基于智慧教室的教学云平台的开发与设计分析

万琳琳 刘国兰

（江西旅游商贸职业学院 江西省南昌市 330000）

智慧教学云平台的建设，是利用数据采集技术、计算机软件技术、互联网通讯技术以及智能分析技术等，以云计算、物联网、大数据为依托，将传统教学业务流程与智能化IT 流程结合起来，构建形成以互动教学为主、智慧教室为技术支持、信息化为特点的智慧教学管理系统[1]。通过在教学中应用这一平台，能够让学生从中体验到信息化教学的乐趣，获得碎片化学习的机会，提高学习的主动意识，实现自主学习、自主发展，促进教与学当中师生双向效率的提高，全面提升教学质量，助力现代教育的改革发展。

1 智慧教室的概念

智慧教室是借助物联网开发设计的具有现代科学特色的教学平台，通过采用物联网技术将教学设施管理、教学环境调节、教学方式、视频控制以及学习考评等融合于一体，从而形成一个创新的信息化教室系统[2]。智慧教室的建设核心在于相关硬件资源的应用，通过物联网等技术有效整合智能终端、各种教学系统、软件以及信息教学资源等，从而实现智慧教室的强大教学应用功能，达到高效的师生教学互动、人机互动，体现出现代智能化教学的方便、快捷以及灵活性等特点。

2 当前智慧教学云平台在建设及使用中所存在的问题

从教学云平台的设计及使用情况来看，目前我国教育体系中对智慧教学云平台还并未形成统一认知，大部分高校还处于建设及应用的实践探索阶段。经总结分析，笔者认为高校的教学云平台在建设及应用上还存在如下问题：第一，平台内容不够丰富，应用层面还有待提高；第二，平台的设计很大程度上是以技术及管理为核心，未能充分站在用户的角度来考虑；第三，信息技术的应用水平还欠缺，与当前教学及科研的融合性不高，仅仅提供了一些基础性教学功能，在设计与应用的协同性上有待提高。

3 基于智慧教室的教学云平台设计思路及原则

智慧教学云平台的设计首先要有“大教育观”的建设思维，要积极将现代信息化技术和教育教学进行深度融合应用，在进一步促进我国教育教学转型发展的同时引领教育服务的全面改革。笔者认为，基于智慧教室的教学云平台在设计时应遵循以下三个原则：

3.1 完备性原则

高校要按最先进的信息化教学配置标准，最大化满足智慧教室教学业务的设计需求，科学合理设计平台系统的功能结构以及数据结构，尽可能的提高智慧教室的智能化水平，以此更好地提升教学平台的使用性能。

3.2 安全性原则

高校要综合考虑各种不安全因素之后才能设计智慧教学云平台系统，以此保障系统应用的安全可靠性，为保证教学云平台的管理严密性，还需提高管理系统的权限，形成平台业务进程控制机制。

3.3 标准规范化原则

高校首当其冲是要保证智慧教学云平台系统在建立层次上符合国家及行业的有关标准，在软件平台、数据接口、开发技术等方面能够实现结合应用，同时还需采取开放化设计路线，遵循软件工程有关的管理规范和标准，以确保智慧教学云平台系统在需求分析、整体设计、测试应用、后期维护的各个阶段具备可追溯性。

4 智慧教学云平台的主要功能性需求模块

通过分析教学活动业务流程及特点，结合智慧教室架构特征，智慧教学云平台的主要功能性需求应划分为以下六个模块：

4.1 知识管理模块

知识管理模块主要由知识内容管理、知识地图以及知识推荐组成知识管理功能，通过组织知识地图可以对知识目录、标签、知识内容进行添加、删减、编辑等，并具备向用户推荐知识的作用。

4.2 学习管理模块

学习管理模块可对用户选课情况予以管理，实时监督学习者的学习过程和情况，帮助分析及评定学习者的最终学习成果，学习管理模块由教学课程、学习测验、选课管理及学习评价组成，可实现创建课程、添加课件视频、课程发布、测验发布、批阅等功能。

4.3 考试管理模块

考试管理模块由题库、实践、考试管理、考试结果四个部分组成，教师作为系统平台管理员，可自行操作题库管理中的试题导入、添加、编辑、删除等功能，同时能针对各阶段课程考试进行排期设置、安排监考人员并组织考试，创建并上传试卷，批阅试卷及在线公布考试成绩等。

4.4 查询统计管理模块

查询统计管理模块可用于导出并查看学习者的课程具体学习情况、个人学习状态，其中包括有课程学习时长、整体学习进度、考试结果等多项学习信息数据，查询统计管理模块主要由课程学习查询、个人学习情况查询、考试结果查询三个部分组成。

4.5 学员中心模块

学员中心模块主要为学习者提供应用功能，该模块主要包括学习、考试、知识中心和个人学习档案四大部分，学生可自行查看学习计划、报名参与考试、查看学分、了解课程学习情况、在线考试记录以及查看正确答案等，还可以参与模拟考试、单独课程考试、综合考试等，并能随时浏览并下载知识信息资源，实现在线的泛化学习。

4.6 安全管理模块

安全管理模块由部门管理、职位管理、角色管理、用户管理、日志管理以系统维护管理六大部分组成，可以对系统平台上的所有用户进行有效的安全管理，系统平台管理员可随时对用户进行添加、删减、修改、分配权限及控制权限等。

5 基于智慧教室的教学云平台的开发及设计

5.1 智慧教学云平台的总体结构设计

5.1.1 平台总体结构的设计

智慧教学云平台以智慧教室的物联网技术为基础，通过无线光纤交换机和分布式无线系统为作为核心，再接入网关及分布式系统形成一个综合的信息共享平台，依据智慧教室设备系统的性能特点，对所需设备系统采取标准性无线Wi-Fi 模块接入到教学系统综合平台之上，再通过服务端集中实现系统设备的统一管理，智慧教学平台采用了级联堆叠的方式得以建立形成[3]。在平台的最底层是各个智慧教室的子端，中间层则可根据高校学科分类构建形成二级主端口，最上层则是高校层级的一级主端口。

5.1.2 主端结构的设计

智慧教学平台的主端通过调度、维护、应用工作站、前置通信、数据库、流媒体、Web 服务器等经过交换机相互连接构建形成，平台主端可经前置通信服务器通过标准通信协议再与各个智慧教室的子端系统实现连接，接收到智慧教室各设备子系统的相关信息数据。

5.1.3 子端结构的设计

智慧教学云平台的子端由无线光纤交换机、智能接入网关、音视频系统设备、子端平台软件等组成。交换机连接到有Wi-Fi 装置的设备终端，网关接入到有线装置的设备终端，以此完成对智慧教室设备子系统的数据采集及输出控制；此外，音视频设备系统相对较为独立，子端口软件在对音视频设备的API 接口二次开发之后，整个音视频系统设备则被融入到子端平台上。

5.2 智慧教学云平台系统软件的组成设计

5.2.1 操作系统

智慧教学云平台系统的综合服务器、工作站所使用的操作系统可从Microsoft Windows、Linux、Unix 等操作系统中任选，这些系统具备开放性强、可靠性高、安全性稳、通用性足等特点，智慧教学云平台系统可实现在多种操作系统上的自由切换应用，同时可保证系统的稳定运行。

5.2.2 数据采集软件

支持各种子系统的接入、标准协议设备的接入；与各个智慧教室子端建立信息通讯；对各设备及子系统进行通讯规约转换，转换软件应采取模块化设计，保证“一规约一模块”的原则，在增加或修改规约时保证不对支撑的平台系统上其他规约造成不良影响；对信息数据进行预处理；将计算机系统与智慧教室现场的时间信号进行统一。

5.2.3 进程管理软件

通过进程进行相互的信息交换，智慧教学云平台系统由进程管理软件对运行在不同或同一终端上的多个进程的运行状态予以监督，当发现有进程出问题了就能及时重启该进程；当平台运行中设备或软件故障的情况下，能通过系统配置情况对系统功能进行调整，并对数据动态进行再分配；确保平台功能的完整性、系统运行的稳定性；确保平台与不同硬件配置的相互适应性[5]。

5.2.4 维护管理系统

智慧教学云平台借助维护管理工具软件对各个信息数据库进行管理，具体如下：组建信息数据库，并具备相应的增加、删除以及输入数据的基本功能；能提供数据库检索功能，可直观清楚的检索到数据库中所存储的各个信息数据；通过人机交换直接对数据表进行增加、删除以修改；给历史数据库提供备份功能，在设备存储容量不足的情况下将历史数据转存到其他媒介上，无需限制历史数据的保存时长；为方便信息共享及二次开发利用，所提供的数据库服务功能除对应本系统平台以外，还可对外开放数据库查询接口。

5.2.5 系统图形软件

系统图形软件由画面管理、实时画面现实、绘图工具等功能模块组成，用户可借此软件对智慧教学云平台所用图形画面进行自我定义、绘制及管理。绘图工具模块非常灵活、方便编辑，可进行多层叠加、比例分层来现实画面，且能提供各类图形符号、矢量字库等。

5.2.6 调度监控软件

调度监控软件借助友好人机界面，可对平台后台系统进行运行管理和监视，后台设备操作，查询调用数据以及告警处理等，为平台管理者在管理维护上提供强大便捷性。

5.2.7 报表软件

平台系统的报表软件中包括报表制作、报表显示、自动打印以及管理软件。报表软件友好的数据定义方式能让用户根据自身需求借助报表制作软件生成各种模板报表；通过报表显示软件可用于查看备样报表字段，结合需求自我修改报表数据并形成自动统计；通过报表管理软件可将报表交由自动打印软件进行打印处理。

5.2.8 系统安全软件

系统安全软件能为智慧教学云平台提供用户权限及口令，其统一性用户权限管理工具促使平台更具安全性能，保障用户个人口令得以保护，而为保证用户自我权限不被他人盗用或误用，操作者也可自行修改口令密码。系统安全性从以下方面进行体现：根据需求给予所有操作者特定权限，比如用户名、操作权、操作范围等，各操作者对系统及各业务的应用范围由此而决定；为确保平台系统的安全性，操作者进入平台必须要输入口令，进入界面可从最简单的画面调出再到修改、访问、维护以及控制等进行操作，这些操作由各操作人员根据划分好的使用需求进行不同层次的操作；系统还可通过角色管理为不同权限的操作人员分配应用模块。

5.2.9 值班日志软件

值班日志软件是利用过程化管理来应对系统值班具体工作，值班员可借助电子办公工具记录系统运行情况，自动记录系统故障、故障自行处理信息等，还有工作交接班、设备故障等报表同样需要值班日志软件依据日常工作情况进行记录并输出。

5.2.10 故障管理软件

故障管理软件可实时反馈告警信息，提供各类故障处理平台，其中包括有告警确认、告警屏蔽、告警过滤、历史告警记录分析等，并可对各项告警记录形成操作日志，并以文字、声音、短信或邮件等形式将故障内容传送给系统维护人员。

5.2.11 远程诊断软件

平台安装了远程诊断软件，则可通过网络与用户系统产生连接，观察平台运行状态，及时帮助用户解决在平台运作中因软件所引起的故障问题，以此提升平台维护水平，保障平台得以安全运行，此外也能对平台系统软件进行及时的版本升级。

6 结束语

综上所述，现代教育信息化、数字化改革步伐不断加快，智慧教室、云平台、云系统、大数据等均快速应用到教育教学实践活动中，智慧教室的教学云平台的开发和设计，有利于实现教师和学生实时一对一的学习和交流，学生、教师互动更加方便，教学指导、教学管理更加科学，智慧教室的教学云平台开发具有重要的意义，有利于教师、学生开展教学分析、教学探讨及学生评价，促进师生相互进步和成长，实现教学共赢的战略目标。