新型常態(tài)化智慧教室設計概述

趙順勇

寧波職業(yè)技術學院 浙江 寧波 315000

引言

以實際需求為導向，圍繞“智慧教育信息化”的建設要求，按照以信息化管理中心為中心點，各教學樓及教室為基點，進行本校教室創(chuàng)新教學模式構建。教育信息化支撐環(huán)境，實現(xiàn)可促進教學水平跨越式的發(fā)展。

并采用統(tǒng)籌規(guī)劃，頂層設計的方法，依托于管理平臺進一步整合全校教育資源和應用，打造技術先進、公平開放、資源豐富、安全可靠的資源共享平臺。

利用智慧教學先進理念，進一步促進教學模式的轉變，促進本校教育信息化改革，以智慧教育教學為理念指導，結合國內外先進教學方式方法，依托于大數(shù)據(jù)，人工智能等先進的科學技術深入融合到智慧教學中。加快高效智慧教學飛速發(fā)展。

1 實現(xiàn)目標

以計算機技術、電子技術、通信技術為代表的高新技術的發(fā)展，為學習方式帶來了前所未有的變革，能夠滿足本校未來五年的發(fā)展規(guī)劃，設計原則必須滿足、模塊化原則、互動性原則、易用性原則、便利性原則、穩(wěn)定性原則、兼容性原則以及先進性原則。從而打造多功能的智慧管理平臺以及智慧錄播教室。

建設統(tǒng)一的管理中心，實現(xiàn)全校所有教室統(tǒng)一管控；將學校傳統(tǒng)教室打造成智慧教室，能夠實現(xiàn)教學場景錄制、課堂學情分析等；已經(jīng)建設好的錄播教室做功能升級，在利舊的前提下做教室功能改造；多種錄播教室建設模式配合使用。

實現(xiàn)各個教學點互聯(lián)互通，實現(xiàn)資源共享，同上一堂課共享一名師。

通過全校建設的實施，創(chuàng)新教學模式、培育全新教學理念、構建全新教師角色、完善新的學習工具、開拓新的辦學模式，通過教育信息化起步、應用、融合、創(chuàng)新的四個階段，利用信息技術驅動教育教學創(chuàng)新。

以校級為個體單位實現(xiàn)雙向互動教學，多點同步教研，學校教師備課、觀摩、評課等桌面式網(wǎng)絡教研的功能，通過校級平臺數(shù)據(jù)交換中心，實現(xiàn)多個校區(qū)的音視頻實時互動，同時可作為教學視頻會議系統(tǒng)，多所學校校園安全視頻信息實時瀏覽。

管理中心主要存放平臺服務器、直播、點播服務器、存儲服務器等支撐，通過智慧課堂管理平臺實現(xiàn)教室間實時互動、同步直播、點播、教學實況錄制、遠程督導教學等。

實時進行直播，以供教學觀摩，開展智能化，全交互網(wǎng)絡化教學，實現(xiàn)本校可視化教學教研，實現(xiàn)遠程教育會議，實現(xiàn)教師交流，實現(xiàn)師生互動，教育資源共享，實現(xiàn)教育均衡化。

系統(tǒng)平臺采用接口開放原則，可將原有學校錄播教室，校園平臺同時接入，實現(xiàn)全區(qū)域教育信息化設備統(tǒng)一管理[1]。

2 主要特點

2.1 易管理

①課表自動錄制，降低學校老師錄課的工作負擔：能夠采用自動錄制機制，減少人為控制，與課表對接后，可是根據(jù)學校的排課進行錄制，并且自動上傳、自動歸類②支持手機、平臺實時巡課，可以支持在線三分屏、二分屏、電影模式等方式進行巡課。

2.2 易用性

支持移動端微信端小程序功能，能夠實現(xiàn)課堂互動、督導巡課、直播、點播、考勤、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等應用，并且在使用形式上采用了大眾普遍使用的微信端，無須安裝，避免了師生安裝過多且煩瑣的APP的煩惱。

2.3 互動性

通過智慧課堂教室端，可以實現(xiàn)、學生互動、云直播、局域網(wǎng)直播、簽到移動端應用等功能，增加多功能的使用場景，無論學生是否到校上課，都可以實時聽講，并且與任課教師進行互動。

2.4 兼容性

①數(shù)據(jù)互通：實現(xiàn)大平臺統(tǒng)一接入學校分散、獨立的教學系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通互聯(lián)。②支持雙重備份優(yōu)質教學資源、相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)等有效數(shù)據(jù)具有備份存儲功能，本地數(shù)據(jù)中心服務器存儲，云端數(shù)據(jù)交互中心存儲。

2.5 智能學情分析

通過人臉識別技術，實現(xiàn)智能學情分析，能夠將學生在上課時的聽講狀態(tài)有效統(tǒng)計，通過分析學生的低頭、抬頭等動作，有效捕捉學生聽課的狀態(tài)，對學情督導，學習質量提高有重要的數(shù)據(jù)支撐，最終幫助學生提高學習成績，提高課堂效率。

2.6 智能考勤

通過人工智能人臉檢測算法，裝在教室內的攝像機會識別出教室內的學生人臉，然后通過人臉識別算法進行識別比對，進而實現(xiàn)人臉識別考勤功能。

2.7 可視化大數(shù)據(jù)分析

實現(xiàn)對課件點擊量、課件錄制量、學生學習數(shù)據(jù)、設備管理數(shù)據(jù)進行排行榜統(tǒng)計，將大數(shù)據(jù)分析進行可視化展示，促進教學評比，師生使用主動性。

3 前端教室功能設計

教室具有音頻系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)錄播系統(tǒng)等功能，能夠實現(xiàn)常規(guī)教學、翻轉課堂、課堂互動教學活動以及拓展型教學等。

教室前端配置兩臺云臺攝像機，能夠采集到教室內的教師、學生畫面，可以自動錄制生成優(yōu)質資源、學生學情的統(tǒng)計分析。錄制好視頻資源可以通過網(wǎng)絡傳輸為介質，通過管理平臺將優(yōu)質資源共享給其他師生進行在線學習、觀摩等。

3.1 AI智慧教室

3.1.1 智慧錄播系統(tǒng)。智慧錄播系統(tǒng)是優(yōu)質資源生成的重要手段，系統(tǒng)設計結構精簡，集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理于一體，采用通用的H.264 +AAC高效硬件編碼技術，信號傳輸質量高；結合模塊化設計，實現(xiàn)高清視頻信號、計算機屏幕信號的編碼壓縮、傳輸錄制、網(wǎng)絡直播等功能，還提供WEB管理方式，方便、直觀地查看信息，具有出眾的導播定位一體化性能，系統(tǒng)均能準確無誤地采用不同策略進行自動跟蹤拍攝。

3.1.2 名師優(yōu)課制作。全面上解決教育所需，匯聚教育資源、共享教育核心，拉近各校區(qū)之間的教育水平，從體制到應用上提供實質性方案。在學校中優(yōu)秀教師可以采用制作優(yōu)課的形式將自己上課的課件進行課后的編輯，形成具有獨立特色的課程資源，通過網(wǎng)絡共享給大家，并可參與課程評比。優(yōu)課制作是一種新型的教學資源形式，不局限于固定的人員、地點和設備，教師可以人人隨時制作優(yōu)課，突破傳統(tǒng)教育的時空限制，更加便于教學資源的建設。學習者能在任何時間、任何地點以任何方式學習任何內容，簡單高效，隨時隨地。從優(yōu)課的錄制、制作、應用三方面入手，精細研究優(yōu)課的編輯制作、管理展示和后期應用需求；以資源建設和觀看為核心，提供從生成、編輯、上傳、共享和教學的全流程管理。

3.1.3 翻轉課堂。憑借優(yōu)課制作的支持，形成新型的教育模式“翻轉課堂”，顛覆傳統(tǒng)的教學思維模式讓學生更富有學習興趣，通過優(yōu)秀教師錄制的優(yōu)課微視頻，為學生提供課前輔導學習，并在上課時對學習內容進行提問及輔導[2]。

3.2 拓撲圖設計

設計一體化智慧錄播系統(tǒng)，由智慧教室和控制室組成。

AI智慧教室選用國內主流的硬件產品，保證可迅速適應網(wǎng)絡視頻應用的需求，在教室的前端可配備推拉式黑板，便于學生觀看教師授課的PPT、視頻等文件。教師講臺上配備教師計算機，便于教師授課時操作相關課程內容。通過智能攝像機，分別負責對教師、學生的跟蹤拍攝。攝像機采集的視頻信號傳送至多功能教學終端，進行高清優(yōu)質課件的錄制。聲音通過麥克的采集方式經(jīng)音頻處理器把音頻信號輸送給多功能教學終端，以保證聲音真實展現(xiàn)課堂場景。

3.3 物聯(lián)網(wǎng)中控系統(tǒng)

3.3.1 本地控制。我們的中央控制系統(tǒng)由中央控制主機（網(wǎng)絡中控）、控制面板組成。各部分之間用通信電纜相連，構成一個控制系統(tǒng)。其中控制面板是本地指令發(fā)送中心，中央控制主機則是指令接收和執(zhí)行機構。教師通過桌面控制器控制中央控制器從而實現(xiàn)對連接于其上的多媒體外設的控制，真正實現(xiàn)“所見即所控”。

3.3.2 網(wǎng)絡控制。采用最先進的網(wǎng)絡技術，配合控制室端管理平臺（原管理系統(tǒng)），運用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡控制。該方法采用廣泛應用的成熟的互聯(lián)網(wǎng)，從而使系統(tǒng)控制實現(xiàn)與網(wǎng)絡的緊密連接，實現(xiàn)了系統(tǒng)控制的靈活性和多樣性。

多媒體網(wǎng)絡中央控制系統(tǒng)軟件，是網(wǎng)絡控制指令的發(fā)起者，主控室管理主機發(fā)出的指令封裝成標準TCP/IP協(xié)議包，通過校園網(wǎng)傳送到相應控制節(jié)點（教室端的中央控制器），從而控制連接到中央控制器的多媒體外設。系統(tǒng)基于校園網(wǎng)，沒有位置的概念，只要能連上校園網(wǎng)后即可實現(xiàn)控制?？刂乒?jié)點收到TCP/IP協(xié)議控制的指令后，中央控制器執(zhí)行相關的指令控制相應的設備完成控制。通過該控制軟件可實現(xiàn)遠程開關/喚醒網(wǎng)絡中控器，遠程控制投影機和影音設備等等。通過網(wǎng)絡管理平臺真正實現(xiàn)“遠在千里，控在指間”[3]。

2 結束語

通過解決高校智慧教室發(fā)展中遇到的難題，不斷創(chuàng)新和探索，才能讓智慧教室這種新型的教學模式不斷發(fā)展普及。同時，高校的智慧教室建設更需要學校充分地理清自身教學需求，根據(jù)自身需求不斷完善和創(chuàng)新，靈活地調整智慧教室。