高校物联网智慧教室建设

2019-09-10吕宣玲

技术与创新管理 2019年3期

吕宣玲

摘要：“智慧地球”“智慧城市”“智慧校园”慢慢渗透在我们身边的公共领域。随着现代化信息技术的不断发展，互联网、物联网、云网络、大数据等越来越被广泛应用，物联网智慧教室是现代信息时代课堂革命的必然趋势。通过对传统教室的基础设施和网络化等分需求的改造与重建，以“互联网+”的方式推进高校教学功能化、智能化教学结构的调整与转变，提高教学效果与教学质量。将这些先进的技术应用在我国教育和知识资源共享领域，逐步衍生出一套容技术、应用、管理等特征为一体的“智慧教室”体系。物联网“智慧教室”作为未来教育和知识资源共享的一种高效辅助手段与平台，将为学习者提供更为广阔和深入的知识体系，有效帮助学习者健全知识体系，搭建立体知识结构，提高思辨能力，以及解决在日常学习、工作、生活中遇到的问题。以此为契机，文章针对物联网智慧教室建设工作进行了深入地研究与探讨。

关键词：互联网;智慧教室;建设构架;物联网思路;建设方法

中图分类号：G 434 文献标识码：A 文章编号：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，不少研究學者也围绕着“智慧校园”这一概念，展开研究与探索。“智慧教室”作为“智慧校园”的重要组成部分，同样被广泛地探讨和应用[1]。智慧教室是基于信息化时代教育革新在技术上与教育的全面融合，因此“智慧校园”建设，特别是“智慧教室”的推广与建设占据着不容忽视的地位与价值。

早在20世纪八、九十年代，美国的很多高校就对“智慧教室”做了探讨和研究。如交互式白板的应用，虚拟化指令传导应用等。我国在21世纪初开始，对于“电教”也进行了探讨与摸索。电化教育的试点与改革随着信息化的发展，互联网、物联网、云技术等一系列人工智能，更促进了这种技术在教育领域的广泛应用。其中“SMART”智慧教室概念模型[2]，为当今智慧教室，尤其物联网智慧教室奠定了基础。智慧教室建构模型包括5个部分：内容呈现（Showing），环境管理（Manageable），资源获取（Accessible），即时互动（Real-time interactive），情感感知（Testing）。高校信息化发展、教学改革、教学成果推广和目标人群扩大，无一不凸显高校建设智慧教室的必要性和紧迫性。基于“SMART”智慧教室模型，对高校智慧教室设施的实用性、先进性、可靠性和扩展性进行了建设论证，并在大数据分析应用、服务对象与目标等方面做了价值分析与教学质量评估。在硬、软件设施方面，绘制有《西安交通大学智慧教室主要设备拓扑图》和《西安交通大学智慧教室网络拓扑图》，这正是基于现代物联网智慧教室的建设架构[3-5]。2017年9月，教学部部长陈宝生提出教育改革中“课堂革命”的命题。“课堂革命”，在当今如视频类报道、记录片、COOM、翻转课堂和各种以视、听、说、感为基础的APP等新媒体时代，课堂教学知识体系容量的扩充也时刻催促着高校教学环境和设施的革命[6-9]。如何在“粉笔+黑板+语言灌输”的单一传统教授模式下走出课堂效果不好、课堂评价效率不高的困境？如何在“课堂革命”走出时代性与现代性？作为教学辅助平台的智慧教室建设，势在必行。文章将以建设智慧教室为契机，利用传感技术、网络技术、富媒体技术和人工智能等装备教室，充分利用信息化在时代中资源的共享以及有效利用等交互功能为一体，建设一种更为适合教与学的新型教学环境。

1 智慧教室的概念和特征

所谓智慧教室，是以多种信息技术为载体，将智慧服务运用于教学活动中，使得软件与硬件相结合的一种新型智能教室空间的总和，属于教室信息化的一种建设形态[10-11]。智慧教室的建设要根据实际教学活动的要求，提供针对性的智能性的应用服务，使得教学效果最优化。

智慧教室相较于传统多媒体教室，具有智慧程度更高，软硬件设施结合更加完善，能实现智慧管理结合智慧服务与一体的教室形态。智慧教室在其智能化体现上涵盖了学习资源的获取与分享、课堂服务的创新与互动、情景的感知与再现以及教室电气化一体式管理等多种形式，在内容、环境、资源、互动等方面达到高度结合的特征。

2 智慧教室的建设构架

2.1 智慧教室的建设

智慧教室的建设涵盖网络层、感知层、平台层、数据资源层和应用层等，是一套复杂的系统性的建设工程[12-15]。智慧教室建设架构如图1所示，在网络层的构建上主要采用可以自动分配无线网络技术的光载无线交换机对无线网进行搭建，实现智慧教室的无死角覆盖，同时，结合有线网络交换机以及网络路由器等实现有线、无线网络双重结合的网络层。在平台层的搭建上，将多种传感器配件通过BAS模块无线网络设备服务器接入物联网信息技术平台，从而构成全面性的物联网工程。与此同时，它还预先具有Uart接口即符合wifi无线网络标准的嵌入式模块构成的多种网络终端，也可以通过该设备轻松访问智慧教室物联网平台。在为教学、科研等研制的相关模块中，也可以与Uart接口的符合wifi无线网络标准的嵌入式模块相结合，链接智慧教室实验平台，促使其更加智能化、便捷化。

2.2 智慧教室的系统

智慧教室在系统建设方面主要包含以下几个方面。第一，教学系统，教学系统主要由以下几部分设施构成，触控投影机和电子白板、麦克与音箱、监听设备、问答设备以及配套软件设备等，该系统可以代替传统的黑板教学，画面更具有可视性和准确性，是立体教学的主要保障。第二，显示系统，显示系统主要是由相同的LED面板进行拼接而成的，主要放置于电子白板以上部位，以不遮挡投影视角为主，上面可以显示课堂以及教学信息，除此之外还可以显示到课率等其他信息。第三，考勤系统，考勤系统主要放置于教室的前后门位置，对学生进行考勤统计，同时具有安全监督等功能，可实现远程控制。第四，资产管理系统，资产管理系统主要是对教室内的物资进行管理的配套系统，教室内的重要物资都贴有RFID标签，上面存储有设备的具体型号等信息，出入教室时如果人员没有得到授权，将进行远近程警告处理，可以有效确保物资设备的安全。第五，灯光控制系统，主要是由光传感器和门窗控制器等部件构成，可以智能化检测人员在教室的情况，实现能源的节约。第六，空调控制系统，空调控制系统主要包含电源控制，干湿度控制等配套软硬件设施组成，用以实现教室内温度的自我调节。第七，通风系统，主要有排气扇，含氧量感应器等构成，通过软硬件设置实现教室内空气的自我调节功能。

3 物联网智慧教室的建设思路

3.1 集中管理多媒體教学设备

在计算机信息技术的作用下，先进的多媒体设备被陆陆续续引入到各大中小学教育教学工作中，一间间具有多维视听功能的教室被建立起来，有效解决传统教育教学中教学内容单一、教学方法固定等问题，加快当代教育教学工作的改革与创新。随着社会的不断发展，学校通过运用“分布式部署，集中式管理”方法，创建物联网智慧教室，有效避免多媒体教室在实践运用中所存在的各种问题，例如维护麻烦、负载重、设备应用频率高等，实现对学校内部所有对媒体教师的远程控制与管理，切实有效的提升教育管理工作质量与工作效率。学校在创建智慧教室时，借助智能终端管理单元和智能教师管理系统构建前端设备智能控制系统，对智能管理单元进行远程控制与管理，在断网情况下保证客户端能够正常使用。运用桌面云对智慧教室中的PC端进行部署，将底层硬件资源与中间层虚拟化软件资源为基础，借助上层桌面虚拟化应用软件，创设虚拟桌面模式，为智慧教室用户提供实践载体（图2）。虚拟化桌面在实践应用过程，充分借助服务器端所具备的计算功能，由服务器为用户提供进货的PC管理能力，有效节约资源，提升智慧教室的扩展性能，有效弥补传统多媒体教学中所存在的缺陷。

3.2 实现远程唤醒与自动开启

在传统多媒体教学活动中，教师利用多媒体设备组织学生开展教育教学工作，需要教师手动开关机，通过后端管理软件将电脑电源打开。智慧教室是借助电脑中的网络联动功能以及智慧教室管理系统，远程唤醒电脑，为教师上课提供便利，有效节约电脑的开机时间。统一远程开关机是智慧教室与传统多媒体教室的基本差异，智慧教室管理系统能够与学校教务处实现联动功能，智慧教室根据教务处课表安排，在每节课上课之前统一打开设备，为教师授课提供诸多便利。因整个智慧教室管理系统由一个监控管理中心支配，教师在授课的过程无需担心忘带课件、课件遗失等问题。

3.3 监控设备运行与耗电情况

智慧教室是对传统多媒体教室的优化与创新，有效弥补传统多媒体教师在教育教学工作中所存在的各种不足之处，代替传统中控，有效解决传统中控连线多的问题，为智能教室的设备维护与管理工作带来诸多便利，进一步强化智慧教师的管理功能。教师通过借助后台智慧教室管理软件，实现对所有设备的智能监控，通过观看智慧教室管理界面，了解各项设备开启情况、运行情况以及耗电情况，但凡发现设备在运行过程出现问题，智能监控设备就会立马发出报警信息，由相关负责人在故障发生的第一时间对其进行维护处理。智慧教室在实际应用过程，若出现更换教室这一问题，可借助后台软件，将所要更换到的智慧教室打开，完全无需移动任何的设备。与此同时，在设计智慧时，需要充分利用物联网技术，将智能教室与智能供电系统紧密的联系到一起，借助物联网技术对教学设备的电源使用情况进行全面控制与管理。创建智慧教室管理系统需要从每一个物联网管理模块入手，对各项设备的用电时间、用电时长进行科学计算、合理控制，实现低智慧教室供电系统的精细化管理。

3.4 教室环境全天候监控管理

教学环境对教师的教学质量与学生的学习效率具有直接影响。智慧教室不仅能够对教室内的各项教学设备进行控制与管理，还能够对教师内的门、窗、灯、空调、风扇等设备进行控制与管理，控制教师门、窗、灯、空调、风扇等设备的开关时间、开关大小。学校在建设智慧教室时，需要将计算机网络、物联网技术、红外传感等先进的技术运用到智慧教室建设活动中，利用这些技术对智慧教室的环境进行合理控制，使教室内部的温度、湿度、光照度等均能够被调整到一个相对适宜的水平，為学生创造更有利的学习环境。

4 结语

综上所述，物联网技术作为本世纪极具影响力的技术，已经在各个行业发挥了重要的作用，基于该技术创造的物联网智慧教室，在高校教育教学中发挥着重要的作用，创建物联网智慧教室不仅能够统一教学资源，改善教学环境，实现多个校区教学点之间的无缝隙信息传输，还能够有效规避原有多媒体教室在教育教学工作中所存在的不足，实现对多媒体设备的集中管理、统一维护、远程监控，为当代教育教学工作的开展提供无限发展动力，全面推动“智慧校园”的建设与发展，丰富学生们的校园生活，改善学生的学习环境，同时为教师的教学工作提供诸多便利。

参考文献：

[1] 陆明燕.物联网形势下高等院校智慧教室建设思路[J].无线互联科技，2018，15（04）：113-114.

[2]刘君.基于物联网技术的高校智慧教室的设计研究[J].陕西理工大学学报（自然科学版），2017，33（05）：52-57.

[3]郑广成，朱翠苗.基于物联网结构的智慧教室建构的研究[J].软件工程，2016，19（09）：44-46.

[4]梁柏榉，谢运佳，黄芳明，等.物联网技术与智慧多媒体网络教室的应用研究[J].互联网天地，2013（06）：71-73.

[5]黄怀荣，胡永斌，杨俊锋，等.智慧教室的概念及特征[J].开放教育研究，2012，18（02）：22-27.

[6]胡卫星，田建林.智能教室系统的构建与应用模式研究[J].中国电化教育，2011（09）：127-132.

[7]程敏.信息化环境中智慧教室的构建[J].现代教育技术，2016（02）：101-107.

[8]何文乐，李杰玉.基于移动物联网的智慧教室设计与实现[J].中国教育信息化，2019（01）：69-73.

[9]王玉龙，蒋家傅.以需求为导向的智慧教室系统构建[J].现代教育技术，2014（06）：99-105.

[10]刘宸，李国栋，张哲，等.高校智慧教室的建构与研究——以西安交通大学为例[J].现代教育技术，2018，28（10）：70-75

[11]刘君.基于物联网技术的高校智慧教室的设计研究[J].陕西理工大学学报（自然科学版），2017，33（05）：25-30.