探討基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧教室系統(tǒng)的研究與設(shè)計

苑柳青，張歡

摘要：智慧教室是在當(dāng)今教育改革的背景下出現(xiàn)的一種新型教學(xué)方式，實現(xiàn)教育及教學(xué)資源的重新整合，能夠提高教學(xué)資源的利用率，科學(xué)地對相關(guān)的教學(xué)資源進行共享建設(shè)。在互動過程中營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，實現(xiàn)理實一體化教學(xué)。作為智慧校園的重要組成部分，智慧教室系統(tǒng)的建設(shè)是必然前提，該文通過對智慧教室的研究現(xiàn)狀做出具體分析，對基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧教室系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容，給出了具體描述，并結(jié)合建設(shè)內(nèi)容以及核心系統(tǒng)提出了相關(guān)看法。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智慧課堂;智慧教室;研究設(shè)計

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）34-0149-02

1智慧教室的研究現(xiàn)狀

在近些年的教育實踐中，智慧教室的應(yīng)用越來越重視相關(guān)功能的開發(fā)與建設(shè)。在當(dāng)下的教學(xué)實踐中，有關(guān)學(xué)者認為智慧教室應(yīng)該具有較強的信息管理功能，并能夠?qū)崿F(xiàn)對信息的合理利用與反饋。在對智慧教室的早期研究過程中，主要是對智慧教室的技術(shù)裝備效能做出研究。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智慧教室也應(yīng)當(dāng)具有自動化的設(shè)備控制和功能識別功能，幫助實現(xiàn)信息檢索的快速化，個性化和及時化特點。如今階段下我國進行智慧教室的建立中，其主要的構(gòu)建內(nèi)容與構(gòu)建系統(tǒng)主要從兩個層面進行相關(guān)的建設(shè)與研究，其能夠有效地提高智慧教室建立的科學(xué)性與合理性。首先，在黃榮懷等人的研究中，其認為智慧教室的構(gòu)建中需要包括教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)，環(huán)境的管理、教學(xué)資源的管理、教學(xué)資源的互動共享等。在構(gòu)建智慧教室的過程中，應(yīng)該注重從該幾項構(gòu)建角度進行科學(xué)的建設(shè)，實現(xiàn)智慧教室的智慧性與現(xiàn)代化性。從黃榮懷的研究角度來看，構(gòu)建智慧教室其需要將教學(xué)資源、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)境和老師與學(xué)生之間的互動充分聯(lián)系起來，并以現(xiàn)代化的高角度進行科學(xué)的智慧教室的構(gòu)建與完善，實現(xiàn)科學(xué)的智慧教室的管理。另外，在其他學(xué)者的研究中，還明確指出了信息技術(shù)的重要性，提出將現(xiàn)代高新技術(shù)不斷與課堂融合的理論深化。

2智慧教室背景現(xiàn)狀分析

智慧教室的研究出發(fā)點是需求設(shè)計的滿足，從多個角度考慮，并提出具體的可行的解決方案，例如，教室在使用的過程中，需要定期對教室內(nèi)的設(shè)備及設(shè)施進行維護，日常使用中也需要對教室產(chǎn)生損耗，另外，在智慧教室的設(shè)計中，還需要從翻轉(zhuǎn)課堂或者還是云教學(xué)等多個角度進行綜合考慮與設(shè)計，實現(xiàn)對智慧教室的綜合發(fā)展。在當(dāng)下的智慧教室建立中，其主要依賴的是現(xiàn)代化信息技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，需要重點結(jié)合數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)智慧的教室建立，確保學(xué)生在接受相關(guān)學(xué)習(xí)的時候能夠有效地接觸到當(dāng)下的高新技術(shù)及教學(xué)范式。在智慧教室的建立中，首先需要重點建立的就是信息的獲取與共享，在不斷變革的社會趨勢下，信息的重要性在不斷深化。同樣，在進行教學(xué)的過程中，也需要重點將教學(xué)信息作為構(gòu)建智慧教室的關(guān)鍵內(nèi)容之一，實現(xiàn)對學(xué)僧的科學(xué)教學(xué)。在相關(guān)建設(shè)工作開展的過程中，一方面需要建立起完善的信息獲取制度，另一方面還需要有著對信息進行管理的設(shè)備，實現(xiàn)智慧教室中對信息的綜合利用。同時，智慧教室可以采取模塊化的設(shè)計，從建設(shè)過程角度出發(fā)進行升級優(yōu)化，在這基礎(chǔ)上疊加模塊設(shè)計內(nèi)容，最終實現(xiàn)每個教室的功能完善標(biāo)準化，建設(shè)成功能齊全、設(shè)備準確的智慧型教室。這種方式的建設(shè)資金投入必須有明確的保證，漸進式的資金投入可以解決資金困難，周轉(zhuǎn)不足的問題。在不同階段，多媒體教室建設(shè)可以分為智慧型，可視型和標(biāo)準型三類，在這個過程當(dāng)中，要避免設(shè)備更新過快所造成的資源浪費和資金浪費[1]。

在針對標(biāo)準型教室進行管理的過程當(dāng)中，管理員可以使用一卡通操作設(shè)備開關(guān)，進行一系列設(shè)備的管理及控制操作，與此同時也可以以使用遠程主控軟件實現(xiàn)遠程控制的方案。可視型教室與普通教室相比，增加了電子考場的內(nèi)容，可以語音對話，也可以視頻監(jiān)控。并且是在標(biāo)準型教室的基礎(chǔ)上增加的。智慧型教室則是通過遠程觀察教室情況，在落實遠程觀察教室情況的過程中，采用語音對講的方式或者還是實施考場攝像的方式，其能夠直接與省考試院取得聯(lián)系，能夠優(yōu)化教室的運用科學(xué)性與合理性。在智慧教室建立的過程中，需要重點添加相應(yīng)的信息收集與傳輸設(shè)備，通過現(xiàn)代化智慧方式對教室內(nèi)的相關(guān)內(nèi)容進行收集與整理，并形成信號傳輸出去。在該技術(shù)的落實與應(yīng)用中，能夠有效地實現(xiàn)視頻、音頻的多向傳輸，能夠優(yōu)化對智慧教室的構(gòu)建，實現(xiàn)對教學(xué)方式的優(yōu)化。另外，在對教室環(huán)境的優(yōu)化工作中，還可以采用現(xiàn)代科技下的配色與拼接技術(shù)應(yīng)用到課堂中的桌椅構(gòu)成中，通過靈活運用教室內(nèi)的環(huán)境布置，能夠有效地提高學(xué)生在教室內(nèi)的學(xué)習(xí)積極性。另外，在教室環(huán)境的設(shè)計中，還可以通過對燈光、多媒體、空調(diào)的調(diào)整等，實現(xiàn)課堂教學(xué)環(huán)境的優(yōu)化。在該技術(shù)的落實與實踐中，其需要依賴編碼控制器對相關(guān)控制內(nèi)容進行控制，實現(xiàn)科學(xué)的集中管理。另外，在該技術(shù)設(shè)備的支持下，工作人員還可以通過遠程監(jiān)控設(shè)備對教室內(nèi)的相關(guān)設(shè)備進行管理，實現(xiàn)遠程操控，增加課堂的智慧性與可操作性。

3智慧教室系統(tǒng)的建設(shè)內(nèi)容

智慧教室實現(xiàn)了教學(xué)資源的創(chuàng)建、表達和積累過程，作為教育改革背景下的新型教學(xué)方式，在教學(xué)當(dāng)中有著越來越重要的地位，為智慧型教學(xué)模式的構(gòu)建和引入提供了具體支持。因此，智慧型教室系統(tǒng)的建設(shè)是教學(xué)當(dāng)中最關(guān)注的內(nèi)容，具體的建設(shè)包括下面幾個內(nèi)容[2]。

1）系統(tǒng)集成平臺

智慧教室系統(tǒng)需要在建設(shè)時實現(xiàn)統(tǒng)一的對接標(biāo)準，首先需要滿足的就是自身建設(shè)過程中對內(nèi)部子系統(tǒng)之間的銜接，并且實現(xiàn)校園內(nèi)的數(shù)字化教學(xué)方式的建立與對接。在相關(guān)系統(tǒng)建立的過程中，同時還需要構(gòu)建起一個完善的建設(shè)標(biāo)準。但是在當(dāng)下的系統(tǒng)構(gòu)建中，系統(tǒng)內(nèi)部的標(biāo)準難以統(tǒng)一是切實存在的弊端之一，在當(dāng)下的建設(shè)與發(fā)展中，構(gòu)建智慧教室，首先需要實現(xiàn)內(nèi)部系統(tǒng)的有效連接，確保智慧教室建設(shè)的科學(xué)性與合理性。另外，在系統(tǒng)構(gòu)建的過程中，還需要重點關(guān)注到系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)與信息的收集與整理。在該項工作中，需要不斷完善相關(guān)的信息系統(tǒng)的構(gòu)建，實現(xiàn)對平臺內(nèi)信息的科學(xué)整合，形成一個信息整合系統(tǒng)。

2）智慧課堂系統(tǒng)

智慧教室系統(tǒng)的建立，首先需要滿足課堂教學(xué)實踐的應(yīng)用，在不斷深化的教學(xué)改革中，教學(xué)資源的利用效率是提高教學(xué)科學(xué)性的有效關(guān)鍵。在進行課堂教學(xué)的過程中，還需要重點將課堂上的互動教學(xué)融入該系統(tǒng)的建設(shè)中，實現(xiàn)科學(xué)的互動教學(xué)。另外 ，在智慧教室系統(tǒng)建立的過程中，還可以結(jié)合多屏互動教學(xué)的優(yōu)勢進行相關(guān)系統(tǒng)的建立，實現(xiàn)課堂上教學(xué)資源的充分整合，確保教學(xué)的科學(xué)性與合理性。例如，通過相關(guān)系統(tǒng)的建立，其能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的考試、作業(yè)、討論等項目功能的實現(xiàn)，提升互動教學(xué)的科學(xué)性。智慧課堂系統(tǒng)實現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂式的教學(xué)，探索互動式的教學(xué)，促進信息化融合到教學(xué)進程[3]。

3）智能中樞系統(tǒng)

智能中樞系統(tǒng)是實現(xiàn)教學(xué)環(huán)境監(jiān)測變量與教學(xué)環(huán)境保障設(shè)備間的策略管理的智能聯(lián)動系統(tǒng)，實現(xiàn)教室溫濕度、二氧化碳濃度、pm值、光照度、燈光、窗簾等。在針對教室的智能中輸入系統(tǒng)進行管理的過程當(dāng)中，教學(xué)環(huán)境監(jiān)測變量以及教學(xué)環(huán)境保障設(shè)備之間的策略化管理的智能聯(lián)動具有較高的使用價值，它有整個智能裝修系統(tǒng)作為載體，開展一系列的管理操作。智能中樞系統(tǒng)可以完成教學(xué)管理，考試活動，教學(xué)任務(wù)調(diào)度等多種活動任務(wù)，同時也可以達到網(wǎng)絡(luò)化高效化的管理效果，促進了教學(xué)效果的提高。為學(xué)生管理、教務(wù)管理、考務(wù)管理、教學(xué)管理等方面提供了智能化、高效化和便捷化的物理環(huán)境支撐，實現(xiàn)了信息傳遞良好交互的效果。智能中樞系統(tǒng)實現(xiàn)智慧教室的統(tǒng)一管理，對智能設(shè)備進行統(tǒng)一的管控，并通過不斷進行一系列的管理及操作。據(jù)了解，在進行服務(wù)端的安裝工作時，系統(tǒng)管理軟件以及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備端客戶的系統(tǒng)軟件可以達到遠程訪問或者本地訪問的目的，這就使得整個系統(tǒng)以及整個智能設(shè)備的監(jiān)控管理效果大幅度提升。與此同時，這些設(shè)備的安裝還能夠保證整個智能教室成為綜合性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。比如教室管理員就可以對考勤系統(tǒng)進行分析之后，了解考勤系統(tǒng)當(dāng)中人員的數(shù)據(jù)，并判斷教室當(dāng)中是否有學(xué)生，如果教室內(nèi)有學(xué)生，那么系統(tǒng)就會進入到工作的狀態(tài)，反之，如果教室內(nèi)沒有學(xué)生，那么將會關(guān)閉所有的系統(tǒng)。

4）教室管理系統(tǒng)

教室管理系統(tǒng)對于智慧教室系統(tǒng)而言也是十分重要的存在，通過教室管理系統(tǒng)的建立，其能夠?qū)崿F(xiàn)對教室內(nèi)設(shè)備的管理，或者是對教室的預(yù)約進行有效的科學(xué)的管理，實現(xiàn)教室利用效率的提高。通過教室管理系統(tǒng)，能夠?qū)淌噎h(huán)境進行科學(xué)的監(jiān)管與監(jiān)督，遠程直播管理和遠程教室預(yù)約管理四個方面的內(nèi)容，實現(xiàn)對教室情況的全面了解，及時地對教室的各種情況做出具體分析，提供良好的教學(xué)狀態(tài)。教室管理人員可以結(jié)合遠程查看的情況，根據(jù)具體情況實行遠程調(diào)控，除此之外就是管理員還可以利用遠程移動終端對教室的直播管理進行控制工作，直接對直播教室開展一系列的教學(xué)評估以及教學(xué)監(jiān)督工作。教師在開展相應(yīng)教學(xué)工作時，也可以預(yù)約管理模塊，這種管理的方式可以拉近教師與教室之間的聯(lián)系，實現(xiàn)校方與教室的統(tǒng)一管理，加強管理手段，以更便捷的方式提供支持，提高教室利用率。

4智慧教室系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計是以數(shù)據(jù)分層為基礎(chǔ)，實現(xiàn)多樣化信息化管理系統(tǒng)，構(gòu)建全面的智慧教室模式。能夠?qū)崿F(xiàn)硬件與軟件功能的融合與聯(lián)動，保證系統(tǒng)升級，預(yù)留充足的功能接口滿足系統(tǒng)今天的發(fā)展要求。

1）終端層

終端層是與用戶服務(wù)直接相連的層次。在使用的過程當(dāng)中要根據(jù)用戶的需求實時分析，提供針對化的服務(wù)。它的功能主要表現(xiàn)在全面聯(lián)通教室的各個媒體設(shè)備以及傳感器，通過系統(tǒng)控制中心實現(xiàn)對各個設(shè)備的智能化控制，確保實現(xiàn)高效化、快速化和機械化的服務(wù)運轉(zhuǎn)，滿足智慧型教室的穩(wěn)定運行。終端層提供的功能實現(xiàn)了教學(xué)模式的優(yōu)化與創(chuàng)新，給教師和學(xué)生都帶來了一種獨特的教與學(xué)的體驗。

2）室內(nèi)監(jiān)控層

室內(nèi)監(jiān)控層就是給系統(tǒng)運行提供監(jiān)測數(shù)據(jù)，比如對教室的燈光，窗戶，屋門和相關(guān)設(shè)備做出具體檢測和智能化控制。確保教室內(nèi)部溫度適宜，光線充足，為教學(xué)環(huán)境提供充足的條件，滿足教學(xué)效果。

3）中間層

中間層實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)與智慧教室系統(tǒng)的良好運轉(zhuǎn)，給智慧教室系統(tǒng)構(gòu)建提供數(shù)據(jù)支持。例如實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，分析以及傳輸功能，這是智慧型教室系統(tǒng)運行的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

4）硬件層

硬件層包含著智慧教室系統(tǒng)運行中所需要的硬件設(shè)施，為系統(tǒng)運行提供硬件支持。

5結(jié)語

智慧教室的建設(shè)無疑是我國教育行業(yè)的一項重要創(chuàng)新改變，將智能技術(shù)融入教育系統(tǒng)當(dāng)中進行教室的信息化和智能化管理，對于職業(yè)信息化教學(xué)工作而言帶來了積極的影響，不僅為教學(xué)的工作提供了創(chuàng)新思路，以及新的教學(xué)理念，同時還提供新的教學(xué)方式。當(dāng)然智慧教室的出現(xiàn)還整體提高了學(xué)校的核心競爭力，促進學(xué)校人才培養(yǎng)的多元化以及個性化。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧教室模式，全面構(gòu)建智慧教室，在教學(xué)過程當(dāng)中也有著重大意義。

參考文獻：

[1] 康偉.物聯(lián)網(wǎng)在高校的應(yīng)用探討[J].山西經(jīng)濟管理干部學(xué)院學(xué)報，2012，20（1）：105-107.

[2] 劉君.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校智慧教室的設(shè)計研究[J].陜西理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2017（5）：52-57.

[3] 黃榮懷，胡永斌，楊俊鋒，等.智慧教室的概念及特征[J].開放教育研究，2012，18（2）：22-27.

[4] 聶風(fēng)華，鐘曉流，宋述強.智慧教室：概念特征、系統(tǒng)模型與建設(shè)案例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（7）：5-8.

【通聯(lián)編輯：代影】