“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧教室構(gòu)建

李 煌

(中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院湖南分院，湖南 長沙 410000)

1 智慧教室構(gòu)建的重要意義

中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院實(shí)行國家級主站、省級二級站以及地縣學(xué)習(xí)點(diǎn)的三級培訓(xùn)系統(tǒng)，其中，國家級主站即中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院；二級站主要包括各個(gè)分院、各省級氣象培訓(xùn)機(jī)構(gòu)；三級站包含全國各地(市)、縣級氣象局。湖南分院屬于氣象培訓(xùn)系統(tǒng)二級站，具有培訓(xùn)與教育氣象人才隊(duì)伍的職責(zé)。加強(qiáng)智慧教室信息化平臺的創(chuàng)建，創(chuàng)新教育培訓(xùn)機(jī)制，不斷優(yōu)化培訓(xùn)環(huán)境，對于增強(qiáng)湖南分院培訓(xùn)管理能力以及提升氣象人才教育水平而言意義重大。

2 智慧教室的系統(tǒng)模型

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧教室遵循模塊化設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)由硬件、基礎(chǔ)設(shè)施、軟件以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境共同組成，包含5層，即基礎(chǔ)設(shè)施層、教學(xué)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層以及應(yīng)用層(圖1)。

圖1 智慧教室的系統(tǒng)模型

(1)基礎(chǔ)設(shè)施層：包含教室的燈光照明、活動桌椅、裝修裝飾、供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)以及新風(fēng)系統(tǒng)等組成，為教學(xué)培訓(xùn)提供了不可或缺的物理平臺。教室裝修整體方面應(yīng)該大方、美觀、實(shí)用，室內(nèi)空間需要合理布局，通透靈活、課座椅應(yīng)按照人體工程學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以便輕松自由地整合在一起，燈光布光要求健康節(jié)能、均勻，供配電必須可靠、安全。

(2)教學(xué)設(shè)備層：本層屬于系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)層，為開展各類教學(xué)活動給予有利的環(huán)境。它涉及顯示系統(tǒng)、擴(kuò)音系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)以及終端設(shè)備等，同時(shí)可以按照學(xué)科的特點(diǎn)、具體需要來配置相應(yīng)的設(shè)備設(shè)施。

(3)網(wǎng)絡(luò)層：利用各類網(wǎng)絡(luò)連接方法，以確保上下層之間能夠安全、順暢地進(jìn)行信息傳輸，將信息空間和物理空間進(jìn)行有效連接，為師生交流以及獲取學(xué)習(xí)資源提供便利條件。

(4)服務(wù)層：依托大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)挖掘等現(xiàn)代技術(shù)，為應(yīng)用層提供智能教學(xué)、智能資源以智能管理的基于信息的智能公共支持環(huán)境和集成服務(wù)系統(tǒng)。

(5)應(yīng)用層：依靠服務(wù)層來給予全面的支持、服務(wù)，將智能教室業(yè)務(wù)相關(guān)的教學(xué)系統(tǒng)集成到統(tǒng)一的門戶以及統(tǒng)一的身份認(rèn)證教學(xué)應(yīng)用云平臺中，切實(shí)達(dá)到信息和數(shù)據(jù)的集約化管理的目的。

3 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧教室構(gòu)建方案

3.1 智慧教室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)研究

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的智慧教室對網(wǎng)絡(luò)的性能要求相對較高、在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計(jì)上首先考慮錄制課堂高清視頻產(chǎn)生的大流量和諸多IP設(shè)備小流量(如投影幕布、空調(diào)、電子白板、投影機(jī)的網(wǎng)絡(luò)控制單元)的穩(wěn)定性，同時(shí)考慮網(wǎng)絡(luò)的安全性，將所有教室納入千兆專用網(wǎng)絡(luò)，并采用相關(guān)技術(shù)將各類設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)隔離。為了確保智慧教室內(nèi)各個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施都能夠順利與網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，同時(shí)集成無線Wi-Fi模塊，通常采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)傳輸。網(wǎng)關(guān)和有線校網(wǎng)保持互聯(lián)互通，確保網(wǎng)絡(luò)通信順利進(jìn)行。基于“互聯(lián)網(wǎng)”的智慧教室的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。基于“互聯(lián)網(wǎng)”的智慧教室的教務(wù)管理、設(shè)備管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備管理等均需管理員設(shè)定相應(yīng)的權(quán)限，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與局域網(wǎng)之間的有效連接，并且向數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)送并存儲數(shù)據(jù)，有關(guān)數(shù)據(jù)在無線訪問點(diǎn)的作用下能夠傳輸至智慧教室的教學(xué)設(shè)備。

圖2 基于“互聯(lián)網(wǎng)”的智慧教室的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖3 主要設(shè)備系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.2 硬件環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本文采用帶有基于IP技術(shù)接口芯片的多媒體設(shè)備來搭建智慧教室的硬件環(huán)境、依托“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，借助于中央控制器把投影儀、電腦、電子白板、教學(xué)錄播、互動教學(xué)等構(gòu)成的教學(xué)設(shè)備以及環(huán)境感知設(shè)備進(jìn)行無縫融合(圖3)。憑借多媒體設(shè)備中基于IP技術(shù)的檢測芯片能夠?qū)崿F(xiàn)硬件設(shè)備的遠(yuǎn)程管理以及維護(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)和校園課程的無縫對接。

3.3 應(yīng)用支撐環(huán)境設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(1)云桌面系統(tǒng)

利用云桌面替換傳統(tǒng)的PC，不但可以促使操作系統(tǒng)加快速度運(yùn)行，確保數(shù)據(jù)的安全性，而且在登陸與使用的時(shí)候還不會受時(shí)間以及空間的限制。教師憑借工號以及密碼能夠隨時(shí)備課，隨時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

(2)教學(xué)輔助系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要用于教師備課、課堂考勤、互動教學(xué)、隨堂測試等。學(xué)生主要進(jìn)行課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)以及提交作業(yè)等。采集的課堂信息能夠讓教師進(jìn)行教學(xué)反思，評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

(3)云錄播系統(tǒng)

云錄播系統(tǒng)能夠隨時(shí)對教師的授課情況進(jìn)行錄制，采集課堂信息且上傳，便于學(xué)生遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。教師可以剪輯與處理視頻播放內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)資源。

(4)教務(wù)管理系統(tǒng)

通過和教務(wù)管理系統(tǒng)進(jìn)行對接，可以對授課班級信息、學(xué)生名單、課程號等信息進(jìn)行自動推送。憑借智慧教室網(wǎng)絡(luò)接口把學(xué)生簽到、作業(yè)和測試成績等信息及時(shí)向教務(wù)管理系統(tǒng)發(fā)送，為教師給學(xué)生打出平時(shí)成績提供參考。

(5)數(shù)據(jù)中心

主要記錄教師與學(xué)生在課堂上的教學(xué)過程。憑借統(tǒng)計(jì)與分析過程性評價(jià)數(shù)據(jù)，教師能夠關(guān)注班級與學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，獲悉學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，梳理學(xué)習(xí)難點(diǎn)，為改善教學(xué)質(zhì)量提供有效的依據(jù)。

(6)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

通過光照感應(yīng)器與控制器等現(xiàn)代化技術(shù)，監(jiān)測課堂內(nèi)的光、電、聲、溫等環(huán)境數(shù)據(jù)，智能判斷是否與課堂需求相適應(yīng)，從而做到自動調(diào)節(jié)以及控制，為師生提供良好、舒適的教學(xué)環(huán)境。

4 結(jié)語

總之，“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及大數(shù)據(jù)等前沿新技術(shù)，形成一個(gè)教材多媒體化、資源共享化、教學(xué)多樣化、學(xué)習(xí)個(gè)性化、活動協(xié)作化、網(wǎng)絡(luò)泛在化的智慧教室構(gòu)建方案，有利于師生無縫接入資源及從事教與學(xué)活動，為氣象干部培訓(xùn)學(xué)院湖南分院提供一個(gè)高效開展氣象培訓(xùn)工作的教學(xué)平臺，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)管理水平，從而帶來了一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。