基于新技术的智慧课堂管理系统设计研究

摘要：目前正处于物联网、人工智能等新技术蓬勃发展的时代，课堂教学环境需要满足以下条件，教学内容能完整呈现、学习资源能便捷获取、课堂互动能快速展开等功能，以便营造良好的学习氛围空间。

关键词：智慧课堂;智能感知;教学环境

中图分类号：TP315    文献标识码：A    文章编号：1007-9416（2020）10-0000-00

0 引言

智慧课堂管理系统是运用当前主流新技术，包括流媒体技术、智能识别技术、物联网技术等实现课堂的智慧教学、智能环境调节、课堂视频管控等功能，主要解决落实课堂的混合式教学、翻转课堂、泛在学习等教学模式的实施。实现对云班课、精品资源课等线上课程實现无感知的录制功能，方便教师在课后将线上课程分享给学生，也可以通过云平台公开分享，实现实时可学习的目标[1]。

1 设计原则

根据浙江省高职教育发展行动计划等制度文件要求，结合当前学校对教育教学要求，对智慧课堂管理系统的设计提出以下原则。实现感知智能化，采集课堂范围内的设施设备状态数据，记录课堂的软硬件指标和识别课堂学习场景。实现控制智能化，对课堂环境内的设备实现控制和管理，并显示有控制效果的能力。实现管理智能化，利用视频监控和5G网络，对课堂教学视频进行采集，对课堂教学环境、设备设施、教学活动进行可视化的管理。课堂交互智能化，在课堂教学过程中实现学生和老师的多维度全方位的互动体验。场景拓展智能化，能通过网络通信等手段实现远程教学，方便学生在异地也能学习老师的讲课内容，在具备相关条件时可以实现网络直播教学。设施物联智能化，通过对课堂的环境、温湿度、光感等进行传感检测，实现自动的灯光调节、空调调节等功能，实现多种物联设备的协同联动能力。课堂录播智能化，实现多种录播、点播、直播功能，实现课堂教学自动化。课堂音频智能化，将老师讲课声音在教室范围内最大化传播，同时考虑课堂的隔音和吸音效果，保障课堂活动不受外界干扰。系统管理移动化，要求能通过移动设备，如手机和平板设备实现对课堂设施设备的开关、系统的管理、课堂环境的查看等功能[2]。

2 实现目标

通过运用物联网、人工智能等技术，构建满足校方使用要求的智慧课堂管理系统。该管理系统的核心功能包括，智慧课堂智联管理、智慧课堂智能照明功能，智慧课堂智能语音功能和智慧课堂智能互动等，依据人工智能实现方式，借助当前信息化技术将课堂教学方法、教学模式和教学资源进行紧密结合，实现课堂教育教学的常态化应用。根据智慧课堂的综合设计架构、实现步骤和功能需求，需从课堂教学环境、课堂教学应用、课堂使用分析等方面着手，通过人工智能、物联网、云计算等技术力量打造融合课前准备、课中互动、课后讨论等场景为一体的智能课堂[3]。

3 主要功能

根据以上目标，智慧课堂管理系统需要实现以下功能，构建智慧课堂智联管理平台，搭建智慧课堂智能照明系统，实现课堂互动场景教学系统，建设智慧课堂智能语音系统。

构建智慧课堂智联管理平台，要求对智慧课堂范围内的硬件设施进行集中统一管控，包括对投影仪、教室中控、空调、音频、灯光、窗帘等设施进行管理，实现对智慧课堂相关软件的管控，通过电脑端或移动端对教室内的多媒体系统、录点播系统、视频控制系统等多种软件系统进行统一管理。通过智慧课堂智联管理平台，可以有效管控课堂教学过程中设备情况，根据实际教学场景对平台功能进行优化，同时需要考虑与学校正常使用的视频监控等系统进入融合对接。从教师使用方便性角度出发，需要将系统管理端的控制面板设计成可触摸式液晶屏，以图形化的方式在控制面板中显示课堂设施设备的状况数据（包括：讲台的中控设备状态、投影仪的开关状态、投影仪灯泡寿命时间、大屏幕使用时间、课堂门禁开关状态等）。

管理平台具体功能包括：用户的系统管理权限，需要具有多角色多用户的权限管理体系，实现针对不同用户的权限管理功能。设备管理的控制功能，实现老师对教学设备、教室门禁、讲台开关等设备的远程开启功能，可对课堂液晶屏幕、网络路由器、物联投影仪、音箱话筒、幕布窗帘等进行远程控制，可根据不同用户权限设定对某教学区域、教学楼层的课堂设备进行批量的开关操作。实现与教学实时课表对接功能，根据教学日历和实时课表的时间，在需要使用教室的时间点自动开启门禁识别功能，对教室环境进行初始化，设定上课的教学场景，从教务系统中对接抽取教学课表等数据并保持在课堂管理系统中，如发生断网等情况也不影响系统的正常使用。实现对课堂环境的控制，包括对教室内的温湿度、明亮度、PM2.5等进行监测，如达到相关阈值，系统将自动开启空气过滤，调节空调温度、灯光明暗度等功能，要求在教室中安装温感、光感等自动化传感器，自动采集监测课堂的环境数据，极大减少教学管理人员和老师的工作量。教室的安全防护功能，要求与学校的安防网络对接，教学管理人员能在消控室或办公室里实时调取各个教室的视频监控信号，实时查看课堂运行画面，在教室环境中安装红外线周界防护、教室门禁监测等功能，当教室被非法开启后及时预警推送消息给保卫处、教室管理员。实现对课堂设备设施的管理，对教室的设备设施进行台账管理，建立设备使用、设备维修、配件维护、设备采购等管理规范。实现数据统计功能，要求实现课堂设备使用率、使用时间、设施设备故障情况，并对故障和异常原因进行分析，为教室管理员提供相关量化管理数据。

搭建智慧课堂智能照明系统。根据课堂实际教学情况，通过智能照明系统全自动控制教室灯光，满足现场教学及优质教学资源制作需求时，最大程度的保护学生和老师眼睛。要求在教室中安装照明传感器，并能通过移动控制面板实现对灯光的智能管控，并可根据实际场景进行灯光调节，并可通过感知光照度实现亮度自动调节。

构建课堂互动场景教学系统，实现在课堂教学过程中老师与学生的良性沟通互动，系统要求实现提供多种内容的屏幕展现形式，如多屏、分屏互动等模式，老师可在教学过程中通过手机、平板、电脑等设备实现一键调屏、一键广播、屏幕互动等功能，实现视频画面、广播信号的切换，营造良好的互动教育教学环境氛围。

建設智慧课堂智能语音系统，对课堂的语音与声场进行专业化设计，有效防范教室外部的噪音干扰，为教室提供良好的声响质量和音频效果，教师在授课过程中可以无需佩戴话筒耳机等专业设备，无需刻意大声说话即可实现良好的讲课效果，同时教师在课堂中自由走动，语音系统具备良好的扩声效果，保证教室中每位学生都能听清楚讲课内容，完美实现高质量的拾音和音响效果。

4 结语

基于新型技术的智慧课堂管理系统，适用于教育教学、会议讨论、培训进修等多种使用场景，按照高要求、高标准建设目标，使教室成为具备智慧教学功能的场所，实现教学内容展示、资源共享、互联互动等多方面的深度融合。

参考文献

[1]朱小怡.高职智慧教室构建与智慧校园创新体系研究[J].产业创新研究，2020（10）：17-18.

[2]吴翠花.高校智慧课堂平台的设计与应用[J].通讯世界，2020（5）：212-214.

[3]赖俊丽.智慧课堂教学模式在教学应用中的现状研究[J].农家参谋，2020（16）：210-212.

收稿日期：2020-06-22

基金项目：2019年度浙江建设职业技术学院大学生思想政治教育专项课题（JYSZ201908）。

作者简介：陈斌（1982—），男，浙江杭州人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：教学信息化、人工智能。

Research on the Design of Intelligent Classroom System based on New Technology

CHEN Bin

（Zhejiang College of Construction，Hangzhou  Zhejiang  311231）

Abstract： At present， it is in the era of vigorous development of Internet of things， artificial intelligence and other new technologies，Classroom teaching environment needs to meet the needs of teaching content can be fully presented，convenient access to classroom learning resources，the function of classroom interaction，to create a good learning atmosphere.

Keywords：Smart classroom;Intelligent perception;Teaching environment