高職智慧教室的設(shè)計與構(gòu)建
——以三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院為例

◎吳海軍

(三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，河南 三門峽 472000)

智慧校園建設(shè)是為教學(xué)和科研提供更好的環(huán)境和服務(wù)，學(xué)校的重要職能建設(shè)是人才培養(yǎng)質(zhì)量水平提升和科學(xué)研究水平提升，并且學(xué)生學(xué)習(xí)知識的最主要的方式還是來自于我們的第一課堂，也就是我們的教室[1]。同時教室是我們高校人才培養(yǎng)核心目標(biāo)的戰(zhàn)略高地，不管是從傳統(tǒng)的黑板和粉筆的教室、還是演變到采用幻燈片的教室以及當(dāng)下主流的數(shù)字化多媒體教室、到現(xiàn)在很多學(xué)校都在嘗試的未來智慧教室等，所有建設(shè)的教室形態(tài)都是為教學(xué)來服務(wù)的，為教學(xué)提供場地支撐、環(huán)境支撐、技術(shù)支撐、資源支撐等。

智慧教室主要是從智慧管理、智慧環(huán)境、智慧資源以及智慧服務(wù)來更好的支撐教學(xué)，而在智慧管理、智慧環(huán)境、智慧資源及智慧服務(wù)的使用過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)都可以作為大數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)源，從而豐富我們教學(xué)大數(shù)據(jù)，為最終實現(xiàn)個性化教學(xué)、量化自我、自適應(yīng)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)[2]。

1 現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

目前三門峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院多媒體教室建設(shè)和管理呈現(xiàn)出全新的發(fā)展態(tài)勢，多媒體教室的數(shù)量成倍增加，當(dāng)前多媒體教室數(shù)量39個，分布在不同樓層，每個教室可以容納180人左右。當(dāng)前多媒體教室的教學(xué)設(shè)備有投影儀、幕布、功放、音箱、鵝頸麥、教師用PC機(jī)等。隨著系統(tǒng)設(shè)備不斷增加，使用頻率不斷提高，多媒體教室的管理人員的數(shù)量卻是不變的，經(jīng)過多年的使用和建設(shè)后，當(dāng)前面臨很多教學(xué)設(shè)備管理和使用不方便的問題。

多媒體教室在推廣和使用的同時，也對學(xué)校的建設(shè)和管理工作，提出了很多新的挑戰(zhàn)：

a.設(shè)備環(huán)境復(fù)雜，故障定位難，工作強(qiáng)度大

隨著多媒體教學(xué)的普及，學(xué)校的多媒體教室數(shù)量越來越多，并且位置分散。多媒體教室各種設(shè)備功能不斷升級，設(shè)備發(fā)生故障的概率越來越大，并且多媒體教室使用頻繁，設(shè)備維護(hù)和保養(yǎng)的難度越來越大。由于缺乏統(tǒng)一管理的技術(shù)和手段，多媒體管理老師每天上樓下樓，來回奔波，勞動枯燥而繁瑣，工作強(qiáng)度非常大。

b.無法有效保障教學(xué)環(huán)境需求

教室是教學(xué)活動開展的重要場所，每節(jié)課50分鐘，需要涉及的教學(xué)準(zhǔn)備活動有考勤/簽到、教學(xué)設(shè)備開啟準(zhǔn)備等環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)教室的上課時，每節(jié)課要花費5分鐘—10分鐘時間點名；如果教學(xué)設(shè)備開啟過程中出現(xiàn)問題，維護(hù)人員到達(dá)現(xiàn)場需要5分鐘—10分鐘，故障定位和處理至少需要10分鐘，整節(jié)課可以用于教學(xué)的時間只有25分鐘—30分鐘[3]。由于缺少教學(xué)設(shè)備運行狀態(tài)預(yù)警工具，無法實時監(jiān)控教學(xué)設(shè)備的運行狀態(tài)是否正常；在教學(xué)設(shè)備使用中出現(xiàn)故障時，教室端和管理人員缺乏有效、及時的溝通工具。

c.系統(tǒng)之間相互隔離，沒有形成場景聯(lián)動

當(dāng)前學(xué)校的多媒體設(shè)備沒有和一卡通系統(tǒng)、教務(wù)課表系統(tǒng)進(jìn)行有效的對接，無法實現(xiàn)設(shè)備自動控制，設(shè)備開啟過程復(fù)雜步驟多，經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備開啟、關(guān)機(jī)不正常的現(xiàn)象。

d.缺少一套完善的運維管理體系

對日常的運維管理工作還缺少一套輔助的系統(tǒng)，全靠人工現(xiàn)場處理，即不能提供遠(yuǎn)程協(xié)助的手段，也無法幫助用戶定位故障，更無法提高運維管理人員的工作效率。

e.節(jié)能環(huán)保的要求

由于學(xué)校是公共場所，很多教室都是開放的，這就不可避免地會發(fā)生學(xué)生或老師走時忘記關(guān)各種設(shè)備，如電腦、投影機(jī)、空調(diào)、燈光、風(fēng)扇等，不能做到人走設(shè)備關(guān)，必然會造成能源的浪費，同時也會減少設(shè)備的正常使用壽命。

f.教室功能疊加多，融合度不高

當(dāng)前的多媒體教室更多的是承載著信息化教學(xué)的工作，功能相對單一。隨著教育信息技術(shù)的發(fā)展，在線錄播、考場遠(yuǎn)程監(jiān)控、校園安全等要求對多媒體教室的建設(shè)提出了更多的要求，需要融合更多的功能。

g.對教學(xué)的互動促進(jìn)不夠，現(xiàn)代化特征不明顯

多媒體教室雖然集成了諸多的多媒體信息化系統(tǒng)，但是當(dāng)前的這些信息系統(tǒng)更多的是改善了教室的管理問題，而對信息化教學(xué)手段的促進(jìn)不夠，無法對教育現(xiàn)代化起到積極的推進(jìn)作用。

2 建設(shè)目標(biāo)和思路

2.1 建設(shè)目標(biāo)

通過新一代智慧教室建設(shè)打造新一代智慧教學(xué)空間，以期建設(shè)一套擁有國內(nèi)一流水準(zhǔn)的智慧現(xiàn)代化教學(xué)系統(tǒng)與設(shè)施，提供各種信息環(huán)境和多媒體教學(xué)環(huán)境，達(dá)到真正的教學(xué)環(huán)境智能化、自動化、可視化，教學(xué)管理標(biāo)準(zhǔn)一體化[4]。

2.2 建設(shè)思路

本次智慧教室建設(shè)是以教室為載體，圍繞教、學(xué)、管，通過軟硬件一體化支撐，實現(xiàn)對教室的智慧管理，從而為學(xué)校提供高效率的管理，為創(chuàng)新教學(xué)方式和提高教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行服務(wù)。

當(dāng)前多媒體教室的部分教學(xué)設(shè)備運行正常，總體建設(shè)思路分為“教室服務(wù)端”和“管理端”建設(shè)兩部分：

a.教室服務(wù)端

教室服務(wù)端可以在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過增加部分智慧管理主機(jī)、電子云臺、一鍵呼叫設(shè)備等，達(dá)到教室端自動化、智能化、可視化管理的目的。

b.管理端

管理端通過建立集中管理中心，基于可視化大屏，結(jié)合智慧教室集中統(tǒng)一管理平臺，實時監(jiān)控當(dāng)前所有多媒體教室的教學(xué)設(shè)備運行狀態(tài)，并可實時查看當(dāng)前多媒體教室的上課情況。哪些教室安排有課程，哪些沒有安排課程，以及上課的多媒體教室的課堂情況，都可以一目了然。

3 智慧教室解決方案

智慧教室是數(shù)字教室和未來教室的一種形式[5]。智慧教室是一種新型的教育形式和現(xiàn)代化的教學(xué)手段，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集智慧教學(xué)、人員考勤、資產(chǎn)管理、環(huán)境智慧調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制于一體的新型現(xiàn)代化智慧教室系統(tǒng)，是推進(jìn)未來學(xué)校建設(shè)的有效組成部分。

整體功能規(guī)劃架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧教室框架

3.1 整體部署模式

整個系統(tǒng)采用“云+端”的部署模式，分為云端、移動端、教室端，具體部署模式可參考圖2。

3.2 智慧教室建設(shè)內(nèi)容

智慧管理主要是用于對教學(xué)場地設(shè)備、環(huán)境以及其他管理系統(tǒng)的融合與控制，主要分為4個部分：智慧設(shè)備管理、智慧環(huán)境控制、智慧融合和智慧運維。

3.2.1 智慧設(shè)備管理

設(shè)備控制主要是實現(xiàn)對多媒體教學(xué)設(shè)備的自動化、智能化控制，包括根據(jù)課程表或自定義時間規(guī)則實現(xiàn)設(shè)備的自動控制、設(shè)備的授權(quán)管理、電腦遠(yuǎn)程開關(guān)機(jī)管理、對設(shè)備的功率進(jìn)行采樣及設(shè)備能耗的統(tǒng)計，對設(shè)備的異常和防盜能及時進(jìn)行告警。包括：

a.供電智能控制：智慧教室電源集中控制設(shè)計中，使用智能終端管理單元，將教室中投影儀、幕布、功放、音箱等設(shè)備的電源插口獨立為一個模塊，通過軟件實現(xiàn)集中控制設(shè)備電源開關(guān)。

b.遠(yuǎn)程喚醒：通過智慧教室管理系統(tǒng)與計算機(jī)里的網(wǎng)卡聯(lián)動，遠(yuǎn)程喚醒計算機(jī)，即僅需要通過管理系統(tǒng)就能開啟計算機(jī)，節(jié)省了時間，并且方便教師上課。

c.設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控：通過后臺的管理軟件，對教室內(nèi)的設(shè)備運行狀態(tài)給予監(jiān)控，在后臺管理界面上可以看到指示燈的顯示情況以及設(shè)備的開關(guān)情況等，做到及時發(fā)現(xiàn)問題，及時處理問題。對于臨時更換教室，管理老師能在后臺及時操作，及時開啟，快速更換教室。

d.能耗監(jiān)控：利用校園一卡通的智能供電系統(tǒng)，控制教室所有設(shè)備的電能；通過智能終端管理單元關(guān)閉設(shè)備時，可將設(shè)備徹底關(guān)閉，減少電量的損耗，解決設(shè)備待機(jī)等問題。

e.設(shè)備本地控制：通過智慧教室管理系統(tǒng)與教務(wù)處的課表聯(lián)動，在每節(jié)課上課時，老師通過插入自己的校園卡，然后加電自動開啟設(shè)備，提高老師的上課效率。

3.2.2 智慧環(huán)境控制

環(huán)境控制通過和課表、一卡通系統(tǒng)的對接，能實現(xiàn)對燈光、空調(diào)、風(fēng)扇、窗簾、門鎖的自動化控制，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)；同時還可以結(jié)合各種應(yīng)用場景自定義一些情景模式，如當(dāng)感知到溫度過高時，系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)溫度，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3.2.3 智慧融合

多系統(tǒng)融合是指將原來需要獨立建設(shè)的單元，如：教室預(yù)約、教室借用、語音對講、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)通過軟件的方式整合到我們的智慧教室管理平臺中來實現(xiàn)。具體內(nèi)容如下：

a.語音對講：能記錄所有來電記錄、未接來電、接聽時長等，具備回?fù)堋⒑艚械却?、來電顯示等功能，能對所有通話進(jìn)行錄音，并具有回放、下載等功能；另外可以和監(jiān)控進(jìn)行聯(lián)動，當(dāng)前老師通過語音對講一鍵呼叫管理中心時，中心可以與當(dāng)前老師所在教室的監(jiān)控進(jìn)行聯(lián)動，方便管理人員實時看到教室的情況，為及時溝通處理提供有效的輔助。

b.教室借用：現(xiàn)在大學(xué)生的學(xué)習(xí)生活豐富多彩，經(jīng)常要舉辦一些活動，如召開班會、舉行聯(lián)誼活動、社團(tuán)活動、協(xié)會活動等，需要使用多媒體教室，有時候還需要使用多媒體設(shè)備。智慧教室管理平臺集成了教室借用功能，學(xué)生只需要在APP上的教室借用功能模塊，填寫申請單，系統(tǒng)就會根據(jù)事先設(shè)定好的流程去執(zhí)行，審批完后系統(tǒng)會自動通知管理員處理后續(xù)事宜。

c.教室預(yù)約：為教務(wù)處、學(xué)生等提供了一套操作簡單、應(yīng)用廣泛的教室預(yù)約系統(tǒng)，大大提高了學(xué)校教室管理效率和利用率，減少不必要的教室資源能耗。教室預(yù)約管理系統(tǒng)根據(jù)需要與學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)結(jié)合，利用教務(wù)系統(tǒng)顯示出已排好課的教室，避免與教務(wù)系統(tǒng)的課程有沖突。

d.考勤管理：多年以來考勤一直都是學(xué)校想解決但沒有一套完善的技術(shù)方案來徹底解決的一道難題，傳統(tǒng)的考勤方案不管是刷卡考勤還是指紋考勤都存在代考勤、偽考勤的問題，同時考勤效率也是一個大問題，一課堂就50分鐘時間，如果大部分時間都花在考勤上了，那留給老師真正上課的時間就不多了。通過智慧教室手機(jī)APP進(jìn)行二維碼掃描，上課前老師打開簽到二維碼，并進(jìn)行投影，學(xué)生通過手機(jī)APP掃描簽到，并和課表對接，通過學(xué)號和課表進(jìn)行比對后，依靠TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸完成教室上課情況統(tǒng)計。并且通過設(shè)備終端的實時拍照功能，有效杜絕學(xué)生替代簽到情況，幫助學(xué)校完善教學(xué)管理工作。

3.2.4 智慧運維

運維管理協(xié)助管理員老師對系統(tǒng)進(jìn)行管理，提高日常運維的效率，提高部門的工作效率[6]。運維管理系統(tǒng)包括：日常設(shè)備的異常告警、設(shè)備的防盜告警、遠(yuǎn)程協(xié)助（當(dāng)教室電腦前端出現(xiàn)故障時，后端管理員可以不用去現(xiàn)場，直接通過后臺進(jìn)行遠(yuǎn)程的協(xié)助處理）、遠(yuǎn)程升級（對前端設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一遠(yuǎn)程升級）、知識庫（分類儲存了各種日常故障處理流程及方法）、CASE系統(tǒng)（故障跟蹤處理，能記錄每一個報修故障的處理進(jìn)展，并最終做出統(tǒng)計）、報表統(tǒng)計（提供各種統(tǒng)計報表分析，為工作總結(jié)、大數(shù)據(jù)等服務(wù)）。

4 智慧教室構(gòu)建技術(shù)

智慧教室的建設(shè)與信息化的發(fā)展密切相關(guān)，在研究智慧教室的建設(shè)時國內(nèi)外大多以技術(shù)研究為重點，關(guān)注點多在如何利用信息化技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式、增強(qiáng)師生互動、培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)習(xí)慣上。智慧教室的構(gòu)建用到的技術(shù)主要包括物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)的技術(shù)。

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧教室構(gòu)建中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為智慧教室的建設(shè)帶來了重要的應(yīng)用，是智慧教室實現(xiàn)“智慧”的基礎(chǔ)。通過物聯(lián)網(wǎng)實時感知學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)活動狀態(tài)，實時記錄反饋教學(xué)效果，再進(jìn)行智能化處理，最終通過移動學(xué)習(xí)平臺和資源平臺向師生推送相關(guān)的信息，從而促進(jìn)教學(xué)提高。

4.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)在智慧教室構(gòu)建中的應(yīng)用

在大數(shù)據(jù)背景下，“智慧課堂”的定義：以構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論為依據(jù)，利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等新的信息技術(shù)建造的智能高效的課堂。智慧課堂的核心即智慧教室中的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，主要還是體現(xiàn)在大數(shù)據(jù)的分析上，運用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以準(zhǔn)確把握學(xué)生課前學(xué)習(xí)情況、課上學(xué)習(xí)行為以及課后完成作業(yè)情況。通過對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，實現(xiàn)對學(xué)習(xí)資源和內(nèi)容的個性化推送，提高師生互動交流的效率，為混合式教學(xué)模式提供依據(jù)。

4.3 云計算技術(shù)在智慧教室構(gòu)建中的應(yīng)用

云計算是分布式計算、并行計算、效用計算、網(wǎng)絡(luò)存儲、虛擬化、負(fù)載均衡、熱備份冗余等傳統(tǒng)計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展融合的產(chǎn)物。云計算在智慧教室的建設(shè)中主要應(yīng)用在以下幾個方面：

4.3.1 云桌面

傳統(tǒng)多媒體教室要為老師上課配置PC機(jī)，老師上課要用U盤等介質(zhì)傳輸數(shù)據(jù)，存在著維護(hù)量大、易感染病毒、數(shù)據(jù)安全性不高等問題。智慧教室中采用云桌面，每個老師只需要分配一個云桌面，作為終端顯示老師的課件和視頻等教學(xué)內(nèi)容。云桌面的引入一方面解決了傳統(tǒng)教室維護(hù)工作量大的問題，另一方面也解決了數(shù)據(jù)安全性的問題。

4.3.2 云資源庫

云計算有“虛擬化”、“超大規(guī)?！焙汀案呖煽啃浴钡忍攸c，在建設(shè)智慧教室過程中大量使用的電子書包、學(xué)習(xí)空間、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺等一系列資源平臺被存儲在云平臺上。這些電子化資源具有數(shù)據(jù)量大、類型復(fù)雜等特點，利用云資源庫，可以解決大量復(fù)雜數(shù)據(jù)存儲問題，也可以解決教學(xué)資源開放和共享等問題。

4.3.3云錄播

智慧教室中重要的一個模塊就是錄播系統(tǒng)，傳統(tǒng)的錄播多采用分步式錄播模式，存在著成本高、后期合成編輯復(fù)雜等問題。云錄播可以實現(xiàn)集中和分步方式，支持設(shè)備集中控制功能，在錄制過程中可自動同步處理合成資源，不再需要后期編輯，極大地減少了工作量，同時云錄播還解決了數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)膯栴}。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對整體課堂數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并對其進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，為進(jìn)一步完善校園大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供重要支撐。對于智慧教室的探索，不僅局限于完善的裝備、先進(jìn)的技術(shù)以及智能的系統(tǒng)，更大的意義在于如何支持課堂教學(xué)活動的智慧開展，進(jìn)而打造智慧課堂，這也是未來我們探索的重點。