高校物聯網智慧教室建設

呂宣玲

摘 要：“智慧地球”“智慧城市”“智慧校園”慢慢滲透在我們身邊的公共領域。隨著現代化信息技術的不斷發展，互聯網、物聯網、云網絡、大數據等越來越被廣泛應用，物聯網智慧教室是現代信息時代課堂革命的必然趨勢。通過對傳統教室的基礎設施和網絡化等分需求的改造與重建，以“互聯網+”的方式推進高校教學功能化、智能化教學結構的調整與轉變，提高教學效果與教學質量。將這些先進的技術應用在我國教育和知識資源共享領域，逐步衍生出一套容技術、應用、管理等特征為一體的“智慧教室”體系。物聯網“智慧教室”作為未來教育和知識資源共享的一種高效輔助手段與平臺，將為學習者提供更為廣闊和深入的知識體系，有效幫助學習者健全知識體系，搭建立體知識結構，提高思辨能力，以及解決在日常學習、工作、生活中遇到的問題。以此為契機，文章針對物聯網智慧教室建設工作進行了深入地研究與探討。

關鍵詞：互聯網;智慧教室;建設構架;物聯網思路;建設方法

中圖分類號：G 434?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-7312（2019）03-0390-04

Abstract：“Smart Earth”，“Smart City” and “Smart Campus” are slowly infiltrating into the public sphere around us.With the development of the modern information technology，the Internet，the Internet of Things，the cloud network，the big data and so on are becoming more and more widely used，the intelligent classroom of Internet of things is the inevitable trend of the classroom revolution in the modern information age.Through the reconstruction and reconstruction of the infrastructure and networking of the traditional classroom，the reform and reconstruction of the teaching functionalism and the intelligent teaching structure of the university are promoted in the “The Internet” way，and the teaching effect and the teaching quality are improved.In the field of Chinese education and knowledge resource sharing，these advanced technologies are gradually derived from a comprehensive “intelligent classroom” system，such as a set of features，such as capacity technology，application，management and so on.The Internet of Things “intelligent classroom”，as an efficient and auxiliary means and platform for future education and knowledge resource sharing，will provide a broader and in-depth knowledge system for learners，effectively help the learners to improve the knowledge system，build a three-dimensional knowledge structure，and improve the thinking ability.And solves the problems encountered in daily learning，work and life.In this way，the paper will carry on the research and discussion on the construction of the intelligent classroom.

Key words：internet;smart classroom;construction framework;internet of things thinking;construction method

0 引 言

自IBM公司2008年提出“智慧地球”概念后，不少研究學者也圍繞著“智慧校園”這一概念，展開研究與探索。“智慧教室”作為“智慧校園”的重要組成部分，同樣被廣泛地探討和應用[1]。智慧教室是基于信息化時代教育革新在技術上與教育的全面融合，因此“智慧校園”建設，特別是“智慧教室”的推廣與建設占據著不容忽視的地位與價值。

早在20世紀八、九十年代，美國的很多高校就對“智慧教室”做了探討和研究。如交互式白板的應用，虛擬化指令傳導應用等。我國在21世紀初開始，對于“電教”也進行了探討與摸索。電化教育的試點與改革隨著信息化的發展，互聯網、物聯網、云技術等一系列人工智能，更促進了這種技術在教育領域的廣泛應用。其中“SMART”智慧教室概念模型[2]，為當今智慧教室，尤其物聯網智慧教室奠定了基礎。智慧教室建構模型包括5個部分：內容呈現（Showing），環境管理（Manageable），資源獲取（Accessible），即時互動（Real-time interactive），情感感知（Testing）。高校信息化發展、教學改革、教學成果推廣和目標人群擴大，無一不凸顯高校建設智慧教室的必要性和緊迫性。基于“SMART”智慧教室模型，對高校智慧教室設施的實用性、先進性、可靠性和擴展性進行了建設論證，并在大數據分析應用、服務對象與目標等方面做了價值分析與教學質量評估。在硬、軟件設施方面，繪制有《西安交通大學智慧教室主要設備拓撲圖》和《西安交通大學智慧教室網絡拓撲圖》，這正是基于現代物聯網智慧教室的建設架構[3-5]。2017年9月，教學部部長陳寶生提出教育改革中“課堂革命”的命題。“課堂革命”，在當今如視頻類報道、記錄片、COOM、翻轉課堂和各種以視、聽、說、感為基礎的APP等新媒體時代，課堂教學知識體系容量的擴充也時刻催促著高校教學環境和設施的革命[6-9]。如何在“粉筆+黑板+語言灌輸”的單一傳統教授模式下走出課堂效果不好、課堂評價效率不高的困境？如何在“課堂革命”走出時代性與現代性？作為教學輔助平臺的智慧教室建設，勢在必行。文章將以建設智慧教室為契機，利用傳感技術、網絡技術、富媒體技術和人工智能等裝備教室，充分利用信息化在時代中資源的共享以及有效利用等交互功能為一體，建設一種更為適合教與學的新型教學環境。

1 智慧教室的概念和特征

所謂智慧教室，是以多種信息技術為載體，將智慧服務運用于教學活動中，使得軟件與硬件相結合的一種新型智能教室空間的總和，屬于教室信息化的一種建設形態[10-11]。智慧教室的建設要根據實際教學活動的要求，提供針對性的智能性的應用服務，使得教學效果最優化。

智慧教室相較于傳統多媒體教室，具有智慧程度更高，軟硬件設施結合更加完善，能實現智慧管理結合智慧服務與一體的教室形態。智慧教室在其智能化體現上涵蓋了學習資源的獲取與分享、課堂服務的創新與互動、情景的感知與再現以及教室電氣化一體式管理等多種形式，在內容、環境、資源、互動等方面達到高度結合的特征。

2 智慧教室的建設構架

2.1 智慧教室的建設

智慧教室的建設涵蓋網絡層、感知層、平臺層、數據資源層和應用層等，是一套復雜的系統性的建設工程[12-15]。智慧教室建設架構如圖1所示，在網絡層的構建上主要采用可以自動分配無線網絡技術的光載無線交換機對無線網進行搭建，實現智慧教室的無死角覆蓋，同時，結合有線網絡交換機以及網絡路由器等實現有線、無線網絡雙重結合的網絡層。在平臺層的搭建上，將多種傳感器配件通過BAS模塊無線網絡設備服務器接入物聯網信息技術平臺，從而構成全面性的物聯網工程。與此同時，它還預先具有Uart接口即符合wifi無線網絡標準的嵌入式模塊構成的多種網絡終端，也可以通過該設備輕松訪問智慧教室物聯網平臺。在為教學、科研等研制的相關模塊中，也可以與Uart接口的符合wifi無線網絡標準的嵌入式模塊相結合，鏈接智慧教室實驗平臺，促使其更加智能化、便捷化。

2.2 智慧教室的系統

智慧教室在系統建設方面主要包含以下幾個方面。第一，教學系統，教學系統主要由以下幾部分設施構成，觸控投影機和電子白板、麥克與音箱、監聽設備、問答設備以及配套軟件設備等，該系統可以代替傳統的黑板教學，畫面更具有可視性和準確性，是立體教學的主要保障。第二，顯示系統，顯示系統主要是由相同的LED面板進行拼接而成的，主要放置于電子白板以上部位，以不遮擋投影視角為主，上面可以顯示課堂以及教學信息，除此之外還可以顯示到課率等其他信息。第三，考勤系統，考勤系統主要放置于教室的前后門位置，對學生進行考勤統計，同時具有安全監督等功能，可實現遠程控制。第四，資產管理系統，資產管理系統主要是對教室內的物資進行管理的配套系統，教室內的重要物資都貼有RFID標簽，上面存儲有設備的具體型號等信息，出入教室時如果人員沒有得到授權，將進行遠近程警告處理，可以有效確保物資設備的安全。第五，燈光控制系統，主要是由光傳感器和門窗控制器等部件構成，可以智能化檢測人員在教室的情況，實現能源的節約。第六，空調控制系統，空調控制系統主要包含電源控制，干濕度控制等配套軟硬件設施組成，用以實現教室內溫度的自我調節。第七，通風系統，主要有排氣扇，含氧量感應器等構成，通過軟硬件設置實現教室內空氣的自我調節功能。

3 物聯網智慧教室的建設思路

3.1 集中管理多媒體教學設備

在計算機信息技術的作用下，先進的多媒體設備被陸陸續續引入到各大中小學教育教學工作中，一間間具有多維視聽功能的教室被建立起來，有效解決傳統教育教學中教學內容單一、教學方法固定等問題，加快當代教育教學工作的改革與創新。隨著社會的不斷發展，學校通過運用“分布式部署，集中式管理”方法，創建物聯網智慧教室，有效避免多媒體教室在實踐運用中所存在的各種問題，例如維護麻煩、負載重、設備應用頻率高等，實現對學校內部所有對媒體教師的遠程控制與管理，切實有效的提升教育管理工作質量與工作效率。學校在創建智慧教室時，借助智能終端管理單元和智能教師管理系統構建前端設備智能控制系統，對智能管理單元進行遠程控制與管理，在斷網情況下保證客戶端能夠正常使用。運用桌面云對智慧教室中的PC端進行部署，將底層硬件資源與中間層虛擬化軟件資源為基礎，借助上層桌面虛擬化應用軟件，創設虛擬桌面模式，為智慧教室用戶提供實踐載體（圖2）。虛擬化桌面在實踐應用過程，充分借助服務器端所具備的計算功能，由服務器為用戶提供進貨的PC管理能力，有效節約資源，提升智慧教室的擴展性能，有效彌補傳統多媒體教學中所存在的缺陷。

3.2 實現遠程喚醒與自動開啟

在傳統多媒體教學活動中，教師利用多媒體設備組織學生開展教育教學工作，需要教師手動開關機，通過后端管理軟件將電腦電源打開。智慧教室是借助電腦中的網絡聯動功能以及智慧教室管理系統，遠程喚醒電腦，為教師上課提供便利，有效節約電腦的開機時間。統一遠程開關機是智慧教室與傳統多媒體教室的基本差異，智慧教室管理系統能夠與學校教務處實現聯動功能，智慧教室根據教務處課表安排，在每節課上課之前統一打開設備，為教師授課提供諸多便利。因整個智慧教室管理系統由一個監控管理中心支配，教師在授課的過程無需擔心忘帶課件、課件遺失等問題。

3.3 監控設備運行與耗電情況

智慧教室是對傳統多媒體教室的優化與創新，有效彌補傳統多媒體教師在教育教學工作中所存在的各種不足之處，代替傳統中控，有效解決傳統中控連線多的問題，為智能教室的設備維護與管理工作帶來諸多便利，進一步強化智慧教師的管理功能。教師通過借助后臺智慧教室管理軟件，實現對所有設備的智能監控，通過觀看智慧教室管理界面，了解各項設備開啟情況、運行情況以及耗電情況，但凡發現設備在運行過程出現問題，智能監控設備就會立馬發出報警信息，由相關負責人在故障發生的第一時間對其進行維護處理。智慧教室在實際應用過程，若出現更換教室這一問題，可借助后臺軟件，將所要更換到的智慧教室打開，完全無需移動任何的設備。與此同時，在設計智慧時，需要充分利用物聯網技術，將智能教室與智能供電系統緊密的聯系到一起，借助物聯網技術對教學設備的電源使用情況進行全面控制與管理。創建智慧教室管理系統需要從每一個物聯網管理模塊入手，對各項設備的用電時間、用電時長進行科學計算、合理控制，實現低智慧教室供電系統的精細化管理。

3.4 教室環境全天候監控管理

教學環境對教師的教學質量與學生的學習效率具有直接影響。智慧教室不僅能夠對教室內的各項教學設備進行控制與管理，還能夠對教師內的門、窗、燈、空調、風扇等設備進行控制與管理，控制教師門、窗、燈、空調、風扇等設備的開關時間、開關大小。學校在建設智慧教室時，需要將計算機網絡、物聯網技術、紅外傳感等先進的技術運用到智慧教室建設活動中，利用這些技術對智慧教室的環境進行合理控制，使教室內部的溫度、濕度、光照度等均能夠被調整到一個相對適宜的水平，為學生創造更有利的學習環境。

4 結 語

綜上所述，物聯網技術作為本世紀極具影響力的技術，已經在各個行業發揮了重要的作用，基于該技術創造的物聯網智慧教室，在高校教育教學中發揮著重要的作用，創建物聯網智慧教室不僅能夠統一教學資源，改善教學環境，實現多個校區教學點之間的無縫隙信息傳輸，還能夠有效規避原有多媒體教室在教育教學工作中所存在的不足，實現對多媒體設備的集中管理、統一維護、遠程監控，為當代教育教學工作的開展提供無限發展動力，全面推動“智慧校園”的建設與發展，豐富學生們的校園生活，改善學生的學習環境，同時為教師的教學工作提供諸多便利。

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（責任編輯：張 江）