基于數(shù)據(jù)中心的高校智慧教室管理系統(tǒng)研究

李路　張波

摘要：隨著高校數(shù)字化校園的建設(shè)，教學(xué)場(chǎng)所也在不斷地革新。教學(xué)場(chǎng)所的管理是教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分，面臨的問(wèn)題越來(lái)越突出。針對(duì)現(xiàn)狀，提出了智慧教室管理系統(tǒng)，結(jié)合管理部門及教學(xué)活動(dòng)參與者的需求，運(yùn)用現(xiàn)代化的信息管理技術(shù)，構(gòu)建智能化管理平臺(tái)，提高教學(xué)場(chǎng)所管理水平，達(dá)到自動(dòng)化、科學(xué)化、規(guī)范化、一體化的管理。

關(guān)鍵詞：高校;教學(xué);考勤;智慧教室;實(shí)訓(xùn)室管理

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）25-0173-03

1 引言

信息化管理在日常工作中的重要性不言而喻，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)已經(jīng)成為一種重要的信息化獲取和處理工具。目前，各高校都在推進(jìn)數(shù)字校園建設(shè)，提高學(xué)校信息化水平。在數(shù)字校園建設(shè)的過(guò)程實(shí)踐中，主要的問(wèn)題不是技術(shù)問(wèn)題，而是“協(xié)調(diào)與合作”。課堂教學(xué)是學(xué)生系統(tǒng)教育中最重要的部分，是一項(xiàng)瑣碎，復(fù)雜，細(xì)致的工作。[1] 目前，多媒體教室，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)室，儀器實(shí)驗(yàn)室，網(wǎng)絡(luò)教室，車間，工坊等一系列教學(xué)場(chǎng)所的建設(shè)已成為高校建設(shè)的重要組成部分。 從傳統(tǒng)教室到電子教室，計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)室和網(wǎng)絡(luò)教室，教學(xué)場(chǎng)所不僅僅是一個(gè)三尺講臺(tái)和黑板的簡(jiǎn)單模式。從21世紀(jì)初多媒體教室的建設(shè)開(kāi)始，一些高校開(kāi)始以多媒體教學(xué)和控制為核心控制設(shè)備。 連接固化設(shè)備，實(shí)現(xiàn)音視頻，電腦，教室設(shè)備，投影，音響，燈光，電子設(shè)備等的控制和操作。它大大簡(jiǎn)化了教學(xué)人員的操作，豐富了課堂教學(xué)形式和媒體，增強(qiáng)了學(xué)生參與教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和效果。

2 背景需求

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》第十九章 加快教育信息化進(jìn)程中明確提出了，充分利用優(yōu)質(zhì)資源和先進(jìn)技術(shù)，創(chuàng)新運(yùn)行機(jī)制和管理模式，整合現(xiàn)有資源，構(gòu)建先進(jìn)、高效、實(shí)用的數(shù)字化教育基礎(chǔ)設(shè)施。加快終端設(shè)施普及，推進(jìn)數(shù)字化校園建設(shè)，實(shí)現(xiàn)多種方式接入互聯(lián)網(wǎng)。

學(xué)校的教學(xué)依托教學(xué)場(chǎng)地，學(xué)校教學(xué)場(chǎng)地服務(wù)的對(duì)象是學(xué)生，主要承擔(dān)著公共課、專業(yè)課、實(shí)踐課等課程的教學(xué)任務(wù)，以及在業(yè)余時(shí)間段內(nèi)在教學(xué)場(chǎng)地中安排的非教學(xué)任務(wù)，如選課、評(píng)教、自學(xué)、考試等。對(duì)于現(xiàn)階段的教學(xué)場(chǎng)地基本上是全天候的開(kāi)放，設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率較高，需要保持良好的狀態(tài)。目前的設(shè)備故障都是在各管理員巡檢的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并維修，高校中教學(xué)場(chǎng)地較多，而且教學(xué)場(chǎng)所的空閑時(shí)間相對(duì)集中，在較短的時(shí)間內(nèi)，管理員無(wú)法全面細(xì)致的檢查到所有的設(shè)備，難以發(fā)現(xiàn)一些隱性的故障，如計(jì)算機(jī)鍵盤的按鍵不靈、計(jì)算機(jī)中毒、間歇性故障、投影儀模糊等。

在教學(xué)場(chǎng)地的入口處部分已安裝了教室課表門貼，這些課表門貼多由管理員從教務(wù)系統(tǒng)里導(dǎo)出課表核對(duì)并打印安放，但在教學(xué)的過(guò)程中會(huì)因課程的調(diào)整、教學(xué)場(chǎng)地的不滿足等多種原因，調(diào)整教學(xué)任務(wù)的教學(xué)場(chǎng)地，在這個(gè)過(guò)程中，如果沒(méi)有一個(gè)較好的溝通及信息的傳遞，對(duì)于管理員來(lái)說(shuō)，無(wú)法及時(shí)的掌握這些信息，可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)人房、無(wú)人燈、無(wú)人機(jī)等現(xiàn)象。為了保證信息的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，管理員必須每天都導(dǎo)出課表，核對(duì)信息，打印有變動(dòng)的課表門貼并替換。而且在非正常教學(xué)環(huán)節(jié)，教室門貼也要做相對(duì)應(yīng)的變動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中， 它占用了大量的時(shí)間，浪費(fèi)了大量的紙張資源，不利于節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境。

在課堂教學(xué)中，任課教師所要完成的不僅僅是課堂的教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也要保證課堂的教學(xué)質(zhì)量，這中間包含了學(xué)生的到課情況、學(xué)生不聽(tīng)課的行為的管理等方面，在每節(jié)課的45分鐘中，任務(wù)教師需要花費(fèi)較多的時(shí)間進(jìn)行考勤，占用了過(guò)多的課堂時(shí)間，在上課過(guò)程中，學(xué)生的遲到早退等現(xiàn)象也影響到老師的授課安排，會(huì)導(dǎo)致課堂的教學(xué)質(zhì)量不高。對(duì)于考勤數(shù)據(jù)的提交，由班級(jí)至系部再到管理部門，在這數(shù)據(jù)提交的過(guò)程中，由于存在一定的周期，難免會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化及遺失，而且管理部門也需要花部分時(shí)間來(lái)匯總，不能實(shí)時(shí)地掌握到學(xué)生的考勤數(shù)據(jù)。在課堂中，學(xué)生的行為任課教師無(wú)法掌握，特別是在計(jì)算機(jī)機(jī)房?jī)?nèi)，如吃食品、看電影、打游戲和與學(xué)習(xí)無(wú)關(guān)的行為等，而這些行為也關(guān)乎著老師的教學(xué)質(zhì)量。

為了便于學(xué)生查找學(xué)習(xí)資料，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，提高學(xué)生職業(yè)技能水平，學(xué)校利用業(yè)余時(shí)間段面向?qū)W生開(kāi)放部分實(shí)訓(xùn)室供學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。對(duì)于業(yè)余時(shí)間段開(kāi)放的教室與計(jì)算機(jī)機(jī)房，不像正常的上課有專門的老師在教室里面看管，一些登記的表格靠前來(lái)學(xué)習(xí)的學(xué)生自覺(jué)的填寫。 在開(kāi)放時(shí)間段內(nèi)，學(xué)生的學(xué)習(xí)行為狀態(tài)和設(shè)備使用情況不能很好地記錄下來(lái)。

學(xué)校每年填報(bào)的狀態(tài)數(shù)據(jù)中，包含了設(shè)備數(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)量、設(shè)備使用率等一系列的信息，這些數(shù)據(jù)的采集往往是由管理員提供，而這些數(shù)據(jù)非一日所能完成，在日積月累的統(tǒng)計(jì)中，因各種原因，難免會(huì)出現(xiàn)信息的不準(zhǔn)確。

3 系統(tǒng)功能模塊

智慧教室管理系統(tǒng)的研究是基于大學(xué)教學(xué)場(chǎng)所的多種需求，以學(xué)校實(shí)訓(xùn)室管理流程和基本事務(wù)管理為核心。以規(guī)范實(shí)訓(xùn)室管理信息化為準(zhǔn)則，在深入分析、研究實(shí)訓(xùn)室管理規(guī)律、實(shí)訓(xùn)教學(xué)特點(diǎn)[2]，根據(jù)實(shí)訓(xùn)室全面開(kāi)放運(yùn)行體系，結(jié)合數(shù)字化校園建設(shè)內(nèi)容，構(gòu)建智能化管理平臺(tái)。通過(guò)平臺(tái)數(shù)字化校園內(nèi)各管理環(huán)節(jié)對(duì)接，完成快速化、簡(jiǎn)單化、智能化的數(shù)據(jù)提取與分析。主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：

1）智能化管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)，管理平臺(tái)在整個(gè)環(huán)節(jié)中，是所有數(shù)據(jù)的匯集與提供之地。在超融合數(shù)據(jù)中心內(nèi)搭建智能化管理平臺(tái)，平臺(tái)內(nèi)搭建多個(gè)管理模塊，構(gòu)建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，完成數(shù)據(jù)的收集與下發(fā)，并對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析、挖掘。

2）實(shí)訓(xùn)室統(tǒng)一認(rèn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)，主要包括權(quán)限管理、用戶管理、枚舉管理、功能模塊、自定義表單、通知公告、統(tǒng)一身份認(rèn)證等功能。通過(guò)以上功能模塊可以分角色和權(quán)限進(jìn)行管理，對(duì)接學(xué)?，F(xiàn)有用戶數(shù)據(jù)，無(wú)縫對(duì)接，完成統(tǒng)一身份認(rèn)證。

3）實(shí)訓(xùn)室設(shè)備管理平臺(tái)設(shè)計(jì)，包括實(shí)訓(xùn)室信息管理、教學(xué)設(shè)備管理、實(shí)訓(xùn)設(shè)備報(bào)廢管理等。實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)室信息的添加，編輯和查詢等功能。系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)定的相關(guān)參數(shù)，收集電腦配置信息， 自動(dòng)提交設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，提醒設(shè)備異常，并自動(dòng)啟動(dòng)和關(guān)閉設(shè)備。實(shí)訓(xùn)設(shè)備報(bào)廢管理，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)室的設(shè)備報(bào)廢線上管理，并形成設(shè)備報(bào)廢電子清單。

4）實(shí)訓(xùn)室設(shè)備報(bào)修管理平臺(tái)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)提供報(bào)修二維碼通道，系統(tǒng)可按實(shí)訓(xùn)室對(duì)其設(shè)備基本信息進(jìn)行管理，包括實(shí)訓(xùn)室編號(hào)、實(shí)訓(xùn)室名稱、實(shí)訓(xùn)設(shè)備、實(shí)訓(xùn)設(shè)備統(tǒng)一編號(hào)，生成電子標(biāo)簽。對(duì)于系統(tǒng)中不同設(shè)備可以自定義流程上報(bào)，便于維修人員維護(hù)設(shè)備。實(shí)現(xiàn)師生快速的報(bào)修遇到的設(shè)備故障。通過(guò)指定的流程設(shè)定，可以送到相應(yīng)人員手中。支持設(shè)備維修過(guò)程動(dòng)態(tài)過(guò)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)查詢報(bào)修處理結(jié)果及維修進(jìn)度。數(shù)據(jù)中心對(duì)報(bào)修數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，包括報(bào)修次數(shù)、維修耗材等。

5）教室門牌多功能多樣化的設(shè)計(jì)，拋除傳統(tǒng)的以紙質(zhì)單一樣式的教室門牌，設(shè)計(jì)以LED液晶顯示屏為窗口，內(nèi)嵌智能終端的教室門牌，時(shí)時(shí)顯示多樣數(shù)據(jù)，并可根據(jù)需求快速更換定制顯示界面的內(nèi)容。

6）環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，智能的管理控制教學(xué)場(chǎng)地中的聲、光、電、門、窗、空調(diào)及其他設(shè)備的開(kāi)關(guān)與參數(shù)的調(diào)整，并對(duì)非正常工作期間內(nèi)的手動(dòng)調(diào)整參數(shù)的異常情況進(jìn)行報(bào)警并視頻記錄。

7）考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，多樣化的考勤信息采集手段，實(shí)現(xiàn)無(wú)停留、無(wú)差錯(cuò)考勤。對(duì)識(shí)別到的學(xué)生信息與管理平臺(tái)內(nèi)校內(nèi)學(xué)生花名冊(cè)比對(duì)，完成考勤 ，對(duì)識(shí)別到的未在花名冊(cè)中的學(xué)生進(jìn)行特征記錄，并預(yù)警。

8）實(shí)訓(xùn)室耗材管理平臺(tái)設(shè)計(jì)，包括耗材類型管理、耗材基本信息管理、耗材入庫(kù)、耗材出庫(kù)、耗材預(yù)警、耗材追蹤溯源、耗材報(bào)表統(tǒng)計(jì)等功能[3]。

9）實(shí)訓(xùn)室資源共享平臺(tái)設(shè)計(jì)， 集中管理各種實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源，按用戶權(quán)限進(jìn)行分級(jí)瀏覽使用。在線資源，獲取并顯示各種資源信息，通過(guò)連接地址，供學(xué)生下載，并統(tǒng)計(jì)下載信息。系統(tǒng)給每個(gè)授課教師提供云盤功能，供教師上傳資料和學(xué)生上傳作業(yè)。

10）實(shí)訓(xùn)室準(zhǔn)入管理平臺(tái)設(shè)計(jì)，支持Word、PPT、視頻學(xué)習(xí)資料管理和上傳，公共開(kāi)放視頻，供用戶瀏覽觀看學(xué)習(xí)。題庫(kù)管理，提供通用的安全知識(shí)、條例、規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)題庫(kù)建設(shè)，支持是非題，單選題，多選題，系統(tǒng)隨機(jī)生成試卷進(jìn)行考核。學(xué)生可在線進(jìn)行查詢、學(xué)習(xí)，模擬測(cè)試，系統(tǒng)要支持自動(dòng)閱卷功能，根據(jù)系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果，控制學(xué)生是否能預(yù)約、報(bào)修等。

11）實(shí)訓(xùn)室開(kāi)放管理平臺(tái)設(shè)計(jì)，預(yù)約實(shí)訓(xùn)室管理，可以對(duì)學(xué)校實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行管理設(shè)置，設(shè)置教室可以用于公共時(shí)間段開(kāi)放給學(xué)生實(shí)訓(xùn)使用。學(xué)生通過(guò)移動(dòng)端實(shí)時(shí)預(yù)約實(shí)訓(xùn)教室，系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)學(xué)生預(yù)約的時(shí)間跟自己教務(wù)系統(tǒng)課表是否沖突提醒，預(yù)約流程實(shí)現(xiàn)自定義管理。管理員可實(shí)時(shí)按時(shí)間段等高級(jí)查詢條件統(tǒng)計(jì)學(xué)生預(yù)約情況[4]。

12）行為數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用分布式視頻監(jiān)控設(shè)備，全方位地對(duì)教學(xué)場(chǎng)地進(jìn)行記錄，對(duì)實(shí)訓(xùn)室設(shè)備、耗材、學(xué)生預(yù)約、學(xué)生出勤等等按要求和業(yè)務(wù)規(guī)劃進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，形成元數(shù)據(jù)庫(kù)。深入挖掘與分析，報(bào)表統(tǒng)計(jì)、使用率統(tǒng)計(jì)、使用學(xué)時(shí)統(tǒng)計(jì)、出勤率統(tǒng)計(jì)等，可對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析提供數(shù)據(jù)支持。運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并通過(guò)BI可視化技術(shù)，形成大數(shù)據(jù)報(bào)告。

4 研究意義

近年來(lái)各高校的招生規(guī)模不斷地在擴(kuò)大，教學(xué)場(chǎng)地也在不斷地增多，傳統(tǒng)的管理模式無(wú)法應(yīng)對(duì)大規(guī)模、開(kāi)放式、多功能的發(fā)展方向。通過(guò)本課題的研究，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備的綜合利用，在各環(huán)節(jié)中利用各類信息管理系統(tǒng)采集、傳遞、存儲(chǔ)、加工、整理和挖掘相關(guān)數(shù)據(jù)，從而提高工作效率和管理水平。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）使用范圍多樣化，系統(tǒng)服務(wù)的范圍不僅僅是多媒體教室、計(jì)算機(jī)機(jī)房、實(shí)驗(yàn)室、工坊等教學(xué)場(chǎng)地，也可以擴(kuò)展至圖書館、體育館、宿舍、自習(xí)室等。

2）考勤管理智能化，提高學(xué)生參與度和認(rèn)可度，解決點(diǎn)名過(guò)多占用課堂的時(shí)間，滿足各類教學(xué)場(chǎng)所的需求，減少對(duì)教學(xué)參與者的干擾，提高課堂教學(xué)效果與質(zhì)量。

3）教學(xué)設(shè)備狀態(tài)信息化，提高教學(xué)設(shè)備的信息化管理水平，及時(shí)掌握教學(xué)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保障教學(xué)的正常開(kāi)展。

4）可用資源使用便捷化，對(duì)于業(yè)余時(shí)間段開(kāi)放的教學(xué)場(chǎng)地，替代傳統(tǒng)的人工記錄，做到自動(dòng)化、無(wú)人化，統(tǒng)一的資源獲取方式，簡(jiǎn)化認(rèn)證操作，節(jié)省時(shí)間提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

5）教學(xué)過(guò)程管理一體化，對(duì)學(xué)生的考勤數(shù)據(jù)及學(xué)生在課堂中行為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)課程的歡迎程度及班級(jí)的學(xué)風(fēng)、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、學(xué)生的興趣關(guān)注的判定，能夠起到行為方向的導(dǎo)向作用，可以有針對(duì)性地開(kāi)展相對(duì)應(yīng)的課程資源，滿足個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求。

5 結(jié)語(yǔ)

研究的創(chuàng)新主要在于通過(guò)智慧教室系統(tǒng)，融合至數(shù)字化校園信息系統(tǒng)內(nèi)，完善了教學(xué)管理體系。多樣化的數(shù)據(jù)交互，加強(qiáng)了設(shè)備的自動(dòng)化管理，降低了管理人員的工作量，合理調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，降低能耗，提高教學(xué)保障能力。深入教學(xué)過(guò)程管理，減少任課老師的任務(wù)，對(duì)教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并預(yù)警，提升教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中的自動(dòng)化一體化管理。以過(guò)程管理為核心，健全狀態(tài)信息智能化、自動(dòng)化、安全化管理體系。開(kāi)放系統(tǒng)接口，與數(shù)字化校園對(duì)接，完成多種信息化服務(wù)的統(tǒng)一認(rèn)證管理，使管理進(jìn)入一個(gè)良性循環(huán)。

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