多媒体教室智能化管理系统的设计

宋炜光

（湛江师范学院 信息与教育技术中心，广东 湛江524048）

多媒体教室智能化管理系统的设计

宋炜光

（湛江师范学院 信息与教育技术中心，广东 湛江524048）

多媒体教室作为计算机辅助教学的重要组成部分和基础设施，已经被广泛应用于课堂教学.针对多媒体教室使用、管理中普遍存在的问题，提出一个智能化多媒体教室的使用和管理的系统设计，为多媒体教学的科学化发展提供参考.

多媒体教室；智能化；管理系统

随着信息化技术的不断发展，高校的课堂教学发生了重大变革，课堂教学手段层出不穷，课堂信息量增加，教学效果逐步趋于完善，多媒体技术在课堂教学中得到普遍的应用，充分体现了当今教育技术为了满足人们对知识追求作出的创新.科学、先进的教学途径使人们对知识的掌握更加便捷、生动、直观.教学信息化推动教学现代化的发展已经在这个资讯方式多样化的年代成为一个浪潮.随着数字化校园的建立，多媒体辅助教学已经走进教学的每一个角落，管理人员不断的把更多的精力投入到如何科学的提高多媒体教室的使用效率上去［1］.

多媒体技术的应用不但要注重教师的专业技能，还要求教师懂得将信息技术与学科课程灵活结合起来，以达到提高教学质量的目的，部分教师由于客观原因对信息技术掌握程度的参差不起，对于没有标准化、操作流程不统一、集成程度不高，甚至存在某些缺陷的多媒体平台使用起来还是存在困难.这就需要学校相关部门进一步加强多媒体教室的科学管理.管理人员作为技术支持起到举足轻重的作用.目前高校多媒体教室建设中普遍存在一些问题：管理人员的数量有限、多媒体教室的数量庞大且分布不合理.多媒体教室管理员肩负着开放、关闭多媒体教室、维护、维修多媒体设备的重任.多媒体教室的数量庞大且不合理的分布加大了管理员的工作压力，在一定程度上影响了管理工作的顺利开展.假设一个管理员负责20间教室，管理员要先打开教室门，然后协助老师打开电脑和投影仪，这样，一间教室就花掉3～4 min，20间教室的开放工作就超过1 h，这还是建立在所有机器顺利开启，没有故障的前提下.一旦发生了故障，管理员更是无暇分身，这样的效率会直接影响到教学的进程.繁重的工作任务使管理员无法集中更多的精力去应对设备的维护工作以及师生使用设备提出的反馈.

针对这些问题，笔者构建了一个多媒体教室智能化管理系统：充分利用校园现有的网络设施，结合当今的网络监控技术，把网络排课、网络门禁、远程操控以及视频监控等功能系统的集成在一起，实现优化的人工智能的网络化管理.这将由传统的人工分散管理模式过渡到智能化的网络集中管理模式，节省了人力，提高了多媒体教室的利用率，优化了教学资源，方便了教师与学生的教和学，并达到了多媒体教学规范化管理的目的.

1 系统总体设计

根据构想，多媒体教室智能化管理系统由4大模块组成，建立在校园局域网的基础之上，通过网络通信将它们相互连通，见图1.

图1 多媒体教室智能化管理系统的构建

系统的功能设计主要有几个方面.

（1）网络排课系统能将排课所需的大量静态数据存放在数据库中，将排课中的一些限制条件放入规则库中，专家系统使用排课专家的大量知识策略，通过查询数据库和进行规则推理，灵活地编排出符合要求的课表.支持管理员、教师、学生通过不同的身份验证进入系统进行查询课程信息、调课、申请空余教室、补充排课等操作.

（2）网络门禁系统能根据排课系统编排的课程表自动地对任课老师的校园卡实行一一绑定，使得任课老师在指定的时间段、指定的上课地点，通过使用校园卡打开教室的门和多媒体设备进行授课.

（3）通过网络远程操控系统能对教室门禁以及教室里面的关键设备进行远程的操控，在任课教室无法正常打开设备时，能通过远程控制，协助其打开该设备.当远程操控都无法控制时，系统会明确提示故障原因，有助于管理员快速找到故障并及时处理.

（4）利用视频监控系统能对多媒体教室的使用情况、设备运行情况等进行监视以及为上课老师录制课堂视频，同时也确保了教室设备的安保问题［2］.

2 系统的具体设计与功能实现

2.1 网络排课系统

教室排课系统可采用C/S架构，运用Asp.net框架与Microsoft SQL Server数据库相结合的技术实现系统.系统信息的录入需要各院系的教务员根据每学期要开展的课程结合任课教师的要求和学生的信息进行汇总，按照教师授课时间不冲突、教室使用不冲突、班级上课不冲突及实现教学高效率的基本原则，使用优化算法的方式，进行自动排课.具体遵循几条原则：（1）同一班级的学生在同一时间(某些特定的选修课时间除外)不能安排两门课程；（2）同一教师在同一时间不能安排两门课程；（3）同一教室在同一时间不能安排两门课程；（4）同一时间安排的课程总数不能大于教室总数；（5）某一课程参加学习的总人数不应大于教室的座位数.

通过排课系统进行智能排课之后，系统会自动将排课结果以网页的形式发布到校园网公告栏，方便师生清楚地查询到具体的上课时间、地点、课程名称、任课教师及授课节数等详细信息.另外，也可以对空余教室的剩余及分布情况进行查询.当教师遇到特殊情况需要调课时，教师可凭学校分配的教师帐号登录排课系统自行进行教室申请，然后由排课系统根据申请教师提交的信息要求进行智能排课，而该次的排课过程不会对其他教师的上课安排产生影响.当排课结果出来后，教师可根据排课系统的最新结果通知学生上课.此时公告栏发布的排课结果也会自动更新.此外排课系统还应支持导出打印、分类统计以及信息提醒等功能［3］.

2.2 网络门禁系统

门禁系统主要有3个组成部分：（1）门禁控制器.这是门禁系统的核心部分，相当于计算机的CPU，它负责整个系统输入、输出信息的处理、储存和控制等.（2）电控锁.这是门禁系统中锁门的执行部件.用户应根据门的材料、出门要求等需求选取不同的锁具.（3）校园卡片.这是每一位教师、学生的身份认证标识.校园卡上有着持卡人的照片以及相关信息.网络门禁的工作原理是先通过读卡器来读取刷卡人员的校园卡信息（卡号），再由控制器根据读取到的卡号信息，通过软件判断该持卡人是否有权限在此时间段进入此门，若判断的结果是被授权的，电控锁则会自动打开，此时老师就可以进入教室进行使用［4］.

同样，多媒体讲台也采用了电控门，若想要使用多媒体设备，也要通过刷卡的方式来打开机柜的门使用设备.然而，对任课老师门禁权限的授予则由该多媒体教室管理系统自动的根据网络排课的结果进行自行的设置与绑定.这样也就要求任课老师必须在指定的时间和指定的地点进行上课.当老师下课后，要把多媒体讲台的门随手关上，此时所有多媒体设备会自动关闭，电控锁也会自动锁上.当师生都离开教室时，教室的门也会自动上锁.整个过程不需要理管人员提前开门、课后锁门等操作.

网络门禁系统有利于减轻管理员在上下课高峰期疲于赶往不同地点开关门之累，节省了管理员机械开关门的工作时间，使管理员有更多的精力去研究设备维护上的问题以及对师生使用设备满意度作出调查等.网络门禁另一突出的优势是可以有效避免了老师在上课地点上发生相冲突的情况.当网络门禁系统出现故障无法正常打开时，应先由管理员通过远程操控尝试把门禁打开.若远程操控也无法把门禁打开，管理员就应到实地检查原因.另外，在课堂以外师生需要使用多媒体教室作为讲座、自习、临时安排课程的情况下，使用者应提前到管理员处申请在具体时间段授权到校园卡上，以便使用教室.

2.3 远程操控系统

网络远程操控是智能化多媒体教室管理系统中一个重要环节.现有的多媒体教室一般都配置有网络型中央控制器，而中央控制器能将所有的多媒体设备、包括门禁设备都集中连接起来，实现集中的控制与执行的中心设备.若把每个教室的网络中控都连接到校园网，组成一个小局域网，就可以通过一个专门的管理软件来远程操控.网络远程操控系统可实现人工智能的网络化管理，是从传统的人工分散管理模式到智能化的网络集中管理模式的过渡.这有利于对设备工作状态的监控及高效管理，也达到了管理员实时管理多媒体教室的效果，做到了及时发现设备故障及时处理，不影响老师的后续上课，从而提高管理员解决设备故障的效率，节省了人力，为师生顺利使用多媒体设备提供了保证［5］.

当教师在某个教室使用某个设备出现疑难问题时，就可以利用操控系统向管理员发送信息，管理员马上通过该系统中的管理软件对中央控制器实施一些便捷的远程控制，例如：（1）在教室门禁（包括讲台的电控门）出现无法读取校园卡时，便可及时联系管理员，由管理员通过远程控制的方式打开使用；（2）在多媒体设备使用过程中，出现电源系统无法开启、投影机无法开启或主机无法开机等故障时，也可以联系管理员，由管理员进行远程协助打开使用；（3）当教室的电灯、风扇无人关闭时，也可以通过远程控制来关闭；（4）如果师生们临时调课却没来得及在排课系统上申请时，也可以直接向管理员说明缘由后，临时开放教室给师生使用；（5）若出现任课老师提前下课却忘了把相关的多媒体设备及时关闭的情况，管理员也可以通过此远程程控系统将设备关掉并把电源切断.假如出现了通过远程操控也无法解决的故障，该远控系统中的管理软件亦会正确提示出故障的原因及解决方法，管理员在看到系统提示的这些信息后，可迅速赶到故障现场进行有针对性的故障排除，能实现对故障的及时发现及处理.

2.4 视频监控

视频监控主要应用在专业的安全系统中，可通过网络从远程监督现场的实时画面，是集画面分割、画面切换、云台控制等功能于一体的智能化数字监控产品.视频监控被运用到保证多媒体设备安全使用的过程中，可当作一个独立的系统.在构建视频监控这一系统时可采用IP视频监控技术.在最新的IP视频监控技术中，远程监控系统、数字金属板自动识别系统、面部识别系统、事件探测系统和智能图像还原系统得到了充分地利用，在使用过程中管理员只需要配备一个便携式笔记本电脑，就可以轻松地对教室进行远程网络视频监控，监控的视频数据可储存在NAS这种非常方便使用的网络储存设备中［6］.

在多媒体教室建立视频监控系统的意义在于能直观监测到多媒体设备是否正常运行使用，使用者是否正当操作多媒体设备，是否有设备处于故障状态等，有助于对多媒体教室的管理与维护，同时也可以防止不法人员对设备进行毁坏或窃取.如果采用了高清摄像头，还可以帮助师生录制授课的全过程，清晰记录上课的课程内容，不但为教务部门对教学的质量监督、教学评价提供了便利，还有助于减轻微格教室使用紧缺的压力，有需要时还可以为教师的视频公开课及学术讲座的回顾服务.

3 系统各部分的技术整合及延伸效果

3.1 技术整合

要实现多媒体教室智能化管理系统的关键在于如何将教室网络排课系统、教室网络门禁系统、教室网络设备远程操控系统及视频监控系统进行有机的整合.其实教室网络门禁系统和教室设备远程操控系统两者可以集成为一整体，都由教室中的中央控制器来执行且由同一个管理软件来控制.视频监控系统作为独立的部分，无需整合.接下来最关键的技术就在于如何把网络排课系统与网络门禁系统合理、科学的联系起来.笔者发现自动排课系统是一个比较复杂的教学管理与查询系统，若将网络门禁的控制软件整合到排课系统中，就显得更加复杂，难以实现.既然这两者的功能难以整合在一体，不妨可以将它们底层的相关数据库关联起来，把两套系统的相关数据进行共享便可.最简单的实现方法是将排课系统的排课结果数据表导出后，传送并导入给门禁系统，再由门禁系统根据导入的数据进行分析、处理，最终完成门禁的授权功能.而当排课结果的数据发生变化之后，门禁授权的数据也能及时得到更新.这样两套系统就可以各自独立运行，分别给出各自的Web Service入口即可.在设计Web Service程序时需要注意各系统之间数据的同步问题，要保证数据传递的及时性与准确性.

3.2 优化资源

学校的教室作为学校师生的公共设施、公共资源.不但可以让老师用于授课，也可以让学生用于自习或开展班级活动等.近年来高校为了进一步改善课堂教学效果，在教学手段上不断更新，我国大部分院校都已经大规模地把传统教室改造成多媒体教室.很多高校出于对设备的安全考虑，往往是不开放安装有多媒体设备的教室，这样就会减少了学生自习或自由活动的地方，不利于学校教室资源的充分利用.如果能采用本多媒体教室智能化管理系统，则完全可以解决这个问题.学生也就可以从排课系统上查询到哪个教室是空余的，并通过申请授权后，同样可以打开门禁使用该教室进行自习.但学生在未经管理员进一步授权的情况下，是无法打开多媒体讲台的柜锁，从而无法使用多媒体设备及不能有效防止设备失窃.在晚上管理员可以按学校的相关规定设置门禁最后时限，在时限到达之前的15 min会自动播放提示音乐提醒学生准备离开教室.当时限一旦到达，该系统会使得教室的电源自动关断，门禁也会自动锁上且再无法通过刷卡打开，直到第二天早上在规定的时间以后，获得使用教室权限的老师或学生用校园卡对门禁进行激活，才可以进行新的一天的使用.晚上视频监控系统的夜间模式也会自动开启，实施夜晚的红外监视.这样既确保了教室多媒体设备的安全，又能让教室资源更充分的被学生利用，提高了教室的使用率，从而达到了学校教学资源的优化［7-8］.

4 结语

多媒体智能化管理系统既为老师上课、调课提供了方便，也科学合理地提高了多媒体课堂教学的利用率，维持了正常教学秩序的顺利进行，节省了管理人力，减轻了管理人员的工作负担，方便、快捷、高效地发现和解决多媒体教室使用中出现的问题，更好地服务教学，优化了各方面资源，解决了由于大量建设多媒体教室而导致的学生自习场所减少的困难，为教师的教和学生的学提供了有利的场所，为学校集中性、安保性、规范化、高效率的管理提供了前提保证和科学依据.智能化多媒体教室的科学化教学和管理必将取代经验型的教学和管理.

［1］胡维治.基于校园教学网的多媒体教室管理系统的实现［J］.中国教育技术装备，2009(6)：80-81.

［2］肖景灵，黄锋.多媒体教室智能化管理系统在数字化校园中的应用［J］.数字技术与应用，2012(2)：96.

［3］左伟明，徐兰云，张建明.基于网络的排课系统的设计与实现［J］.湖南农业大学学报：自然科学版，2004，30(1)：87-90.

［4］张晓婷.基于无线传感器网络门禁系统研究［J］.山西电子技术，2010（1）:11-13.

［5］华龙.计算机远程控制技术的原理与实现［J］.天津农学院学报，2007,14（3）:42-48

［6］樊永华，张金刚，马伟.基于校园网的多媒体教室集中监管系统［J］.内江师范学院学报，2010，25(8)：37-40.

［7］苟洪文，赵伟.多媒体教室建设与管理探索［J］.实验科学与技术，2009，7(6)：141-143.

［8］冯博琴，赵英良，崔舒宁.多媒体技术及应用［M］.北京：清华大学出版社，2005.

On the design of intelligent multimedia classrooms

SONG Wei-guang
（Information and Education Technology Center,Zhanjiang Normal College, Zhanjiang 524048,Guangdong,China)

Multimedia classroom has been widely applied in classroom teaching as an important part and infrastructure.It aims to solve the common problems of the use and management of multimedia classrooms,and creates an intelligent system of the multi-media classrooms'use and management,which provides reference for the scientific development of multi-media teaching.

multimedia classroom；intelligent；management system

G484；TP37；TP308

：A

：1007-5348（2014）08-0020-05

（责任编辑：欧 恺）

2014-04-18

宋炜光（1984-），男，广东湛江人，湛江师范学院信息与教育技术中心助理实验师，硕士，主要从事多媒体教学实践方面的研究.