基于新技術(shù)的智慧課堂管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：目前正處于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，課堂教學(xué)環(huán)境需要滿(mǎn)足以下條件，教學(xué)內(nèi)容能完整呈現(xiàn)、學(xué)習(xí)資源能便捷獲取、課堂互動(dòng)能快速展開(kāi)等功能，以便營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)氛圍空間。

關(guān)鍵詞：智慧課堂;智能感知;教學(xué)環(huán)境

中圖分類(lèi)號(hào)：TP315? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1007-9416（2020）10-0000-00

0 引言

智慧課堂管理系統(tǒng)是運(yùn)用當(dāng)前主流新技術(shù)，包括流媒體技術(shù)、智能識(shí)別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)課堂的智慧教學(xué)、智能環(huán)境調(diào)節(jié)、課堂視頻管控等功能，主要解決落實(shí)課堂的混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、泛在學(xué)習(xí)等教學(xué)模式的實(shí)施。實(shí)現(xiàn)對(duì)云班課、精品資源課等線(xiàn)上課程實(shí)現(xiàn)無(wú)感知的錄制功能，方便教師在課后將線(xiàn)上課程分享給學(xué)生，也可以通過(guò)云平臺(tái)公開(kāi)分享，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可學(xué)習(xí)的目標(biāo)[1]。

1 設(shè)計(jì)原則

根據(jù)浙江省高職教育發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃等制度文件要求，結(jié)合當(dāng)前學(xué)校對(duì)教育教學(xué)要求，對(duì)智慧課堂管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出以下原則。實(shí)現(xiàn)感知智能化，采集課堂范圍內(nèi)的設(shè)施設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，記錄課堂的軟硬件指標(biāo)和識(shí)別課堂學(xué)習(xí)場(chǎng)景。實(shí)現(xiàn)控制智能化，對(duì)課堂環(huán)境內(nèi)的設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制和管理，并顯示有控制效果的能力。實(shí)現(xiàn)管理智能化，利用視頻監(jiān)控和5G網(wǎng)絡(luò)，對(duì)課堂教學(xué)視頻進(jìn)行采集，對(duì)課堂教學(xué)環(huán)境、設(shè)備設(shè)施、教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行可視化的管理。課堂交互智能化，在課堂教學(xué)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)學(xué)生和老師的多維度全方位的互動(dòng)體驗(yàn)。場(chǎng)景拓展智能化，能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信等手段實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)，方便學(xué)生在異地也能學(xué)習(xí)老師的講課內(nèi)容，在具備相關(guān)條件時(shí)可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直播教學(xué)。設(shè)施物聯(lián)智能化，通過(guò)對(duì)課堂的環(huán)境、溫濕度、光感等進(jìn)行傳感檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的燈光調(diào)節(jié)、空調(diào)調(diào)節(jié)等功能，實(shí)現(xiàn)多種物聯(lián)設(shè)備的協(xié)同聯(lián)動(dòng)能力。課堂錄播智能化，實(shí)現(xiàn)多種錄播、點(diǎn)播、直播功能，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)自動(dòng)化。課堂音頻智能化，將老師講課聲音在教室范圍內(nèi)最大化傳播，同時(shí)考慮課堂的隔音和吸音效果，保障課堂活動(dòng)不受外界干擾。系統(tǒng)管理移動(dòng)化，要求能通過(guò)移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)和平板設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)課堂設(shè)施設(shè)備的開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)的管理、課堂環(huán)境的查看等功能[2]。

2 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

通過(guò)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，構(gòu)建滿(mǎn)足校方使用要求的智慧課堂管理系統(tǒng)。該管理系統(tǒng)的核心功能包括，智慧課堂智聯(lián)管理、智慧課堂智能照明功能，智慧課堂智能語(yǔ)音功能和智慧課堂智能互動(dòng)等，依據(jù)人工智能實(shí)現(xiàn)方式，借助當(dāng)前信息化技術(shù)將課堂教學(xué)方法、教學(xué)模式和教學(xué)資源進(jìn)行緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)課堂教育教學(xué)的常態(tài)化應(yīng)用。根據(jù)智慧課堂的綜合設(shè)計(jì)架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)步驟和功能需求，需從課堂教學(xué)環(huán)境、課堂教學(xué)應(yīng)用、課堂使用分析等方面著手，通過(guò)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)力量打造融合課前準(zhǔn)備、課中互動(dòng)、課后討論等場(chǎng)景為一體的智能課堂[3]。

3 主要功能

根據(jù)以上目標(biāo)，智慧課堂管理系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)以下功能，構(gòu)建智慧課堂智聯(lián)管理平臺(tái)，搭建智慧課堂智能照明系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)課堂互動(dòng)場(chǎng)景教學(xué)系統(tǒng)，建設(shè)智慧課堂智能語(yǔ)音系統(tǒng)。

構(gòu)建智慧課堂智聯(lián)管理平臺(tái)，要求對(duì)智慧課堂范圍內(nèi)的硬件設(shè)施進(jìn)行集中統(tǒng)一管控，包括對(duì)投影儀、教室中控、空調(diào)、音頻、燈光、窗簾等設(shè)施進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)智慧課堂相關(guān)軟件的管控，通過(guò)電腦端或移動(dòng)端對(duì)教室內(nèi)的多媒體系統(tǒng)、錄點(diǎn)播系統(tǒng)、視頻控制系統(tǒng)等多種軟件系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。通過(guò)智慧課堂智聯(lián)管理平臺(tái)，可以有效管控課堂教學(xué)過(guò)程中設(shè)備情況，根據(jù)實(shí)際教學(xué)場(chǎng)景對(duì)平臺(tái)功能進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)需要考慮與學(xué)校正常使用的視頻監(jiān)控等系統(tǒng)進(jìn)入融合對(duì)接。從教師使用方便性角度出發(fā)，需要將系統(tǒng)管理端的控制面板設(shè)計(jì)成可觸摸式液晶屏，以圖形化的方式在控制面板中顯示課堂設(shè)施設(shè)備的狀況數(shù)據(jù)（包括：講臺(tái)的中控設(shè)備狀態(tài)、投影儀的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、投影儀燈泡壽命時(shí)間、大屏幕使用時(shí)間、課堂門(mén)禁開(kāi)關(guān)狀態(tài)等）。

管理平臺(tái)具體功能包括：用戶(hù)的系統(tǒng)管理權(quán)限，需要具有多角色多用戶(hù)的權(quán)限管理體系，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同用戶(hù)的權(quán)限管理功能。設(shè)備管理的控制功能，實(shí)現(xiàn)老師對(duì)教學(xué)設(shè)備、教室門(mén)禁、講臺(tái)開(kāi)關(guān)等設(shè)備的遠(yuǎn)程開(kāi)啟功能，可對(duì)課堂液晶屏幕、網(wǎng)絡(luò)路由器、物聯(lián)投影儀、音箱話(huà)筒、幕布窗簾等進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，可根據(jù)不同用戶(hù)權(quán)限設(shè)定對(duì)某教學(xué)區(qū)域、教學(xué)樓層的課堂設(shè)備進(jìn)行批量的開(kāi)關(guān)操作。實(shí)現(xiàn)與教學(xué)實(shí)時(shí)課表對(duì)接功能，根據(jù)教學(xué)日歷和實(shí)時(shí)課表的時(shí)間，在需要使用教室的時(shí)間點(diǎn)自動(dòng)開(kāi)啟門(mén)禁識(shí)別功能，對(duì)教室環(huán)境進(jìn)行初始化，設(shè)定上課的教學(xué)場(chǎng)景，從教務(wù)系統(tǒng)中對(duì)接抽取教學(xué)課表等數(shù)據(jù)并保持在課堂管理系統(tǒng)中，如發(fā)生斷網(wǎng)等情況也不影響系統(tǒng)的正常使用。實(shí)現(xiàn)對(duì)課堂環(huán)境的控制，包括對(duì)教室內(nèi)的溫濕度、明亮度、PM2.5等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如達(dá)到相關(guān)閾值，系統(tǒng)將自動(dòng)開(kāi)啟空氣過(guò)濾，調(diào)節(jié)空調(diào)溫度、燈光明暗度等功能，要求在教室中安裝溫感、光感等自動(dòng)化傳感器，自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)課堂的環(huán)境數(shù)據(jù)，極大減少教學(xué)管理人員和老師的工作量。教室的安全防護(hù)功能，要求與學(xué)校的安防網(wǎng)絡(luò)對(duì)接，教學(xué)管理人員能在消控室或辦公室里實(shí)時(shí)調(diào)取各個(gè)教室的視頻監(jiān)控信號(hào)，實(shí)時(shí)查看課堂運(yùn)行畫(huà)面，在教室環(huán)境中安裝紅外線(xiàn)周界防護(hù)、教室門(mén)禁監(jiān)測(cè)等功能，當(dāng)教室被非法開(kāi)啟后及時(shí)預(yù)警推送消息給保衛(wèi)處、教室管理員。實(shí)現(xiàn)對(duì)課堂設(shè)備設(shè)施的管理，對(duì)教室的設(shè)備設(shè)施進(jìn)行臺(tái)賬管理，建立設(shè)備使用、設(shè)備維修、配件維護(hù)、設(shè)備采購(gòu)等管理規(guī)范。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，要求實(shí)現(xiàn)課堂設(shè)備使用率、使用時(shí)間、設(shè)施設(shè)備故障情況，并對(duì)故障和異常原因進(jìn)行分析，為教室管理員提供相關(guān)量化管理數(shù)據(jù)。

搭建智慧課堂智能照明系統(tǒng)。根據(jù)課堂實(shí)際教學(xué)情況，通過(guò)智能照明系統(tǒng)全自動(dòng)控制教室燈光，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)及優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源制作需求時(shí)，最大程度的保護(hù)學(xué)生和老師眼睛。要求在教室中安裝照明傳感器，并能通過(guò)移動(dòng)控制面板實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光的智能管控，并可根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行燈光調(diào)節(jié)，并可通過(guò)感知光照度實(shí)現(xiàn)亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

構(gòu)建課堂互動(dòng)場(chǎng)景教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在課堂教學(xué)過(guò)程中老師與學(xué)生的良性溝通互動(dòng)，系統(tǒng)要求實(shí)現(xiàn)提供多種內(nèi)容的屏幕展現(xiàn)形式，如多屏、分屏互動(dòng)等模式，老師可在教學(xué)過(guò)程中通過(guò)手機(jī)、平板、電腦等設(shè)備實(shí)現(xiàn)一鍵調(diào)屏、一鍵廣播、屏幕互動(dòng)等功能，實(shí)現(xiàn)視頻畫(huà)面、廣播信號(hào)的切換，營(yíng)造良好的互動(dòng)教育教學(xué)環(huán)境氛圍。

建設(shè)智慧課堂智能語(yǔ)音系統(tǒng)，對(duì)課堂的語(yǔ)音與聲場(chǎng)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)化設(shè)計(jì)，有效防范教室外部的噪音干擾，為教室提供良好的聲響質(zhì)量和音頻效果，教師在授課過(guò)程中可以無(wú)需佩戴話(huà)筒耳機(jī)等專(zhuān)業(yè)設(shè)備，無(wú)需刻意大聲說(shuō)話(huà)即可實(shí)現(xiàn)良好的講課效果，同時(shí)教師在課堂中自由走動(dòng)，語(yǔ)音系統(tǒng)具備良好的擴(kuò)聲效果，保證教室中每位學(xué)生都能聽(tīng)清楚講課內(nèi)容，完美實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的拾音和音響效果。

4 結(jié)語(yǔ)

基于新型技術(shù)的智慧課堂管理系統(tǒng)，適用于教育教學(xué)、會(huì)議討論、培訓(xùn)進(jìn)修等多種使用場(chǎng)景，按照高要求、高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)目標(biāo)，使教室成為具備智慧教學(xué)功能的場(chǎng)所，實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容展示、資源共享、互聯(lián)互動(dòng)等多方面的深度融合。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-06-22

基金項(xiàng)目：2019年度浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院大學(xué)生思想政治教育專(zhuān)項(xiàng)課題（JYSZ201908）。

作者簡(jiǎn)介：陳斌（1982—），男，浙江杭州人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：教學(xué)信息化、人工智能。

Research on the Design of Intelligent Classroom System based on New Technology

CHEN Bin

（Zhejiang College of Construction，Hangzhou? Zhejiang? 311231）

Abstract： At present， it is in the era of vigorous development of Internet of things， artificial intelligence and other new technologies，Classroom teaching environment needs to meet the needs of teaching content can be fully presented，convenient access to classroom learning resources，the function of classroom interaction，to create a good learning atmosphere.

Keywords：Smart classroom;Intelligent perception;Teaching environment