多媒體教室智能化管理系統的設計

宋煒光

（湛江師范學院 信息與教育技術中心，廣東 湛江524048）

多媒體教室智能化管理系統的設計

宋煒光

（湛江師范學院 信息與教育技術中心，廣東 湛江524048）

多媒體教室作為計算機輔助教學的重要組成部分和基礎設施，已經被廣泛應用于課堂教學.針對多媒體教室使用、管理中普遍存在的問題，提出一個智能化多媒體教室的使用和管理的系統設計，為多媒體教學的科學化發展提供參考.

多媒體教室；智能化；管理系統

隨著信息化技術的不斷發展，高校的課堂教學發生了重大變革，課堂教學手段層出不窮，課堂信息量增加，教學效果逐步趨于完善，多媒體技術在課堂教學中得到普遍的應用，充分體現了當今教育技術為了滿足人們對知識追求作出的創新.科學、先進的教學途徑使人們對知識的掌握更加便捷、生動、直觀.教學信息化推動教學現代化的發展已經在這個資訊方式多樣化的年代成為一個浪潮.隨著數字化校園的建立，多媒體輔助教學已經走進教學的每一個角落，管理人員不斷的把更多的精力投入到如何科學的提高多媒體教室的使用效率上去［1］.

多媒體技術的應用不但要注重教師的專業技能，還要求教師懂得將信息技術與學科課程靈活結合起來，以達到提高教學質量的目的，部分教師由于客觀原因對信息技術掌握程度的參差不起，對于沒有標準化、操作流程不統一、集成程度不高，甚至存在某些缺陷的多媒體平臺使用起來還是存在困難.這就需要學校相關部門進一步加強多媒體教室的科學管理.管理人員作為技術支持起到舉足輕重的作用.目前高校多媒體教室建設中普遍存在一些問題：管理人員的數量有限、多媒體教室的數量龐大且分布不合理.多媒體教室管理員肩負著開放、關閉多媒體教室、維護、維修多媒體設備的重任.多媒體教室的數量龐大且不合理的分布加大了管理員的工作壓力，在一定程度上影響了管理工作的順利開展.假設一個管理員負責20間教室，管理員要先打開教室門，然后協助老師打開電腦和投影儀，這樣，一間教室就花掉3～4 min，20間教室的開放工作就超過1 h，這還是建立在所有機器順利開啟，沒有故障的前提下.一旦發生了故障，管理員更是無暇分身，這樣的效率會直接影響到教學的進程.繁重的工作任務使管理員無法集中更多的精力去應對設備的維護工作以及師生使用設備提出的反饋.

針對這些問題，筆者構建了一個多媒體教室智能化管理系統：充分利用校園現有的網絡設施，結合當今的網絡監控技術，把網絡排課、網絡門禁、遠程操控以及視頻監控等功能系統的集成在一起，實現優化的人工智能的網絡化管理.這將由傳統的人工分散管理模式過渡到智能化的網絡集中管理模式，節省了人力，提高了多媒體教室的利用率，優化了教學資源，方便了教師與學生的教和學，并達到了多媒體教學規范化管理的目的.

1 系統總體設計

根據構想，多媒體教室智能化管理系統由4大模塊組成，建立在校園局域網的基礎之上，通過網絡通信將它們相互連通，見圖1.

圖1 多媒體教室智能化管理系統的構建

系統的功能設計主要有幾個方面.

（1）網絡排課系統能將排課所需的大量靜態數據存放在數據庫中，將排課中的一些限制條件放入規則庫中，專家系統使用排課專家的大量知識策略，通過查詢數據庫和進行規則推理，靈活地編排出符合要求的課表.支持管理員、教師、學生通過不同的身份驗證進入系統進行查詢課程信息、調課、申請空余教室、補充排課等操作.

（2）網絡門禁系統能根據排課系統編排的課程表自動地對任課老師的校園卡實行一一綁定，使得任課老師在指定的時間段、指定的上課地點，通過使用校園卡打開教室的門和多媒體設備進行授課.

（3）通過網絡遠程操控系統能對教室門禁以及教室里面的關鍵設備進行遠程的操控，在任課教室無法正常打開設備時，能通過遠程控制，協助其打開該設備.當遠程操控都無法控制時，系統會明確提示故障原因，有助于管理員快速找到故障并及時處理.

（4）利用視頻監控系統能對多媒體教室的使用情況、設備運行情況等進行監視以及為上課老師錄制課堂視頻，同時也確保了教室設備的安保問題［2］.

2 系統的具體設計與功能實現

2.1 網絡排課系統

教室排課系統可采用C/S架構，運用Asp.net框架與Microsoft SQL Server數據庫相結合的技術實現系統.系統信息的錄入需要各院系的教務員根據每學期要開展的課程結合任課教師的要求和學生的信息進行匯總，按照教師授課時間不沖突、教室使用不沖突、班級上課不沖突及實現教學高效率的基本原則，使用優化算法的方式，進行自動排課.具體遵循幾條原則：（1）同一班級的學生在同一時間(某些特定的選修課時間除外)不能安排兩門課程；（2）同一教師在同一時間不能安排兩門課程；（3）同一教室在同一時間不能安排兩門課程；（4）同一時間安排的課程總數不能大于教室總數；（5）某一課程參加學習的總人數不應大于教室的座位數.

通過排課系統進行智能排課之后，系統會自動將排課結果以網頁的形式發布到校園網公告欄，方便師生清楚地查詢到具體的上課時間、地點、課程名稱、任課教師及授課節數等詳細信息.另外，也可以對空余教室的剩余及分布情況進行查詢.當教師遇到特殊情況需要調課時，教師可憑學校分配的教師帳號登錄排課系統自行進行教室申請，然后由排課系統根據申請教師提交的信息要求進行智能排課，而該次的排課過程不會對其他教師的上課安排產生影響.當排課結果出來后，教師可根據排課系統的最新結果通知學生上課.此時公告欄發布的排課結果也會自動更新.此外排課系統還應支持導出打印、分類統計以及信息提醒等功能［3］.

2.2 網絡門禁系統

門禁系統主要有3個組成部分：（1）門禁控制器.這是門禁系統的核心部分，相當于計算機的CPU，它負責整個系統輸入、輸出信息的處理、儲存和控制等.（2）電控鎖.這是門禁系統中鎖門的執行部件.用戶應根據門的材料、出門要求等需求選取不同的鎖具.（3）校園卡片.這是每一位教師、學生的身份認證標識.校園卡上有著持卡人的照片以及相關信息.網絡門禁的工作原理是先通過讀卡器來讀取刷卡人員的校園卡信息（卡號），再由控制器根據讀取到的卡號信息，通過軟件判斷該持卡人是否有權限在此時間段進入此門，若判斷的結果是被授權的，電控鎖則會自動打開，此時老師就可以進入教室進行使用［4］.

同樣，多媒體講臺也采用了電控門，若想要使用多媒體設備，也要通過刷卡的方式來打開機柜的門使用設備.然而，對任課老師門禁權限的授予則由該多媒體教室管理系統自動的根據網絡排課的結果進行自行的設置與綁定.這樣也就要求任課老師必須在指定的時間和指定的地點進行上課.當老師下課后，要把多媒體講臺的門隨手關上，此時所有多媒體設備會自動關閉，電控鎖也會自動鎖上.當師生都離開教室時，教室的門也會自動上鎖.整個過程不需要理管人員提前開門、課后鎖門等操作.

網絡門禁系統有利于減輕管理員在上下課高峰期疲于趕往不同地點開關門之累，節省了管理員機械開關門的工作時間，使管理員有更多的精力去研究設備維護上的問題以及對師生使用設備滿意度作出調查等.網絡門禁另一突出的優勢是可以有效避免了老師在上課地點上發生相沖突的情況.當網絡門禁系統出現故障無法正常打開時，應先由管理員通過遠程操控嘗試把門禁打開.若遠程操控也無法把門禁打開，管理員就應到實地檢查原因.另外，在課堂以外師生需要使用多媒體教室作為講座、自習、臨時安排課程的情況下，使用者應提前到管理員處申請在具體時間段授權到校園卡上，以便使用教室.

2.3 遠程操控系統

網絡遠程操控是智能化多媒體教室管理系統中一個重要環節.現有的多媒體教室一般都配置有網絡型中央控制器，而中央控制器能將所有的多媒體設備、包括門禁設備都集中連接起來，實現集中的控制與執行的中心設備.若把每個教室的網絡中控都連接到校園網，組成一個小局域網，就可以通過一個專門的管理軟件來遠程操控.網絡遠程操控系統可實現人工智能的網絡化管理，是從傳統的人工分散管理模式到智能化的網絡集中管理模式的過渡.這有利于對設備工作狀態的監控及高效管理，也達到了管理員實時管理多媒體教室的效果，做到了及時發現設備故障及時處理，不影響老師的后續上課，從而提高管理員解決設備故障的效率，節省了人力，為師生順利使用多媒體設備提供了保證［5］.

當教師在某個教室使用某個設備出現疑難問題時，就可以利用操控系統向管理員發送信息，管理員馬上通過該系統中的管理軟件對中央控制器實施一些便捷的遠程控制，例如：（1）在教室門禁（包括講臺的電控門）出現無法讀取校園卡時，便可及時聯系管理員，由管理員通過遠程控制的方式打開使用；（2）在多媒體設備使用過程中，出現電源系統無法開啟、投影機無法開啟或主機無法開機等故障時，也可以聯系管理員，由管理員進行遠程協助打開使用；（3）當教室的電燈、風扇無人關閉時，也可以通過遠程控制來關閉；（4）如果師生們臨時調課卻沒來得及在排課系統上申請時，也可以直接向管理員說明緣由后，臨時開放教室給師生使用；（5）若出現任課老師提前下課卻忘了把相關的多媒體設備及時關閉的情況，管理員也可以通過此遠程程控系統將設備關掉并把電源切斷.假如出現了通過遠程操控也無法解決的故障，該遠控系統中的管理軟件亦會正確提示出故障的原因及解決方法，管理員在看到系統提示的這些信息后，可迅速趕到故障現場進行有針對性的故障排除，能實現對故障的及時發現及處理.

2.4 視頻監控

視頻監控主要應用在專業的安全系統中，可通過網絡從遠程監督現場的實時畫面，是集畫面分割、畫面切換、云臺控制等功能于一體的智能化數字監控產品.視頻監控被運用到保證多媒體設備安全使用的過程中，可當作一個獨立的系統.在構建視頻監控這一系統時可采用IP視頻監控技術.在最新的IP視頻監控技術中，遠程監控系統、數字金屬板自動識別系統、面部識別系統、事件探測系統和智能圖像還原系統得到了充分地利用，在使用過程中管理員只需要配備一個便攜式筆記本電腦，就可以輕松地對教室進行遠程網絡視頻監控，監控的視頻數據可儲存在NAS這種非常方便使用的網絡儲存設備中［6］.

在多媒體教室建立視頻監控系統的意義在于能直觀監測到多媒體設備是否正常運行使用，使用者是否正當操作多媒體設備，是否有設備處于故障狀態等，有助于對多媒體教室的管理與維護，同時也可以防止不法人員對設備進行毀壞或竊取.如果采用了高清攝像頭，還可以幫助師生錄制授課的全過程，清晰記錄上課的課程內容，不但為教務部門對教學的質量監督、教學評價提供了便利，還有助于減輕微格教室使用緊缺的壓力，有需要時還可以為教師的視頻公開課及學術講座的回顧服務.

3 系統各部分的技術整合及延伸效果

3.1 技術整合

要實現多媒體教室智能化管理系統的關鍵在于如何將教室網絡排課系統、教室網絡門禁系統、教室網絡設備遠程操控系統及視頻監控系統進行有機的整合.其實教室網絡門禁系統和教室設備遠程操控系統兩者可以集成為一整體，都由教室中的中央控制器來執行且由同一個管理軟件來控制.視頻監控系統作為獨立的部分，無需整合.接下來最關鍵的技術就在于如何把網絡排課系統與網絡門禁系統合理、科學的聯系起來.筆者發現自動排課系統是一個比較復雜的教學管理與查詢系統，若將網絡門禁的控制軟件整合到排課系統中，就顯得更加復雜，難以實現.既然這兩者的功能難以整合在一體，不妨可以將它們底層的相關數據庫關聯起來，把兩套系統的相關數據進行共享便可.最簡單的實現方法是將排課系統的排課結果數據表導出后，傳送并導入給門禁系統，再由門禁系統根據導入的數據進行分析、處理，最終完成門禁的授權功能.而當排課結果的數據發生變化之后，門禁授權的數據也能及時得到更新.這樣兩套系統就可以各自獨立運行，分別給出各自的Web Service入口即可.在設計Web Service程序時需要注意各系統之間數據的同步問題，要保證數據傳遞的及時性與準確性.

3.2 優化資源

學校的教室作為學校師生的公共設施、公共資源.不但可以讓老師用于授課，也可以讓學生用于自習或開展班級活動等.近年來高校為了進一步改善課堂教學效果，在教學手段上不斷更新，我國大部分院校都已經大規模地把傳統教室改造成多媒體教室.很多高校出于對設備的安全考慮，往往是不開放安裝有多媒體設備的教室，這樣就會減少了學生自習或自由活動的地方，不利于學校教室資源的充分利用.如果能采用本多媒體教室智能化管理系統，則完全可以解決這個問題.學生也就可以從排課系統上查詢到哪個教室是空余的，并通過申請授權后，同樣可以打開門禁使用該教室進行自習.但學生在未經管理員進一步授權的情況下，是無法打開多媒體講臺的柜鎖，從而無法使用多媒體設備及不能有效防止設備失竊.在晚上管理員可以按學校的相關規定設置門禁最后時限，在時限到達之前的15 min會自動播放提示音樂提醒學生準備離開教室.當時限一旦到達，該系統會使得教室的電源自動關斷，門禁也會自動鎖上且再無法通過刷卡打開，直到第二天早上在規定的時間以后，獲得使用教室權限的老師或學生用校園卡對門禁進行激活，才可以進行新的一天的使用.晚上視頻監控系統的夜間模式也會自動開啟，實施夜晚的紅外監視.這樣既確保了教室多媒體設備的安全，又能讓教室資源更充分的被學生利用，提高了教室的使用率，從而達到了學校教學資源的優化［7-8］.

4 結語

多媒體智能化管理系統既為老師上課、調課提供了方便，也科學合理地提高了多媒體課堂教學的利用率，維持了正常教學秩序的順利進行，節省了管理人力，減輕了管理人員的工作負擔，方便、快捷、高效地發現和解決多媒體教室使用中出現的問題，更好地服務教學，優化了各方面資源，解決了由于大量建設多媒體教室而導致的學生自習場所減少的困難，為教師的教和學生的學提供了有利的場所，為學校集中性、安保性、規范化、高效率的管理提供了前提保證和科學依據.智能化多媒體教室的科學化教學和管理必將取代經驗型的教學和管理.

［1］胡維治.基于校園教學網的多媒體教室管理系統的實現［J］.中國教育技術裝備，2009(6)：80-81.

［2］肖景靈，黃鋒.多媒體教室智能化管理系統在數字化校園中的應用［J］.數字技術與應用，2012(2)：96.

［3］左偉明，徐蘭云，張建明.基于網絡的排課系統的設計與實現［J］.湖南農業大學學報：自然科學版，2004，30(1)：87-90.

［4］張曉婷.基于無線傳感器網絡門禁系統研究［J］.山西電子技術，2010（1）:11-13.

［5］華龍.計算機遠程控制技術的原理與實現［J］.天津農學院學報，2007,14（3）:42-48

［6］樊永華，張金剛，馬偉.基于校園網的多媒體教室集中監管系統［J］.內江師范學院學報，2010，25(8)：37-40.

［7］茍洪文，趙偉.多媒體教室建設與管理探索［J］.實驗科學與技術，2009，7(6)：141-143.

［8］馮博琴，趙英良，崔舒寧.多媒體技術及應用［M］.北京：清華大學出版社，2005.

On the design of intelligent multimedia classrooms

SONG Wei-guang
（Information and Education Technology Center,Zhanjiang Normal College, Zhanjiang 524048,Guangdong,China)

Multimedia classroom has been widely applied in classroom teaching as an important part and infrastructure.It aims to solve the common problems of the use and management of multimedia classrooms,and creates an intelligent system of the multi-media classrooms'use and management,which provides reference for the scientific development of multi-media teaching.

multimedia classroom；intelligent；management system

G484；TP37；TP308

：A

：1007-5348（2014）08-0020-05

（責任編輯：歐 愷）

2014-04-18

宋煒光（1984-），男，廣東湛江人，湛江師范學院信息與教育技術中心助理實驗師，碩士，主要從事多媒體教學實踐方面的研究.