新型常態(tài)化智慧教室設(shè)計(jì)概述

趙順勇

寧波職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 寧波 315000

引言

以實(shí)際需求為導(dǎo)向，圍繞“智慧教育信息化”的建設(shè)要求，按照以信息化管理中心為中心點(diǎn)，各教學(xué)樓及教室為基點(diǎn)，進(jìn)行本校教室創(chuàng)新教學(xué)模式構(gòu)建。教育信息化支撐環(huán)境，實(shí)現(xiàn)可促進(jìn)教學(xué)水平跨越式的發(fā)展。

并采用統(tǒng)籌規(guī)劃，頂層設(shè)計(jì)的方法，依托于管理平臺(tái)進(jìn)一步整合全校教育資源和應(yīng)用，打造技術(shù)先進(jìn)、公平開放、資源豐富、安全可靠的資源共享平臺(tái)。

利用智慧教學(xué)先進(jìn)理念，進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)本校教育信息化改革，以智慧教育教學(xué)為理念指導(dǎo)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)教學(xué)方式方法，依托于大數(shù)據(jù)，人工智能等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)深入融合到智慧教學(xué)中。加快高效智慧教學(xué)飛速發(fā)展。

1 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

以計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)為代表的高新技術(shù)的發(fā)展，為學(xué)習(xí)方式帶來(lái)了前所未有的變革，能夠滿足本校未來(lái)五年的發(fā)展規(guī)劃，設(shè)計(jì)原則必須滿足、模塊化原則、互動(dòng)性原則、易用性原則、便利性原則、穩(wěn)定性原則、兼容性原則以及先進(jìn)性原則。從而打造多功能的智慧管理平臺(tái)以及智慧錄播教室。

建設(shè)統(tǒng)一的管理中心，實(shí)現(xiàn)全校所有教室統(tǒng)一管控；將學(xué)校傳統(tǒng)教室打造成智慧教室，能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)場(chǎng)景錄制、課堂學(xué)情分析等；已經(jīng)建設(shè)好的錄播教室做功能升級(jí)，在利舊的前提下做教室功能改造；多種錄播教室建設(shè)模式配合使用。

實(shí)現(xiàn)各個(gè)教學(xué)點(diǎn)互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)資源共享，同上一堂課共享一名師。

通過全校建設(shè)的實(shí)施，創(chuàng)新教學(xué)模式、培育全新教學(xué)理念、構(gòu)建全新教師角色、完善新的學(xué)習(xí)工具、開拓新的辦學(xué)模式，通過教育信息化起步、應(yīng)用、融合、創(chuàng)新的四個(gè)階段，利用信息技術(shù)驅(qū)動(dòng)教育教學(xué)創(chuàng)新。

以校級(jí)為個(gè)體單位實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)教學(xué)，多點(diǎn)同步教研，學(xué)校教師備課、觀摩、評(píng)課等桌面式網(wǎng)絡(luò)教研的功能，通過校級(jí)平臺(tái)數(shù)據(jù)交換中心，實(shí)現(xiàn)多個(gè)校區(qū)的音視頻實(shí)時(shí)互動(dòng)，同時(shí)可作為教學(xué)視頻會(huì)議系統(tǒng)，多所學(xué)校校園安全視頻信息實(shí)時(shí)瀏覽。

管理中心主要存放平臺(tái)服務(wù)器、直播、點(diǎn)播服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器等支撐，通過智慧課堂管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)教室間實(shí)時(shí)互動(dòng)、同步直播、點(diǎn)播、教學(xué)實(shí)況錄制、遠(yuǎn)程督導(dǎo)教學(xué)等。

實(shí)時(shí)進(jìn)行直播，以供教學(xué)觀摩，開展智能化，全交互網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)，實(shí)現(xiàn)本?？梢暬虒W(xué)教研，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育會(huì)議，實(shí)現(xiàn)教師交流，實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)，教育資源共享，實(shí)現(xiàn)教育均衡化。

系統(tǒng)平臺(tái)采用接口開放原則，可將原有學(xué)校錄播教室，校園平臺(tái)同時(shí)接入，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域教育信息化設(shè)備統(tǒng)一管理[1]。

2 主要特點(diǎn)

2.1 易管理

①課表自動(dòng)錄制，降低學(xué)校老師錄課的工作負(fù)擔(dān)：能夠采用自動(dòng)錄制機(jī)制，減少人為控制，與課表對(duì)接后，可是根據(jù)學(xué)校的排課進(jìn)行錄制，并且自動(dòng)上傳、自動(dòng)歸類②支持手機(jī)、平臺(tái)實(shí)時(shí)巡課，可以支持在線三分屏、二分屏、電影模式等方式進(jìn)行巡課。

2.2 易用性

支持移動(dòng)端微信端小程序功能，能夠?qū)崿F(xiàn)課堂互動(dòng)、督導(dǎo)巡課、直播、點(diǎn)播、考勤、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等應(yīng)用，并且在使用形式上采用了大眾普遍使用的微信端，無(wú)須安裝，避免了師生安裝過多且煩瑣的APP的煩惱。

2.3 互動(dòng)性

通過智慧課堂教室端，可以實(shí)現(xiàn)、學(xué)生互動(dòng)、云直播、局域網(wǎng)直播、簽到移動(dòng)端應(yīng)用等功能，增加多功能的使用場(chǎng)景，無(wú)論學(xué)生是否到校上課，都可以實(shí)時(shí)聽講，并且與任課教師進(jìn)行互動(dòng)。

2.4 兼容性

①數(shù)據(jù)互通：實(shí)現(xiàn)大平臺(tái)統(tǒng)一接入學(xué)校分散、獨(dú)立的教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通互聯(lián)。②支持雙重備份優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源、相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等有效數(shù)據(jù)具有備份存儲(chǔ)功能，本地?cái)?shù)據(jù)中心服務(wù)器存儲(chǔ)，云端數(shù)據(jù)交互中心存儲(chǔ)。

2.5 智能學(xué)情分析

通過人臉識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能學(xué)情分析，能夠?qū)W(xué)生在上課時(shí)的聽講狀態(tài)有效統(tǒng)計(jì)，通過分析學(xué)生的低頭、抬頭等動(dòng)作，有效捕捉學(xué)生聽課的狀態(tài)，對(duì)學(xué)情督導(dǎo)，學(xué)習(xí)質(zhì)量提高有重要的數(shù)據(jù)支撐，最終幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)成績(jī)，提高課堂效率。

2.6 智能考勤

通過人工智能人臉檢測(cè)算法，裝在教室內(nèi)的攝像機(jī)會(huì)識(shí)別出教室內(nèi)的學(xué)生人臉，然后通過人臉識(shí)別算法進(jìn)行識(shí)別比對(duì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別考勤功能。

2.7 可視化大數(shù)據(jù)分析

實(shí)現(xiàn)對(duì)課件點(diǎn)擊量、課件錄制量、學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、設(shè)備管理數(shù)據(jù)進(jìn)行排行榜統(tǒng)計(jì)，將大數(shù)據(jù)分析進(jìn)行可視化展示，促進(jìn)教學(xué)評(píng)比，師生使用主動(dòng)性。

3 前端教室功能設(shè)計(jì)

教室具有音頻系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)錄播系統(tǒng)等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、課堂互動(dòng)教學(xué)活動(dòng)以及拓展型教學(xué)等。

教室前端配置兩臺(tái)云臺(tái)攝像機(jī)，能夠采集到教室內(nèi)的教師、學(xué)生畫面，可以自動(dòng)錄制生成優(yōu)質(zhì)資源、學(xué)生學(xué)情的統(tǒng)計(jì)分析。錄制好視頻資源可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸為介質(zhì)，通過管理平臺(tái)將優(yōu)質(zhì)資源共享給其他師生進(jìn)行在線學(xué)習(xí)、觀摩等。

3.1 AI智慧教室

3.1.1 智慧錄播系統(tǒng)。智慧錄播系統(tǒng)是優(yōu)質(zhì)資源生成的重要手段，系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理于一體，采用通用的H.264 +AAC高效硬件編碼技術(shù)，信號(hào)傳輸質(zhì)量高；結(jié)合模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)高清視頻信號(hào)、計(jì)算機(jī)屏幕信號(hào)的編碼壓縮、傳輸錄制、網(wǎng)絡(luò)直播等功能，還提供WEB管理方式，方便、直觀地查看信息，具有出眾的導(dǎo)播定位一體化性能，系統(tǒng)均能準(zhǔn)確無(wú)誤地采用不同策略進(jìn)行自動(dòng)跟蹤拍攝。

3.1.2 名師優(yōu)課制作。全面上解決教育所需，匯聚教育資源、共享教育核心，拉近各校區(qū)之間的教育水平，從體制到應(yīng)用上提供實(shí)質(zhì)性方案。在學(xué)校中優(yōu)秀教師可以采用制作優(yōu)課的形式將自己上課的課件進(jìn)行課后的編輯，形成具有獨(dú)立特色的課程資源，通過網(wǎng)絡(luò)共享給大家，并可參與課程評(píng)比。優(yōu)課制作是一種新型的教學(xué)資源形式，不局限于固定的人員、地點(diǎn)和設(shè)備，教師可以人人隨時(shí)制作優(yōu)課，突破傳統(tǒng)教育的時(shí)空限制，更加便于教學(xué)資源的建設(shè)。學(xué)習(xí)者能在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)以任何方式學(xué)習(xí)任何內(nèi)容，簡(jiǎn)單高效，隨時(shí)隨地。從優(yōu)課的錄制、制作、應(yīng)用三方面入手，精細(xì)研究?jī)?yōu)課的編輯制作、管理展示和后期應(yīng)用需求；以資源建設(shè)和觀看為核心，提供從生成、編輯、上傳、共享和教學(xué)的全流程管理。

3.1.3 翻轉(zhuǎn)課堂。憑借優(yōu)課制作的支持，形成新型的教育模式“翻轉(zhuǎn)課堂”，顛覆傳統(tǒng)的教學(xué)思維模式讓學(xué)生更富有學(xué)習(xí)興趣，通過優(yōu)秀教師錄制的優(yōu)課微視頻，為學(xué)生提供課前輔導(dǎo)學(xué)習(xí)，并在上課時(shí)對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行提問及輔導(dǎo)[2]。

3.2 拓?fù)鋱D設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一體化智慧錄播系統(tǒng)，由智慧教室和控制室組成。

AI智慧教室選用國(guó)內(nèi)主流的硬件產(chǎn)品，保證可迅速適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)視頻應(yīng)用的需求，在教室的前端可配備推拉式黑板，便于學(xué)生觀看教師授課的PPT、視頻等文件。教師講臺(tái)上配備教師計(jì)算機(jī)，便于教師授課時(shí)操作相關(guān)課程內(nèi)容。通過智能攝像機(jī)，分別負(fù)責(zé)對(duì)教師、學(xué)生的跟蹤拍攝。攝像機(jī)采集的視頻信號(hào)傳送至多功能教學(xué)終端，進(jìn)行高清優(yōu)質(zhì)課件的錄制。聲音通過麥克的采集方式經(jīng)音頻處理器把音頻信號(hào)輸送給多功能教學(xué)終端，以保證聲音真實(shí)展現(xiàn)課堂場(chǎng)景。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)中控系統(tǒng)

3.3.1 本地控制。我們的中央控制系統(tǒng)由中央控制主機(jī)（網(wǎng)絡(luò)中控）、控制面板組成。各部分之間用通信電纜相連，構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)。其中控制面板是本地指令發(fā)送中心，中央控制主機(jī)則是指令接收和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。教師通過桌面控制器控制中央控制器從而實(shí)現(xiàn)對(duì)連接于其上的多媒體外設(shè)的控制，真正實(shí)現(xiàn)“所見即所控”。

3.3.2 網(wǎng)絡(luò)控制。采用最先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，配合控制室端管理平臺(tái)（原管理系統(tǒng)），運(yùn)用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。該方法采用廣泛應(yīng)用的成熟的互聯(lián)網(wǎng)，從而使系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的緊密連接，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)控制的靈活性和多樣性。

多媒體網(wǎng)絡(luò)中央控制系統(tǒng)軟件，是網(wǎng)絡(luò)控制指令的發(fā)起者，主控室管理主機(jī)發(fā)出的指令封裝成標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP協(xié)議包，通過校園網(wǎng)傳送到相應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)（教室端的中央控制器），從而控制連接到中央控制器的多媒體外設(shè)。系統(tǒng)基于校園網(wǎng)，沒有位置的概念，只要能連上校園網(wǎng)后即可實(shí)現(xiàn)控制。控制節(jié)點(diǎn)收到TCP/IP協(xié)議控制的指令后，中央控制器執(zhí)行相關(guān)的指令控制相應(yīng)的設(shè)備完成控制。通過該控制軟件可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開關(guān)/喚醒網(wǎng)絡(luò)中控器，遠(yuǎn)程控制投影機(jī)和影音設(shè)備等等。通過網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)真正實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)在千里，控在指間”[3]。

2 結(jié)束語(yǔ)

通過解決高校智慧教室發(fā)展中遇到的難題，不斷創(chuàng)新和探索，才能讓智慧教室這種新型的教學(xué)模式不斷發(fā)展普及。同時(shí)，高校的智慧教室建設(shè)更需要學(xué)校充分地理清自身教學(xué)需求，根據(jù)自身需求不斷完善和創(chuàng)新，靈活地調(diào)整智慧教室。