基于課表聯(lián)動的多媒體教室信息化管理系統(tǒng)建設(shè)

刁叔鈞

(五邑大學(xué) 實驗室與設(shè)備管理處，廣東 江門 529020)

目前高校普遍建設(shè)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)環(huán)境，如何充分利用這些環(huán)境實現(xiàn)多媒體教室(實驗室)的綜合管理被提到了議事日程[1-2]。通過廣泛調(diào)研，五邑大學(xué)確立了具有實用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性的網(wǎng)絡(luò)多媒體教室信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)項目[3-5]。該系統(tǒng)是具有遠(yuǎn)程控制狀態(tài)反饋的網(wǎng)絡(luò)型集中控制系統(tǒng)，采用了先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)，對重要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、教室設(shè)備的使用等都通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中監(jiān)測和管理，并結(jié)合先進(jìn)的課表聯(lián)動管理理念，構(gòu)建出21世紀(jì)全新的現(xiàn)代教學(xué)管理模式。

1 多媒體教室信息化管理系統(tǒng)的功能分析

為了改善學(xué)校教學(xué)環(huán)境，五邑大學(xué)于2013年新建了一棟22層教學(xué)樓，共有容納200人的多媒體教室40間，容納100人的多媒體教室9間，全自動錄播教室1間。為了解決多媒體教室管理與管理隊伍人員缺乏的矛盾，加強(qiáng)多媒體教室的維護(hù)和管理，五邑大學(xué)建立了基于課表聯(lián)動的多媒體教室信息化管理系統(tǒng)[3，6]，其功能分析如圖1所示。

圖1 多媒體教室信息化管理系統(tǒng)功能分析

1.1 組網(wǎng)連接方式

根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)化的普及以及使用的需要，該多媒體教室管理系統(tǒng)的中央控制系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，在標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，充分利用了局域網(wǎng)組網(wǎng)靈活、安全穩(wěn)定的特點(diǎn)，將所有的多媒體控制主機(jī)通過局域網(wǎng)連接在一起，通過服務(wù)器管理軟件統(tǒng)一監(jiān)控管理。局域網(wǎng)通信可以很好地確保多點(diǎn)多發(fā)的數(shù)據(jù)連續(xù)、完整地在教室與總控制室之間傳遞[2，3]。

教室的控制主機(jī)采用32位可編程處理器作為控制核心，每一間教室可以自成系統(tǒng)，獨(dú)立完成教室內(nèi)設(shè)備開關(guān)、信號切換等功能，同時可以通過網(wǎng)絡(luò)對每一間教室的設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控和管理[4]。

1.2 設(shè)備狀態(tài)的自動監(jiān)控、記錄、存儲

總控制室服務(wù)器具有遠(yuǎn)程以及跨網(wǎng)段實時監(jiān)測功能，教室中控將采集到的本教室設(shè)備使用信息及時上傳到總控制室服務(wù)器，同時采用直觀的雙屏界面顯示各個設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及講臺門禁系統(tǒng)的開/關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)可以記錄每一間教室的設(shè)備使用情況、故障情況，可以根據(jù)用戶需要生成設(shè)備使用記錄表以及故障統(tǒng)計表，能夠?qū)⑺械脑O(shè)備動作發(fā)生的時間精確地記錄下來，并存儲于服務(wù)器內(nèi)，為設(shè)備資產(chǎn)統(tǒng)計提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)非法數(shù)據(jù)，如設(shè)備異常斷開，主機(jī)異常斷電等狀況，總控制室服務(wù)器監(jiān)測軟件將實時發(fā)出聲光報警，提示值班人員檢查。該管理系統(tǒng)能提供講臺前門、后門、中門門禁檢測數(shù)據(jù)功能，也能夠即時、準(zhǔn)確反映講臺前、后門的打開或關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)有人使用暴力撬開講臺前、后門時，即可通過網(wǎng)絡(luò)觸發(fā)總控制室報警設(shè)備。監(jiān)控信息采用數(shù)據(jù)庫管理，方便查詢與統(tǒng)計。本管理系統(tǒng)具有第三方拓展功能，可以通過RS-232或者485協(xié)議與校方現(xiàn)有的安防系統(tǒng)無縫鏈接。

1.3 IC卡遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)

本管理系統(tǒng)要求與校園“一卡通”完全兼容，并與校園卡數(shù)據(jù)管理中心連接。所有教師校園卡的授權(quán)信息需要存儲在教室終端的IC卡讀卡器中，可以存儲24周的課表和2 016名上課教師的信息，便于在網(wǎng)絡(luò)不通暢的情況下保障教學(xué)的順利實施。

管理系統(tǒng)將使用人的IC卡分為：

(1) 管理員卡(萬能卡)：其使用不受時間和教室地點(diǎn)的限制；

(2) 用戶卡：根據(jù)教務(wù)排課系統(tǒng)自動鏈接數(shù)據(jù)生成，按授課時段、規(guī)定教室方可刷開講臺門鎖的校園卡；

(3) 臨時卡：由總控制室發(fā)放，指定授權(quán)時段、指定教室方可刷開講臺門鎖的臨時IC卡。

IC卡遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)實現(xiàn)人性化管理。IC卡刷卡可開啟講臺門禁，當(dāng)下課時教師將講臺雙側(cè)門關(guān)閉后，多媒體教學(xué)系統(tǒng)亦自動關(guān)閉。

IC卡讀卡器具有較大的存儲功能，可以存儲一個學(xué)期的開鎖授權(quán)以及刷卡記錄。所有教室講臺門禁的開關(guān)時間都有記錄，并可實現(xiàn)按卡號、教室、時段等分類統(tǒng)計查詢和打印相關(guān)報表，同時還可將有關(guān)記錄以Excel形式導(dǎo)出，用于相關(guān)教學(xué)信息數(shù)據(jù)分析。

1.4 IP電話通信系統(tǒng)

新建教學(xué)樓共有50間多媒體教室，這些教室分布在不同樓層。為充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，多媒體教室信息化管理系統(tǒng)采用IP電話作為總控制室與教室的聯(lián)系工具。每間教室配置1臺IP電話，并且不與講臺門鎖關(guān)聯(lián)，教師可以方便地與總控制室取得聯(lián)系以獲得幫助。由于總控制室擁有50間多媒體教室的設(shè)備控制權(quán)限，絕大多數(shù)情況下，管理人員在總控制室服務(wù)器端就可以方便地解決教室各類設(shè)備出現(xiàn)的使用問題而無需到現(xiàn)場，大大降低了人力資源成本。

1.5 圖形化界面管理方式

為了增加數(shù)據(jù)的可讀取性，系統(tǒng)采用圖形、字符、數(shù)表3種方式顯示網(wǎng)絡(luò)中控系統(tǒng)的即時狀態(tài)，配合雙屏軟件界面的顯示，使所有教室狀態(tài)可以在一個頁面完整顯示。圖形化的信息包括教室的網(wǎng)絡(luò)通信、投影機(jī)開關(guān)、電腦開關(guān)、無線話筒使用情況以及講臺門禁開關(guān)等重要設(shè)備的使用狀態(tài)。該軟件界面也可以同步安裝在保衛(wèi)值班室。由于界面友好、操作簡單，不需要安保值班人員掌握專門的計算機(jī)知識。

1.6 教師使用教室情況統(tǒng)計

該管理系統(tǒng)具有教室使用情況的統(tǒng)計功能，記錄信息包括教師的刷卡時間、講臺門鎖的開關(guān)時間、投影機(jī)等設(shè)備的使用時間，可以對各教室進(jìn)行一個學(xué)期的分時段使用頻率統(tǒng)計。系統(tǒng)的自檢程序可以在幾分鐘內(nèi)完成多媒體教室的設(shè)備檢測，自動診斷中控、投影機(jī)和電腦等設(shè)備的故障，自動顯示、記錄故障情況，并以數(shù)據(jù)庫的形式入庫管理。以上數(shù)據(jù)都以數(shù)據(jù)庫的形式存儲于服務(wù)器內(nèi)，可根據(jù)需要生成Excel表格用于各種教學(xué)數(shù)據(jù)分析等。

1.7 可精確管理的公共廣播系統(tǒng)

以往學(xué)校的公共廣播系統(tǒng)大多采用分區(qū)廣播的形式，例如對某一樓層或固定的某幾間教室進(jìn)行廣播，但不具有任意教室組合廣播的功能。五邑大學(xué)新教學(xué)樓多媒體教室分別位于2到11層樓，為了播放緊急通知、考試指令、課間音樂和上下課鈴聲，多媒體教室建設(shè)了精確控制的公共廣播系統(tǒng)，在總控制室通過可編程中央控制系統(tǒng)和觸摸屏，對多媒體教室進(jìn)行精確的公共廣播，既可以同時廣播，也可以對一間或任意組合的幾間教室特定廣播，實現(xiàn)個性化、多用途、受益面廣的廣播功能。

2 多媒體教室信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)

五邑大學(xué)多媒體教室信息化管理系統(tǒng)建設(shè)項目從物理結(jié)構(gòu)上可劃分為多媒體教室建設(shè)與總控制室建設(shè)兩部分。其中多媒體教室建設(shè)又可分為普通多媒體教室與精品課程錄播教室兩部分。

2.1 普通多媒體教室的建設(shè)

普通多媒體教室主要由網(wǎng)絡(luò)中控系統(tǒng)(含多媒體網(wǎng)絡(luò)中控和桌面控制器)、計算機(jī)及多媒體教學(xué)系統(tǒng)、教學(xué)顯示系統(tǒng)、擴(kuò)聲系統(tǒng)、多媒體安全防盜系統(tǒng)、IP電話、IC卡讀卡器等幾部分組成。每個教室以多媒體網(wǎng)絡(luò)中控為核心，將投影機(jī)、投影幕、功放音箱等信號源有機(jī)結(jié)合起來，實現(xiàn)對各類設(shè)備的控制管理以及信號切換等功能。普通多媒體教室的功能有課表聯(lián)動、集中控制、安全聯(lián)鎖裝置、獨(dú)立IP電話和公共廣播。

2.1.1 課表聯(lián)動

依據(jù)已有的校園IC卡，通過與教務(wù)排課數(shù)據(jù)結(jié)合，管理系統(tǒng)實現(xiàn)了課表聯(lián)動授權(quán)功能，依據(jù)課表對任課教師使用多媒體教室進(jìn)行授權(quán)。只能憑借排課的教師校園IC卡在規(guī)定的上課時間段才可以打開該教室多媒體中控臺(講臺)門鎖。IC卡授權(quán)信息包括教師姓名、IC卡號，上課的時間(周數(shù)、節(jié)數(shù))及地點(diǎn)。授權(quán)數(shù)據(jù)下載于教室的中央控制器中，便于IC卡可以在脫網(wǎng)狀態(tài)下運(yùn)行，以保障在校園網(wǎng)或服務(wù)器出現(xiàn)故障時能正常開啟講臺。課表聯(lián)動授權(quán)查詢?nèi)鐖D2所示。

圖2 課表聯(lián)動授權(quán)查詢

2.1.2 集中控制

上課教師通過中控面板的按鍵，可以對教室中的各類多媒體設(shè)備進(jìn)行集中控制，如設(shè)備的供電控制、投影機(jī)的開關(guān)、電動屏幕的升降、多類媒體設(shè)備信號的切換等。教師面對的只是單一的控制界面，操作方便，并且不受網(wǎng)絡(luò)連接的限制。

多媒體網(wǎng)絡(luò)中控是該管理系統(tǒng)的核心設(shè)備，它的先進(jìn)性、穩(wěn)定性是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。中控系統(tǒng)必須具備以下功能特點(diǎn)：

(1) 低功耗、高穩(wěn)定性，支持24小時不間斷工作；

(2) 支持多種報警設(shè)備的接入，支持投影機(jī)斷線報警、門禁異常開啟報警、計算機(jī)及顯示器斷線報警等功能，支持本地報警和網(wǎng)絡(luò)報警功能；

(3) 強(qiáng)電與弱電分離，由網(wǎng)絡(luò)中控主機(jī)通過串口控制電源箱的開關(guān)實現(xiàn)，將中控內(nèi)部的電磁干擾降到最低，保障中控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.3 安全聯(lián)鎖裝置

管理系統(tǒng)具有延時斷電保護(hù)以及可編程控制的順序開關(guān)功能。講臺門鎖開啟時，所有設(shè)備時序加電；門鎖關(guān)閉時，電動屏幕自動升起，同時關(guān)閉教室計算機(jī)、投影機(jī)(延時3～5 min)和設(shè)備總電源。時序通斷可以避免設(shè)備同時開啟對開關(guān)電源帶來的安全隱患。

2.1.4 獨(dú)立IP電話

每間教室都配有獨(dú)立網(wǎng)線的IP電話，利用網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)教室與總控制室直接對講功能。由于電話系統(tǒng)使用單獨(dú)的網(wǎng)線工作，計算機(jī)或中控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時不影響IP電話系統(tǒng)的使用。

2.1.5 安防報警設(shè)施

通過配置全鋼防盜講臺，配置安全門磁，防止講臺內(nèi)貴重設(shè)備被盜；投影機(jī)通過中控主機(jī)的斷線報警接口，實現(xiàn)投影機(jī)斷線報警防護(hù)功能。

2.1.6 公共廣播

每間教室配置公共廣播系統(tǒng)，它獨(dú)立于教學(xué)擴(kuò)音系統(tǒng)，用于播放通知、課間音樂和上下課鈴聲等。

2.2 精品課程錄播教室的建設(shè)

精品課程錄播教室的功能是將授課教師的多媒體課件與授課現(xiàn)場場景進(jìn)行實時切換、同步采集和錄制，并合成為多媒體課件。它具有直播、錄制、編輯、點(diǎn)播等功能，錄制課件的畫面組成方式靈活多樣，可實現(xiàn)網(wǎng)上同步直播，也可實時存儲在服務(wù)器上供用戶后期點(diǎn)播調(diào)用。精品課程錄播教室除具有普通多媒體教室的功能外，還具有課堂錄制、自動/手動導(dǎo)播、內(nèi)網(wǎng)直播和網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播功能。

2.2.1 課程錄制功能

精品課程錄播教室首先是多媒體教室，中央控制器可以控制教室內(nèi)的所有設(shè)備，包括臺式計算機(jī)、教師自備筆記本電腦、數(shù)字展臺等。這些設(shè)備都采用VGA接口，可以根據(jù)實際教學(xué)需要，通過中央控制器把信號切換到多畫面錄播主機(jī)中。多畫面錄播主機(jī)支持3路視頻、1路VGA及音頻輸入，通過多畫面錄播主機(jī)實現(xiàn)學(xué)生場景、教師場景及多媒體課件同屏顯示，而非畫中畫模式。教室教學(xué)場景及教師講課的聲音通過多畫面錄播主機(jī)進(jìn)行實時錄制及網(wǎng)絡(luò)直播。多畫面錄播主機(jī)能以大于25幀/s采集壓縮1024×768分辨率的VGA信號，實現(xiàn)對投影機(jī)顯示內(nèi)容的實時采集。

系統(tǒng)的講臺全景攝像機(jī)保證教師在多個區(qū)域移動中實現(xiàn)不同景別的變換，并可實現(xiàn)整個教學(xué)過程的視頻圖像全自動錄制。學(xué)生發(fā)言跟蹤攝像機(jī)支持多個拍攝預(yù)置位的設(shè)置，授課過程中可拍攝學(xué)生全景圖像，當(dāng)師生互動時可自動切換到學(xué)生特寫圖像，實現(xiàn)學(xué)生在整個教學(xué)過程中視頻圖像的全自動錄制。該系統(tǒng)也支持?jǐn)z像機(jī)的手動調(diào)整方式，各組畫面與講課的聲音同步錄制下來，能夠全面、立體、真實地再現(xiàn)講課的全過程。

2.2.2 自動/手動導(dǎo)播功能

全自動多畫面錄播系統(tǒng)操作簡單，可以本地手動操作，也可以自動化控制，或由總控制室遠(yuǎn)程集中控制。該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)對錄播主機(jī)進(jìn)行管理，控制攝像機(jī)上下左右搖動及變焦等動作，實現(xiàn)教學(xué)直播、點(diǎn)播及網(wǎng)絡(luò)資源上傳、下載、資源管理等功能，也可對所錄制的精品課文件添加索引和課程信息、進(jìn)行資源檢索等再處理工作。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)直播和點(diǎn)播功能

系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)直播和點(diǎn)播功能，支持在校園網(wǎng)內(nèi)直播；能夠通過組播的方式在校園網(wǎng)環(huán)境內(nèi)播放。系統(tǒng)直播能夠支持多種格式的電子文檔，包括PPT文件，PDF文件，Word文件，Execl文件，CAD文件、各種圖片文件和視頻文件等。

2.3 總控制室的建設(shè)

總控制室的建設(shè)包含了顯示系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、語音對講系統(tǒng)以及公共廣播系統(tǒng)等的建設(shè)。通過總控制室的建設(shè)，可以集中控制管理多媒體教室的設(shè)備，實現(xiàn)設(shè)備參數(shù)配置、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、資產(chǎn)管理、遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。

2.3.1 一卡通管理

通過與校園卡人事信息、教務(wù)處課表的對接，對授課教師的校園卡進(jìn)行開啟講臺門鎖的授權(quán)管理(見圖3)，并以數(shù)據(jù)庫的形式將任課教師上下課信息記錄下來。只有在規(guī)定的時間和相對應(yīng)的教室內(nèi)，任課教師才可以用自己的校園卡正常刷卡上課。

圖3 校園卡授權(quán)

2.3.2 多媒體教室管理

系統(tǒng)基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，通過TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制和跨網(wǎng)段實時監(jiān)測功能。總控制室能夠利用網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程配置各種設(shè)備參數(shù)，能夠遠(yuǎn)程實時監(jiān)測多媒體教學(xué)設(shè)備的運(yùn)行狀況，及時發(fā)現(xiàn)故障和隱患。特殊情況下，也能通過校園網(wǎng)對多媒體教學(xué)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立和聯(lián)動控制。管理軟件提供了簡單直觀的控制界面，可以直接對選定的一間或多間教室的設(shè)備進(jìn)行操作，包括投影開關(guān)，幕布升降，音量調(diào)節(jié)等。

總控制室還可遠(yuǎn)程打開各教室講臺門鎖。對教室講臺的開鎖關(guān)鎖、讀卡器遠(yuǎn)程授權(quán)、掛失卡和替換卡的管理，都可以在總控制室的服務(wù)器上實現(xiàn)。

該管理系統(tǒng)能遠(yuǎn)程、準(zhǔn)確、快速地搜集計算機(jī)、投影機(jī)的軟、硬件信息，及時形成并輸出資產(chǎn)報表(Excel格式)，使學(xué)?？焖?、準(zhǔn)確地掌握本校多媒體設(shè)備資產(chǎn)狀況。系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測功能可讓管理員快速、準(zhǔn)確地掌握多媒體教室內(nèi)設(shè)備狀況，除了可以進(jìn)行基本的信息收集外，還可實現(xiàn)分組別、按條件查詢。報表輸出等高級管理統(tǒng)計功能，大大提高了該系統(tǒng)的管理效率[5-7]。

2.3.3 安防報警功能

多媒體教室網(wǎng)絡(luò)中控具有安防報警接口，可實現(xiàn)多種監(jiān)測、斷線保護(hù)等報警功能。若有警情發(fā)生，在總控制室內(nèi)會自動彈出報警信息并將故障記錄在案。

2.3.4 IP電話功能

總控制室配置2臺IP電話，總控制室管理人員與教師之間可隨時進(jìn)行語音交流，并提供遠(yuǎn)程幫助。IP電話系統(tǒng)獨(dú)立工作，不依賴計算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)中控。當(dāng)教師遇到困難和問題時，可隨時通過IP電話向總控制室求助。在實際運(yùn)行管理中，90%的教室管理問題都可以通過IP電話溝通和遠(yuǎn)程控制來解決。

2.3.5 公共廣播

在100人的多媒體教室，每間配置1只10 W音箱，200人的教室每間配置2只10 W音箱?？偪刂剖遗渲霉Ψ偶白詣硬シ胖鳈C(jī)?？偪厥遗渲玫闹悄軓V播控制系統(tǒng)，可以精確控制每一間教室音箱的開關(guān)，以實現(xiàn)廣播的特定播放。

3 結(jié)束語

五邑大學(xué)基于課表聯(lián)動的多媒體教室信息化管理系統(tǒng)已經(jīng)投入運(yùn)行了`一年，實現(xiàn)了全部設(shè)計功能，而總控制室的校方管理人員僅為2人。由于該項目技術(shù)方案具備可擴(kuò)展性，學(xué)校計劃將原有的40間多媒體教室的管理也歸入該信息化管理系統(tǒng)中。該建設(shè)項目的實用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性的建設(shè)原則得到了實現(xiàn)。

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