基于物联网的智慧教室建设思路

戴运筹

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.14.126

摘 要：随着以物联网、云计算、大数据为代表的新一代信息技术的日趋成熟，在教育领域，建设一套具有智慧技术、智慧应用、智慧管理等特征的智慧教室成为新的热点。该文从当前多媒体教室的管理与使用角度出发，阐述了智慧教室的概念及特征，并根据对其中的设备控制、温湿度控制等进行了讨论，提出了智慧教室的建设思路。

关键词：智慧教室 物联网 建设思路 建设架构

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）05（b）-0126-02

人类学习经历了从私塾、书院等私学，到太学、国子监等官学，再到“班级授课制”这一具有现代意义的学习模式 从20世纪90年代后期，教育信息化已经得到了迅猛的发展，教师上课从原来的“粉笔+黑板”，演变成了“计算机+投影”的模式，课堂教学也由“人灌”变成“电灌”，但这些教学改革还是停留在“表演”的形式上，这些并不利于培养学生将学习过程由被动变主动，知识的获得由机械的记忆转变成互动的、体验的过程。

自从IBM提出“智慧地球”概念后，国内外不少学者提出“智慧校园”的概念和解决方案。而作为智慧校园的重要组成部分——智慧教室在目前的国内智慧校园方案中并没有进行详细的探讨。智慧教室，其英文名称为SmarClassroom，Intelligent Classroom，Future Classroom，因此，又称为智能教室或未来教室，它指一种增强型教室，集成高科技软硬件设备，实现学习无所不在，视听设备智能化、人性化，有利于资源无缝接入，能为各种先进的教学设计提供技术支持。智慧课室建设是学校信息化建设的进一步延伸，是信息化发展的新阶段。该文主要从教室设备有效管理的角度出发，提出了智慧教室的建设思路。

1 多媒体教室的现状

1.1 管理维护难度大

传统多媒体教室在管理上管理员需要定期对每台多媒体计算机的系统软件和应用软件进行升级，更新补丁，而且还要对重要数据进行保护和备份。在出现故障的时候，往往需要管理人员进行现场维护。由于这些多媒体教室分散在学校的各个角落，因此，管理维护工作量巨大，且无法及时、快速地响应管理维护需求。

1.2 安全稳定性不佳

多媒体计算机面临的是多用户的使用环境，不同的上课老师需要不同的课堂应用环境，会经常安装拷贝一些文件，存在很大的安全隐患，容易感染病毒。另外，很多课程都需要访问互联网，也容易遭遇来自互联网的攻击。由于缺乏集中统一的管理，多媒体计算机的系统安全环境很差，使得正常的上课环境受到影响。

1.3 使用成本高

每台多媒体计算机都需安装相应的系统软件、防杀毒软件以及教学所需的各种应用软件，造成软件资源的严重浪费。另外，操作系统的更新换代、硬件的较易损坏，使得多媒体计算机的使用生命周期受到影响，一般为3～5年。折算下来，单台多媒体计算机的年使用成本不菲。

1.4 教学过程中出现问题处理麻烦

如果在上课时间多媒体出现故障，传统的故障排除及保修会占用教学时间，导致学生的学习效果不佳，教学质量无法有效评估。

2 智慧教室的概念及特征

智慧教室又叫智能教室、未来教室等，是为教学活动提供智慧应用服务的教室空间及其软硬件装备的总和。智慧教室是在物联网、云计算、大数据等新兴信息技术的推动下，教室信息化建设的最新形态。立足教学活动需求，提供智慧化的应用服务是智慧教室的核心使命，达成最优化的教学效果是智慧教室的终极目标。运用智慧技术，提供智慧服务，实现智慧管理是智慧教室区别于以往多媒体教室和网络化教室的主要特征。智慧教室的“智慧性”涉及教学内容的优化呈现、学习资源的便利获取、课堂教学的深度互动、情景感知与检测、教室布局与电气管理等方面的内容，可概括为内容呈现（Showing）、环境管理（Manageable）、资源获取（Accessible）、及时互动（Real-time Interactive）、情境感知（Testing）五个维度，简写为“S.M.A.R.T”，这五个维度正好体现了智慧教室的特征，可称为“SMART”概念模型。

3 智慧教室建设的架构

智慧教室是一套非常复杂的系统工程，整个架构包括感知层、网络层、平台层、数据资源层和应用层。涵盖了智慧教室建设的方方面面，并且能很好地将整个信息化环境融合在一起。整体智慧教室建设架构如图1所示。

4 智慧教室的建设思路

4.1 多媒体设备集中管理

针对现在多媒体教室中遇到的设备使用频率高、负载重、管理维护麻烦等问题，智慧教室采用“分布式部署，集中式管理”的方式，实现对学校内所有教室的多媒体设备集中控制管理，提高管理部门的工作效率。智慧教室主要通过智能终端管理单元、智慧教室管理系统实现对前端设备的智能控制。能控制所有的智能管理单元的开启或关闭情况。并且能实现教室设备的远程唤醒、设备运行情况监控、能耗监控、设备与课表联动自动开启等功能。并保证断网情况下，可通过客户端正常使用设备进行上课。同时在智慧教室中PC端采用桌面云部署方式，基于底层的硬件资源和中间层的虚拟化软件，通过上层的桌面虚拟化应用软件，为智慧教室用户提供虚拟桌面模式。桌面虚拟化不仅充分利用了服务器端的计算能力，而且提供了强大而灵活的用户PC管理能力，同时具有很强的可扩展性和显著的能源节约优势，消除了传统个人电脑管理模式中的很多缺点。

4.2 设备远程唤醒和自动开启

学校在传统教学模式下，仅仅是通过后台管理软件开启电脑的电源，但是还需要老师进行手动开机来开启电脑上课。智慧教室能通过智慧教室管理系统与电脑中的网卡联动，远程唤醒电脑，即仅需要通过管理系统就能开启电脑，实现远程唤醒功能，方便教师上课和节省开机时间。智慧教室在设备管理可实现统一远程开关机，通过智慧教室管理系统与教务处的课表联动，在每节课的上课前，自动开启设备，提高老师的上课效率。由于整个多媒体教室管理中心能统一监控所有的设备运行情况，所以不会遇到老师忘带或丢失一卡通对上课造成影响的情况。

4.3 设备运行情况监控及能耗监控

智慧教室的管理系统不仅代替了传统中控，解决传统中控连线多，管理维护麻烦等问题，更强化了智慧教室的管理功能，通过后台的智慧教室管理软件，对教室内的设备进行智能监控，在管理界面上可看到设备开启情况，指示灯显示情况等信息，做到问题出现的及时监控及维护。即使遇到更换教室的问题，管理员也能通过后台的软件开启指定教室的智能单元设备，能做到问题发现解决及时，更换灵活方便。同时，智慧教室在设计中利用物联网的概念，结合智能供电系统，将所有用于教学的设备的电能进行控制。智慧教室管理系统能对每个模块开断的日期，时间点，时长，供电开断情况进行详细统计，从而能够更加细化的监控到整个多媒体教室的能耗。

4.4 教室环境控制

良好的教学环境能有效促进教学活动，智慧教室应具有教室门的开关、风扇空调的开关、灯光等控制等基本功能。校建设的智慧教室，需要结合计算机网络、物联网、嵌入式编程、Zigbee、RF射频、红外传感等先进的技术，并将其有机整合到智慧教室环境控制模块当中，通过统一管理平台将与教室内有关的各种子系统有机地组合成一个系统。温湿度控制为智慧教室环境控制模块一主要的功能，通过使用温湿度传感器对整个学校的教室温湿度进行监管，并可以对正在使用的教室的温湿度进行有效的控制。灯是教室中不可或缺的元素，传统意义上的一灯一开关，或者一开关几个灯已经渐渐的不满足学校师生的需求。智慧教室环境控制模块能对教室里面的灯光进行统一并精细化的控制，前端通过无线红外传感器对学生进行信息获取，并收集学生位置，反馈到统一控制平台；统一平台经过预先设定好的判断原则与策略对目标教室进行自动化操作，并将操作指令通过IP网络传到智慧教室控制单元进行处理。

5 结语

结合以太网、云计算、物联网等前沿技术建设一套智慧教室系统，可实现基于网络对教学资源的统一控制，对环境如温度、光线、能耗的智能调节。在管理方面，实现师生的上课智能考勤、设备智能开启等，并可以实现智能化的故障诊断以及无障碍升级。该文从教室设备管理的智慧化进行了讨论，提出了基于物联网的智慧教室建设思路，将对教学活动的智慧开展起着巨大作用。

参考文献

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