智慧教室在高職院校中的應(yīng)用

趙文軍

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。通過對(duì)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。

關(guān)鍵詞：智慧教室 物聯(lián)網(wǎng)

一、智慧教室建設(shè)背景

多媒體教室、學(xué)校資源管理利用、網(wǎng)絡(luò)信息化管理一直以來都是學(xué)校、網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的重點(diǎn)，通過將文字、圖形、圖像、聲音、資源管理平臺(tái)集合在一起，采用生動(dòng)活潑的聲像顯示以及網(wǎng)絡(luò)新型資源平臺(tái)、教育管理平臺(tái)，不僅豐富了教學(xué)手段和管理手段，擴(kuò)充了教學(xué)資源和管理資源，而且更提高了課堂教學(xué)效果、豐富了教師資源和領(lǐng)導(dǎo)管理信息化。充實(shí)、形象、生動(dòng)的授課內(nèi)容，聲像并茂的教學(xué)形式、管理形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和老師的學(xué)習(xí)熱情，強(qiáng)調(diào)了“以學(xué)生為主”的教學(xué)新思路，極大的提高了教學(xué)質(zhì)量。

二、智慧教室主要用途

智慧教室設(shè)備能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次（應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層），運(yùn)用傳感器、射頻識(shí)別（RFID）等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實(shí)時(shí)感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過可能的網(wǎng)絡(luò)（如基于WIFI的無線局域網(wǎng)、移動(dòng)通信、電信網(wǎng)等）接入方式，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智慧化識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控和管理。 同時(shí)，智慧教室還能滿足學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論、傳感器原理及應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用、RFID技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要，并為學(xué)生或教師的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)提供平臺(tái)。

三、智慧教室系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案描述

該實(shí)驗(yàn)室建成一個(gè)綜合型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，用于學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究，以及教師開展科學(xué)研究。首先通過讀取人員考勤系統(tǒng)中數(shù)據(jù)來判斷教室內(nèi)是否有人員，如果教室內(nèi)無人，則教室內(nèi)所有系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài);反之，則處于工作狀態(tài)。

智慧教室包括以下幾個(gè)系統(tǒng)：

1.教學(xué)系統(tǒng)

教學(xué)系統(tǒng)由內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機(jī)一體機(jī)、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問答器和配套控制軟件構(gòu)成。

使用內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學(xué)，實(shí)現(xiàn)無塵教學(xué)，保護(hù)師生的健康，可在投影畫面上可以操作電腦，在每個(gè)桌位上配置問答器，實(shí)現(xiàn)師生交互式課堂教學(xué)。

2. LED顯示系統(tǒng)

LED顯示系統(tǒng)由LED面板拼接而成，安裝在教室黑板頂部，用于顯示正在上課的課程名稱、專業(yè)班級(jí)、任課教師、到課率、和教室內(nèi)各傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)（室內(nèi)溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等）。

3.人員考勤系統(tǒng)

人員考勤系統(tǒng)由RFID考勤機(jī)、考勤卡和配套控制軟件構(gòu)成。

在教室前后門各安裝一個(gè)RFID考勤機(jī)，采用RFID標(biāo)簽（校園一卡通）對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)，對(duì)進(jìn)入教室的人員進(jìn)行身份識(shí)別，對(duì)合法用戶進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)，對(duì)非法用戶進(jìn)行告警。同時(shí)可通過WiFi無線覆蓋，在遠(yuǎn)程對(duì)考勤情況的監(jiān)控，統(tǒng)計(jì)以及存檔打印等。

4.資產(chǎn)管理系統(tǒng)

資產(chǎn)管理系統(tǒng)由特高頻RFID讀卡器、紙質(zhì)標(biāo)簽、抗金屬標(biāo)簽和配套控制軟件構(gòu)成。

在教室前后門各安裝一個(gè)特高頻讀卡器，對(duì)教室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備等資產(chǎn)（貼有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上存儲(chǔ)有設(shè)備的詳細(xì)信息）進(jìn)行出入教室的監(jiān)控與管理，對(duì)未授權(quán)用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進(jìn)行告警，方便設(shè)備管理人員對(duì)教室設(shè)備的統(tǒng)一管理。

5.燈光控制系統(tǒng)

燈光控制系統(tǒng)由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統(tǒng)和配套控制軟件構(gòu)成。

首先通過人體傳感器來判斷教室內(nèi)對(duì)應(yīng)位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統(tǒng)及窗簾控制系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài);反之，處于工作狀態(tài)。

窗簾控制系統(tǒng)：通過采集安裝在窗戶的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)門限值，以窗簾自動(dòng)開、關(guān)來實(shí)現(xiàn)教室內(nèi)光照強(qiáng)度的補(bǔ)償;

燈光控制系統(tǒng)：采集安裝在教室內(nèi)的光照傳感器數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，來控制教室內(nèi)燈光的自動(dòng)開啟與關(guān)閉，并可調(diào)節(jié)燈光的亮度，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)燈光的智能控制與節(jié)能減排。

6.空調(diào)控制系統(tǒng)

空調(diào)控制系統(tǒng)由中央空調(diào)電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構(gòu)成。

通過溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，當(dāng)室內(nèi)溫濕度高于最高門限值時(shí)自動(dòng)開啟空調(diào)。當(dāng)室內(nèi)溫濕度低于最底門限值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動(dòng)控制。

7.門窗監(jiān)視系統(tǒng)

門窗監(jiān)視系統(tǒng)由窗戶門磁模塊及配套軟件組成。

窗戶門磁模塊用于檢測(cè)門和窗戶的開關(guān)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時(shí)上傳至服務(wù)器。同時(shí)設(shè)置敏感時(shí)段，實(shí)施對(duì)窗戶的自動(dòng)監(jiān)視和報(bào)警。

8.通風(fēng)換氣系統(tǒng)

通風(fēng)換氣系統(tǒng)由抽風(fēng)機(jī)、CO2傳感器和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。

通過CO2傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)的CO2濃度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，當(dāng)室內(nèi)CO2濃度高于軟件門限值時(shí)自動(dòng)開啟抽風(fēng)機(jī)來進(jìn)行換氣，通過補(bǔ)充室外空氣來降低室內(nèi)CO2的濃度。

9.視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在教室前后門口各安裝一個(gè)WiFi無線攝像頭監(jiān)控人員出入和資產(chǎn)的出入庫(kù)情況，在教室內(nèi)安裝一個(gè)WiFi無線攝像頭監(jiān)控教室內(nèi)部實(shí)時(shí)情況，所采集的影像經(jīng)由遠(yuǎn)端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

四、智慧教室的意義

對(duì)社會(huì)的影響意義而言

智慧教室建設(shè)與智慧教學(xué)理念，將為教育行業(yè)樹立成功典范，是教育信息化發(fā)展到一定階段的縮影。通過傳播新的理念，擴(kuò)展學(xué)生的思維空間，為構(gòu)建發(fā)展新平臺(tái)樹立標(biāo)志。

對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)意義而言

運(yùn)用現(xiàn)代教學(xué)媒體，實(shí)現(xiàn)教學(xué)最優(yōu)化，能讓學(xué)生寓教于樂。有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和保持注意，為學(xué)生提供豐富的感性材料，把抽象的概念具體化，使學(xué)生能從中提取學(xué)習(xí)的本質(zhì)屬性，從而促進(jìn)智力發(fā)展。