教育信息化2.0時(shí)代高校智慧教室建設(shè)

王德東 任文軒

摘要：目前高校的智慧教室主要用于慕課和翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)實(shí)踐，在國家新政策的指導(dǎo)下，智慧教室在教學(xué)中發(fā)揮著日益重要的作用。該文以具體項(xiàng)目為例，從建設(shè)目標(biāo)、市場調(diào)研入手，確定項(xiàng)目的技術(shù)特點(diǎn)，根據(jù)用途對(duì)智慧教室進(jìn)行分類，從軟硬件配置、環(huán)境改造等方面來探索智慧教室的架構(gòu)、建設(shè)及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：智慧教室;智能化;架構(gòu)設(shè)計(jì);建設(shè)及應(yīng)用;學(xué)習(xí)環(huán)境

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

文章編號(hào)：1009-3044（2021）30-0010-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Construction of College Smart Classroom in The Era of Educational Informationization 2.0

WAND De-dong1， REN Wen-xuan1，2

（1.Zhejiang Ocean University，Zhoushan 316022， China; 2.Faculty of Education， Universiti Teknologi MARA（UITM）， Malaysia）

Abstract： Nowadays， smart classrooms in colleges and universities are mainly applied in the teaching practice of MOOCs and flip classes. Under the guidance of the latest national policy， smart classrooms are playing an increasingly important role in various areas of education. Taking the specific project of Zhejiang Ocean University as an example， as well as referring to the construction objectives and market research results， this paper defines the technical characteristics of the project， classifies smart classrooms according to their applications， and explores the architecture， construction and application of smart classrooms from the aspects of software and hardware configuration and environmental transformation.

Key words： Smart Classroom;intellectualization; architecture design; Construction and Application; learning environment

1 引言

在網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略、“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃、大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略等國家宏觀政策指導(dǎo)下，高校信息化建設(shè)工作的著力點(diǎn)將從基礎(chǔ)條件建設(shè)、應(yīng)用信息技術(shù)開展教育、科研、管理工作逐步提升到智慧教育、智慧管理的高度上來[1-2]。目前各高校都加大了智慧教室的建設(shè)力度，在智慧教室里，學(xué)生可以分組的方式自由組合，以學(xué)生為主體，開展啟發(fā)式教學(xué)模式[3]。主要實(shí)現(xiàn)內(nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、及時(shí)互動(dòng)和情境感知[4]等五大功能。

2 建設(shè)目標(biāo)

隨著新的教學(xué)理念的出現(xiàn)，老的多媒體教室已經(jīng)無法完全適應(yīng)如今的教學(xué)要求。本次建設(shè)的第一目標(biāo)是完成教學(xué)的需求，第二目標(biāo)是盡量節(jié)約經(jīng)費(fèi)，在創(chuàng)新的同時(shí)，絕不浪費(fèi)。主要建設(shè)內(nèi)容如下：

（1）完成22間智慧教室整體的建設(shè)、安裝、調(diào)試。

（2）完成教學(xué)管理人員的培訓(xùn)工作。

（3）制定智慧教室的操作流程以及后臺(tái)管理制度。

（4）實(shí)現(xiàn)方便教學(xué)管理、節(jié)能環(huán)保、打造良好的教室環(huán)境從而提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)意識(shí)。

3 市場調(diào)研及論證情況

在項(xiàng)目正式啟動(dòng)前，經(jīng)多方調(diào)研、走訪了省內(nèi)同類院校和相關(guān)產(chǎn)品廠家，從中學(xué)習(xí)了很多的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)我校的自身特點(diǎn)以及辦學(xué)理念，結(jié)合智慧教室本身的內(nèi)在特點(diǎn)，經(jīng)過多次討論之后確立本次智慧教室項(xiàng)目的建設(shè)方案?？紤]到經(jīng)費(fèi)有限，只配置了5間具有課程視頻錄制功能。

4 技術(shù)特點(diǎn)

（1）使用高清攝像機(jī)，可以自動(dòng)跟蹤教師和學(xué)生，錄制教師的授課、學(xué)生課堂學(xué)習(xí)情況。

（2）高清寬屏電腦顯示器，可以滿足錄制全高清課件視頻的需求。

（3）配備無線話筒、鵝頸有線話筒，可以滿足師生互動(dòng)場景。

（4）可以無線投屏，用于討論、互動(dòng)場景。

（5）觸摸一體機(jī)，支持Windows操作系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)多種格式的多媒體課件播放以及白板書寫，滿足互動(dòng)交流需求。

（6）納米黑板，支持Windows操作系統(tǒng)，配備高拍儀，兼顧傳統(tǒng)粉筆書寫及電子白板軟件功能。

（7）智慧課堂系統(tǒng)，支持教師備課、資源上傳下載、師生多屏互動(dòng)、小組討論多屏互動(dòng) 、信息保存、問卷等功能。

（8）配有管理攝像機(jī)，可以遠(yuǎn)程指導(dǎo)教師操作。

5 高校智慧教室架構(gòu)

根據(jù)教育部關(guān)于數(shù)字校園建設(shè)規(guī)范及要求，以“統(tǒng)籌、集約、綠色、發(fā)展、開放、共享、安全”的原則，既要符合建設(shè)規(guī)范，也可以根據(jù)實(shí)際情況按各自需求拓展。高校智慧教室的總體架構(gòu)見圖1[5]。從信息教學(xué)理念上，可以從三個(gè)方面來展現(xiàn)智慧教室，在空間上， 實(shí)現(xiàn)虛實(shí)課堂結(jié)合;在時(shí)間層面上， 體現(xiàn)課前、課中、課后各個(gè)環(huán)節(jié);在主體方面上， 實(shí)現(xiàn)師生之間的互動(dòng)交流[6]。從物理層面上，可以包含基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用終端、應(yīng)用業(yè)務(wù)、各種平臺(tái)及數(shù)據(jù)服務(wù)等。

本次我校建設(shè)的智慧教室是在新建的教學(xué)大樓上的整二層，網(wǎng)絡(luò)及服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)到位。根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況，可以進(jìn)行相應(yīng)的簡化。應(yīng)用終端除了使用及管理者外，通用操作系統(tǒng)主要是支持Windows的納米黑板及一體機(jī);智慧教室管理系統(tǒng)、高清多媒體中控，通過一卡通、微信掃碼進(jìn)行身份認(rèn)證開關(guān)機(jī)，對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行管控;智慧課堂互動(dòng)系統(tǒng)，提供對(duì)教學(xué)活動(dòng)支持：數(shù)據(jù)處理、采集、存儲(chǔ)、交換、分析及評(píng)價(jià)。

6 智慧教室分類

本次共建設(shè)22間智慧教室，下面就其分類逐一介紹。

6.1 研討型錄播智慧教室

研討型大型智慧教室共1間，可以容納60人學(xué)習(xí)，配備了智慧教室的相關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)，包括智慧課堂系統(tǒng)軟件、大屏液晶拼接屏（按照3排5列拼接）、常態(tài)化錄播系統(tǒng)、多媒體系統(tǒng)、智能中控系統(tǒng)等，可實(shí)現(xiàn)智慧課堂教學(xué)、小組討論、翻轉(zhuǎn)課堂、PBL教學(xué)、直播課堂、精品課錄制等教學(xué)活動(dòng)及探討、示范課、新教師培訓(xùn)等各種教發(fā)活動(dòng)。配備兩聯(lián)桌椅及扇形移動(dòng)拼接會(huì)議桌，既可以提供常規(guī)的課程教學(xué)，也可以進(jìn)行臨時(shí)拼接，可以承擔(dān)會(huì)議、講座及競賽等工作。圖2為智慧教室分類圖。

高清拼接大屏：高清拼接大屏具備高亮、高對(duì)比、寬色域等特性，給大家不一般的視覺感受。使用拼接大屏，使用壽命長，后期維護(hù)成本低[]，可以使需要展示的內(nèi)容包括文檔、PPT、視頻等有更好的視覺效果，充分調(diào)動(dòng)老師及學(xué)生的感官知識(shí)積極性，大大提高教學(xué)效果。同時(shí)在進(jìn)行部分教發(fā)活動(dòng)及示范課時(shí)，能提供更好的硬件條件，也能更好地展示老師的課件。

6.2 錄播型精品智慧教室

中型教室共4間，每間可以容納34人學(xué)習(xí)，采用納米黑板授課（內(nèi)嵌電腦），適合常規(guī)班級(jí)上課，帶有錄播功能，適合教師錄制課程視頻及各類競賽視頻。

6.3 普通型智慧教室

（1）包括9間大教室，其中5間設(shè)計(jì)為每間可以容納70人，4間設(shè)計(jì)為每間可以容納54人，采用觸摸一體機(jī)（內(nèi)嵌電腦）、綠板授課，配有液晶電視，適合大班上課。

（2）中型教室4間，每間可以容納34人學(xué)習(xí)，采用納米黑板授課（內(nèi)嵌電腦），適合常規(guī)班級(jí)上課。

（3）小教室共4間，其中2間可以容納14人，另外2間可以容納22人，適合小組討論或者常規(guī)教學(xué)使用，每間教室配有采用觸摸一體機(jī)（內(nèi)嵌電腦）、綠板。

7 智慧教室軟硬件系統(tǒng)

7.1液晶高清互動(dòng)中控

基于智能網(wǎng)絡(luò)中控系統(tǒng)的智能多媒體教室的設(shè)計(jì)方案，是將教室端的所有設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)中央控制器，以校園網(wǎng)為紐帶連接為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)了管理員老師對(duì)各個(gè)教室多媒體設(shè)備的集中管理和遠(yuǎn)程控制等。通過互動(dòng)中控，教師只需使用自己的校園一卡通或手機(jī)掃碼即可方便的使用，插卡即用，拔卡即走，管理員可以通過監(jiān)控中心搜集到最基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并能遠(yuǎn)程操控所有智慧教室。

7.2 常態(tài)化錄播系統(tǒng)

主要由互動(dòng)錄播一體機(jī)、智能導(dǎo)播軟件、智能圖像分析模塊、視頻采集、音頻采集設(shè)備及集中控制管理軟件、資源管理平臺(tái)軟件、互動(dòng)平臺(tái)等模塊構(gòu)成。其操作界面見圖3。

在標(biāo)準(zhǔn)的教室里，需要安裝2個(gè)攝像機(jī)分別對(duì)教師授課過程及學(xué)生聽課過程進(jìn)行視頻圖像采集。主要功能有：課程視頻錄制、視頻下載、直播、點(diǎn)播，支持Web方式在線導(dǎo)播。

系統(tǒng)支持自動(dòng)導(dǎo)播及手動(dòng)導(dǎo)播兩種模式，可以錄制教師特寫、教師全景、學(xué)生特寫、學(xué)生全景、電腦PPT及最終合成6路通道，對(duì)于一般的授課，選擇自動(dòng)導(dǎo)播模式，合成教師特寫及PPT界面即可（系統(tǒng)會(huì)根據(jù)教師的操作自動(dòng)切換通道）。對(duì)于要求較高的課程，可以手動(dòng)切換，然后利用非編軟件進(jìn)行后期合成。

7.3專業(yè)音響設(shè)備

配備專業(yè)的無線話筒、有線話筒及音響，克服了部分老師說話聲音小，坐在后排學(xué)生聽不清的困難，同時(shí)也在自動(dòng)錄播時(shí)候，可以更好地對(duì)老師講課的內(nèi)容進(jìn)行收音。教室內(nèi)配備了常態(tài)化錄播設(shè)備，老師僅需在講臺(tái)上的控制面板點(diǎn)擊開始錄制按鈕，即可進(jìn)行精品課全自動(dòng)錄制，系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行自動(dòng)捕捉、自動(dòng)跟蹤、自動(dòng)導(dǎo)切，自動(dòng)錄制，全程自動(dòng)化操作，無須人工干預(yù)，即可完成一堂精品課的錄制。

7.4 智慧課堂互動(dòng)系統(tǒng)

包含備課模塊、課堂互動(dòng)模塊、資源調(diào)用模塊、堂錄像采集模塊、課堂數(shù)據(jù)采集模塊、課堂質(zhì)量報(bào)告模塊等。系統(tǒng)具有多種豐富的互動(dòng)，包括簽到、搶答、選人、投票、問答、資源發(fā)放等，還可進(jìn)行小組分組活動(dòng)，指定小組任務(wù)，并根據(jù)完成情況對(duì)其進(jìn)行評(píng)分，大大豐富了課堂教學(xué)活動(dòng)的參與度。依托教學(xué)平臺(tái)和資源平臺(tái)，可幫助老師進(jìn)行云端建課備課、布置批改作業(yè)、發(fā)布測(cè)驗(yàn)考試等操作。同時(shí)，系統(tǒng)可對(duì)教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和管理，并通過大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和展示，真正達(dá)到智慧教學(xué)。

7.5 智慧教室管理系統(tǒng)

對(duì)于前端操作，教師可以通過一卡通、微信掃碼開關(guān)機(jī);對(duì)于后端管理者而言，系統(tǒng)可通過電腦端的C/S結(jié)構(gòu)、Web及微信集中控制三種管理模式，對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，可以遠(yuǎn)程單個(gè)也可全部開啟或者關(guān)閉智慧教室設(shè)備，極大地方便了管理。教師還可以通過微信進(jìn)行故障上報(bào)。系統(tǒng)參考圖見圖4 智慧教室管理系統(tǒng)效果圖。

7.6 安防與監(jiān)控系統(tǒng)

教室內(nèi)全部配置了安防與監(jiān)控系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程指導(dǎo)教師操作軟硬設(shè)備。統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一調(diào)度、及時(shí)響應(yīng)和服務(wù)[6]。

7.7中央空調(diào)系統(tǒng)

采用中央吊頂空調(diào)系統(tǒng)，主要包含室外機(jī)、室內(nèi)機(jī)、電路（教室室內(nèi)機(jī)阻燃電源線，符合國標(biāo)室內(nèi)機(jī)阻燃電源線、室外機(jī)阻燃電纜線）、室外獨(dú)立配備電箱（需要做好防水設(shè)置及安全標(biāo)識(shí)）以及室外機(jī)基礎(chǔ)（混凝土條形基座）等，空調(diào)出水管單獨(dú)安裝在走廊橋架上。

8 智慧教室桌椅

針對(duì)“智慧課堂”的特點(diǎn)，課桌根據(jù)需要既可以按傳統(tǒng)排列，也可作為小組討論時(shí)候拼裝組合。常用桌椅布局有“圓桌式”“秧苗式”及混合式[4]，圓桌式布局多應(yīng)用于小組協(xié)作學(xué)習(xí)，能夠縮短師生的物理空間距離，提升課堂活動(dòng)參與的效果[8]，秧苗式布局則多應(yīng)用于課堂講授，以知識(shí)傳遞為主。桌椅進(jìn)行專業(yè)化設(shè)計(jì)，材料采用符合國家環(huán)保檢測(cè)報(bào)告的材質(zhì)，椅背為特殊支撐材料，符合人體工學(xué)，久坐也不會(huì)感到疲勞。

移動(dòng)拼接會(huì)議桌椅：通過簡單的展開、移動(dòng)，可調(diào)整出適合培訓(xùn)、會(huì)議、上課等多種不同需求空間，折疊后的產(chǎn)品可堆放從而節(jié)省空間，鋼木結(jié)構(gòu)，帶書包架，桌面可折。分為長條形移動(dòng)拼接會(huì)議桌、扇形移動(dòng)拼接會(huì)議桌，可以隨機(jī)拼接。智慧組合桌椅：采用三角形、梯形進(jìn)行拼接，也可以固定，一般拼接一桌可以坐6個(gè)人。二聯(lián)學(xué)生桌椅：采用二聯(lián)學(xué)生桌椅，使教室可容納更多學(xué)生位，方便后期安排教學(xué)、競賽、考試等教學(xué)活動(dòng)。

9 智慧教室裝修

教室裝修主要包括：鋁天花吸音吊頂、吊頂燈光、講臺(tái)木質(zhì)背景、墻面基層、墻面環(huán)保硅藻泥、復(fù)合強(qiáng)化地板、窗簾盒、電動(dòng)窗簾等。

本次工程板材均采用阻燃板材且符合E1環(huán)保等級(jí)，電線材料為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的阻燃BV線，其中隱蔽工程中涉及設(shè)備線路與電源插座進(jìn)行開槽預(yù)埋線管暗敷。插座：大、中教室每個(gè)立面需安裝（兩相電）五孔插座四個(gè)，小教室每個(gè)立面需安裝（兩相電）五孔插座兩個(gè)，按照在合適的高度，間距1米以上均勻分布。

10 結(jié)論

本次我校的22間智慧教室已建設(shè)完畢，經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的使用，各種教室發(fā)揮了預(yù)計(jì)的作用，師生們反映良好。在使用過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如微信掃碼開機(jī)有時(shí)會(huì)受網(wǎng)絡(luò)問題發(fā)生延時(shí)，從而影響開機(jī)。因此，需要配備多種開機(jī)模式，例如使用一卡通及人臉識(shí)別進(jìn)行開機(jī)。未來會(huì)考慮建進(jìn)一步完善物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行基于通信網(wǎng)絡(luò)的集中式空調(diào)遠(yuǎn)程監(jiān)控[9]，增加人臉識(shí)別開機(jī)功能[10]。

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【通聯(lián)編輯：王力】