數據的匯聚、分析和動態評價為核心,全面打造網絡化、智能化、泛在化的智慧學習環境,推動學校教育和課堂教學的創新與變革,實現個性化教與學,促進學生個性化成長和智慧發展。通過建設智慧課堂,主要實現如下目標:

通過智慧教學完成學習重構,實現個性化學習

智慧教育的核心與落腳點在課堂,運用大數據分析、人工智能等新技術,精準掌握學情及個體差異,重塑課堂教學模式與方法,真正實現個性化教學,解決困擾傳統教育個性化教學與規模化教學的難題。

通過互聯網虛擬學習環境打破學習時空的界限,實現教育公平化

構建政府統一管理與運營的教育服務平臺,建立優質教育資源共享機制,建成“人人皆學、處處能學、時時可學”的信息化學習環境,實現泛在學習和終身學習。

通過大數據分析和動態評價,實現管理決策的科學化、智能

收集、匯聚形成完整的教育大數據體系,構建多層次動態評價指標體系,開展數據挖掘、分析,實施標準化、精細化、智能化的教育管理和科學決策。

西安杰燦電子科技有限公司采用的科大訊飛的產品設計的,是科大訊飛獨立開發的面向課堂教學的教育信息化產品。該產品集“智慧課堂云平臺、微云服務器及移動端工具”三大應用/工具為一體,并集成了具有國際領先水平的語音技術和迄今為止唯一通過國家教育部鑒定的智能口語評測技術,重新定義了課堂教學的全新應用解決方案。通過“云、網、端”的應用,實現教室內多種終端設備的無縫連接和智能化運用,進而改變課堂結構,實現教與學的革命。

3.1 系統框架

智慧課堂包括了智慧課堂云平臺、微云服務器及移動端工具三個緊密聯系的產品或者應用。

 

系統框架示意圖

3.2 微云服務器

微云服務器是智慧課堂的三大核心組件之一,通過微云服務器可在教室內構建以教室為單元的整體無線網絡解決環境,并負責智慧課堂的運算、存儲、網絡收發等。實現構建無線局域網、跨平臺多屏互動、上傳和本地化存儲、動態數據統計與分析等一系列功能。

在微云服務器構建的教學環境下,支持多種移動終端(同時支持AndroidiOS、Windows)組建局域網,在有無互聯網或校園網的狀態下,教室內的教師與學生均可實現點對點的通訊與交互。如果教室聯通互聯網,則可實現課堂教學的在線直播。

無障礙交互

 

跨平臺交互

 

上傳與本地化存儲

微云服務器提供方便的課件上傳和本地存儲功能。教師在使用移動終端進行教學時,通過微云服務器可將電子課件(圖片、文檔、PPT)無線投射到教室的顯示設備上,并在電子課件上任意的進行翻頁、書寫、插入白板與推演、PPT與動畫播放等功能。同時,利用微云服務器可將將課堂教學全過程(PPT、板書、音頻等)錄制下來,形成新生的UGC教學資源。新生的UGC資源既是教師的個人教學資源,也是學校的校本資源。資源上傳網絡后,可以供學生點播和學習。

移動直播

微云服務器提供課堂移動直播的功能,教師在使用移動教學終端進行教學時,可實現基于“Ppt+Skype”形式的課堂移動直播,無論學生身處何地,可通過學生智能終端在線觀看教師的課堂教學,并實現課堂實時交互,實現停課不停學的需求。

3.3 移動端工具

移動端工具作為智慧課堂實現師生移動化課堂教學應用的基本手段,配備有多種移動設備應用工具軟件。包括了微課制作與學習、課堂互動、測驗評價、統計分析、學習資源推送、溝通交流工具與全過程動態評價與教學工具等,按使用角色劃分則可分為教師端與學生端。


3.4 智慧課堂云平臺

3.4.1 基礎數據服務

基礎數據服務平臺建設是智慧課堂云平臺的基礎,是關系到所有應用系統,是各種管理、教學等數據進行統一管理、交換共享等集成,它的成敗決定了智慧課堂云平臺的成敗。基礎數據服務平臺中的具體數據來源于各應用系統,所有應用系統(包括原有系統和新建系統)可以通過基礎數據服務平臺進行數據交互,將數據進行業務建模,由各自的業務數據庫交換到公共數據庫平臺,共享數據信息,維護數據的一致性,避免信息孤島的產生。

基礎數據服務平臺包含統一數據結構、統一身份認證、數據交換與共享、統一權限管理等。

統一數據結構

為更好地促進教育信息化的發展,解決數據標準、資源共享等方面存在的問題,需要建立統一數據結構,從各個獨立系統中抽取數據,實現數據的集中維護、集中管理,實現跨系統的數據共享。基礎數據模型遵循全國信息技術標準化技術委員會教育技術分技術委員會制定的教育管理信息的七個教育管理信息行業標準,從技術上保證數據的規范性、可交換性和互通性。

統一身份認證

統一身份認證通過建立學校權威的用戶信息,提供基于目錄的高效的認證服務,對各類應用采用不同方式進行認證集成,實現用戶采用一套用戶名和密碼即可訪問不同應用系統的效果,用戶登錄時,須經過統一身份認證網關的身份驗證,通過驗證后用戶進入智慧課堂云平臺以及其它應用系統,無需重復登錄即可在應用間進行漫游。

 

數據交換與共享

數據交換建立各應用系統溝通和對外服務的接口標準和服務標準,實現數據格式定義、數據映射、數據轉換、業務流程定義與運行、消息封裝、路由、傳輸等具體服務。應用系統通過與信息交換平臺進行連接實現應用系統相互之間的數據關聯和交換利用信息資源管理應用上的信息資源注冊信息、標準信息,結合相關數據的特點及有關信息化標準規范進行定制設計。

統一權限管理

統一權限管理,一般指根據系統設置的安全規則或者安全策略,用戶可以訪問而且只能訪問自己被授權的資源,不多不少。統一權限管理幾乎出現在任何系統里面,只要有用戶和密碼的系統。

統一權限管理主要包含三層,分別為外部訪問模塊層、內部控制模塊層、數據儲存層。外部訪問模塊層主要為外部應用程序提供Web Service接口,提供應用程序的訪問與用戶認證。內部控制模塊層主要是處理權限管理系統的內部業務邏輯,并通過數據儲存層持久化數據。

3.4.2 學習專題門戶

學習專題門戶是信息化時代校內學生之間的有效載體,是高效服務的對外窗口,具有高性能、高可靠性、技術先進、能實現統一的信息發布、集中的信息存儲備份、專業的系統管理和便捷的網上學習系統的門戶網站。

學習專題門戶建設的目標是將校內分散、異構的信息進行匯聚,實現信息統一展現,同時將課程資源進行聚合,并且提供統一的訪問入口,實現到教學系統的導入。并根據每個學校的特點不同,為學校量身定做個性化應用界面。

學習專題門戶建設可按CMS建站系統與站群管理系統。

主要服務功能

資源管理服務

資源管理平臺以校本資源為核心,具備強大的應用功能,可對校園網內海量文檔、圖片、音視頻、等各種電子文件資源進行整理與分類,通過 Web 瀏覽器操作,用戶操作界面簡潔友好、簡單實用,提供文件的存儲、管理、共享、檢索、上傳、下載等操作,全面替代難于管理的ftp文件服務器。

 

資源上傳與下載:基于web的在線上傳于下載功能,支持多種格式資源的單個及批量上傳于下載;支持通過客戶端進行上傳、下載。

資源預覽;支持包括wordexcelppttxt多種格式的文檔文件的在線全文預覽,支持jpg等格式圖片文件的預覽;支持視頻格式和音頻格式文件的在線播放預覽,點播。

資源檢索功能:支持按照資源的標題關鍵字對資源進行檢索;在文本格式資源預覽狀態下,同時支持對文本內容按關鍵字進行檢索。

二維碼功能:系統為所有資源提供二維碼標簽,通過二維碼標簽可以實現移動終端設備對資源的獲取和下載。

資源分類:支持按照知識點、專題、科目、版本、年紀、資源類型等對資源進行分類管理、排列。


3.4.4 微課管理平臺

教師通過電腦、PAD、手機等錄制工具,將圍繞某一特定內容(知識點、習題、重難點內容等)的講解電子化,由此形成短小、但內容完整的素材或微型課程。微課管理平臺是智慧課堂云平臺的重要組成部分,實現對微課的教學應用與管理功能。

課程性微課

課程性微課是指對微課進行細分管理,可按課程教學的總體要求,將零散的微課按章節與內容匯總,實現微課內容的體系化,形成完整的微課教學課程,從而實現從微課到課程的轉變。微課管理平臺支持將微課作為學習內容,實現學習目標、任務、方法、作業、互動反思等整合為一體的微課程體系管理。

指向性微課

任務性微課指的是針對習題或作業任務需要制作與應用的微課,使得習題的講解具有明確的指向性。對習題的講解微課直接掛接在相應的習題上。微課的應用是“按題索課”,也可以通過一次評測的結果,進行針對性推送,減輕學業負擔,提高教學效率

任務性微課

動態化微課主要針對課堂互動學習的需要制作與應用的微課,是智慧課堂互動任務的結果。由教師根據在課堂互動中需要制作針對性的微課,推送給全體或相關學生進行學習。


3.4.5 在線教學平臺

在線教學平臺是以“資源”、“平臺”、“服務”為一體進行構建的,是以教學資源為基礎,集教學資源管理、教師課程設計、網上教學、學生學習、教學評價于一體的數字化教學平臺。該平臺基于資源中心,實現資源的快速上傳、檢索、分享和歸檔;同時又能利用平臺資源進行課程教學、題庫、作業庫和試卷庫等素材資源建設,方便教師和學生開展網上教學。

 

在線教學示意圖

3.4.6 師生個人空間

師生個人空間采用“以人為本”的思想進行服務設計,按照角色的需求對服務內容進行重新組織,同時通過服務列表、智能匯聚等多種模式,為用戶提供一站式、全生命周期、主動式、個性化的服務,使得各類用戶能夠便捷的獲取到系統深層的資源和服務,提高系統使用效率。

教師教學空間

為每位教師提供一個個性化的教學空間,實現空間欄目的自由定義,文字、圖片、視頻等多種沒提信息的發布、直播,個人教學資源的訂閱、管理與推送共享,留言評論、群組、互動交流等,形成個性化、多功能的網絡教學科研服務環境,超越傳統時空局限,促進教師個人隱性知識顯性化,并讓全社會可以共享知識和思想,為教師的教學、自身學習研究和學生學習提供各種便捷和服務。

3.4.7 全過程動態評價與教學系統

全過程動態評價與教學系統按功能可劃分為題庫模塊、作業模塊、考試模塊、錯題集、數據統計與分析模塊、個性化輔導模塊、微課輔導與推送模塊、自主學習模塊、學習社區與家校互動模塊等。

題庫模塊

題庫內含450多萬道題目,涵蓋K12所有學科,周更新8000+以上

題目多維度標簽,按章節、知識點、題型選題,配備正確答案與解析;

支持在線選題,按出版社、地區、題型、年級等條件在線篩選;

支持教師快速選題,自動組卷;支持題目收藏功能。

 

題庫界面示意圖

作業模塊

支持自定義出題,通過拍照、相冊、素材庫、音頻庫多方式上傳題目;

支持所有題型,包括選擇、判斷、填空、簡答、語音,支持英語口語自動評測題;

多種答題方式,客觀題答題卡選擇,主觀題手寫后拍照上傳,語音題錄音后上傳;

支持客觀題機改,主觀題手批,語音題自動評測,手動批改不改變教師原有批改習慣;

支持多種批改方式,如教師自批、學生自批、班級互批、組長批、組內互批;

考試模塊

支持對單元測驗、周考、月考等考試的全面支持,考試數據快速分析,支持試卷的微課式講解;

支持課堂離線考試;

支持考試答題卡快速生成、分值自由設定。

錯題集

教師查看全班學生錯題,按日期、題型、錯誤率等進行篩選分析;

學生錯題自動歸檔,外部錯題手動分類,按學科與知識點分類整理;

支持錯題集的PDF導出與一鍵打印。

數據統計與分析

支持數據自動統計,包括作業、微課、成績統計;

支持自動統計學生作業質量,包括完成人數、平均分、單題正確率、單題提問人數、學生提問情況等;

支持學生查看成績報告,包括作答詳情、批改詳情、主客觀題分數、班級排名曲線圖和排行榜等;

支持自動分析學生微課學習質量,包括點播數、收藏數、已看、未看、看懂、不懂人數和具體名單、微課評論等;

支持數據分析作業質量,包括整體作業質量、疑點、難點、客觀題質量分析、整體答題質量等。

支持成績導出功能,包括本班成績、所有成績的導出。