建設(shè)適應(yīng)高校教學(xué)需求的智慧教室及管理系統(tǒng)

方偉峰 朱劍平 陸軍林

【摘要】目前，智慧教室尚處在發(fā)展階段，各高校對于智慧教室的建設(shè)可謂是百花齊放，很多新興科技正被引入智慧教室建設(shè)當(dāng)中，其中不可避免有部分技術(shù)尚不成熟。一些高校在建設(shè)中一味追求硬件設(shè)備的高精尖，將教室多媒體系統(tǒng)建設(shè)的過于復(fù)雜，使任課老師在使用多媒體設(shè)備時(shí)，面臨繁多的操作界面而無所適從，只能依靠專業(yè)技術(shù)人員幫助才能開啟系統(tǒng)，進(jìn)行教學(xué)工作本文主要是探索建立適合高校實(shí)際教學(xué)需求的多媒體智能化教室及管理系統(tǒng)，把任課老師從繁雜的操作中解放出來，使之專心致力于課程教育本身。

【關(guān)鍵詞】智能化多媒體教室 智能 信息化 遠(yuǎn)程控制

1 智慧教室的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

作為全新概念的智慧教室，視頻方面必須實(shí)現(xiàn)每臺(tái)攝像機(jī)能以4M或更高視頻碼率，傳送回高清/全高清的視頻信號，以滿足錄播/轉(zhuǎn)播需求。在多媒體教室日常管理和維護(hù)方面，還要考慮到計(jì)算機(jī)主機(jī)之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)同傳。互動(dòng)性是智慧教室的關(guān)鍵所在，師生之間的互動(dòng)功能皆建立在強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上。這些使得我們必須要建立一個(gè)獨(dú)立的智慧教室專用局域網(wǎng)絡(luò)。

1.1 多媒體教室網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

遠(yuǎn)程集中式管理是現(xiàn)代各高校普遍采用的多媒體教室管理方式。此種方式以少數(shù)管理人員為主，通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制分布在不同教學(xué)樓里的多媒體教室系統(tǒng)?？梢姡瑢?shí)現(xiàn)這種模式必須具備以下2點(diǎn)：（1）具備相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；（2）具有網(wǎng)絡(luò)功能的集中式控制主機(jī)。對于建設(shè)高校多媒體教室專用網(wǎng)絡(luò)，并且要保證高碼率高清視音頻等信號的實(shí)時(shí)流暢傳輸，最佳方案是建設(shè)以光纜為主干的網(wǎng)絡(luò)，并在條件允許的情況下，盡可能做到光纖直通教室到達(dá)桌面。專網(wǎng)的建設(shè)大大便利于多媒體教室大規(guī)模、集中式維護(hù)，如數(shù)據(jù)同傳、操縱系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安裝等需依賴網(wǎng)絡(luò)的大數(shù)據(jù)動(dòng)作可得到實(shí)現(xiàn)。作為多媒體教室專網(wǎng)，我們進(jìn)一步可把計(jì)算機(jī)的互聯(lián)網(wǎng)訪問網(wǎng)絡(luò)，與管理需求的視音頻多媒體信號劃分到不同的網(wǎng)絡(luò)鏈路中，做到專項(xiàng)專用，防止網(wǎng)絡(luò)堵塞。我們在早先的多媒體教室管理中，因網(wǎng)絡(luò)條件不夠，把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與中控控制網(wǎng)絡(luò)、IP電話網(wǎng)絡(luò)等連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，導(dǎo)致傳輸大容量文件時(shí)造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，從而影響了中控指令無法發(fā)送。

1.2 IP地址合理劃分

每一間多媒體教室都會(huì)有很多設(shè)備需要單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)地址，如教學(xué)電腦、網(wǎng)絡(luò)型中控、數(shù)字式攝像機(jī)、IP電話等。一般高校的教學(xué)用機(jī)都帶有還原保護(hù)卡與配套管理軟件，要能從網(wǎng)絡(luò)上對教學(xué)電腦進(jìn)行管理，這就要求在設(shè)置靜態(tài)IP地址給每臺(tái)教學(xué)電腦。網(wǎng)絡(luò)型中控主機(jī)其通信方式也是基于TCP/IP機(jī)制，管理人員之所以能在中控室進(jìn)行遠(yuǎn)程控制指定教室，也是因其IP地址固定不變。同理，數(shù)字式攝像機(jī)、IP電話等設(shè)備也需固定IP地址，以保證其地理位置的準(zhǔn)確性。如此多的設(shè)備都需連接到網(wǎng)絡(luò)，而隨著教室數(shù)量的不斷擴(kuò)大，把這些設(shè)備放到同一網(wǎng)絡(luò)明顯是不合理、不科學(xué)的。不管是從管理方面，還是系統(tǒng)穩(wěn)定方面都會(huì)成為一大隱患。那么如何避免此問題呢？在這，我簡單介紹下我校的做法?？紤]到更為高效、便捷的管理以及各設(shè)備系統(tǒng)之間的互不干擾，并為將來的擴(kuò)容需求預(yù)留足夠的IP地址，我們有必要對教室專網(wǎng)IP地址進(jìn)行VLAN劃分以滿足不同的設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)作需求。對于服務(wù)器類設(shè)備，如中控服務(wù)器，其IP地址可設(shè)置在一個(gè)VLAN網(wǎng)段，例如172.18.50.*網(wǎng)段；對于IP電話系統(tǒng)，可單獨(dú)設(shè)置一個(gè)VLAN網(wǎng)段，例如172.18.70.*網(wǎng)段；數(shù)字?jǐn)z像機(jī)可劃分到172.18.90.*網(wǎng)段；其他系統(tǒng)如需接入網(wǎng)絡(luò)可以此類推。如此一來，從軟件方面加以管理，以做到不同系統(tǒng)之間不可相互影響，不僅便于多媒體系統(tǒng)中各設(shè)備的管理、維護(hù)，也為以后的多媒體教室擴(kuò)容預(yù)留了足夠的IP地址備用。當(dāng)然這么做只是在交換機(jī)上進(jìn)行了設(shè)置，如條件允許完全可以從硬件方面建設(shè)多個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)物流意義上的分離。

2 智慧教室的主要功能定位及系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

數(shù)字信息化在高校的不斷應(yīng)用拓展，使得各類流媒體數(shù)字化信息資源實(shí)時(shí)交互，這已成為智能化多媒體教室建設(shè)的重點(diǎn)。以實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)交互為基礎(chǔ)的可視化遠(yuǎn)程管理與控制、精品課程智能錄播、在線教育考核、網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程聽課與點(diǎn)名、遠(yuǎn)程互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)為主要功能的智慧教室，正逐漸成為智能化多媒體教室建設(shè)的方向和趨勢。

2.1 智能化多媒體教室內(nèi)設(shè)備構(gòu)成

智能化多媒體教室通過計(jì)算機(jī)、投影機(jī)、視頻展臺(tái)、無線話筒、功放、音箱等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)豐富多彩的多媒體教學(xué)。教師的授課方式與以往有了很大的改變，利用投影和實(shí)物展臺(tái)可以讓以往只能寫在黑板上的板書放大到任意尺寸，通過投影機(jī)投射到150寸幕布上，足以保證最后一排的學(xué)生都能看得清。教師在講課時(shí)可以隨時(shí)插入圖片、文字、視頻等多媒體素材，還可以實(shí)時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)尋找想要的任意素材與之搭配，大大提高了內(nèi)容的多樣性、豐富性，使課堂不再是單一的“你聽我講”的模式。

2.2 集中式控制是整個(gè)智能化多媒體教室構(gòu)建的核心，網(wǎng)絡(luò)型中控機(jī)則是必要設(shè)備

如我校采用的是北京WISE公司提供的中控主機(jī)及相應(yīng)管理軟件，此中控主機(jī)能長期帶電運(yùn)行，穩(wěn)定性較強(qiáng)；其控制面較廣，具有多種控制接口，可通過程序編碼實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)、投影機(jī)、幕布、功放等設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和控制。任課老師可以通過操作面板對教室內(nèi)的多媒體設(shè)備進(jìn)行操作，如電腦主機(jī)、投影機(jī)、功放等設(shè)備皆可一鍵開啟。關(guān)閉時(shí)可以通過中控程序的編碼設(shè)置，對一些需要保護(hù)的設(shè)備進(jìn)行延時(shí)斷電保護(hù)，避免設(shè)備突然斷電造成的損害。為了方便任課老師的操作，我們通過中控程序編碼實(shí)現(xiàn)了一鍵式開關(guān)；即把開啟電腦、投影機(jī)、幕布等所有上課用到的設(shè)備集成在控制面板的上課鍵上，任課老師只需按“上課”鍵，所有設(shè)備就會(huì)自動(dòng)按序開啟，不用再一個(gè)個(gè)單獨(dú)操作；下課時(shí)只要按“下課”鍵就能一鍵式關(guān)閉，所有設(shè)備就能按照事先設(shè)置好的順序逐一關(guān)閉，無需多余的操作。如此，即提高了老師的上課效率，也降低了多媒體系統(tǒng)的使用門檻，甚至不需要對老師特意培訓(xùn)如何操作多媒體設(shè)備，簡單易操作。

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)：通過攝像頭、視音頻矩陣等設(shè)備配合，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控多畫面分割以及矩陣切換，可以集中在某點(diǎn)觀看所有教室的教學(xué)情況，當(dāng)有需要時(shí)，也可單獨(dú)放大查看某一教室時(shí)的監(jiān)控畫面，并可通過拾音器進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)聽。如此實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程聽課，使在線評估也得以實(shí)現(xiàn)。（2）遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)：通過集中控制軟件對所有多媒體教室設(shè)備進(jìn)行控制、管理，甚至于遠(yuǎn)程操作及協(xié)助；也對同時(shí)選定多間教室進(jìn)行批量處理操作。通過遠(yuǎn)程接管多媒體教室內(nèi)的計(jì)算機(jī)，協(xié)助解決任課老師在使用中出現(xiàn)的問題，使得管理人員不必跑到現(xiàn)在解決問題，縮短了響應(yīng)時(shí)間，提高了工作效率。還可通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以對所有多媒體教室的任意設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，比如打開或者關(guān)閉投影機(jī)，視頻信號切換等等操作。（3）IP電話系統(tǒng)：當(dāng)任課老師遇到問題時(shí)，只需拿起電話撥單位數(shù)字號就能打到中控室，與管理人員實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)對話。中控室中的視頻系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)把該教室的視頻畫面切換到主顯示屏上，方便管理員實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場的情況，快速做出準(zhǔn)確的判斷，及時(shí)排除故障，提高工作效率。（4）實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)視頻直播，主講教室的講課內(nèi)容、視頻圖像、電腦上的PPT內(nèi)容、實(shí)物展臺(tái)圖像等信息通過中控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)播功能實(shí)時(shí)傳輸?shù)狡渌淌?。管理人員還可以自動(dòng)、手動(dòng)或者定時(shí)遠(yuǎn)程錄制主講教室，自動(dòng)生成視頻文件，為后期課件制作提供素材。（5）資源存儲(chǔ)與點(diǎn)播共享：通過架設(shè)服務(wù)器，上傳多媒體資源，對各種教學(xué)資源進(jìn)行分類管理。師生等用戶可以網(wǎng)絡(luò)登錄教學(xué)資源庫，在線點(diǎn)播視頻課或其他多媒體資源。（6）智能高清錄播：裝備有智能高清錄播系統(tǒng)的多媒體教室可以把教師畫面、學(xué)生提問畫面、PPT、板書以及現(xiàn)場畫面同步采集、錄制并存儲(chǔ)，并自動(dòng)生成多媒體課件?？勺詣?dòng)對焦捕捉任課老師半身畫面，走動(dòng)時(shí)也實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)捕捉；當(dāng)學(xué)生站起回答問題時(shí)高清攝像機(jī)可捕捉學(xué)生畫面。系統(tǒng)還可以自動(dòng)錄制PPT內(nèi)容，當(dāng)任課老師翻頁P(yáng)PT時(shí)，可自動(dòng)將畫面切換到PPT上；寫板書時(shí)也可以自動(dòng)將畫面調(diào)整到板書內(nèi)容上。智能化多媒體教室并可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)直播、遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)；做到不出國門就能和國外一流大學(xué)的專家教授實(shí)時(shí)交流互動(dòng)，甚至可以和國外的學(xué)生一起上課，也可以實(shí)時(shí)提問。這在對外交流方面有著無可比擬的優(yōu)勢，大大節(jié)約了學(xué)術(shù)交流的成本。（7）網(wǎng)絡(luò)排課系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)門禁控制系統(tǒng)：通過WISE中控服務(wù)器的課表系統(tǒng)與校園網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的對接，就能實(shí)時(shí)同步更新課表數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)與學(xué)校排課系統(tǒng)的同步；還可以對接任課老師的個(gè)人數(shù)據(jù)信息，便于管理與后續(xù)跟蹤服務(wù)。通過WISE中控軟件的課表功能，還能和門禁系統(tǒng)連接起來，通過授權(quán)任課老師的IC卡來授予操作權(quán)限。如可按照課表來授權(quán)打開教室講臺(tái)電控鎖，如這一時(shí)間段課表上有課的話，那么該任課老師的IC卡就可以刷開那間教室的電控鎖；反之就無權(quán)限刷開電控鎖；當(dāng)然也可以授予管理員權(quán)限，權(quán)限的設(shè)置也可以細(xì)分，如對特定教室授予永久權(quán)限。

3 結(jié)語

智能化多媒體教室的建設(shè)，豐富了高校的授課方式；改變了管理人員的工作方式，提高了工作效率。任課老師再也不用花很多時(shí)間去學(xué)習(xí)怎樣操作多媒體設(shè)備，可以完全把精力投入到豐富教學(xué)內(nèi)容中去。智能化多媒體管理系統(tǒng)的應(yīng)用，可以把過去分散片區(qū)負(fù)責(zé)的管理方式變?yōu)榧薪y(tǒng)一管理，節(jié)約了人力成本，通過中控智能故障提示，自動(dòng)生成報(bào)表等功能可以為今后的管理方向提供依據(jù)，對于故障的分析總結(jié)也有了原始數(shù)據(jù)。數(shù)字化、智能化教學(xué)是未來課堂教學(xué)的趨勢，但也不能盲目追求高精尖，高校要建設(shè)適合自己實(shí)際需求的智能化教學(xué)系統(tǒng)。

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