摘 要：教室作為目前在校學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的主要場所，是教育教學(xué)創(chuàng)新改革的“主陣地”，在教學(xué)過程中發(fā)揮的作用是不可替代的。在分析傳統(tǒng)的多媒體教室存在的問題基礎(chǔ)上，文章對傳統(tǒng)的多媒體教室進(jìn)行全新的設(shè)備架構(gòu)和學(xué)習(xí)空間設(shè)計，構(gòu)建了以雙屏互動為核心的智能化教學(xué)支持環(huán)境，提出了一種全新的雙屏互動智慧教室的解決方案，并對其使用效果進(jìn)行了調(diào)查研究，以期對智慧教室的建設(shè)提供可借鑒的解決方案。研究表明：雙屏智慧教室對課程教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)有良好的促進(jìn)和支持作用，一定程度上推動了課堂教學(xué)方法和模式的改革，師生對未來在智慧教室上課持積極樂觀的態(tài)度。

　　關(guān)鍵詞：智慧教室;雙屏互動;教學(xué)環(huán)境;設(shè)計與實(shí)現(xiàn);使用效果

　　一、智慧教室建設(shè)的背景

　　從教學(xué)信息的流向來講，教室作為目前在校學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的主要場所，既是教學(xué)信息收集的起點(diǎn)，也是各類教學(xué)信息匯聚的終點(diǎn)，是教育教學(xué)創(chuàng)新改革的“主陣地”，在教學(xué)過程中發(fā)揮的作用是不可替代的。教育部《教育信息化2.0行動計劃》明確提出“要構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)支持環(huán)境，開展以學(xué)習(xí)者為中心的智能化教學(xué)支持環(huán)境建設(shè)”。[1]教育部《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育，全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》(簡稱“新高教40條”)第11條明確提出：“要大力推進(jìn)智慧教室建設(shè)，構(gòu)建線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式。”[2] 2017—2019年地平線報告(高等教育版)均將重新設(shè)計學(xué)習(xí)空間作為短期趨勢(未來1～3年)內(nèi)驅(qū)動高等教育采納的教育技術(shù)。國內(nèi)外眾多高校開始重新設(shè)計教室環(huán)境，從傳統(tǒng)的以講授為主的學(xué)習(xí)空間設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)榛陧?xiàng)目、問題、協(xié)作、團(tuán)隊(duì)展示、研討等多樣化的空間設(shè)計，以構(gòu)建全新的教室學(xué)習(xí)環(huán)境來提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和效率。如何構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化的教學(xué)環(huán)境，推進(jìn)和規(guī)劃智慧(未來)教室的建設(shè)，成為各個高校教育技術(shù)工作者關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。

　　二、傳統(tǒng)多媒體教室存在的問題

　　近年來，隨著學(xué)校教育信息化不斷推進(jìn)和現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，高校基本實(shí)現(xiàn)了多媒體教室的全覆蓋。基于多媒體教室的教育技術(shù)在學(xué)校中也基本得到了普及與應(yīng)用，教師上課從傳統(tǒng)的“黑板+粉筆”模式轉(zhuǎn)變成目前的“計算機(jī)+投影”模式。但是，大部分教師的授課模式還是以講授式為主，根本無法滿足現(xiàn)代教學(xué)互動的要求。研究表明，在使用多媒體教室進(jìn)行教學(xué)過程中暴露出諸多問題。

　　(1)教師依賴板書的習(xí)慣無法在多媒體設(shè)備上完全實(shí)現(xiàn)，教師需要頻繁在黑板和多媒體講臺前切換幻燈片和板書，多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)難以完全融合，限制了教師課堂能力的發(fā)揮，影響了教學(xué)效果。

　　(2)多媒體教學(xué)往往包含的信息量大，呈現(xiàn)內(nèi)容“堆砌”，信息變化速度快，學(xué)生應(yīng)接不暇，思維跟不上，妨礙了學(xué)生對內(nèi)容的理解和消化。[3]

　　(3)多媒體呈現(xiàn)的“間斷性”展示，割裂了教學(xué)內(nèi)容的前后聯(lián)系，學(xué)生沒有時間對知識進(jìn)行聯(lián)系和對比，導(dǎo)致學(xué)生思維的不連貫，影響對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。[3][4]

　　(4)在授課過程中，拘泥于多媒體課件上的內(nèi)容，有些教師處于“念PPT”狀態(tài)，成了變相的“滿堂灌”。

　　(5)傳統(tǒng)的多媒體教室環(huán)境多與講授型教學(xué)方式相適應(yīng)，重點(diǎn)在于教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)的高效化和多媒體化，缺乏深度的互動技術(shù)手段。[5]

　　(6)統(tǒng)一“秧田式”的座位布局，不利于多種教學(xué)活動的開展，只有靈活運(yùn)用矩形、梯形、圓形、馬蹄形或者可以任意組合拼接等多種座位布局才能滿足當(dāng)前的教學(xué)需求。[6]

　　雙屏互動顯示技術(shù)的出現(xiàn)使這一問題的解決成為可能，針對目前存在的這種問題，我們構(gòu)建了一種全新的雙屏互動教學(xué)系統(tǒng)解決方案，在ICT(Information and Communication Technology，即信息和通信技術(shù))與教室建設(shè)和融合方面進(jìn)行了有益的探索和嘗試，以期對智慧教室的建設(shè)提供可借鑒的解決方案。

　　三、雙屏技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

　　雙屏顯示是以多頭輸入顯卡或主板提供2個視頻接口和顯示設(shè)備為硬件基礎(chǔ)，在同一臺主機(jī)系統(tǒng)可以輸出和控制兩個顯示設(shè)備的內(nèi)容。目前雙屏顯示支持復(fù)制模式、擴(kuò)展模式。復(fù)制模式：雙屏顯示相同的內(nèi)容;擴(kuò)展模式：兩個屏幕顯示內(nèi)容不同，可進(jìn)行主輔屏幕設(shè)置，主屏幕顯示桌面圖標(biāo)和主程序，桌面背景圖像和狀態(tài)欄拉伸延長至另一個屏幕，可以通過鼠標(biāo)拖動主程序到另一個屏幕。[7]雙屏互動技術(shù)就是建立在操作系統(tǒng)的桌面擴(kuò)展技術(shù)基礎(chǔ)之上，傳統(tǒng)教學(xué)軟件僅能夠適應(yīng)一塊物理屏實(shí)現(xiàn)在一個桌面的范圍內(nèi)全屏顯示以及操作，雙屏互動教學(xué)軟件則是在軟件邏輯上增加了對多屏情況下的判斷與處理。

　　傳統(tǒng)軟件僅識別一個桌面的大小，采取傳統(tǒng)窗口的形式，可由用戶根據(jù)使用情況拖拽到主桌面或者擴(kuò)展桌面上進(jìn)行使用。在進(jìn)行程序創(chuàng)建方面，只會根據(jù)一塊物理屏幕的顯示區(qū)域創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)的程序，通常一個標(biāo)準(zhǔn)程序從創(chuàng)建到顯示需要經(jīng)歷主程序窗口的創(chuàng)建、在主程序?qū)由辖⒁粋€看不見的邏輯層來處理顯示，處理之后建立一個我們可以看得見的視窗層，那么程序從上至下創(chuàng)建時全部都是按著一塊物理屏幕的信息進(jìn)行的，當(dāng)接入多個硬件設(shè)備的時候，程序并沒有去處理多屏幕的情況，依舊按一個屏幕的情況進(jìn)行處理，在多屏幕情況下，程序并不能被充分應(yīng)用起來。

　　在雙屏互動教學(xué)軟件設(shè)計之初我們就考慮了多屏的情況，當(dāng)設(shè)備接入多個屏幕的情況下，軟件會建立一個足夠覆蓋多個屏幕顯示空間的軟件窗口，保證充分利用到現(xiàn)有的顯示空間。雙屏互動教學(xué)軟件在進(jìn)行程序創(chuàng)建時先檢測硬件環(huán)境，確認(rèn)目前有幾個物理顯示器，之后根據(jù)物理顯示器計算出總的顯示區(qū)域，根據(jù)總顯示區(qū)域創(chuàng)建一個足夠大、可以覆蓋所有顯示區(qū)域的主程序窗口。創(chuàng)建后再建立邏輯層，邏輯層有意增加針對多屏模式的控制，并增加可以進(jìn)行擴(kuò)展的控制單元，使三屏、四屏等成為可能。在邏輯控制層建立完畢后根據(jù)物理顯示器的數(shù)量創(chuàng)建與屏幕數(shù)量相等的視窗層，視窗層分別顯示在不同的物理屏幕上，這樣就可以實(shí)現(xiàn)多屏下的顯示與控制，實(shí)現(xiàn)原理如圖1所示。多屏顯示系統(tǒng)在獲取信息與創(chuàng)建顯示區(qū)域部分增加了針對多屏的判斷，結(jié)合硬件環(huán)境，創(chuàng)建了與之對應(yīng)的軟件視窗層，多屏顯示的程序邏輯如圖2所示。

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