基于“云+端一體化”的智慧教室建設探索

張亮

（江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院教育信息化中心，江蘇 南京 211168）

基于“云+端一體化”的智慧教室建設探索

張亮

（江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院教育信息化中心，江蘇 南京 211168）

當前，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和云計算技術(shù)的快速發(fā)展，推進教學信息化已成為眾多高校關(guān)注的重點內(nèi)容之一。高校利用先進的教育技術(shù)和教學儀器設備參與教學活動，已取得了顯著的成績，并將成為許多高校建設智慧多媒體教室的一種趨勢。本文從智慧教室建設的背景、目標、設計思想和建設內(nèi)容等方面，對“云+端一體化”的智慧教室解決方案進行闡述。

云；端；一體化；智慧教室

1 引言

對于高校而言，課堂教學環(huán)節(jié)始終是人才培養(yǎng)的重要一環(huán)，為提高教學環(huán)節(jié)的質(zhì)量，提升教學水平，高校在不斷探索嘗試新的教學理念、方法和教學技術(shù)。以筆者所在的江蘇經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學院為例，多年來一直在探索如何建設更加先進的多媒體教室系統(tǒng)，以便更好地服務師生，服務教師的教育教學活動。2016年暑期，我校對13間傳統(tǒng)教室作為首批試點進行了智慧化改造，經(jīng)過一個多學期的使用，師生獲得很好的體驗感。經(jīng)過前期充分調(diào)研并在借鑒相關(guān)院校成功經(jīng)驗的基礎上，我校決定進一步推進智慧教室建設的探索。

經(jīng)過前期需求調(diào)研和方案論證，我們提出了具有我校特色的“云+端一體化”的智慧教室解決方案?？傮w架構(gòu)是以互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)為基礎，依托云計算技術(shù)，采用“云+端”的服務模式，搭建智慧教室一站式綜合服務管理平臺，通過智慧黑板、云錄播系統(tǒng)、云桌面、一站式綜合服務管理平臺等智慧系統(tǒng)構(gòu)建智慧的學習環(huán)境，實現(xiàn)教學資源共享、個性學習、互動學習、移動學習，智能決策，支持大規(guī)模師生應用，全面滿足教學、學習、溝通、管理的需要。

2 建設目標

通過對傳統(tǒng)教室進行智慧化改造，提供云+端一體化服務，實現(xiàn)教學過程的智慧化管理和服務。建設一站式服務管理平臺，對教學資源和服務進行統(tǒng)一管理和展示并提供服務入口，實現(xiàn)教學資源的共享、教學過程的互動、教學質(zhì)量的監(jiān)控等智慧化應用。要求該智慧教室系統(tǒng)與學校數(shù)字化校園平臺實現(xiàn)統(tǒng)一身份認證，與學校現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心對接，實現(xiàn)應用整合、數(shù)據(jù)聯(lián)動；與學校決策分析系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘和分析，為各管理部門提供綜合信息服務和輔助科學決策，全面提升學校管理效率和管理水平。

3 設計思想

我?！霸?端一體化”的智慧教室的建設理念，強調(diào)圍繞“教”、“學”、“研”、“管”對教學資源和教學環(huán)節(jié)進行統(tǒng)一管理和服務，具體可理解為：

（1）感知通過端：與人直接打交道的是終端，建設友好的終端是提高用戶體驗度的關(guān)鍵，建設智慧黑板、智慧云桌面、智能中控、智能門禁等終端感知設備和服務系統(tǒng)，實現(xiàn)與數(shù)據(jù)采集及終端信息感知等功能；

（2）資源/服務依賴云：數(shù)據(jù)存于云，服務依靠云，利用云平臺實現(xiàn)交互教學、資源共享，師生互動等，開創(chuàng)自主、開放、可控的社交及學習環(huán)境；

（3）智慧應用/管理服務人：云+端一體化的智慧教室的建設，最終服務于人，只有將參與者的智慧融入進去，智慧教室才有魂，以人為本的云+端應用服務于教學與管理將是一種創(chuàng)新的教學管理模式。

4 設計原則和總體要求

在系統(tǒng)設計時要充分考慮我校的實際需求，做到方案規(guī)劃完整，內(nèi)容設計合理，技術(shù)手段比較先進，具有一定的前瞻性；設備選型以實用為主，略有超前；在系統(tǒng)設計中要充分考慮到信息和數(shù)據(jù)存儲的安全性、可靠性，能夠應對數(shù)據(jù)的并發(fā)性等，系統(tǒng)做到易操作、易維護、易管理。

（1）整體性和開放性要求

“云+端一體化”的智慧教室建設是我校智慧校園建設的重要組成部分，也是校內(nèi)基礎數(shù)據(jù)采集的重要平臺，必須開放數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、提供標準接口、通訊接口、密鑰系統(tǒng)和卡結(jié)構(gòu)，支持學校自主采購擴展軟硬件設備。支持第三方系統(tǒng)與智慧教室系統(tǒng)平臺的對接，能夠按照要求，進行系統(tǒng)對接、數(shù)據(jù)同步，提供免費開發(fā)、部署、技術(shù)支持與維護。要與數(shù)字化校園平臺實現(xiàn)統(tǒng)一身份認證和數(shù)據(jù)同步。智慧教室系統(tǒng)平臺產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是我校決策分析系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)源，要求智慧教室系統(tǒng)平臺所有數(shù)據(jù)都要向?qū)W校免費開放。

（2）實用性和先進性原則

采用較為先進的、符合社會主流的產(chǎn)品、技術(shù)和設計思路，要求達到集成度好、模塊化較高的要求；整個系統(tǒng)架構(gòu)合理、清晰，功能比較完善，符合實際需要，對提高工作效率有明顯提高作用，建立一套滿足學校實際需求的管理軟硬件系統(tǒng)。

系統(tǒng)提供教學錄播、微課制作、課堂互動等基本功能的同時，還要能提供設備的遠程智慧管理、控制、師生的在線交互、用戶等級權(quán)限劃分、教學視頻資源的網(wǎng)上直播及點播、相關(guān)教學活動的監(jiān)察等功能。

（3）可靠性與安全性原則

在設備選型過程中，我們將采用較為成熟的、口碑較好、市場占有量較大的產(chǎn)品，以確保設備的可靠和穩(wěn)定運行，并綜合考慮產(chǎn)品后期的升級延續(xù)性及與其他產(chǎn)品的兼容性。要求硬件設置具有故障恢復能力，同時在軟件系統(tǒng)的開發(fā)時，要求平臺具有較強的抗風險能力，做好相應的安全策略，以確保整個智慧教室管理平臺安全穩(wěn)定運行。

（4）靈活性與可擴展性原則

系統(tǒng)要具備支持多種多媒體終端、多種硬件設備接口的功能，以確保后期產(chǎn)品和技術(shù)更新的靈活性；系統(tǒng)軟硬件設備具有可擴展能力，學?？筛鶕?jù)實際情況增加設備提高服務能力；要求系統(tǒng)平臺能夠做到系統(tǒng)不限制設備數(shù)、用戶數(shù)、流量、并發(fā)數(shù)等。

5 建設的主要內(nèi)容

5.1 一站式綜合服務管理平臺

依托“云+端”的服務模式，開發(fā)一站式綜合服務管理平臺，構(gòu)建智慧的學習環(huán)境，實現(xiàn)教學資源共享、個性學習、互動學習、移動學習，智能決策，支持大規(guī)模師生應用，全面滿足教學、學習、溝通，管理的需要。具體要求如下：

5.1.1 對接數(shù)字化校園平臺，實現(xiàn)統(tǒng)一身份認證、數(shù)據(jù)同步

一站式綜合服務管理平臺建設作為我校智慧校園建設的重要組成部分，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要符合學校的統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準字典庫，要按要求與我?，F(xiàn)有數(shù)字化校園平臺實現(xiàn)統(tǒng)一身份認證和數(shù)據(jù)同步。一站式綜合服務管理平臺產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是我校決策分析系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)源，能按要求進行數(shù)據(jù)的實時推送。

5.1.2 教學輔助系統(tǒng)

（1）備課管理子系統(tǒng)

備課是老師教學環(huán)節(jié)的重要組成部分，開發(fā)備課管理子系統(tǒng)就是給學校教師提供對課件、教案等課程資源進行管理、共享的資源平臺，增加課堂內(nèi)外師生活動的學習平臺。通過平臺建設可增加教師間、師生間、學生間的信息交流，有利于將個人知識轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織知識，提高工作效率和增加知識創(chuàng)新能力。功能包括：1）作業(yè)/預習：老師發(fā)起課后作業(yè)/預習，學生完成作業(yè)后老師可以批改作業(yè)；2）考試：老師根據(jù)教學的需要進行考試試卷的發(fā)布等，可以做到在線考試及線下考試相結(jié)合；3）教學計劃/備課；等等。

（2）教學資源管理子系統(tǒng)

教學資源管理子系統(tǒng)主要目的是實現(xiàn)“云+端一體化”的智慧教室系統(tǒng)產(chǎn)生的教學資源共享，促進學生的自主學習、研究學習等，實現(xiàn)開放教學模式。功能包括：1）優(yōu)秀課件等資源全面共享；2）自主、開放、可控的社交及學習環(huán)境；3）分角色的個性化功能應用；等等。

5.1.3 智慧黑板軟件子系統(tǒng)

智慧黑板軟件子系統(tǒng)實現(xiàn)多媒體教學的管理和展示功能，作為一站式綜合服務管理平臺的一部分，要實現(xiàn)與管理平臺的對接和完全融合，教師利用智慧黑板上課的板書、注解等都可以同步到備課管理子系統(tǒng)、教學資源管理子系統(tǒng)等相關(guān)平臺，可以同步分享給學生，作為教學筆記便于學生學習分析和參考。

5.1.4 智慧中控總控平臺子系統(tǒng)

為了更加方便、直觀地管理多媒體設備，我們要求采用人性化的設計理念、圖形化顯示方案，力求使用戶界面簡單、實用。要求總控平臺能夠?qū)崿F(xiàn)設備的集中管控、后臺數(shù)據(jù)庫的管理、系統(tǒng)日志的查看、相關(guān)功能參數(shù)的配置等功能。

5.1.5 云錄播課程管理平臺子系統(tǒng)

云錄播課程管理平臺子系統(tǒng)主要實現(xiàn)了對教室授課情況的在線實時觀看、課程錄制、點播學習、督導巡課等功能。通過系統(tǒng)的直、點播功能，學生可以進行在線遠程觀看，進行課后復習，老師也可以觀摩學習其他教師的授課，改進自己的教學過程，督導人員可以遠程聽課、巡課等。

5.1.6 數(shù)據(jù)查詢分析與刷卡考勤子系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要實現(xiàn)對智慧教室平臺系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行分析，為相關(guān)管理部門和決策者提供較為精準的信息，提高決策的科學性和準確性，從而使整個學校的管理水平和管理能力得到進一步的提高。能夠?qū)崿F(xiàn)按人員身份、班級、院系等多角度綜合分析，為數(shù)字化校園提供數(shù)據(jù)支持。

要求與校園一卡通系統(tǒng)對接，以門禁刷卡、中控刷卡等數(shù)據(jù)為基礎，實現(xiàn)學校的多種考勤，如上班考勤、學生上課考勤、晚自習考勤等，實現(xiàn)考勤系統(tǒng)功能，并通過與各系統(tǒng)聯(lián)動，實現(xiàn)動態(tài)考勤，如與教務系統(tǒng)課程信息對接，實現(xiàn)學校學生、教師考勤管理，可以設置晚自習表，實現(xiàn)學生晚自習考勤。同時數(shù)據(jù)也要同步到校方指定平臺，供其它平臺使用：如與校內(nèi)數(shù)字化校園平臺、學工系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、教務系統(tǒng)、智能定位平臺等系統(tǒng)對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步。

5.1.7 移動端管理系統(tǒng)

按照項目建設設想，能夠?qū)崿F(xiàn)學生課前和課后通過手機或PAD進行課程預習和課程復習，在線點播課堂視頻，因故請假的學生，通過移動端方式進行視頻補課，完成相關(guān)課程的學習。實現(xiàn)智慧校園移動生活圈，師生通過移動端實現(xiàn)相關(guān)校園信息、熱點問題的探討和交流等。

5.2 智慧教室各硬件系統(tǒng)

5.2.1 智慧黑板

隨著信息技術(shù)手段的不斷提高，國家對教學信息化、數(shù)字化等提出了更高的要求，作為高校學校也需要進一步優(yōu)化教學環(huán)境，如實現(xiàn)教學無塵化、互動性。“交互式納米智慧黑板”是一種新型的交互式書寫演示設備，在滿足日常播放office課件及影音的功能之外，還具有多點觸控、隨意書寫等功能，產(chǎn)品節(jié)能環(huán)保、護眼、清晰度高、互動性強，被越來越多的高校師生所接受。

5.2.2智慧中控

智慧中控作為一款比較現(xiàn)代化的多媒體教室智慧教學終端，具有非常強大的功能，它集臺式電腦、視頻展臺、多媒體網(wǎng)絡中控、話筒、數(shù)字功效等功能于一身。非接觸式的卡式管理跟校園一卡通系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接，有線網(wǎng)絡和校園無線網(wǎng)絡的自動切換能保證網(wǎng)絡教學的正常進行，不會因為由于有線網(wǎng)絡的故障而影響教學。

5.2.3 云錄播

智能云錄播系統(tǒng)是一套比較先進的錄播系統(tǒng)，可以實現(xiàn)視頻的錄制和傳輸，聲音的防噪聲處理，實現(xiàn)視頻圖像的分析處理等功能；實現(xiàn)人工智能與自動控制于一體，利用網(wǎng)絡技術(shù)、計算機技術(shù)、音視頻的壓縮處理、校園網(wǎng)絡進行教學視頻的存儲直播和點播等活動。

針對我校教室的應用需求，直接將多個點的音視頻及VGA畫面合成后接入平臺中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、管理等應用，解決了我校對智慧教室的建設需求。通過云錄播平臺管理系統(tǒng)滿足不同用戶群的在線交流學習以及日常管理，并依托網(wǎng)絡實現(xiàn)對音視頻資源的傳輸、管理、存儲。

5.2.4 云桌面

在不改動教室布置的基礎上，以云桌面代替?zhèn)鹘y(tǒng)PC，采用瘦客戶端（自帶本地為Win7系統(tǒng)）+顯示器的模式，所有的計算、存儲全部在云服務器中心實現(xiàn)，按需分配給每間多媒體教室一個通用的桌面，無需登錄，提供給所有老師上課，用于處理及運行教師上課所需的軟件及視頻播放、WORD、PPT的授課要求。老師也可以做到在任何時間、任何地點、通過任何設備（如手機，平板，筆記本等接入設備）輸入自己的工號以及相應的密碼登錄自己的專屬桌面，專屬桌面有用戶自己永久的存儲空間以及個性化的保存，教師授課時不需要隨身攜帶U盤，具有屬于自己的云辦公、云教學。

5.2.5 一卡通門禁

通過建立一套基于智慧校園總體架構(gòu)的一卡通門禁系統(tǒng)，提升學校智慧化管理水平，探索校內(nèi)定位服務、智能管理應用、移動端應用，實現(xiàn)考勤管理、會議簽到、軌跡分析、授權(quán)管理、身份識別等系列應用以及數(shù)據(jù)分析、展示。

將一卡通門禁系統(tǒng)與校內(nèi)智慧校園平臺、智能定位服務分析系統(tǒng)、教務系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、人事系統(tǒng)、學工系統(tǒng)等進行對接，實現(xiàn)應用整合、數(shù)據(jù)聯(lián)動。對一卡通系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析與挖掘，為相關(guān)管理部門和領(lǐng)導者提供信息查詢和科學決策提供依據(jù)，從而提升管理水平和管理效率。

6 結(jié)束語

以往的多媒體教室主要是教師利用投影、電子白板等設備，播放相關(guān)的音視頻和電子文檔等課件，把授課內(nèi)容傳遞給學生，讓學生掌握相關(guān)的知識，而我們對智慧教室的定義是多媒體教室的硬件設施與軟件平臺的全面融合。在具有傳統(tǒng)多媒體教室功能的同時，還要能夠根據(jù)需要對教師上課教學內(nèi)容進行保存，并通過統(tǒng)一身份認證自動分類、上傳至學校統(tǒng)一課程資源平臺下的教師個人空間，給學生后期進行點播，達到翻轉(zhuǎn)課堂的效果，讓線上與線下的混合學習模式成為可能。

此項目的建設將我校多媒體教室建設提升到一個新的高度，將建設成一套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集設備統(tǒng)一管理、音視頻統(tǒng)一控制、智慧教學、資產(chǎn)管理、人員考勤等于一體的新型現(xiàn)代化智慧教室系統(tǒng)，實現(xiàn)運用智慧技術(shù)，支持智慧教與學，實現(xiàn)教室智慧管理的整體目標。

[1]張亞珍，張寶輝，韓云霞．國內(nèi)外智慧教室研究評論及展望[J]．開放教育研究，2014(1)：81-91．

[2]賴紅輝．基于云服務的高職院校智慧教室建設探索[J]．信息工程，2014(10)：135-136．

[3]楊勝利．一種基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室體系結(jié)構(gòu)研究[J]．數(shù)字技術(shù)與應用，2015(11)：52．

[4]靳旭瑩，馬曉萍，申?。腔劢淌业某跆絒J]．教育教學論壇，2014 (44)：8-10．

[5]黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等．智慧教室的概念及特征[J]．開放教育研究，2012，18(2)：22-27．

Exploration on the SmartClassroom Construction Based on“the Integration of Cloud and Terminals”

Zhang Liang
(Jiangsu Institute of Commerce,Nanjing 211168,Jiangsu)

Atpresent,w ith the rapid developmentof Internet technology and cloud computing technology,teaching informatization hasbecome one of themost important content inmany collegesand universities.The advanced education technology and teaching instrumentsare introduced to the teaching activities collegesand universities,which hasachieved considerable achievementsand is becom ing a trend of smart classroom construction.From the background,objectives,design ideas and contentof the smart classroom construction,this paperexpounds the solution based on“the integration of cloud and term inals”.

cloud computing;terminals;integration;smartclassroom

G434

A

1008-6609(2017)06-0075-04

張亮（1983-），男，江蘇宜興人，碩士，工程師，研究方向為計算機網(wǎng)絡、計算機科學與技術(shù)。