摘 要：教室作為目前在校學生學習和教師教學的主要場所，是教育教學創新改革的“主陣地”，在教學過程中發揮的作用是不可替代的。在分析傳統的多媒體教室存在的問題基礎上，文章對傳統的多媒體教室進行全新的設備架構和學習空間設計，構建了以雙屏互動為核心的智能化教學支持環境，提出了一種全新的雙屏互動智慧教室的解決方案，并對其使用效果進行了調查研究，以期對智慧教室的建設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和學生學習有良好的促進和支持作用，一定程度上推動了課堂教學方法和模式的改革，師生對未來在智慧教室上課持積極樂觀的態度。

　　關鍵詞：智慧教室;雙屏互動;教學環境;設計與實現;使用效果

　　一、智慧教室建設的背景

　　從教學信息的流向來講，教室作為目前在校學生學習和教師教學的主要場所，既是教學信息收集的起點，也是各類教學信息匯聚的終點，是教育教學創新改革的“主陣地”，在教學過程中發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“要構建智慧學習支持環境，開展以學習者為中心的智能化教學支持環境建設”。[1]教育部《關于加快建設高水平本科教育，全面提高人才培養能力的意見》(簡稱“新高教40條”)第11條明確提出：“要大力推進智慧教室建設，構建線上線下相結合的教學模式。”[2] 2017—2019年地平線報告(高等教育版)均將重新設計學習空間作為短期趨勢(未來1～3年)內驅動高等教育采納的教育技術。國內外眾多高校開始重新設計教室環境，從傳統的以講授為主的學習空間設計轉變為基于項目、問題、協作、團隊展示、研討等多樣化的空間設計，以構建全新的教室學習環境來提高學習質量和效率。如何構建網絡化、數字化、智能化的教學環境，推進和規劃智慧(未來)教室的建設，成為各個高校教育技術工作者關注的熱點問題之一。

　　二、傳統多媒體教室存在的問題

　　近年來，隨著學校教育信息化不斷推進和現代教育技術的發展，高校基本實現了多媒體教室的全覆蓋。基于多媒體教室的教育技術在學校中也基本得到了普及與應用，教師上課從傳統的“黑板+粉筆”模式轉變成目前的“計算機+投影”模式。但是，大部分教師的授課模式還是以講授式為主，根本無法滿足現代教學互動的要求。研究表明，在使用多媒體教室進行教學過程中暴露出諸多問題。

　　(1)教師依賴板書的習慣無法在多媒體設備上完全實現，教師需要頻繁在黑板和多媒體講臺前切換幻燈片和板書，多媒體教學與傳統教學難以完全融合，限制了教師課堂能力的發揮，影響了教學效果。

　　(2)多媒體教學往往包含的信息量大，呈現內容“堆砌”，信息變化速度快，學生應接不暇，思維跟不上，妨礙了學生對內容的理解和消化。[3]

　　(3)多媒體呈現的“間斷性”展示，割裂了教學內容的前后聯系，學生沒有時間對知識進行聯系和對比，導致學生思維的不連貫，影響對學習內容的理解。[3][4]

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

　　(5)傳統的多媒體教室環境多與講授型教學方式相適應，重點在于教學內容呈現的高效化和多媒體化，缺乏深度的互動技術手段。[5]

　　(6)統一“秧田式”的座位布局，不利于多種教學活動的開展，只有靈活運用矩形、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前的教學需求。[6]

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

　　三、雙屏技術的實現

　　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備為硬件基礎，在同一臺主機系統可以輸出和控制兩個顯示設備的內容。目前雙屏顯示支持復制模式、擴展模式。復制模式：雙屏顯示相同的內容;擴展模式：兩個屏幕顯示內容不同，可進行主輔屏幕設置，主屏幕顯示桌面圖標和主程序，桌面背景圖像和狀態欄拉伸延長至另一個屏幕，可以通過鼠標拖動主程序到另一個屏幕。[7]雙屏互動技術就是建立在操作系統的桌面擴展技術基礎之上，傳統教學軟件僅能夠適應一塊物理屏實現在一個桌面的范圍內全屏顯示以及操作，雙屏互動教學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。

　　傳統軟件僅識別一個桌面的大小，采取傳統窗口的形式，可由用戶根據使用情況拖拽到主桌面或者擴展桌面上進行使用。在進行程序創建方面，只會根據一塊物理屏幕的顯示區域創建一個標準的程序，通常一個標準程序從創建到顯示需要經歷主程序窗口的創建、在主程序層上建立一個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建時全部都是按著一塊物理屏幕的信息進行的，當接入多個硬件設備的時候，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行處理，在多屏幕情況下，程序并不能被充分應用起來。

　　在雙屏互動教學軟件設計之初我們就考慮了多屏的情況，當設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，保證充分利用到現有的顯示空間。雙屏互動教學軟件在進行程序創建時先檢測硬件環境，確認目前有幾個物理顯示器，之后根據物理顯示器計算出總的顯示區域，根據總顯示區域創建一個足夠大、可以覆蓋所有顯示區域的主程序窗口。創建后再建立邏輯層，邏輯層有意增加針對多屏模式的控制，并增加可以進行擴展的控制單元，使三屏、四屏等成為可能。在邏輯控制層建立完畢后根據物理顯示器的數量創建與屏幕數量相等的視窗層，視窗層分別顯示在不同的物理屏幕上，這樣就可以實現多屏下的顯示與控制，實現原理如圖1所示。多屏顯示系統在獲取信息與創建顯示區域部分增加了針對多屏的判斷，結合硬件環境，創建了與之對應的軟件視窗層，多屏顯示的程序邏輯如圖2所示。

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