高校物聯(lián)網(wǎng)智慧教室建設(shè)

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(lǐng)域。隨著現(xiàn)代化信息技術(shù)的不斷發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等越來越被廣泛應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)智慧教室是現(xiàn)代信息時(shí)代課堂革命的必然趨勢。通過對傳統(tǒng)教室的基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)化等分需求的改造與重建，以“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式推進(jìn)高校教學(xué)功能化、智能化教學(xué)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與轉(zhuǎn)變，提高教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量。將這些先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用在我國教育和知識資源共享領(lǐng)域，逐步衍生出一套容技術(shù)、應(yīng)用、管理等特征為一體的“智慧教室”體系。物聯(lián)網(wǎng)“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(xué)習(xí)者提供更為廣闊和深入的知識體系，有效幫助學(xué)習(xí)者健全知識體系，搭建立體知識結(jié)構(gòu)，提高思辨能力，以及解決在日常學(xué)習(xí)、工作、生活中遇到的問題。以此為契機(jī)，文章針對物聯(lián)網(wǎng)智慧教室建設(shè)工作進(jìn)行了深入地研究與探討。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng);智慧教室;建設(shè)構(gòu)架;物聯(lián)網(wǎng)思路;建設(shè)方法

中圖分類號：G 434?? 文獻(xiàn)標(biāo)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(xué)者也圍繞著“智慧校園”這一概念，展開研究與探索?！爸腔劢淌摇弊鳛椤爸腔坌@”的重要組成部分，同樣被廣泛地探討和應(yīng)用[1]。智慧教室是基于信息化時(shí)代教育革新在技術(shù)上與教育的全面融合，因此“智慧校園”建設(shè)，特別是“智慧教室”的推廣與建設(shè)占據(jù)著不容忽視的地位與價(jià)值。

早在20世紀(jì)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(yīng)用，虛擬化指令傳導(dǎo)應(yīng)用等。我國在21世紀(jì)初開始，對于“電教”也進(jìn)行了探討與摸索。電化教育的試點(diǎn)與改革隨著信息化的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)等一系列人工智能，更促進(jìn)了這種技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。其中“SMART”智慧教室概念模型[2]，為當(dāng)今智慧教室，尤其物聯(lián)網(wǎng)智慧教室奠定了基礎(chǔ)。智慧教室建構(gòu)模型包括5個部分：內(nèi)容呈現(xiàn)（Showing），環(huán)境管理（Manageable），資源獲?。ˋccessible），即時(shí)互動（Real-time interactive），情感感知（Testing）。高校信息化發(fā)展、教學(xué)改革、教學(xué)成果推廣和目標(biāo)人群擴(kuò)大，無一不凸顯高校建設(shè)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(shè)施的實(shí)用性、先進(jìn)性、可靠性和擴(kuò)展性進(jìn)行了建設(shè)論證，并在大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用、服務(wù)對象與目標(biāo)等方面做了價(jià)值分析與教學(xué)質(zhì)量評估。在硬、軟件設(shè)施方面，繪制有《西安交通大學(xué)智慧教室主要設(shè)備拓?fù)鋱D》和《西安交通大學(xué)智慧教室網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D》，這正是基于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)智慧教室的建設(shè)架構(gòu)[3-5]。2017年9月，教學(xué)部部長陳寶生提出教育改革中“課堂革命”的命題?！罢n堂革命”，在當(dāng)今如視頻類報(bào)道、記錄片、COOM、翻轉(zhuǎn)課堂和各種以視、聽、說、感為基礎(chǔ)的APP等新媒體時(shí)代，課堂教學(xué)知識體系容量的擴(kuò)充也時(shí)刻催促著高校教學(xué)環(huán)境和設(shè)施的革命[6-9]。如何在“粉筆+黑板+語言灌輸”的單一傳統(tǒng)教授模式下走出課堂效果不好、課堂評價(jià)效率不高的困境？如何在“課堂革命”走出時(shí)代性與現(xiàn)代性？作為教學(xué)輔助平臺的智慧教室建設(shè)，勢在必行。文章將以建設(shè)智慧教室為契機(jī)，利用傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、富媒體技術(shù)和人工智能等裝備教室，充分利用信息化在時(shí)代中資源的共享以及有效利用等交互功能為一體，建設(shè)一種更為適合教與學(xué)的新型教學(xué)環(huán)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(shù)為載體，將智慧服務(wù)運(yùn)用于教學(xué)活動中，使得軟件與硬件相結(jié)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(shè)形態(tài)[10-11]。智慧教室的建設(shè)要根據(jù)實(shí)際教學(xué)活動的要求，提供針對性的智能性的應(yīng)用服務(wù)，使得教學(xué)效果最優(yōu)化。

智慧教室相較于傳統(tǒng)多媒體教室，具有智慧程度更高，軟硬件設(shè)施結(jié)合更加完善，能實(shí)現(xiàn)智慧管理結(jié)合智慧服務(wù)與一體的教室形態(tài)。智慧教室在其智能化體現(xiàn)上涵蓋了學(xué)習(xí)資源的獲取與分享、課堂服務(wù)的創(chuàng)新與互動、情景的感知與再現(xiàn)以及教室電氣化一體式管理等多種形式，在內(nèi)容、環(huán)境、資源、互動等方面達(dá)到高度結(jié)合的特征。

2 智慧教室的建設(shè)構(gòu)架

2.1 智慧教室的建設(shè)

智慧教室的建設(shè)涵蓋網(wǎng)絡(luò)層、感知層、平臺層、數(shù)據(jù)資源層和應(yīng)用層等，是一套復(fù)雜的系統(tǒng)性的建設(shè)工程[12-15]。智慧教室建設(shè)架構(gòu)如圖1所示，在網(wǎng)絡(luò)層的構(gòu)建上主要采用可以自動分配無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的光載無線交換機(jī)對無線網(wǎng)進(jìn)行搭建，實(shí)現(xiàn)智慧教室的無死角覆蓋，同時(shí)，結(jié)合有線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)路由器等實(shí)現(xiàn)有線、無線網(wǎng)絡(luò)雙重結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)設(shè)備服務(wù)器接入物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)平臺，從而構(gòu)成全面性的物聯(lián)網(wǎng)工程。與此同時(shí)，它還預(yù)先具有Uart接口即符合wifi無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊構(gòu)成的多種網(wǎng)絡(luò)終端，也可以通過該設(shè)備輕松訪問智慧教室物聯(lián)網(wǎng)平臺。在為教學(xué)、科研等研制的相關(guān)模塊中，也可以與Uart接口的符合wifi無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的嵌入式模塊相結(jié)合，鏈接智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺，促使其更加智能化、便捷化。

2.2 智慧教室的系統(tǒng)

智慧教室在系統(tǒng)建設(shè)方面主要包含以下幾個方面。第一，教學(xué)系統(tǒng)，教學(xué)系統(tǒng)主要由以下幾部分設(shè)施構(gòu)成，觸控投影機(jī)和電子白板、麥克與音箱、監(jiān)聽設(shè)備、問答設(shè)備以及配套軟件設(shè)備等，該系統(tǒng)可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學(xué)，畫面更具有可視性和準(zhǔn)確性，是立體教學(xué)的主要保障。第二，顯示系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)主要是由相同的LED面板進(jìn)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(xué)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(tǒng)，考勤系統(tǒng)主要放置于教室的前后門位置，對學(xué)生進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)，同時(shí)具有安全監(jiān)督等功能，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。第四，資產(chǎn)管理系統(tǒng)，資產(chǎn)管理系統(tǒng)主要是對教室內(nèi)的物資進(jìn)行管理的配套系統(tǒng)，教室內(nèi)的重要物資都貼有RFID標(biāo)簽，上面存儲有設(shè)備的具體型號等信息，出入教室時(shí)如果人員沒有得到授權(quán)，將進(jìn)行遠(yuǎn)近程警告處理，可以有效確保物資設(shè)備的安全。第五，燈光控制系統(tǒng)，主要是由光傳感器和門窗控制器等部件構(gòu)成，可以智能化檢測人員在教室的情況，實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。第六，空調(diào)控制系統(tǒng)，空調(diào)控制系統(tǒng)主要包含電源控制，干濕度控制等配套軟硬件設(shè)施組成，用以實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)溫度的自我調(diào)節(jié)。第七，通風(fēng)系統(tǒng)，主要有排氣扇，含氧量感應(yīng)器等構(gòu)成，通過軟硬件設(shè)置實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)空氣的自我調(diào)節(jié)功能。

3 物聯(lián)網(wǎng)智慧教室的建設(shè)思路

3.1 集中管理多媒體教學(xué)設(shè)備

在計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的作用下，先進(jìn)的多媒體設(shè)備被陸陸續(xù)續(xù)引入到各大中小學(xué)教育教學(xué)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(tǒng)教育教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容單一、教學(xué)方法固定等問題，加快當(dāng)代教育教學(xué)工作的改革與創(chuàng)新。隨著社會的不斷發(fā)展，學(xué)校通過運(yùn)用“分布式部署，集中式管理”方法，創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)智慧教室，有效避免多媒體教室在實(shí)踐運(yùn)用中所存在的各種問題，例如維護(hù)麻煩、負(fù)載重、設(shè)備應(yīng)用頻率高等，實(shí)現(xiàn)對學(xué)校內(nèi)部所有對媒體教師的遠(yuǎn)程控制與管理，切實(shí)有效的提升教育管理工作質(zhì)量與工作效率。學(xué)校在創(chuàng)建智慧教室時(shí)，借助智能終端管理單元和智能教師管理系統(tǒng)構(gòu)建前端設(shè)備智能控制系統(tǒng)，對智能管理單元進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與管理，在斷網(wǎng)情況下保證客戶端能夠正常使用。運(yùn)用桌面云對智慧教室中的PC端進(jìn)行部署，將底層硬件資源與中間層虛擬化軟件資源為基礎(chǔ)，借助上層桌面虛擬化應(yīng)用軟件，創(chuàng)設(shè)虛擬桌面模式，為智慧教室用戶提供實(shí)踐載體（圖2）。虛擬化桌面在實(shí)踐應(yīng)用過程，充分借助服務(wù)器端所具備的計(jì)算功能，由服務(wù)器為用戶提供進(jìn)貨的PC管理能力，有效節(jié)約資源，提升智慧教室的擴(kuò)展性能，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)多媒體教學(xué)中所存在的缺陷。

3.2 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程喚醒與自動開啟

在傳統(tǒng)多媒體教學(xué)活動中，教師利用多媒體設(shè)備組織學(xué)生開展教育教學(xué)工作，需要教師手動開關(guān)機(jī)，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(wǎng)絡(luò)聯(lián)動功能以及智慧教室管理系統(tǒng)，遠(yuǎn)程喚醒電腦，為教師上課提供便利，有效節(jié)約電腦的開機(jī)時(shí)間。統(tǒng)一遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)是智慧教室與傳統(tǒng)多媒體教室的基本差異，智慧教室管理系統(tǒng)能夠與學(xué)校教務(wù)處實(shí)現(xiàn)聯(lián)動功能，智慧教室根據(jù)教務(wù)處課表安排，在每節(jié)課上課之前統(tǒng)一打開設(shè)備，為教師授課提供諸多便利。因整個智慧教室管理系統(tǒng)由一個監(jiān)控管理中心支配，教師在授課的過程無需擔(dān)心忘帶課件、課件遺失等問題。

3.3 監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行與耗電情況

智慧教室是對傳統(tǒng)多媒體教室的優(yōu)化與創(chuàng)新，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)多媒體教師在教育教學(xué)工作中所存在的各種不足之處，代替?zhèn)鹘y(tǒng)中控，有效解決傳統(tǒng)中控連線多的問題，為智能教室的設(shè)備維護(hù)與管理工作帶來諸多便利，進(jìn)一步強(qiáng)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(shí)現(xiàn)對所有設(shè)備的智能監(jiān)控，通過觀看智慧教室管理界面，了解各項(xiàng)設(shè)備開啟情況、運(yùn)行情況以及耗電情況，但凡發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行過程出現(xiàn)問題，智能監(jiān)控設(shè)備就會立馬發(fā)出報(bào)警信息，由相關(guān)負(fù)責(zé)人在故障發(fā)生的第一時(shí)間對其進(jìn)行維護(hù)處理。智慧教室在實(shí)際應(yīng)用過程，若出現(xiàn)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(shè)備。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)智慧時(shí)，需要充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將智能教室與智能供電系統(tǒng)緊密的聯(lián)系到一起，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對教學(xué)設(shè)備的電源使用情況進(jìn)行全面控制與管理。創(chuàng)建智慧教室管理系統(tǒng)需要從每一個物聯(lián)網(wǎng)管理模塊入手，對各項(xiàng)設(shè)備的用電時(shí)間、用電時(shí)長進(jìn)行科學(xué)計(jì)算、合理控制，實(shí)現(xiàn)低智慧教室供電系統(tǒng)的精細(xì)化管理。

3.4 教室環(huán)境全天候監(jiān)控管理

教學(xué)環(huán)境對教師的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的學(xué)習(xí)效率具有直接影響。智慧教室不僅能夠?qū)淌覂?nèi)的各項(xiàng)教學(xué)設(shè)備進(jìn)行控制與管理，還能夠?qū)處焹?nèi)的門、窗、燈、空調(diào)、風(fēng)扇等設(shè)備進(jìn)行控制與管理，控制教師門、窗、燈、空調(diào)、風(fēng)扇等設(shè)備的開關(guān)時(shí)間、開關(guān)大小。學(xué)校在建設(shè)智慧教室時(shí)，需要將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、紅外傳感等先進(jìn)的技術(shù)運(yùn)用到智慧教室建設(shè)活動中，利用這些技術(shù)對智慧教室的環(huán)境進(jìn)行合理控制，使教室內(nèi)部的溫度、濕度、光照度等均能夠被調(diào)整到一個相對適宜的水平，為學(xué)生創(chuàng)造更有利的學(xué)習(xí)環(huán)境。

4 結(jié) 語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為本世紀(jì)極具影響力的技術(shù)，已經(jīng)在各個行業(yè)發(fā)揮了重要的作用，基于該技術(shù)創(chuàng)造的物聯(lián)網(wǎng)智慧教室，在高校教育教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用，創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)智慧教室不僅能夠統(tǒng)一教學(xué)資源，改善教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多個校區(qū)教學(xué)點(diǎn)之間的無縫隙信息傳輸，還能夠有效規(guī)避原有多媒體教室在教育教學(xué)工作中所存在的不足，實(shí)現(xiàn)對多媒體設(shè)備的集中管理、統(tǒng)一維護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控，為當(dāng)代教育教學(xué)工作的開展提供無限發(fā)展動力，全面推動“智慧校園”的建設(shè)與發(fā)展，豐富學(xué)生們的校園生活，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)為教師的教學(xué)工作提供諸多便利。

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（責(zé)任編輯：張 江）