基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室建設(shè)研究

楊 君

(揚中市委黨校，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

0 引言

傳統(tǒng)多媒體教室雖然配備不少現(xiàn)代化教學(xué)設(shè)備，但是眾多硬件設(shè)備沒有與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)真正結(jié)合起來。單個設(shè)備各自為戰(zhàn)，使傳統(tǒng)智慧教室浮于表面，沒有與高效教學(xué)、人性化教學(xué)、創(chuàng)新教學(xué)充分結(jié)合，更使傳統(tǒng)智慧教室“名不副實”。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”浪潮的到來、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及，建設(shè)真正意義上的智慧教室成為可能。本文旨在傳統(tǒng)多媒體教室的基礎(chǔ)上，根據(jù)教室使用過程中的實際需求，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，重塑教室環(huán)境和教學(xué)模式，打造多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)教室結(jié)合發(fā)展的“智慧教室”。

1 智慧教室建設(shè)的必要性

當(dāng)前，隨著計算機技術(shù)、信息技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，在新的時代背景下各行各業(yè)已經(jīng)深入融合了信息技術(shù)，實現(xiàn)了生產(chǎn)效率的極大提升。而在教育領(lǐng)域，信息技術(shù)和信息設(shè)備的應(yīng)用也呈現(xiàn)出極好的作用，為教學(xué)質(zhì)量的提升打下了堅實的基礎(chǔ)。

(1)智慧教室能夠更好地推動智慧校園的建設(shè)[1]。一方面，智慧教室是集物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新型信息技術(shù)與一體的教學(xué)環(huán)境，會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)流，通過云端大數(shù)據(jù)分析可以獲得4種典型價值：基于分析、監(jiān)測、預(yù)測和預(yù)警等方式，使學(xué)校的整個管理工作可以更加準(zhǔn)確和有效，確?？茖W(xué)合理的學(xué)校管理，改變傳統(tǒng)的管理方式的種種問題。(2)可以更準(zhǔn)確、可靠、高效地分析和評價課堂教學(xué)的質(zhì)量，并支持采用不同角度、不同方面的數(shù)據(jù)進行分析。(3)使學(xué)校的教學(xué)和培訓(xùn)更具現(xiàn)實意義和更高質(zhì)量，教師也可以通過監(jiān)測理解學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和愛好，并且為不同的學(xué)生設(shè)定更科學(xué)的教學(xué)方式，個性化和準(zhǔn)確的教學(xué)可以很好地給學(xué)生帶來很好的服務(wù)。(4)學(xué)習(xí)效率的提升和個性化的教學(xué)管理也提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。

另一方面，可以更好地為學(xué)校的受教育者提供良好的服務(wù)。智能化的教室為學(xué)校的教師和學(xué)生們提供了一個非常高質(zhì)量、高水平的教學(xué)環(huán)境，顯著地改善了學(xué)習(xí)的整體質(zhì)量，同時提供了大量數(shù)據(jù)的支持，也可以很好地為教學(xué)決策提供參考。對教師和管理人員的教學(xué)管理帶來以下幫助：(1)智能化的教學(xué)環(huán)境解決了教師在教學(xué)培訓(xùn)的過程中遇到的各種問題，這一問題的解決也確保了高質(zhì)量的學(xué)習(xí)環(huán)境，教師們也可以更加重視自己的教學(xué)活動對學(xué)生的影響，并采取有效的方式努力提高自己的教學(xué)水平和教學(xué)的能力，使教育不再受外部教學(xué)環(huán)境的束縛。(2)智慧教室提供了一套非常科學(xué)、合理的知識體系和良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，供學(xué)生在課前、課間和課后高效率地學(xué)習(xí)。(3)智慧教室可以更加有效地管理日常的教學(xué)活動，如教師的教學(xué)培訓(xùn)、學(xué)生的學(xué)習(xí)以及對教室的安排和使用等。在提高教務(wù)管理人員的管理效率的同時，也可以更好地評價和考核教師的教學(xué)工作。(4)教室采用智慧化管理，學(xué)校的管理者不需要投入大量的人力和物力來進行反復(fù)、復(fù)雜的管理工作，可以非常簡單地處理學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的問題，并且可以及時地解決，不再拖延日常的教學(xué)工作，顯著地改善和提升了課堂的管理質(zhì)量。

目前，在教學(xué)過程中，多媒體教室的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，極大地豐富了教師的教學(xué)內(nèi)容和提高教學(xué)的總體質(zhì)量和水平。同時多媒體設(shè)備的使用可以滿足教師在教學(xué)過程中對教學(xué)內(nèi)容展示的要求，而且可以采取視頻、音頻、動畫、圖片等各種形式展示豐富多彩的教學(xué)材料，并鼓勵教師突破傳統(tǒng)教科書的教學(xué)內(nèi)容的限制，展示更加豐富的內(nèi)容，更有效地、更豐富地開展教學(xué)活動。但未來的信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用重點是信息技術(shù)在整個教學(xué)空間的融合，不僅僅是教學(xué)材料的豐富，還體現(xiàn)在整個教學(xué)的全過程中對效率和質(zhì)量的提升[2]。

從學(xué)生的學(xué)習(xí)的層面來看，建立一個智能化的教室可以擴大和提升學(xué)生的學(xué)習(xí)渠道，提供更豐富的學(xué)習(xí)材料，滿足不同學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)的需要。

2 智慧教室建設(shè)的原則和目標(biāo)

2.1 智慧教室建設(shè)的原則

建造智慧教室基本上需要遵循以下4項原則：(1)確保智慧教室實用性較強，這意味著其必須充分滿足教學(xué)和教研的根本需要，確保學(xué)校的教學(xué)是適應(yīng)未來教學(xué)發(fā)展的一個總體的趨勢[3]，實用性是智慧教室設(shè)計建造的基本要求。(2)堅持先進性原則，這意味著在實踐基礎(chǔ)上，智慧教室必須要滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，同時必須要采取具有前瞻性的、較強前衛(wèi)視野的設(shè)計建設(shè)方法，很好地滿足智慧教室未來發(fā)展的趨勢，采用更多先進技術(shù)和創(chuàng)新技術(shù)。(3)堅持可靠性原則，意味著在許多的智慧教室的建設(shè)工程中，必須要選擇那些成熟的、健全的、穩(wěn)定的解決方案和硬件軟件系統(tǒng)，有效地確保智慧教室系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性。(4)滿足拓展性原則，指統(tǒng)一教室內(nèi)部的各種硬件設(shè)備和軟件設(shè)備可以進行應(yīng)用的拓展，其具備較強的兼容性，同時遵循可開發(fā)和可設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化智慧教室應(yīng)用系統(tǒng)，并充分考慮系統(tǒng)今后的功能拓展和創(chuàng)新[4]。

2.2 智慧教室建設(shè)的目標(biāo)

(1)對于傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)方法的改變和提升，擴大智慧教室的覆蓋面。

(2)進一步提升和強化教師和學(xué)生之間的實時交流溝通。師生之間的教學(xué)終端是相互連接狀態(tài)，可以進行屏幕內(nèi)容的傳送、定向的交流互動等，還可以做到教師對學(xué)生以及學(xué)生對教師的實時評價和教室的智能化管理。

(3)強大的管理和控制能力可以穩(wěn)定地進行多媒體信息資源的高效利用，進一步提高教學(xué)資源的利用效率。

(4)提高教師和學(xué)生對教學(xué)設(shè)備的直接使用感受，此外，還可以通過各種智能設(shè)備的應(yīng)用提高他們對信息技術(shù)在教育領(lǐng)域應(yīng)用的了解和認(rèn)識。

3 智慧教室建設(shè)的基本架構(gòu)

3.1 感知層

在系統(tǒng)的基本架構(gòu)中，感知層是整個系統(tǒng)架構(gòu)的基礎(chǔ)部分，是系統(tǒng)功能實現(xiàn)的重要保障，也是多媒體教室電子設(shè)備正常使用的基礎(chǔ)。感知層設(shè)備包括射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)、存儲設(shè)備和無線通信設(shè)備等，只有在確定了多媒體登陸的用戶身份后，才能授權(quán)他們使用和訪問多媒體系統(tǒng)的權(quán)力。只有經(jīng)過了系統(tǒng)的授權(quán)后，多媒體用戶才可以使用相關(guān)媒體設(shè)備。此外教室當(dāng)中的多媒體主機和投影設(shè)備都安裝和連接了傳感裝置，為了使該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地獲得有關(guān)設(shè)備的信息并提高多媒體教室的教學(xué)效率和質(zhì)量，可以安裝一個攝像頭，從而提升信息收集的效率；也可以實時捕捉電子設(shè)備使用的狀態(tài)，進而可以提供有效的數(shù)據(jù)來控制教室當(dāng)中的多媒體設(shè)備，實現(xiàn)智能化的設(shè)備管理。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層是系統(tǒng)架構(gòu)的中間層，可以實現(xiàn)感知層和應(yīng)用層之間的穩(wěn)定、高效的聯(lián)系。智能化的教室在網(wǎng)絡(luò)層方面的設(shè)計必須要確保足夠的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，必須準(zhǔn)確、科學(xué)、合理的選擇和使用相應(yīng)的通信協(xié)議。多媒體教室的通信協(xié)議采用TCP/IP協(xié)議，并采用IPV6協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和通信。IPV6協(xié)議可以解決IPV4網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)冗余問題，并且可以降低數(shù)據(jù)傳輸對網(wǎng)絡(luò)資源的消耗[5]，實現(xiàn)良好的傳輸效果，有效保障信息和數(shù)據(jù)傳輸在多媒體教室的效率，而且具有高速度、高安全性的特點[6]。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層是多媒體教室設(shè)計建造的一個非常重要的內(nèi)容，這個部分主要是面向教室使用者的應(yīng)用端。多媒體的智能化教室的應(yīng)用程序設(shè)計必須要充分考慮到系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[7]，并且為整個設(shè)備的運行提供安全保障。應(yīng)用程序可以實現(xiàn)遠程管理和多媒體設(shè)備的控制，進一步提升了教學(xué)資源的高效率使用，并可以對多媒體設(shè)備運行的具體情況進行實時動態(tài)的監(jiān)督管理。多媒體類的電子設(shè)備在教室當(dāng)中的安裝非常復(fù)雜，要對許多不同線路進行連接[8]。因此在設(shè)計教室時必須充分考慮這些問題。

4 結(jié)語

作為最典型和最基本的學(xué)習(xí)環(huán)境，越來越多的教室進入了智慧化的發(fā)展階段。從多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用開始，智慧教室把互聯(lián)網(wǎng)上的很多內(nèi)容和云計算技術(shù)結(jié)合起來，為教學(xué)活動提供了一個更智能的互動空間。建立一個智能化的系統(tǒng)是解決目前在數(shù)字校園建設(shè)中存在的諸多問題的關(guān)鍵，可以更好地促進學(xué)生創(chuàng)新能力的提高和教學(xué)模式的改革。