基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室建設思路

戴運籌

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.126

摘 要：隨著以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)的日趨成熟，在教育領域，建設一套具有智慧技術(shù)、智慧應用、智慧管理等特征的智慧教室成為新的熱點。該文從當前多媒體教室的管理與使用角度出發(fā)，闡述了智慧教室的概念及特征，并根據(jù)對其中的設備控制、溫濕度控制等進行了討論，提出了智慧教室的建設思路。

關鍵詞：智慧教室 物聯(lián)網(wǎng) 建設思路 建設架構(gòu)

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（b）-0126-02

人類學習經(jīng)歷了從私塾、書院等私學，到太學、國子監(jiān)等官學，再到“班級授課制”這一具有現(xiàn)代意義的學習模式 從20世紀90年代后期，教育信息化已經(jīng)得到了迅猛的發(fā)展，教師上課從原來的“粉筆+黑板”，演變成了“計算機+投影”的模式，課堂教學也由“人灌”變成“電灌”，但這些教學改革還是停留在“表演”的形式上，這些并不利于培養(yǎng)學生將學習過程由被動變主動，知識的獲得由機械的記憶轉(zhuǎn)變成互動的、體驗的過程。

自從IBM提出“智慧地球”概念后，國內(nèi)外不少學者提出“智慧校園”的概念和解決方案。而作為智慧校園的重要組成部分——智慧教室在目前的國內(nèi)智慧校園方案中并沒有進行詳細的探討。智慧教室，其英文名稱為SmarClassroom，Intelligent Classroom，F(xiàn)uture Classroom，因此，又稱為智能教室或未來教室，它指一種增強型教室，集成高科技軟硬件設備，實現(xiàn)學習無所不在，視聽設備智能化、人性化，有利于資源無縫接入，能為各種先進的教學設計提供技術(shù)支持。智慧課室建設是學校信息化建設的進一步延伸，是信息化發(fā)展的新階段。該文主要從教室設備有效管理的角度出發(fā)，提出了智慧教室的建設思路。

1 多媒體教室的現(xiàn)狀

1.1 管理維護難度大

傳統(tǒng)多媒體教室在管理上管理員需要定期對每臺多媒體計算機的系統(tǒng)軟件和應用軟件進行升級，更新補丁，而且還要對重要數(shù)據(jù)進行保護和備份。在出現(xiàn)故障的時候，往往需要管理人員進行現(xiàn)場維護。由于這些多媒體教室分散在學校的各個角落，因此，管理維護工作量巨大，且無法及時、快速地響應管理維護需求。

1.2 安全穩(wěn)定性不佳

多媒體計算機面臨的是多用戶的使用環(huán)境，不同的上課老師需要不同的課堂應用環(huán)境，會經(jīng)常安裝拷貝一些文件，存在很大的安全隱患，容易感染病毒。另外，很多課程都需要訪問互聯(lián)網(wǎng)，也容易遭遇來自互聯(lián)網(wǎng)的攻擊。由于缺乏集中統(tǒng)一的管理，多媒體計算機的系統(tǒng)安全環(huán)境很差，使得正常的上課環(huán)境受到影響。

1.3 使用成本高

每臺多媒體計算機都需安裝相應的系統(tǒng)軟件、防殺毒軟件以及教學所需的各種應用軟件，造成軟件資源的嚴重浪費。另外，操作系統(tǒng)的更新?lián)Q代、硬件的較易損壞，使得多媒體計算機的使用生命周期受到影響，一般為3～5年。折算下來，單臺多媒體計算機的年使用成本不菲。

1.4 教學過程中出現(xiàn)問題處理麻煩

如果在上課時間多媒體出現(xiàn)故障，傳統(tǒng)的故障排除及保修會占用教學時間，導致學生的學習效果不佳，教學質(zhì)量無法有效評估。

2 智慧教室的概念及特征

智慧教室又叫智能教室、未來教室等，是為教學活動提供智慧應用服務的教室空間及其軟硬件裝備的總和。智慧教室是在物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)的推動下，教室信息化建設的最新形態(tài)。立足教學活動需求，提供智慧化的應用服務是智慧教室的核心使命，達成最優(yōu)化的教學效果是智慧教室的終極目標。運用智慧技術(shù)，提供智慧服務，實現(xiàn)智慧管理是智慧教室區(qū)別于以往多媒體教室和網(wǎng)絡化教室的主要特征。智慧教室的“智慧性”涉及教學內(nèi)容的優(yōu)化呈現(xiàn)、學習資源的便利獲取、課堂教學的深度互動、情景感知與檢測、教室布局與電氣管理等方面的內(nèi)容，可概括為內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing）、環(huán)境管理（Manageable）、資源獲取（Accessible）、及時互動（Real-time Interactive）、情境感知（Testing）五個維度，簡寫為“S.M.A.R.T”，這五個維度正好體現(xiàn)了智慧教室的特征，可稱為“SMART”概念模型。

3 智慧教室建設的架構(gòu)

智慧教室是一套非常復雜的系統(tǒng)工程，整個架構(gòu)包括感知層、網(wǎng)絡層、平臺層、數(shù)據(jù)資源層和應用層。涵蓋了智慧教室建設的方方面面，并且能很好地將整個信息化環(huán)境融合在一起。整體智慧教室建設架構(gòu)如圖1所示。

4 智慧教室的建設思路

4.1 多媒體設備集中管理

針對現(xiàn)在多媒體教室中遇到的設備使用頻率高、負載重、管理維護麻煩等問題，智慧教室采用“分布式部署，集中式管理”的方式，實現(xiàn)對學校內(nèi)所有教室的多媒體設備集中控制管理，提高管理部門的工作效率。智慧教室主要通過智能終端管理單元、智慧教室管理系統(tǒng)實現(xiàn)對前端設備的智能控制。能控制所有的智能管理單元的開啟或關閉情況。并且能實現(xiàn)教室設備的遠程喚醒、設備運行情況監(jiān)控、能耗監(jiān)控、設備與課表聯(lián)動自動開啟等功能。并保證斷網(wǎng)情況下，可通過客戶端正常使用設備進行上課。同時在智慧教室中PC端采用桌面云部署方式，基于底層的硬件資源和中間層的虛擬化軟件，通過上層的桌面虛擬化應用軟件，為智慧教室用戶提供虛擬桌面模式。桌面虛擬化不僅充分利用了服務器端的計算能力，而且提供了強大而靈活的用戶PC管理能力，同時具有很強的可擴展性和顯著的能源節(jié)約優(yōu)勢，消除了傳統(tǒng)個人電腦管理模式中的很多缺點。

4.2 設備遠程喚醒和自動開啟

學校在傳統(tǒng)教學模式下，僅僅是通過后臺管理軟件開啟電腦的電源，但是還需要老師進行手動開機來開啟電腦上課。智慧教室能通過智慧教室管理系統(tǒng)與電腦中的網(wǎng)卡聯(lián)動，遠程喚醒電腦，即僅需要通過管理系統(tǒng)就能開啟電腦，實現(xiàn)遠程喚醒功能，方便教師上課和節(jié)省開機時間。智慧教室在設備管理可實現(xiàn)統(tǒng)一遠程開關機，通過智慧教室管理系統(tǒng)與教務處的課表聯(lián)動，在每節(jié)課的上課前，自動開啟設備，提高老師的上課效率。由于整個多媒體教室管理中心能統(tǒng)一監(jiān)控所有的設備運行情況，所以不會遇到老師忘帶或丟失一卡通對上課造成影響的情況。

4.3 設備運行情況監(jiān)控及能耗監(jiān)控

智慧教室的管理系統(tǒng)不僅代替了傳統(tǒng)中控，解決傳統(tǒng)中控連線多，管理維護麻煩等問題，更強化了智慧教室的管理功能，通過后臺的智慧教室管理軟件，對教室內(nèi)的設備進行智能監(jiān)控，在管理界面上可看到設備開啟情況，指示燈顯示情況等信息，做到問題出現(xiàn)的及時監(jiān)控及維護。即使遇到更換教室的問題，管理員也能通過后臺的軟件開啟指定教室的智能單元設備，能做到問題發(fā)現(xiàn)解決及時，更換靈活方便。同時，智慧教室在設計中利用物聯(lián)網(wǎng)的概念，結(jié)合智能供電系統(tǒng)，將所有用于教學的設備的電能進行控制。智慧教室管理系統(tǒng)能對每個模塊開斷的日期，時間點，時長，供電開斷情況進行詳細統(tǒng)計，從而能夠更加細化的監(jiān)控到整個多媒體教室的能耗。

4.4 教室環(huán)境控制

良好的教學環(huán)境能有效促進教學活動，智慧教室應具有教室門的開關、風扇空調(diào)的開關、燈光等控制等基本功能。校建設的智慧教室，需要結(jié)合計算機網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式編程、Zigbee、RF射頻、紅外傳感等先進的技術(shù)，并將其有機整合到智慧教室環(huán)境控制模塊當中，通過統(tǒng)一管理平臺將與教室內(nèi)有關的各種子系統(tǒng)有機地組合成一個系統(tǒng)。溫濕度控制為智慧教室環(huán)境控制模塊一主要的功能，通過使用溫濕度傳感器對整個學校的教室溫濕度進行監(jiān)管，并可以對正在使用的教室的溫濕度進行有效的控制。燈是教室中不可或缺的元素，傳統(tǒng)意義上的一燈一開關，或者一開關幾個燈已經(jīng)漸漸的不滿足學校師生的需求。智慧教室環(huán)境控制模塊能對教室里面的燈光進行統(tǒng)一并精細化的控制，前端通過無線紅外傳感器對學生進行信息獲取，并收集學生位置，反饋到統(tǒng)一控制平臺；統(tǒng)一平臺經(jīng)過預先設定好的判斷原則與策略對目標教室進行自動化操作，并將操作指令通過IP網(wǎng)絡傳到智慧教室控制單元進行處理。

5 結(jié)語

結(jié)合以太網(wǎng)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)建設一套智慧教室系統(tǒng)，可實現(xiàn)基于網(wǎng)絡對教學資源的統(tǒng)一控制，對環(huán)境如溫度、光線、能耗的智能調(diào)節(jié)。在管理方面，實現(xiàn)師生的上課智能考勤、設備智能開啟等，并可以實現(xiàn)智能化的故障診斷以及無障礙升級。該文從教室設備管理的智慧化進行了討論，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室建設思路，將對教學活動的智慧開展起著巨大作用。

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