智慧教室管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)探析

李偉　康樂　劉凱　朱鸝　楊衛(wèi)社

摘要：在新的時代背景下，智慧教室管理系統(tǒng)成為現(xiàn)代教育領(lǐng)域中的重要組成部分。隨著科技的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)的普及，教育信息化已經(jīng)成為推進教育現(xiàn)代化的主要手段。智慧教室管理系統(tǒng)通過整合各種教育資源和信息化技術(shù)，為教育教學活動提供更加便捷和高效的管理方式。它不僅可以提高教育教學質(zhì)量，提升教育教學水平，還可以提供個性化教學服務(wù)，滿足不同學生群體的需求。文章主要從智慧教室管理系統(tǒng)的價值優(yōu)勢出發(fā)，具體分析論述了智慧教室管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，以期能夠提升智慧教室管理系統(tǒng)的效率和智能化水平，進一步推動教育信息化的高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智慧教室；管理系統(tǒng)；功能結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）13-0063-03 開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID） ：

在新的時代背景下，教育信息化成為教育發(fā)展的重要方向。作為教育信息化的重要組成部分，智慧教室管理系統(tǒng)對提高教學質(zhì)量、促進教育均衡發(fā)展和個性化教育具有重要意義。智慧教室管理系統(tǒng)通過運用信息技術(shù)手段，實現(xiàn)對教室環(huán)境、學生行為等各方面的管理與監(jiān)控，提高教育教學效果和管理效率，可為教育信息化的推進提供有力支持。智慧教室管理系統(tǒng)通過整合各種教育資源和信息化技術(shù)，為教育教學活動提供更加便捷和高效的管理方式。

1 智慧教室管理系統(tǒng)的價值優(yōu)勢

在教育領(lǐng)域，智慧教室管理系統(tǒng)通過利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化手段，實現(xiàn)對教育教學過程的智能化管理和優(yōu)化，提高教育教學的質(zhì)量和效率。智慧教室管理系統(tǒng)可以實時監(jiān)測學生的學習情況，給予幫助和指導。同時，可以收集和分析學生的學習數(shù)據(jù)，根據(jù)學生的學習情況進行個性化輔導[1]。智慧教室管理系統(tǒng)還能方便教師對學生的考勤、成績和行為進行監(jiān)控和管理。

2 智慧教室管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

智慧教室管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)主要包括班級管理、考勤管理、學生管理和平臺管理等主要方面。

2.1 班級管理

學習環(huán)境，提供全方位的教育和學習服務(wù)。在智慧教室管理系統(tǒng)中，通過班級管理，教師可以方便地管理和查看各個班級的信息。在這個模塊中，可以實現(xiàn)班級的創(chuàng)建、編輯和刪除等功能。教師可以通過班級管理模塊查看班級的基本信息，如班級名稱、班級人數(shù)、學生名單等。教師還可以在該模塊中進行班級信息的修改，如調(diào)整學生的分組和添加新的學生。學生可以通過班級管理模塊查看自己所在的班級信息，如班級名稱和教師信息。

2.2 考勤管理

傳統(tǒng)的考勤方式需要學生手動簽到或通過刷卡等方式進行記錄，容易出現(xiàn)考勤數(shù)據(jù)的不準確和考勤過程的煩瑣等問題。而在智慧教室管理系統(tǒng)中，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，可以實現(xiàn)全自動的考勤管理。智慧教室管理系統(tǒng)在考勤管理方面大大減輕了教師和管理員的工作負擔，實現(xiàn)了考勤管理的自動化和智能化。通過實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，可以更準確地判斷學生的出勤情況，提供更及時的反饋和干預措施。此外，智慧教室管理系統(tǒng)還可以與家長端和學生端進行對接，家長和學生可以通過手機或電腦等終端查詢學生的考勤情況，增強家校合作和信息共享。

2.3 學生管理

通過學生管理模塊，學?？梢詫崟r掌握學生的信息。學生管理模塊還可以用于學生的課程安排、課程表的生成、考試安排等。對于學生而言，可以借助學生管理模塊查詢和管理自己的個人信息，了解自己的學習情況和考試安排。智慧教室管理系統(tǒng)還支持學生在線學習，學生使用系統(tǒng)可以在線提交作業(yè)、查看教學資源、參與在線討論等。教師可以及時對學生的學習情況進行監(jiān)督和評估，提供個性化的教學輔導。智慧教室管理系統(tǒng)為學生管理提供了更高效、便捷的解決方案。通過學生管理模塊，學校可以更好地管理學生，提高學生的學習效果和學習積極性[2]。

2.4 平臺管理

通過平臺管理，可以實現(xiàn)對整個智慧教室系統(tǒng)的集中監(jiān)控和管理，對智慧教室管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一的管理和調(diào)度，實時獲取設(shè)備運行狀況和教室使用情況，確保教室設(shè)備的正常運行和教學活動的順利進行。平臺管理可以對智慧教室系統(tǒng)中的各種設(shè)備進行管理，例如終端設(shè)備、傳感器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。還可以實現(xiàn)設(shè)備的注冊、配置、狀態(tài)監(jiān)控等功能，確保設(shè)備的正常運行。平臺管理還可以對智慧教室系統(tǒng)中的各種用戶進行管理，例如教師、學生、管理員等。通過平臺管理，可以實現(xiàn)用戶的注冊、登錄、權(quán)限分配等功能，確保系統(tǒng)的安全性和可靠性。平臺管理還可以對智慧教室系統(tǒng)的整體運行進行管理，例如系統(tǒng)的部署、配置、監(jiān)控等，以保證系統(tǒng)的高效運行和穩(wěn)定性。智慧教室平臺管理如表1所示。

3 智慧教室管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

智慧教室管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境控制、大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)考勤管理、云計算技術(shù)實現(xiàn)行為分析、人工智能技術(shù)實現(xiàn)權(quán)限管理等。

3.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)環(huán)境控制

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是實現(xiàn)智慧教室管理系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實現(xiàn)教室內(nèi)各種設(shè)備的互聯(lián)互通。智慧教室管理系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過物理設(shè)備、傳感器、軟件和網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)手段，將各種物品連接起來，實現(xiàn)信息的感知、通信、處理等功能。在智慧教室管理系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應用于多個方面，例如溫濕度傳感器可以監(jiān)測教室的溫度和濕度、智能燈光可以自動調(diào)節(jié)照明亮度、智能窗簾可以自動調(diào)節(jié)遮光程度等。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智慧教室管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對教室環(huán)境的精確控制，提高教學效果和學生的學習體驗[3]。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以實現(xiàn)遠程監(jiān)控，教師和管理員可以通過手機或電腦隨時監(jiān)控教室環(huán)境，并進行相應的調(diào)整和控制，這樣不僅提高了教室管理的效率，還能夠節(jié)省能源和資源，實現(xiàn)綠色環(huán)保的教室管理。

在智慧教室管理系統(tǒng)中，通過將傳感器安裝在教室中，可以實時監(jiān)測教室的溫度、濕度、光照等環(huán)境參數(shù)。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，傳感器可以與系統(tǒng)連接，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器，系統(tǒng)可以根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)教室的環(huán)境，以提供一個適宜的教學環(huán)境。系統(tǒng)還可以根據(jù)光照傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，自動控制窗簾的開合，以調(diào)節(jié)教室的光線亮度。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實現(xiàn)對教室用電的智能管理，系統(tǒng)可以通過電能監(jiān)測傳感器監(jiān)測到教室的用電量，并與后臺服務(wù)器進行實時通信。系統(tǒng)可以根據(jù)用電量的變化，合理分配電力資源，避免因為教室用電量過大而導致電網(wǎng)負荷過大的情況發(fā)生。

3.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)考勤管理

大數(shù)據(jù)技術(shù)為考勤管理帶來了變革，在智慧教室管理系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的考勤方式容易出現(xiàn)漏打卡、打卡不準確等問題，而利用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以解決此類問題。智慧教室管理系統(tǒng)可以通過設(shè)置相應的設(shè)備和傳感器，實時采集學生的考勤數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)可以記錄學生進入教室的時間、離開教室的時間、學生在教室內(nèi)的行為等。通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的處理和分析，還可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具體的考勤信息，如學生的到勤率、遲到早退情況等。

使用大數(shù)據(jù)技術(shù)，教師可清楚了解學生考勤數(shù)據(jù)，如簽到、簽退時間、請假記錄等，這不僅提高了考勤的準確性和效率，還能及時發(fā)現(xiàn)異常情況，如遲到、早退等，以便實現(xiàn)更為精細化的管理。通過對大量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，可以得出學生的考勤偏好、長期缺勤的原因等，提供給教師和學校進行參考和決策。智慧教室管理系統(tǒng)還可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進行預測和預警，通過對歷史考勤數(shù)據(jù)的分析，可以建立模型來預測學生的考勤情況，并發(fā)出相應的預警提示。借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，智慧教室管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)對學生考勤的智能化管理。通過自動化的數(shù)據(jù)采集、精確的數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理和靈活的數(shù)據(jù)應用，可以提高考勤管理的效率和準確性，進一步優(yōu)化教學管理工作。

3.3 云計算技術(shù)實現(xiàn)行為分析

云計算技術(shù)實現(xiàn)行為分析是云計算應用的重要方向，對于提高云計算平臺的安全性、穩(wěn)定性和服務(wù)質(zhì)量具有重要意義。云計算技術(shù)實現(xiàn)行為分析是指，通過對用戶在云計算環(huán)境中的數(shù)據(jù)和行為進行監(jiān)控和分析，以發(fā)現(xiàn)異常行為、預測趨勢和優(yōu)化服務(wù)。該技術(shù)運用大數(shù)據(jù)處理、機器學習和人工智能等算法，對用戶的操作、訪問、使用等行為數(shù)據(jù)進行深度挖掘和分析，識別出規(guī)律和異常，從而進行決策和響應。同時，云計算技術(shù)實現(xiàn)行為分析還可以幫助教師更好地了解學生需求和行為習慣，優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計和服務(wù)性能。

再者，智慧教室管理系統(tǒng)可利用云計算技術(shù)實現(xiàn)對學生行為的深入分析，為教師提供更全面的教學輔助信息，提高教學效果[4]。在智慧教室管理系統(tǒng)中，云計算技術(shù)可用于實現(xiàn)行為分析，通過采集和記錄學生在教室內(nèi)的行為數(shù)據(jù)，例如學生的活動軌跡、使用設(shè)備的頻率、參與討論的次數(shù)等。對于教師來說，行為分析可以幫助其更好地了解學生的習慣和行為模式，從而更有針對性地進行教學。例如，教師可以觀察到某些學生在課堂上經(jīng)常離開座位，這意味著學生對課程內(nèi)容不感興趣或者難以理解，教師可以根據(jù)相關(guān)信息來調(diào)整教學方法和內(nèi)容。對于學生來說，行為分析可以幫助其更好地了解自己的學習習慣和效率。例如，學生可以通過行為分析了解到自己在課堂上的參與度和專注度，從而找到提高學習效果的方法。同時，行為分析還可以幫助學生了解自己在課堂上的表現(xiàn)和行為是否符合要求，從而培養(yǎng)良好的學習態(tài)度和行為習慣。同時，云平臺還可以對學生的行為數(shù)據(jù)進行匿名化處理，保障學生的隱私安全。

3.4 人工智能技術(shù)實現(xiàn)權(quán)限管理

智慧教室管理系統(tǒng)利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)權(quán)限管理，可以提升教室管理的安全性和便捷性，進而提高教學效果。人工智能技術(shù)為權(quán)限管理帶來了創(chuàng)新，系統(tǒng)可智能識別學生學習習慣，實現(xiàn)精確的權(quán)限分配，還能根據(jù)學生的使用習慣和行為模式進行動態(tài)調(diào)整，從而提高學習效率。人工智能技術(shù)還能檢測并預警異常訪問行為，及時防范潛在的安全威脅。智能化的權(quán)限管理方式既增強了系統(tǒng)的安全性，又為學生提供了更為便捷和個性化的體驗。

人工智能技術(shù)可實現(xiàn)對教室內(nèi)人員的身份識別和權(quán)限控制。攝像頭和人臉識別技術(shù)可對進入教室的人員進行身份驗證，系統(tǒng)可以通過事先錄入的人臉數(shù)據(jù)對進入教室的人員進行識別，并將其與系統(tǒng)中存儲的信息進行對比。只有通過驗證的人員才能獲得相應的權(quán)限，例如進入教室、使用教室設(shè)備等。人工智能算法還可對教室內(nèi)的行為進行分析和監(jiān)控，系統(tǒng)可以識別出異常行為，如未經(jīng)允許的人員進入教室、未經(jīng)授權(quán)的操作等，并通過警報系統(tǒng)進行及時提醒和處理。同時，系統(tǒng)可以根據(jù)教室內(nèi)人員的行為情況，進行智能化的權(quán)限管理，根據(jù)不同的身份和需求，給予不同的權(quán)限。人工智能技術(shù)還可以進行智能化的教室資源管理，通過分析學生和教師的學習和教學行為，了解其對教室資源的需求和使用情況，對教室資源進行合理分配和利用，提高資源利用效率[5]。

4 結(jié)束語

智慧教室管理系統(tǒng)是應對當前教育環(huán)境變革的必然選擇。該系統(tǒng)擁有班級管理、考勤管理、學生管理和平臺管理等功能，可以實現(xiàn)對教室的全方位管理和監(jiān)控。同時，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)和人工智能技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)環(huán)境控制、考勤管理、行為分析和權(quán)限管理等功能。隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和應用場景的不斷豐富，智慧教室管理系統(tǒng)在教育領(lǐng)域?qū)l(fā)揮更為重要的作用。

參考文獻：

[1] 陳麗，郭玉娟，張文梅.“互聯(lián)網(wǎng)+教育” 的世界觀：復雜系統(tǒng)觀[J]. 中國遠程教育，2023，43（8）：7-12，24.

[2] 黃翔. 大數(shù)據(jù)下智慧教室管理系統(tǒng)研究[J]. 電腦編程技巧與維護，2020（11）：90-92.

[3] 陳林. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多媒體智慧教室管理系統(tǒng)研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2023，13（8）：138-140，143.

[4] 張立輝. 基于大數(shù)據(jù)的學生行為分析平臺研究與實現(xiàn)[J].無線互聯(lián)科技，2023，20（3）：56-58.

[5] 劉雄. 人工智能技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)安全的分析[J]. 電子技術(shù)，2020，49（11）：42-43.

【通聯(lián)編輯：張薇】

基金項目：楊凌職業(yè)技術(shù)學院2021 年院內(nèi)科學研究項目“智慧教學運維系統(tǒng)設(shè)計與研究”（編號：ZK21-97） ；楊凌職業(yè)技術(shù)學院2020年人文社會科學基金項目“互聯(lián)網(wǎng)與職業(yè)教育時代下的高職院校校園網(wǎng)優(yōu)化提升研究”（編號：SK20-52）