新型常态化智慧教室设计概述

2021-11-30赵顺勇

科学与信息化 2021年17期

关键词：录播优课教室

赵顺勇

宁波职业技术学院浙江宁波 315000

引言

以实际需求为导向，围绕“智慧教育信息化”的建设要求，按照以信息化管理中心为中心点，各教学楼及教室为基点，进行本校教室创新教学模式构建。教育信息化支撑环境，实现可促进教学水平跨越式的发展。

并采用统筹规划，顶层设计的方法，依托于管理平台进一步整合全校教育资源和应用，打造技术先进、公平开放、资源丰富、安全可靠的资源共享平台。

利用智慧教学先进理念，进一步促进教学模式的转变，促进本校教育信息化改革，以智慧教育教学为理念指导，结合国内外先进教学方式方法，依托于大数据，人工智能等先进的科学技术深入融合到智慧教学中。加快高效智慧教学飞速发展。

1 实现目标

以计算机技术、电子技术、通信技术为代表的高新技术的发展，为学习方式带来了前所未有的变革，能够满足本校未来五年的发展规划，设计原则必须满足、模块化原则、互动性原则、易用性原则、便利性原则、稳定性原则、兼容性原则以及先进性原则。从而打造多功能的智慧管理平台以及智慧录播教室。

建设统一的管理中心，实现全校所有教室统一管控；将学校传统教室打造成智慧教室，能够实现教学场景录制、课堂学情分析等；已经建设好的录播教室做功能升级，在利旧的前提下做教室功能改造；多种录播教室建设模式配合使用。

实现各个教学点互联互通，实现资源共享，同上一堂课共享一名师。

通过全校建设的实施，创新教学模式、培育全新教学理念、构建全新教师角色、完善新的学习工具、开拓新的办学模式，通过教育信息化起步、应用、融合、创新的四个阶段，利用信息技术驱动教育教学创新。

以校级为个体单位实现双向互动教学，多点同步教研，学校教师备课、观摩、评课等桌面式网络教研的功能，通过校级平台数据交换中心，实现多个校区的音视频实时互动，同时可作为教学视频会议系统，多所学校校园安全视频信息实时浏览。

管理中心主要存放平台服务器、直播、点播服务器、存储服务器等支撑，通过智慧课堂管理平台实现教室间实时互动、同步直播、点播、教学实况录制、远程督导教学等。

实时进行直播，以供教学观摩，开展智能化，全交互网络化教学，实现本校可视化教学教研，实现远程教育会议，实现教师交流，实现师生互动，教育资源共享，实现教育均衡化。

系统平台采用接口开放原则，可将原有学校录播教室，校园平台同时接入，实现全区域教育信息化设备统一管理[1]。

2 主要特点

2.1 易管理

①课表自动录制，降低学校老师录课的工作负担：能够采用自动录制机制，减少人为控制，与课表对接后，可是根据学校的排课进行录制，并且自动上传、自动归类②支持手机、平台实时巡课，可以支持在线三分屏、二分屏、电影模式等方式进行巡课。

2.2 易用性

支持移动端微信端小程序功能，能够实现课堂互动、督导巡课、直播、点播、考勤、数据统计分析等应用，并且在使用形式上采用了大众普遍使用的微信端，无须安装，避免了师生安装过多且烦琐的APP的烦恼。

2.3 互动性

通过智慧课堂教室端，可以实现、学生互动、云直播、局域网直播、签到移动端应用等功能，增加多功能的使用场景，无论学生是否到校上课，都可以实时听讲，并且与任课教师进行互动。

2.4 兼容性

①数据互通：实现大平台统一接入学校分散、独立的教学系统，实现数据互通互联。②支持双重备份优质教学资源、相关统计数据等有效数据具有备份存储功能，本地数据中心服务器存储，云端数据交互中心存储。

2.5 智能学情分析

通过人脸识别技术，实现智能学情分析，能够将学生在上课时的听讲状态有效统计，通过分析学生的低头、抬头等动作，有效捕捉学生听课的状态，对学情督导，学习质量提高有重要的数据支撑，最终帮助学生提高学习成绩，提高课堂效率。

2.6 智能考勤

通过人工智能人脸检测算法，装在教室内的摄像机会识别出教室内的学生人脸，然后通过人脸识别算法进行识别比对，进而实现人脸识别考勤功能。

2.7 可视化大数据分析

实现对课件点击量、课件录制量、学生学习数据、设备管理数据进行排行榜统计，将大数据分析进行可视化展示，促进教学评比，师生使用主动性。

3 前端教室功能设计

教室具有音频系统、视频系统录播系统等功能，能够实现常规教学、翻转课堂、课堂互动教学活动以及拓展型教学等。

教室前端配置两台云台摄像机，能够采集到教室内的教师、学生画面，可以自动录制生成优质资源、学生学情的统计分析。录制好视频资源可以通过网络传输为介质，通过管理平台将优质资源共享给其他师生进行在线学习、观摩等。

3.1 AI智慧教室

3.1.1 智慧录播系统。智慧录播系统是优质资源生成的重要手段，系统设计结构精简，集数据采集、数据处理、数据管理于一体，采用通用的H.264 +AAC高效硬件编码技术，信号传输质量高；结合模块化设计，实现高清视频信号、计算机屏幕信号的编码压缩、传输录制、网络直播等功能，还提供WEB管理方式，方便、直观地查看信息，具有出众的导播定位一体化性能，系统均能准确无误地采用不同策略进行自动跟踪拍摄。

3.1.2 名师优课制作。全面上解决教育所需，汇聚教育资源、共享教育核心，拉近各校区之间的教育水平，从体制到应用上提供实质性方案。在学校中优秀教师可以采用制作优课的形式将自己上课的课件进行课后的编辑，形成具有独立特色的课程资源，通过网络共享给大家，并可参与课程评比。优课制作是一种新型的教学资源形式，不局限于固定的人员、地点和设备，教师可以人人随时制作优课，突破传统教育的时空限制，更加便于教学资源的建设。学习者能在任何时间、任何地点以任何方式学习任何内容，简单高效，随时随地。从优课的录制、制作、应用三方面入手，精细研究优课的编辑制作、管理展示和后期应用需求；以资源建设和观看为核心，提供从生成、编辑、上传、共享和教学的全流程管理。

3.1.3 翻转课堂。凭借优课制作的支持，形成新型的教育模式“翻转课堂”，颠覆传统的教学思维模式让学生更富有学习兴趣，通过优秀教师录制的优课微视频，为学生提供课前辅导学习，并在上课时对学习内容进行提问及辅导[2]。

3.2 拓扑图设计

设计一体化智慧录播系统，由智慧教室和控制室组成。

AI智慧教室选用国内主流的硬件产品，保证可迅速适应网络视频应用的需求，在教室的前端可配备推拉式黑板，便于学生观看教师授课的PPT、视频等文件。教师讲台上配备教师计算机，便于教师授课时操作相关课程内容。通过智能摄像机，分别负责对教师、学生的跟踪拍摄。摄像机采集的视频信号传送至多功能教学终端，进行高清优质课件的录制。声音通过麦克的采集方式经音频处理器把音频信号输送给多功能教学终端，以保证声音真实展现课堂场景。

3.3 物联网中控系统

3.3.1 本地控制。我们的中央控制系统由中央控制主机（网络中控）、控制面板组成。各部分之间用通信电缆相连，构成一个控制系统。其中控制面板是本地指令发送中心，中央控制主机则是指令接收和执行机构。教师通过桌面控制器控制中央控制器从而实现对连接于其上的多媒体外设的控制，真正实现“所见即所控”。

3.3.2 网络控制。采用最先进的网络技术，配合控制室端管理平台（原管理系统），运用TCP/IP协议实现网络控制。该方法采用广泛应用的成熟的互联网，从而使系统控制实现与网络的紧密连接，实现了系统控制的灵活性和多样性。

多媒体网络中央控制系统软件，是网络控制指令的发起者，主控室管理主机发出的指令封装成标准TCP/IP协议包，通过校园网传送到相应控制节点（教室端的中央控制器），从而控制连接到中央控制器的多媒体外设。系统基于校园网，没有位置的概念，只要能连上校园网后即可实现控制。控制节点收到TCP/IP协议控制的指令后，中央控制器执行相关的指令控制相应的设备完成控制。通过该控制软件可实现远程开关/唤醒网络中控器，远程控制投影机和影音设备等等。通过网络管理平台真正实现“远在千里，控在指间”[3]。