基于新技術的智慧課堂管理系統設計研究

摘要：目前正處于物聯網、人工智能等新技術蓬勃發展的時代，課堂教學環境需要滿足以下條件，教學內容能完整呈現、學習資源能便捷獲取、課堂互動能快速展開等功能，以便營造良好的學習氛圍空間。

關鍵詞：智慧課堂;智能感知;教學環境

中圖分類號：TP315? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1007-9416（2020）10-0000-00

0 引言

智慧課堂管理系統是運用當前主流新技術，包括流媒體技術、智能識別技術、物聯網技術等實現課堂的智慧教學、智能環境調節、課堂視頻管控等功能，主要解決落實課堂的混合式教學、翻轉課堂、泛在學習等教學模式的實施。實現對云班課、精品資源課等線上課程實現無感知的錄制功能，方便教師在課后將線上課程分享給學生，也可以通過云平臺公開分享，實現實時可學習的目標[1]。

1 設計原則

根據浙江省高職教育發展行動計劃等制度文件要求，結合當前學校對教育教學要求，對智慧課堂管理系統的設計提出以下原則。實現感知智能化，采集課堂范圍內的設施設備狀態數據，記錄課堂的軟硬件指標和識別課堂學習場景。實現控制智能化，對課堂環境內的設備實現控制和管理，并顯示有控制效果的能力。實現管理智能化，利用視頻監控和5G網絡，對課堂教學視頻進行采集，對課堂教學環境、設備設施、教學活動進行可視化的管理。課堂交互智能化，在課堂教學過程中實現學生和老師的多維度全方位的互動體驗。場景拓展智能化，能通過網絡通信等手段實現遠程教學，方便學生在異地也能學習老師的講課內容，在具備相關條件時可以實現網絡直播教學。設施物聯智能化，通過對課堂的環境、溫濕度、光感等進行傳感檢測，實現自動的燈光調節、空調調節等功能，實現多種物聯設備的協同聯動能力。課堂錄播智能化，實現多種錄播、點播、直播功能，實現課堂教學自動化。課堂音頻智能化，將老師講課聲音在教室范圍內最大化傳播，同時考慮課堂的隔音和吸音效果，保障課堂活動不受外界干擾。系統管理移動化，要求能通過移動設備，如手機和平板設備實現對課堂設施設備的開關、系統的管理、課堂環境的查看等功能[2]。

2 實現目標

通過運用物聯網、人工智能等技術，構建滿足校方使用要求的智慧課堂管理系統。該管理系統的核心功能包括，智慧課堂智聯管理、智慧課堂智能照明功能，智慧課堂智能語音功能和智慧課堂智能互動等，依據人工智能實現方式，借助當前信息化技術將課堂教學方法、教學模式和教學資源進行緊密結合，實現課堂教育教學的常態化應用。根據智慧課堂的綜合設計架構、實現步驟和功能需求，需從課堂教學環境、課堂教學應用、課堂使用分析等方面著手，通過人工智能、物聯網、云計算等技術力量打造融合課前準備、課中互動、課后討論等場景為一體的智能課堂[3]。

3 主要功能

根據以上目標，智慧課堂管理系統需要實現以下功能，構建智慧課堂智聯管理平臺，搭建智慧課堂智能照明系統，實現課堂互動場景教學系統，建設智慧課堂智能語音系統。

構建智慧課堂智聯管理平臺，要求對智慧課堂范圍內的硬件設施進行集中統一管控，包括對投影儀、教室中控、空調、音頻、燈光、窗簾等設施進行管理，實現對智慧課堂相關軟件的管控，通過電腦端或移動端對教室內的多媒體系統、錄點播系統、視頻控制系統等多種軟件系統進行統一管理。通過智慧課堂智聯管理平臺，可以有效管控課堂教學過程中設備情況，根據實際教學場景對平臺功能進行優化，同時需要考慮與學校正常使用的視頻監控等系統進入融合對接。從教師使用方便性角度出發，需要將系統管理端的控制面板設計成可觸摸式液晶屏，以圖形化的方式在控制面板中顯示課堂設施設備的狀況數據（包括：講臺的中控設備狀態、投影儀的開關狀態、投影儀燈泡壽命時間、大屏幕使用時間、課堂門禁開關狀態等）。

管理平臺具體功能包括：用戶的系統管理權限，需要具有多角色多用戶的權限管理體系，實現針對不同用戶的權限管理功能。設備管理的控制功能，實現老師對教學設備、教室門禁、講臺開關等設備的遠程開啟功能，可對課堂液晶屏幕、網絡路由器、物聯投影儀、音箱話筒、幕布窗簾等進行遠程控制，可根據不同用戶權限設定對某教學區域、教學樓層的課堂設備進行批量的開關操作。實現與教學實時課表對接功能，根據教學日歷和實時課表的時間，在需要使用教室的時間點自動開啟門禁識別功能，對教室環境進行初始化，設定上課的教學場景，從教務系統中對接抽取教學課表等數據并保持在課堂管理系統中，如發生斷網等情況也不影響系統的正常使用。實現對課堂環境的控制，包括對教室內的溫濕度、明亮度、PM2.5等進行監測，如達到相關閾值，系統將自動開啟空氣過濾，調節空調溫度、燈光明暗度等功能，要求在教室中安裝溫感、光感等自動化傳感器，自動采集監測課堂的環境數據，極大減少教學管理人員和老師的工作量。教室的安全防護功能，要求與學校的安防網絡對接，教學管理人員能在消控室或辦公室里實時調取各個教室的視頻監控信號，實時查看課堂運行畫面，在教室環境中安裝紅外線周界防護、教室門禁監測等功能，當教室被非法開啟后及時預警推送消息給保衛處、教室管理員。實現對課堂設備設施的管理，對教室的設備設施進行臺賬管理，建立設備使用、設備維修、配件維護、設備采購等管理規范。實現數據統計功能，要求實現課堂設備使用率、使用時間、設施設備故障情況，并對故障和異常原因進行分析，為教室管理員提供相關量化管理數據。

搭建智慧課堂智能照明系統。根據課堂實際教學情況，通過智能照明系統全自動控制教室燈光，滿足現場教學及優質教學資源制作需求時，最大程度的保護學生和老師眼睛。要求在教室中安裝照明傳感器，并能通過移動控制面板實現對燈光的智能管控，并可根據實際場景進行燈光調節，并可通過感知光照度實現亮度自動調節。

構建課堂互動場景教學系統，實現在課堂教學過程中老師與學生的良性溝通互動，系統要求實現提供多種內容的屏幕展現形式，如多屏、分屏互動等模式，老師可在教學過程中通過手機、平板、電腦等設備實現一鍵調屏、一鍵廣播、屏幕互動等功能，實現視頻畫面、廣播信號的切換，營造良好的互動教育教學環境氛圍。

建設智慧課堂智能語音系統，對課堂的語音與聲場進行專業化設計，有效防范教室外部的噪音干擾，為教室提供良好的聲響質量和音頻效果，教師在授課過程中可以無需佩戴話筒耳機等專業設備，無需刻意大聲說話即可實現良好的講課效果，同時教師在課堂中自由走動，語音系統具備良好的擴聲效果，保證教室中每位學生都能聽清楚講課內容，完美實現高質量的拾音和音響效果。

4 結語

基于新型技術的智慧課堂管理系統，適用于教育教學、會議討論、培訓進修等多種使用場景，按照高要求、高標準建設目標，使教室成為具備智慧教學功能的場所，實現教學內容展示、資源共享、互聯互動等多方面的深度融合。

參考文獻

[1]朱小怡.高職智慧教室構建與智慧校園創新體系研究[J].產業創新研究，2020（10）：17-18.

[2]吳翠花.高校智慧課堂平臺的設計與應用[J].通訊世界，2020（5）：212-214.

[3]賴俊麗.智慧課堂教學模式在教學應用中的現狀研究[J].農家參謀，2020（16）：210-212.

收稿日期：2020-06-22

基金項目：2019年度浙江建設職業技術學院大學生思想政治教育專項課題（JYSZ201908）。

作者簡介：陳斌（1982—），男，浙江杭州人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：教學信息化、人工智能。

Research on the Design of Intelligent Classroom System based on New Technology

CHEN Bin

（Zhejiang College of Construction，Hangzhou? Zhejiang? 311231）

Abstract： At present， it is in the era of vigorous development of Internet of things， artificial intelligence and other new technologies，Classroom teaching environment needs to meet the needs of teaching content can be fully presented，convenient access to classroom learning resources，the function of classroom interaction，to create a good learning atmosphere.

Keywords：Smart classroom;Intelligent perception;Teaching environment