基于物联网的智慧教室建设研究

杨 君

(扬中市委党校，江苏 镇江 212000)

0 引言

传统多媒体教室虽然配备不少现代化教学设备，但是众多硬件设备没有与物联网技术真正结合起来。单个设备各自为战，使传统智慧教室浮于表面，没有与高效教学、人性化教学、创新教学充分结合，更使传统智慧教室“名不副实”。随着“互联网+”浪潮的到来、物联网技术的普及，建设真正意义上的智慧教室成为可能。本文旨在传统多媒体教室的基础上，根据教室使用过程中的实际需求，运用物联网技术，重塑教室环境和教学模式，打造多媒体教室和网络教室结合发展的“智慧教室”。

1 智慧教室建设的必要性

当前，随着计算机技术、信息技术的不断发展和突破，在新的时代背景下各行各业已经深入融合了信息技术，实现了生产效率的极大提升。而在教育领域，信息技术和信息设备的应用也呈现出极好的作用，为教学质量的提升打下了坚实的基础。

(1)智慧教室能够更好地推动智慧校园的建设[1]。一方面，智慧教室是集物联网、大数据、云计算等新型信息技术与一体的教学环境，会产生庞大的数据流，通过云端大数据分析可以获得4种典型价值：基于分析、监测、预测和预警等方式，使学校的整个管理工作可以更加准确和有效，确保科学合理的学校管理，改变传统的管理方式的种种问题。(2)可以更准确、可靠、高效地分析和评价课堂教学的质量，并支持采用不同角度、不同方面的数据进行分析。(3)使学校的教学和培训更具现实意义和更高质量，教师也可以通过监测理解学生的学习兴趣和爱好，并且为不同的学生设定更科学的教学方式，个性化和准确的教学可以很好地给学生带来很好的服务。(4)学习效率的提升和个性化的教学管理也提高了学生的学习效率和质量。

另一方面，可以更好地为学校的受教育者提供良好的服务。智能化的教室为学校的教师和学生们提供了一个非常高质量、高水平的教学环境，显著地改善了学习的整体质量，同时提供了大量数据的支持，也可以很好地为教学决策提供参考。对教师和管理人员的教学管理带来以下帮助：(1)智能化的教学环境解决了教师在教学培训的过程中遇到的各种问题，这一问题的解决也确保了高质量的学习环境，教师们也可以更加重视自己的教学活动对学生的影响，并采取有效的方式努力提高自己的教学水平和教学的能力，使教育不再受外部教学环境的束缚。(2)智慧教室提供了一套非常科学、合理的知识体系和良好的学习环境，供学生在课前、课间和课后高效率地学习。(3)智慧教室可以更加有效地管理日常的教学活动，如教师的教学培训、学生的学习以及对教室的安排和使用等。在提高教务管理人员的管理效率的同时，也可以更好地评价和考核教师的教学工作。(4)教室采用智慧化管理，学校的管理者不需要投入大量的人力和物力来进行反复、复杂的管理工作，可以非常简单地处理学习过程中出现的问题，并且可以及时地解决，不再拖延日常的教学工作，显著地改善和提升了课堂的管理质量。

目前，在教学过程中，多媒体教室的应用已经非常普遍，极大地丰富了教师的教学内容和提高教学的总体质量和水平。同时多媒体设备的使用可以满足教师在教学过程中对教学内容展示的要求，而且可以采取视频、音频、动画、图片等各种形式展示丰富多彩的教学材料，并鼓励教师突破传统教科书的教学内容的限制，展示更加丰富的内容，更有效地、更丰富地开展教学活动。但未来的信息技术在教育领域的应用重点是信息技术在整个教学空间的融合，不仅仅是教学材料的丰富，还体现在整个教学的全过程中对效率和质量的提升[2]。

从学生的学习的层面来看，建立一个智能化的教室可以扩大和提升学生的学习渠道，提供更丰富的学习材料，满足不同学生的个性化学习的需要。

2 智慧教室建设的原则和目标

2.1 智慧教室建设的原则

建造智慧教室基本上需要遵循以下4项原则：(1)确保智慧教室实用性较强，这意味着其必须充分满足教学和教研的根本需要，确保学校的教学是适应未来教学发展的一个总体的趋势[3]，实用性是智慧教室设计建造的基本要求。(2)坚持先进性原则，这意味着在实践基础上，智慧教室必须要满足学生的学习需求，同时必须要采取具有前瞻性的、较强前卫视野的设计建设方法，很好地满足智慧教室未来发展的趋势，采用更多先进技术和创新技术。(3)坚持可靠性原则，意味着在许多的智慧教室的建设工程中，必须要选择那些成熟的、健全的、稳定的解决方案和硬件软件系统，有效地确保智慧教室系统的可靠性、稳定性和安全性。(4)满足拓展性原则，指统一教室内部的各种硬件设备和软件设备可以进行应用的拓展，其具备较强的兼容性，同时遵循可开发和可设计的标准化智慧教室应用系统，并充分考虑系统今后的功能拓展和创新[4]。

2.2 智慧教室建设的目标

(1)对于传统的多媒体教学方法的改变和提升，扩大智慧教室的覆盖面。

(2)进一步提升和强化教师和学生之间的实时交流沟通。师生之间的教学终端是相互连接状态，可以进行屏幕内容的传送、定向的交流互动等，还可以做到教师对学生以及学生对教师的实时评价和教室的智能化管理。

(3)强大的管理和控制能力可以稳定地进行多媒体信息资源的高效利用，进一步提高教学资源的利用效率。

(4)提高教师和学生对教学设备的直接使用感受，此外，还可以通过各种智能设备的应用提高他们对信息技术在教育领域应用的了解和认识。

3 智慧教室建设的基本架构

3.1 感知层

在系统的基本架构中，感知层是整个系统架构的基础部分，是系统功能实现的重要保障，也是多媒体教室电子设备正常使用的基础。感知层设备包括射频识别(Radio Frequency Identification，RFID)、存储设备和无线通信设备等，只有在确定了多媒体登陆的用户身份后，才能授权他们使用和访问多媒体系统的权力。只有经过了系统的授权后，多媒体用户才可以使用相关媒体设备。此外教室当中的多媒体主机和投影设备都安装和连接了传感装置，为了使该系统能够准确地获得有关设备的信息并提高多媒体教室的教学效率和质量，可以安装一个摄像头，从而提升信息收集的效率；也可以实时捕捉电子设备使用的状态，进而可以提供有效的数据来控制教室当中的多媒体设备，实现智能化的设备管理。

3.2 网络层

网络层是系统架构的中间层，可以实现感知层和应用层之间的稳定、高效的联系。智能化的教室在网络层方面的设计必须要确保足够的安全性、可靠性和稳定性，必须准确、科学、合理的选择和使用相应的通信协议。多媒体教室的通信协议采用TCP/IP协议，并采用IPV6协议实现数据的传输和通信。IPV6协议可以解决IPV4网络中数据冗余问题，并且可以降低数据传输对网络资源的消耗[5]，实现良好的传输效果，有效保障信息和数据传输在多媒体教室的效率，而且具有高速度、高安全性的特点[6]。

3.3 应用层

应用层是多媒体教室设计建造的一个非常重要的内容，这个部分主要是面向教室使用者的应用端。多媒体的智能化教室的应用程序设计必须要充分考虑到系统的安全性和稳定性[7]，并且为整个设备的运行提供安全保障。应用程序可以实现远程管理和多媒体设备的控制，进一步提升了教学资源的高效率使用，并可以对多媒体设备运行的具体情况进行实时动态的监督管理。多媒体类的电子设备在教室当中的安装非常复杂，要对许多不同线路进行连接[8]。因此在设计教室时必须充分考虑这些问题。

4 结语

作为最典型和最基本的学习环境，越来越多的教室进入了智慧化的发展阶段。从多媒体技术和网络技术的应用开始，智慧教室把互联网上的很多内容和云计算技术结合起来，为教学活动提供了一个更智能的互动空间。建立一个智能化的系统是解决目前在数字校园建设中存在的诸多问题的关键，可以更好地促进学生创新能力的提高和教学模式的改革。