“互联网+”的智慧教室构建

李 煌

(中国气象局气象干部培训学院湖南分院，湖南 长沙 410000)

1 智慧教室构建的重要意义

中国气象局气象干部培训学院实行国家级主站、省级二级站以及地县学习点的三级培训系统，其中，国家级主站即中国气象局气象干部培训学院；二级站主要包括各个分院、各省级气象培训机构；三级站包含全国各地(市)、县级气象局。湖南分院属于气象培训系统二级站，具有培训与教育气象人才队伍的职责。加强智慧教室信息化平台的创建，创新教育培训机制，不断优化培训环境，对于增强湖南分院培训管理能力以及提升气象人才教育水平而言意义重大。

2 智慧教室的系统模型

基于“互联网+”的智慧教室遵循模块化设计原则，系统由硬件、基础设施、软件以及网络环境共同组成，包含5层，即基础设施层、教学设备层、网络层、服务层以及应用层(图1)。

图1 智慧教室的系统模型

(1)基础设施层：包含教室的灯光照明、活动桌椅、装修装饰、供电系统、空调系统以及新风系统等组成，为教学培训提供了不可或缺的物理平台。教室装修整体方面应该大方、美观、实用，室内空间需要合理布局，通透灵活、课座椅应按照人体工程学进行设计，以便轻松自由地整合在一起，灯光布光要求健康节能、均匀，供配电必须可靠、安全。

(2)教学设备层：本层属于系统的核心业务层，为开展各类教学活动给予有利的环境。它涉及显示系统、扩音系统、控制系统、录播系统以及终端设备等，同时可以按照学科的特点、具体需要来配置相应的设备设施。

(3)网络层：利用各类网络连接方法，以确保上下层之间能够安全、顺畅地进行信息传输，将信息空间和物理空间进行有效连接，为师生交流以及获取学习资源提供便利条件。

(4)服务层：依托大数据、云计算、物联网以及数据挖掘等现代技术，为应用层提供智能教学、智能资源以智能管理的基于信息的智能公共支持环境和集成服务系统。

(5)应用层：依靠服务层来给予全面的支持、服务，将智能教室业务相关的教学系统集成到统一的门户以及统一的身份认证教学应用云平台中，切实达到信息和数据的集约化管理的目的。

3 基于“互联网+”的智慧教室构建方案

3.1 智慧教室网络环境设计研究

基于“互联网+”的智慧教室对网络的性能要求相对较高、在网络环境设计上首先考虑录制课堂高清视频产生的大流量和诸多IP设备小流量(如投影幕布、空调、电子白板、投影机的网络控制单元)的稳定性，同时考虑网络的安全性，将所有教室纳入千兆专用网络，并采用相关技术将各类设备进行适当隔离。为了确保智慧教室内各个基础设施都能够顺利与网关进行通信，同时集成无线Wi-Fi模块，通常采用星型拓扑结构，实现分布式网络传输。网关和有线校网保持互联互通，确保网络通信顺利进行。基于“互联网”的智慧教室的网络拓扑结构设计如图2所示。基于“互联网”的智慧教室的教务管理、设备管理、远程监控设备管理等均需管理员设定相应的权限，同时实现与局域网之间的有效连接，并且向数据服务器发送并存储数据，有关数据在无线访问点的作用下能够传输至智慧教室的教学设备。

图2 基于“互联网”的智慧教室的网络拓扑结构

图3 主要设备系统拓扑图

3.2 硬件环境设计与实现

本文采用带有基于IP技术接口芯片的多媒体设备来搭建智慧教室的硬件环境、依托“互联网+”技术，借助于中央控制器把投影仪、电脑、电子白板、教学录播、互动教学等构成的教学设备以及环境感知设备进行无缝融合(图3)。凭借多媒体设备中基于IP技术的检测芯片能够实现硬件设备的远程管理以及维护，进而实现和校园课程的无缝对接。

3.3 应用支撑环境设计与实现

(1)云桌面系统

利用云桌面替换传统的PC，不但可以促使操作系统加快速度运行，确保数据的安全性，而且在登陆与使用的时候还不会受时间以及空间的限制。教师凭借工号以及密码能够随时备课，随时掌握学生的学习情况。

(2)教学辅助系统

此系统主要用于教师备课、课堂考勤、互动教学、随堂测试等。学生主要进行课前预习、课后复习以及提交作业等。采集的课堂信息能够让教师进行教学反思，评估学生的学习效果。

(3)云录播系统

云录播系统能够随时对教师的授课情况进行录制，采集课堂信息且上传，便于学生远程学习。教师可以剪辑与处理视频播放内容，优化教学资源。

(4)教务管理系统

通过和教务管理系统进行对接，可以对授课班级信息、学生名单、课程号等信息进行自动推送。凭借智慧教室网络接口把学生签到、作业和测试成绩等信息及时向教务管理系统发送，为教师给学生打出平时成绩提供参考。

(5)数据中心

主要记录教师与学生在课堂上的教学过程。凭借统计与分析过程性评价数据，教师能够关注班级与学生的学习情况，获悉学生的学习现状，梳理学习难点，为改善教学质量提供有效的依据。

(6)环境监控系统

通过光照感应器与控制器等现代化技术，监测课堂内的光、电、声、温等环境数据，智能判断是否与课堂需求相适应，从而做到自动调节以及控制，为师生提供良好、舒适的教学环境。

4 结语

总之，“互联网+”时代，充分利用物联网、云计算及大数据等前沿新技术，形成一个教材多媒体化、资源共享化、教学多样化、学习个性化、活动协作化、网络泛在化的智慧教室构建方案，有利于师生无缝接入资源及从事教与学活动，为气象干部培训学院湖南分院提供一个高效开展气象培训工作的教学平台，提升教学质量和教学管理水平，从而带来了一定的社会效益和经济效益。