智慧教室环境下双向信息输出的课桌研究设计

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　　摘 要：在信息化发展的趋势下，智慧教室作为新型的教育模式，越来越受到学校师生的青睐。本文通过对智慧教室的场景分析，发现现有课桌无法满足师生交流、生生合作的交互需求的痛点，在现有课桌调研、技术分析和使用者分析的基础之上，以高校师生使用课桌为主体，提出将“一对多”的单向输出的交互方式转化为以学生为中心的双向资源即时共享模式。通过运用矩阵拼接处理器的方式在多个信息源和输出端之间传输，从而实现双向资源共享，并将拼接屏嵌入可拼合的课桌，为拼接后的实时小组合作提供便捷的手段。
　　关键词：智慧教室;双向信息输出;课桌设计
　　中图分类号：TS66 文献标识码：A 文章编号：1004-9436（2020）10-00-05
　　1 智慧教室
　　1.1 智慧教室发展现状与优势
　　在信息化发展的趋势下，新型的科学技术在教育环境中的地位越来越重要。智慧教室方案使学习工具、学习方法产生革新，丰富了教师授课的形式，顺应了信息化时代大环境的发展潮流。它旨在通过多样的手段提高教育效率，提高学生在课堂中的活跃度、参与度，同时方便教师准确获取学生实时信息，拥有良好的及时反馈。目前，越来越多的学校紧跟信息化发展，开始选择智慧教室这一解决方案，重视新型科学技术设备等教室硬件的建设和对教师使用智慧课堂、开发智慧课堂教学模式的培训。从小学到高校，其都愈发关注对智慧教室的建设和使用，成为教育创新发展的重要一环。
　　智慧教室有多种呈现方式。与传统教室相比，智慧教室在教师授课、学生听课的方式上有极大不同。智慧课堂具有内容呈现、环境管理、资源获取、即时互动、情境感知的特征[1]，它通过基于物联网的硬件设备，可对教室情况、学生学习情况进行感知。例如，传统纸质签到方式不易记录和查阅，智慧教室的在线签到系统解决了这一困扰;教室通风、温度湿度等也可由中控统一管理，智能程度大幅提高;教师可在授课过程中对每个学生的情况有及时的反馈并进行针对性指导。智慧教室可以支持信息化教育的环境。对于学生个体而言，新型的科学技术可提高学生的表现欲并培养创造力，也可以促进课堂的学习氛围。智慧课堂从单一的教师授课向学生主动自主学习转变，教师从领导者转向引导者，这种与学生共同学习、引导倾听学生思想的教学模式可以多层次激发学生的学习兴趣，开发锻炼不同的思维方式。
　　1.2 智慧教室场景分析
　　在智慧教室的场景下，多用白板投屏、智能平板等终端应用软件手段实现不同层次的师生、生生之间的交流与互动。从另一方面来说，物联网、云计算等信息技术是智慧教室的核心。这样的现存模式使得智慧教室的重点集中于相关电子设备和互联网技术运用，学生间、师生间的交流完全以网络为载体，从而弱化了人与人的线下交流与互动，使得最普通的课桌椅亦能满足智慧课堂中学生与老师的需求。学生之间实境课堂的线下互动与云课堂线上互动的主要区别在于，在线下互动过程中可以共享现实物品、有不受外界因素干扰的感官互动。例如，通过共用一张演示和记录的纸便可以方便多人之间的探讨和交流，这是仅靠电子屏幕的对话与信息传递是无法实现的。因此，在智慧教室中需要适当发挥线下教学的这一优势，使学生重视实时的交流合作。目前对智慧教室的研究主要集中于创新技术的应用、环境建设以及设备的改进上，较少提及教室中课桌椅的革新[2]，缺少了对学生的人性化关怀。这在某种程度上忽视了线下智慧教室的优势，没有考虑到身在其中的学生们的身心感受。
　　2 智慧教室课桌设计分析
　　2.1 现有课桌分析
　　通过对目前市面上现有的智慧教室课桌的调研，我们将课桌分为传统型和互动型两种。传统型即传统的课桌，此类课桌不方便移动、使用功能单一，不能适应现代教学模式[3]。目前，部分智慧教室还只关注智能产品的使用，而忽略了课桌椅等硬件设施;将传统课桌沿用在智慧教室中只专注学生独自学习而忽略了学生与学生之间的协作交流，同时不适合电脑、智能平板等设备的存放和使用。而互动型的课桌体现在可移动、模块化、多功能等方面，有些课桌可根据学生个体差异进行调节和辅助配件的增减，如身高、顏色喜好、手部使用习惯等。学生在多个不同场景下合作学习交流时桌椅移动方便，可将桌面拼接成多个形状以适应不同的课堂环境。桌面带有防滑垫、支架等辅助功能，适应无纸化信息化课堂教学。
　　中小学课堂使用的课桌椅种类丰富。由于中国中小学大多采用一人一座式课桌椅，学生的需求更容易得到满足。而高校存在教室不固定、教室所需承载量大、人员流动量大等现实情况，课桌椅固定且桌面面积小，椅子与桌子之间距离不可调，更新发展缓慢，没有新的人体工程学标准，对课桌椅方面的改良创新、满足高校学生需求方面的研究有所欠缺。高校课桌椅各个厂家相互模仿抄袭，造成产品程式化、商业化严重[4]。高校对智慧教室的建设也在不断发展当中，但目前高校的课桌椅与智慧教室的发展不匹配，如果沿用现有课桌椅，难以发挥智慧教室的最大功能。
　　2.2 智慧教室技术分析
　　智慧教室基于“互联网+”的信息技术进行多方位的人机交互，教学方式多样灵活，既可以实现教室内的小组互动，也可以与远程的学习者或专家进行互动，完全突破空间的限制，实现多方面的互动与协作学习[5]。线下智慧教室主要采用无线智能终端互联、智慧电子黑板等方式实现教师与学生、学生与媒体之间的交互。无线智能终端互联通过投屏共享实现教学演示和学生汇报，教师可实时布置学习任务并监测学生的完成情况。但多屏互动仅限于将学生屏幕与教师主屏互联，只适合学生与老师之间的交互，忽视了学生之间的实时信息共享共通，且仅依靠线上交换信息，不利于学生们线下的面对面交流协作。智慧电子黑板主要以教师使用为主，利用交互式电子白板授课，取代传统的粉笔书写黑板，具有双屏展示、多种教学资源同时呈现等多种功能[6]，能有效提高学生学习的兴趣和关注度。
　　2.3 使用人群分析
　　目前对智慧教室的使用人群研究以中小学师生为主[7]，对高校师生使用的关注度较低，相应地对高校学生使用智慧教室时的行为与心理研究不足。中小学生对新的环境好奇心较强，新鲜事物更容易吸引其注意力，但其专注力较弱。他们有专用的课桌椅且使用时间长、需求多，在智慧课堂中通常不具备自己的智能平板等设备，更多是学校统一配置的公共学习工具。大学生有鲜明的个性特征，有较强的审美能力和自我意识，对课桌椅的适应性强。大学生大多拥有多个不同电子设备可参与课堂教学，在课堂专注度、对课堂的参与度上普遍较低。在同一课堂人数较多的情况下，教师往往采用分组合作的方式展开教学，需要学生配合合作。在智慧课堂中基于高科技的产品设计，需要在设计中加强对用户心理情感的关注[8]，发挥智慧教室的特色，让学生自主地、真正地参与到课堂学习中来。 　　3 双向信息输出课桌在智慧教室中的应用
　　3.1 双向信息输出课桌的设想
　　智慧教室的云教育平台和应用软件大多为“一对多”的信息传递方式，即教师向学生的单向分享，学生之间的信息共享难以实现。这并不能满足智慧教室以学生为中心的教育模式。在线下的智慧教室中的多屏互动、实时投屏等技术和硬件限制较多，更强调使用的个体，不方便小组形式的合作任务。课桌椅作为学生感受人性化服务的一个重要硬件设备[9]，在一定程度上会影响学生的学习效率和专注程度，需要抓住智慧教室的特征与学生的需求，同时满足课堂教学需求和学生个性化需求。基于以上智慧教室的技术现状和课桌椅存在的问题，我们提出从双向的信息传递角度解决智慧教室环境下的课桌设计，利用矩阵拼接处理器技术实现信息共享。同时设计可嵌入拼接屏的课桌，在课桌拼合使用时可获得更完整的屏幕，以供更多学生同时演示观看。
　　3.2 双向信息输出模式的实现方式
　　双/多向资源即时共享是将“一对多”的单向输出的交互方式转化为“多对多”的资源即时共享模式，解决目前“教师对学生”即“一对多”教育模式下单向信息输出的问题，主要应用矩阵拼接处理器的技术实现双向信息输出。以4块拼接屏的拼接屏系统为例，它由4块拼接屏、拼接处理器、师生用电脑或平板等电子设备构成，拼接处理器以4台学生用电子设备为信息源，以4块拼接屏为输出端，可将任意信息源分别投向不同的输出端或同时投向不同的输出端，以实现双向（师生间、学生间）的资源共享。将拼接屏与可拼合的课桌结合，将其嵌入课桌侧边，在多人使用时则可将课桌拼接即屏幕拼接成全屏，从而方便实时小组合作讨论。拼接屏系统具有单屏显示、全屏显示、分区显示等功能[10]，单人和多人使用都有相对应的功能。学生单人使用时可实时接收教师或同学输出的信息，与此同时不影响自身信息源的使用和分享。
　　3.3 双向信息输出课桌的应用及优势
　　高校学生拥有不同的智能电子产品。这些智能终端系统不同、种类多样、屏幕大小不一，无法保证每个学生使用的设备都能通过现有的互动投屏等技术完成屏幕共享。双向信息输出课桌的应用有利于解决不同设备之间的实时投屏，在稳定性、系统兼容等方面都占有优势，不受终端种类限制，使智慧教室在信息传输和资源共享的手段上广泛便捷，不局限信息传输终端，让学生轻松地参与到智慧课堂的信息实时共享中来。
　　学生在校学习时间大多是在课桌椅上完成的，是课桌椅的直接使用对象[11]。智慧课堂教学模式中的学生间的交流合作往往需要聚集成组，国内外智慧课堂中使用的课桌部分具有模块化、小组化特征，可在多人合作时拼成一张大桌或围成一圈。沿用这一形式将拼接屏嵌入课桌，拼合课桌的同时拼合拼接屏，获得完整的大屏幕，更加方便线下学生之间的观看、演示和交流，从而使课桌和拼接屏的功能得到最大化满足。学生小组交流时利用拼接后的全屏模式分享信息，使小组成员与电子设备之间的交互更加人性化，增加多人同时观看与讨论时的便捷性与灵活度。个人使用时利用单屏接收信息，学生之间的信息传递不受限制，对方投屏也不妨碍自身终端的功能使用。除此之外，拼接处理器技术可以实现定点投屏，教师可以有针对性地投屏给特定的学生，利用智慧课堂的个性化教学特点，使课堂教学形式更加灵活多变。
　　智慧课堂作为一种以学生为中心的教学模式，不同于传统课堂老师向学生输出知识的模式。其更强调学生学习的思维自主性，通过运用拼接屏系统达成双/多向的信息输出，有利于学生个体在课堂中发挥更大的主观能动性和学习积极性。智慧教室的即时互动性体现在各个维度的互动，除了师生之间，师生与教学硬件和软件的互动之外，学生之间的小组协作和交流也是智慧教室教学的一个特征。多个信息源的分享方式能让学生之间、师生之间也可以实时分享观点，使学生更大限度地参与到课堂学习中来。
　　4 结语
　　从智慧教室的新型教育模式出发，电子产品、现代科技技术和教室的课桌椅等家具都是为学生服务的，不仅要与目标群体的实际需求相结合，还要综合考虑材质、功能结构等[12]，让产品更好地服务于现代教育环境。通过矩阵拼接处理器的技术实现双向信息输出的课桌，可以解决单向信息共享的问题，方便师生沟通的同时，满足学生之间的即时交流，发挥学生个体的主观能动性。智能终端类型不受限制，定向投屏可以让教学方式更具有针对性。同时吸取组合课桌的模块化、可拼合的特点，将拼接屏嵌入课桌，使拼接屏发挥线下共享同一画面、扩大畫面的优势，从学生体验的角度寻找出双向信息输出课桌的创新点。但矩阵拼接处理器及拼接屏的成本高昂，目前运用在教室层面没有出现相关案例，且需要与课桌桌面造型、可移动等功能结合。智慧教室的即时互动性和小组合作交流、学生为中心的上课模式决定了双向信息输出的必要性，是未来相关产品发展的可能趋势，能够与智慧教室这一新型教育模式形成良好的适配。
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　　作者简介：岳宇辉（1999—），女，江苏南京人，本科在读，研究方向：家具设计。
　　薛雅元（1999—），女，江苏无锡人，本科在读，研究方向：家具设计。
　　通讯作者：富艳春（1987—），女，内蒙古兴安盟人，研究生，博士，讲师，研究方向：家具设计及理论。
　　基金项目：本论文为教育部人文社会科学研究规划基金/青年基金项目成果，项目编号：15YJC760073
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