智慧云教室建设方案的未来发展趋势

2024-05-17 16:32 邓全永 122

在高等教育数字化转型的背景下， 高校的学习空间将朝着虚实空间深度融合、支持多种学习场景、数字化、智能化升级、资源3D立体呈现、以及多感官体现的互动。 对此，智慧教室暴露出一定的局限性。全息教室具有沉浸式虚实融合空间的特点，支持多种教学活动，裸眼3D直观呈现，具有良好的具身互动学习体验 。可以在智慧教室的基础上完成学习空间的转型升级。

全息课堂不仅可以支持高等教育不同课程和教学活动的开展，实现全息教育资源的存储和共享，还具有全息数字人学习同伴的引导、全息情境的三维沉浸、体感教学等。互动实训、临场感强的远程教学以及三维视觉反馈指导等应用具有广阔的应用前景。

1. 学习空间的变革趋势

学习空间是学生学习的主要场所。 在数字化转型背景下，学习空间改革的核心目标是更好地支持数字时代大学生的学习和全面发展。 围绕这一目标，高等教育学习空间将迎来新的变化。

基于网络的虚拟学习空间逐渐成为大学生重要的学习空间，如中国大学MOOC、超星学习通等。 虽然虚拟学习空间可以打破时间和空间的限制，为大学生学习提供更多的可能性物理学习空间中的存在感和具身学习实践是虚拟学习空间无法替代的。 可见，虚拟学习空间和实体学习空间并不是相互取代， 而是作为数字时代支持不同学习方式的学习空间而长期存在，并最终走向深度融合，形成无缝融合。综合学习空间。

传统物理学习空间和虚拟学习空间支持的学习场景相对单一。实体学习空间以集体学习为主，虚拟学习空间以自主学习为主。 在数字化转型的背景下，为了适应学习需求和方式从单一到多元的发展， 学习空间也将向支持多种学习场景的方向转变。

具体来说，学习空间不仅要支持多种不同类型课程的实施，还要支持多种学习方式。为了更好地支撑多样化的学习场景， 学习空间的布局应从固定走向灵活组合，并综合利用技术将其与虚拟空间融合，实现学习空间的扩展、延展和功能复合。

学习空间的数字化改造主要是为学生的数字化学习提供基础条件和场所，从而推动学习的数字化。因此，高校应不断完善和构建新的学习空间，充分利用5G、全息投影、大数据、云计算、人工智能、数字孪生、元宇宙等数字技术，推动数字化、智能化升级学习空间基础设施。

转型升级的学习空间不仅要提供丰富多样的数字化学习资源，还要支持数字化学习方式， 记录学生的学习过程，并提供有据可依、有针对性的反馈和指导。此外，还提供智能学习支持和帮助。

随着计算机技术的发展，高校的学习资源逐渐从以实物教材、教具、模型为主发展为二维多媒体学习资源 ，突破了实物、物化资源的限制，大大拓展了学习资源。丰富性。

后来，随着人工智能、VR、AR、MR等技术的发展，学习资源的呈现方式从二维平面转向更加生动直观的3D立体呈现。 学生可以借助 VR 眼镜或耳机查看资源的完整 3D 视图。 近年来， 随着元宇宙、全息等技术的发展，学习资源开始向裸眼3D方向发展，进一步提升学习体验。

近年来，大学教育教学越来越重视学生与学习空间的多感官体现互动。 这是因为具身认知揭示了主体认知结构的变化，并以主体与学习空间之间的多感官交互为基础。

因此，高校学习空间的建设与改革必须向支持多感官体现互动的方向发展。这意味着 学习空间应充分利用数字孪生、体感交互等技术，调动大学生利用视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等感官与学习空间进行实时交互 ，从而促进大学生技能获取、认知发展和创新。为能力提升提供支持。

2.智慧教室的基本形态及局限性

智慧教室建设一直是高校教育信息化的重要组成部分。 目前，我国高校智慧教室建设取得了一定进展，智慧教室已成为高校重要的新型学习空间。

根据不同的需求和应用场景， 智慧教室分为不同类型。也有一些高校智慧教室是多种类型的组合，功能更完善。 纵观不同类型的智慧教室，我们对智慧教室的基本形态有了更加立体的认识：在硬件层面，智慧教室的桌椅从固定式变为可移动、可拼接， 还配备了充足的交互式电子白板和平板电脑。计算机、录像设备、各种传感器等使空间布局和利用更加灵活多样。

在软件层面， 智慧教室增加了教学互动、多屏互动、在线协作、智能学习伴侣、学习云空间、智慧教学数据分析等平台和系统 ，具有更强的数字智能能力；在功能层面，智慧教室不仅可以支持各种不同的“教”和“学”活动的全过程进行。还具有支持研讨和教学研究、学习评价和学习管理等功能，可以为高质量教学活动的开展提供全方位支持。

值得指出的是， 基于物联网的智慧教室过程数据的智能采集和分析已成为高校教学方法改革和质量提升的重要基础。

智慧教室虽然可以支持多种学习场景，符合学习空间数字化、智能化升级的发展趋势，但也暴露出一定的局限性：一是智慧教室的虚拟与现实空间没有得到很好的融合。大多数智慧教室仅处于实体学习空间，允许教师和学生通过使用智能手机、平板电脑或交互式白板来使用虚拟学习空间资源。虚拟学习空间和物理学习空间实际上是不同的领域。

其次，智慧教室资源的3D立体呈现能力较弱，只有少数智慧教室配备了VR设备。 VR设备虽然可以呈现3D立体资源，但需要学生佩戴头戴式显示器，时间长了会造成身体不适。 因此，智慧教室的3D资源呈现需要进一步发展和完善；第三，智慧教室的多感官体现交互有待提升。

虽然不少智慧教室支持教师动手探索和实践，也 有少数智慧教室可以实现基于语音的智能交互，但普遍无法为教师和学生的实际操作提供准确的交互反馈。 有些智慧教室基于手柄或移动终端，在完成点击、滑动等特定操作时，会给出一定的交互反馈。 然而，这种具身互动无法让身体不受约束地自然地做出各种动作。交互灵活性不够好，不够舒适自然。

3、全息课堂在高等教育中的应用

全息课堂不仅可以支持高等教育中不同课程和教学活动的开展， 还可以赋能一些特殊应用，有助于推动高等教育数字化转型和教育教学改革。

（1）全息教育资源： 新型存储共享方式全息教室主要采用三维空间存储方式，将数据存储密度提高一维。 通过各种复用技术，全息存储容量大大提高，并且记录介质的局部缺陷不会受到影响。造成信息丢失，但通过介质碎片仍然可以恢复原始数据。

与目前高校普遍使用的二维半导体电存储、磁存储和光存储技术存储能力有限相比，全息存储容量和可靠性得到了大幅提升，可以轻松应对海量数据和数据。教育是在教育过程中产生的。资源存储。更重要的是，与物理作品的存储相比，全息存储方式不占用物理空间。与图片、视频存储方式相比，可以再现作品的全部面貌和细节。

(2)全息智能学习伴侣： 与网络上的2D学习助手相比，全息数字人学习伴侣的形象不仅是3D的， 还可以根据学生的需求定制为实体或完全虚拟。优先。全息数字人体图像。

全息智能学习伴侣全程支持学生学习。不仅收集学生学习过程的各种数据，精准描绘学习者画像， 为学生提供个性化资源推荐、学习成果反馈、学习规划建议等服务，还可以提供知识等个性化支持根据学生的需要进行讲解、操作演示、解答问题。 如果接入以ChatGPT为代表的生成式人工智能，全息智能学习伴侣将更加智能，对学习的支持也会更加精准。

（3）全息认知学习： 三维沉浸式认知情景全息教室不仅能以裸眼3D形式直观呈现人体器官结构、艺术设计、机械结构等复杂难懂的医学教学内容，还可以放大全息图像。打破实体教具的尺寸限制，支持与全息图像交互，化抽象为具体，减轻学生的认知负担，提高学习体验和效果。

此外，全息教室可以根据教学需要轻松营造三维沉浸式认知情境。例如，地理课上呈现各种震撼的地貌情景， 考古课上通过全息还原第一场景，建筑课上展示世界各地的经典建筑，让师生足不出户就沉浸在各种场景中。家。超真实的 情境为学生提供全新的学习体验。

（4）全息实践系统： 体感互动实践训练。理、工、医等学科的许多专业训练都涉及大量的实验和实践训练模块。全息教室拥有先进的全息体感互动练习系统， 学生可以直接裸眼参与全息3D实验和操作技能训练。

配备感知交互功能的全息练习系统，让学生通过触觉手套等硬件设备清晰感受到物体的形状、质感、温度、软硬度。 它还可以灵敏地捕捉学生的触摸和手势，并根据学生的操作提供多感官实时交互反馈。 与单一场景、主要依靠机械拖动和鼠标控制的虚拟仿真系统相比，全息练习系统可以提供高度的沉浸感和与真实操作无异的学习体验。