基于課表聯動的多媒體教室信息化管理系統建設

刁叔鈞

(五邑大學 實驗室與設備管理處，廣東 江門 529020)

目前高校普遍建設了數字化、網絡化教學環境，如何充分利用這些環境實現多媒體教室(實驗室)的綜合管理被提到了議事日程[1-2]。通過廣泛調研，五邑大學確立了具有實用性、經濟性、先進性的網絡多媒體教室信息化管理系統的建設項目[3-5]。該系統是具有遠程控制狀態反饋的網絡型集中控制系統，采用了先進的互聯網技術和多媒體技術，對重要設備的運行狀態、教室設備的使用等都通過網絡進行集中監測和管理，并結合先進的課表聯動管理理念，構建出21世紀全新的現代教學管理模式。

1 多媒體教室信息化管理系統的功能分析

為了改善學校教學環境，五邑大學于2013年新建了一棟22層教學樓，共有容納200人的多媒體教室40間，容納100人的多媒體教室9間，全自動錄播教室1間。為了解決多媒體教室管理與管理隊伍人員缺乏的矛盾，加強多媒體教室的維護和管理，五邑大學建立了基于課表聯動的多媒體教室信息化管理系統[3，6]，其功能分析如圖1所示。

圖1 多媒體教室信息化管理系統功能分析

1.1 組網連接方式

根據目前網絡化的普及以及使用的需要，該多媒體教室管理系統的中央控制系統采用TCP/IP協議，在標準的以太網絡中運行，充分利用了局域網組網靈活、安全穩定的特點，將所有的多媒體控制主機通過局域網連接在一起，通過服務器管理軟件統一監控管理。局域網通信可以很好地確保多點多發的數據連續、完整地在教室與總控制室之間傳遞[2，3]。

教室的控制主機采用32位可編程處理器作為控制核心，每一間教室可以自成系統，獨立完成教室內設備開關、信號切換等功能，同時可以通過網絡對每一間教室的設備進行狀態監控和管理[4]。

1.2 設備狀態的自動監控、記錄、存儲

總控制室服務器具有遠程以及跨網段實時監測功能，教室中控將采集到的本教室設備使用信息及時上傳到總控制室服務器，同時采用直觀的雙屏界面顯示各個設備的運行狀態以及講臺門禁系統的開/關狀態。系統可以記錄每一間教室的設備使用情況、故障情況，可以根據用戶需要生成設備使用記錄表以及故障統計表，能夠將所有的設備動作發生的時間精確地記錄下來，并存儲于服務器內，為設備資產統計提供準確的數據支持。

當系統出現非法數據，如設備異常斷開，主機異常斷電等狀況，總控制室服務器監測軟件將實時發出聲光報警，提示值班人員檢查。該管理系統能提供講臺前門、后門、中門門禁檢測數據功能，也能夠即時、準確反映講臺前、后門的打開或關閉狀態。當有人使用暴力撬開講臺前、后門時，即可通過網絡觸發總控制室報警設備。監控信息采用數據庫管理，方便查詢與統計。本管理系統具有第三方拓展功能，可以通過RS-232或者485協議與校方現有的安防系統無縫鏈接。

1.3 IC卡遠程管理系統

本管理系統要求與校園“一卡通”完全兼容，并與校園卡數據管理中心連接。所有教師校園卡的授權信息需要存儲在教室終端的IC卡讀卡器中，可以存儲24周的課表和2 016名上課教師的信息，便于在網絡不通暢的情況下保障教學的順利實施。

管理系統將使用人的IC卡分為：

(1) 管理員卡(萬能卡)：其使用不受時間和教室地點的限制；

(2) 用戶卡：根據教務排課系統自動鏈接數據生成，按授課時段、規定教室方可刷開講臺門鎖的校園卡；

(3) 臨時卡：由總控制室發放，指定授權時段、指定教室方可刷開講臺門鎖的臨時IC卡。

IC卡遠程管理系統實現人性化管理。IC卡刷卡可開啟講臺門禁，當下課時教師將講臺雙側門關閉后，多媒體教學系統亦自動關閉。

IC卡讀卡器具有較大的存儲功能，可以存儲一個學期的開鎖授權以及刷卡記錄。所有教室講臺門禁的開關時間都有記錄，并可實現按卡號、教室、時段等分類統計查詢和打印相關報表，同時還可將有關記錄以Excel形式導出，用于相關教學信息數據分析。

1.4 IP電話通信系統

新建教學樓共有50間多媒體教室，這些教室分布在不同樓層。為充分利用現有的網絡資源，多媒體教室信息化管理系統采用IP電話作為總控制室與教室的聯系工具。每間教室配置1臺IP電話，并且不與講臺門鎖關聯，教師可以方便地與總控制室取得聯系以獲得幫助。由于總控制室擁有50間多媒體教室的設備控制權限，絕大多數情況下，管理人員在總控制室服務器端就可以方便地解決教室各類設備出現的使用問題而無需到現場，大大降低了人力資源成本。

1.5 圖形化界面管理方式

為了增加數據的可讀取性，系統采用圖形、字符、數表3種方式顯示網絡中控系統的即時狀態，配合雙屏軟件界面的顯示，使所有教室狀態可以在一個頁面完整顯示。圖形化的信息包括教室的網絡通信、投影機開關、電腦開關、無線話筒使用情況以及講臺門禁開關等重要設備的使用狀態。該軟件界面也可以同步安裝在保衛值班室。由于界面友好、操作簡單，不需要安保值班人員掌握專門的計算機知識。

1.6 教師使用教室情況統計

該管理系統具有教室使用情況的統計功能，記錄信息包括教師的刷卡時間、講臺門鎖的開關時間、投影機等設備的使用時間，可以對各教室進行一個學期的分時段使用頻率統計。系統的自檢程序可以在幾分鐘內完成多媒體教室的設備檢測，自動診斷中控、投影機和電腦等設備的故障，自動顯示、記錄故障情況，并以數據庫的形式入庫管理。以上數據都以數據庫的形式存儲于服務器內，可根據需要生成Excel表格用于各種教學數據分析等。

1.7 可精確管理的公共廣播系統

以往學校的公共廣播系統大多采用分區廣播的形式，例如對某一樓層或固定的某幾間教室進行廣播，但不具有任意教室組合廣播的功能。五邑大學新教學樓多媒體教室分別位于2到11層樓，為了播放緊急通知、考試指令、課間音樂和上下課鈴聲，多媒體教室建設了精確控制的公共廣播系統，在總控制室通過可編程中央控制系統和觸摸屏，對多媒體教室進行精確的公共廣播，既可以同時廣播，也可以對一間或任意組合的幾間教室特定廣播，實現個性化、多用途、受益面廣的廣播功能。

2 多媒體教室信息化管理系統的建設

五邑大學多媒體教室信息化管理系統建設項目從物理結構上可劃分為多媒體教室建設與總控制室建設兩部分。其中多媒體教室建設又可分為普通多媒體教室與精品課程錄播教室兩部分。

2.1 普通多媒體教室的建設

普通多媒體教室主要由網絡中控系統(含多媒體網絡中控和桌面控制器)、計算機及多媒體教學系統、教學顯示系統、擴聲系統、多媒體安全防盜系統、IP電話、IC卡讀卡器等幾部分組成。每個教室以多媒體網絡中控為核心，將投影機、投影幕、功放音箱等信號源有機結合起來，實現對各類設備的控制管理以及信號切換等功能。普通多媒體教室的功能有課表聯動、集中控制、安全聯鎖裝置、獨立IP電話和公共廣播。

2.1.1 課表聯動

依據已有的校園IC卡，通過與教務排課數據結合，管理系統實現了課表聯動授權功能，依據課表對任課教師使用多媒體教室進行授權。只能憑借排課的教師校園IC卡在規定的上課時間段才可以打開該教室多媒體中控臺(講臺)門鎖。IC卡授權信息包括教師姓名、IC卡號，上課的時間(周數、節數)及地點。授權數據下載于教室的中央控制器中，便于IC卡可以在脫網狀態下運行，以保障在校園網或服務器出現故障時能正常開啟講臺。課表聯動授權查詢如圖2所示。

圖2 課表聯動授權查詢

2.1.2 集中控制

上課教師通過中控面板的按鍵，可以對教室中的各類多媒體設備進行集中控制，如設備的供電控制、投影機的開關、電動屏幕的升降、多類媒體設備信號的切換等。教師面對的只是單一的控制界面，操作方便，并且不受網絡連接的限制。

多媒體網絡中控是該管理系統的核心設備，它的先進性、穩定性是實現系統功能的關鍵。中控系統必須具備以下功能特點：

(1) 低功耗、高穩定性，支持24小時不間斷工作；

(2) 支持多種報警設備的接入，支持投影機斷線報警、門禁異常開啟報警、計算機及顯示器斷線報警等功能，支持本地報警和網絡報警功能；

(3) 強電與弱電分離，由網絡中控主機通過串口控制電源箱的開關實現，將中控內部的電磁干擾降到最低，保障中控系統的穩定運行。

2.1.3 安全聯鎖裝置

管理系統具有延時斷電保護以及可編程控制的順序開關功能。講臺門鎖開啟時，所有設備時序加電；門鎖關閉時，電動屏幕自動升起，同時關閉教室計算機、投影機(延時3～5 min)和設備總電源。時序通斷可以避免設備同時開啟對開關電源帶來的安全隱患。

2.1.4 獨立IP電話

每間教室都配有獨立網線的IP電話，利用網絡實現教室與總控制室直接對講功能。由于電話系統使用單獨的網線工作，計算機或中控系統出現故障時不影響IP電話系統的使用。

2.1.5 安防報警設施

通過配置全鋼防盜講臺，配置安全門磁，防止講臺內貴重設備被盜；投影機通過中控主機的斷線報警接口，實現投影機斷線報警防護功能。

2.1.6 公共廣播

每間教室配置公共廣播系統，它獨立于教學擴音系統，用于播放通知、課間音樂和上下課鈴聲等。

2.2 精品課程錄播教室的建設

精品課程錄播教室的功能是將授課教師的多媒體課件與授課現場場景進行實時切換、同步采集和錄制，并合成為多媒體課件。它具有直播、錄制、編輯、點播等功能，錄制課件的畫面組成方式靈活多樣，可實現網上同步直播，也可實時存儲在服務器上供用戶后期點播調用。精品課程錄播教室除具有普通多媒體教室的功能外，還具有課堂錄制、自動/手動導播、內網直播和網絡點播功能。

2.2.1 課程錄制功能

精品課程錄播教室首先是多媒體教室，中央控制器可以控制教室內的所有設備，包括臺式計算機、教師自備筆記本電腦、數字展臺等。這些設備都采用VGA接口，可以根據實際教學需要，通過中央控制器把信號切換到多畫面錄播主機中。多畫面錄播主機支持3路視頻、1路VGA及音頻輸入，通過多畫面錄播主機實現學生場景、教師場景及多媒體課件同屏顯示，而非畫中畫模式。教室教學場景及教師講課的聲音通過多畫面錄播主機進行實時錄制及網絡直播。多畫面錄播主機能以大于25幀/s采集壓縮1024×768分辨率的VGA信號，實現對投影機顯示內容的實時采集。

系統的講臺全景攝像機保證教師在多個區域移動中實現不同景別的變換，并可實現整個教學過程的視頻圖像全自動錄制。學生發言跟蹤攝像機支持多個拍攝預置位的設置，授課過程中可拍攝學生全景圖像，當師生互動時可自動切換到學生特寫圖像，實現學生在整個教學過程中視頻圖像的全自動錄制。該系統也支持攝像機的手動調整方式，各組畫面與講課的聲音同步錄制下來，能夠全面、立體、真實地再現講課的全過程。

2.2.2 自動/手動導播功能

全自動多畫面錄播系統操作簡單，可以本地手動操作，也可以自動化控制，或由總控制室遠程集中控制。該系統通過網絡對錄播主機進行管理，控制攝像機上下左右搖動及變焦等動作，實現教學直播、點播及網絡資源上傳、下載、資源管理等功能，也可對所錄制的精品課文件添加索引和課程信息、進行資源檢索等再處理工作。

2.2.3 網絡直播和點播功能

系統具有網絡直播和點播功能，支持在校園網內直播；能夠通過組播的方式在校園網環境內播放。系統直播能夠支持多種格式的電子文檔，包括PPT文件，PDF文件，Word文件，Execl文件，CAD文件、各種圖片文件和視頻文件等。

2.3 總控制室的建設

總控制室的建設包含了顯示系統、管理系統、安防監控系統、語音對講系統以及公共廣播系統等的建設。通過總控制室的建設，可以集中控制管理多媒體教室的設備，實現設備參數配置、設備運行狀態監控、資產管理、遠程維護等功能。

2.3.1 一卡通管理

通過與校園卡人事信息、教務處課表的對接，對授課教師的校園卡進行開啟講臺門鎖的授權管理(見圖3)，并以數據庫的形式將任課教師上下課信息記錄下來。只有在規定的時間和相對應的教室內，任課教師才可以用自己的校園卡正常刷卡上課。

圖3 校園卡授權

2.3.2 多媒體教室管理

系統基于標準以太網，通過TCP/IP協議實現遠程網絡控制和跨網段實時監測功能。總控制室能夠利用網絡遠程配置各種設備參數，能夠遠程實時監測多媒體教學設備的運行狀況，及時發現故障和隱患。特殊情況下，也能通過校園網對多媒體教學設備進行獨立和聯動控制。管理軟件提供了簡單直觀的控制界面，可以直接對選定的一間或多間教室的設備進行操作，包括投影開關，幕布升降，音量調節等。

總控制室還可遠程打開各教室講臺門鎖。對教室講臺的開鎖關鎖、讀卡器遠程授權、掛失卡和替換卡的管理，都可以在總控制室的服務器上實現。

該管理系統能遠程、準確、快速地搜集計算機、投影機的軟、硬件信息，及時形成并輸出資產報表(Excel格式)，使學校快速、準確地掌握本校多媒體設備資產狀況。系統的遠程監測功能可讓管理員快速、準確地掌握多媒體教室內設備狀況，除了可以進行基本的信息收集外，還可實現分組別、按條件查詢。報表輸出等高級管理統計功能，大大提高了該系統的管理效率[5-7]。

2.3.3 安防報警功能

多媒體教室網絡中控具有安防報警接口，可實現多種監測、斷線保護等報警功能。若有警情發生，在總控制室內會自動彈出報警信息并將故障記錄在案。

2.3.4 IP電話功能

總控制室配置2臺IP電話，總控制室管理人員與教師之間可隨時進行語音交流，并提供遠程幫助。IP電話系統獨立工作，不依賴計算機或網絡中控。當教師遇到困難和問題時，可隨時通過IP電話向總控制室求助。在實際運行管理中，90%的教室管理問題都可以通過IP電話溝通和遠程控制來解決。

2.3.5 公共廣播

在100人的多媒體教室，每間配置1只10 W音箱，200人的教室每間配置2只10 W音箱。總控制室配置功放及自動播放主機。總控室配置的智能廣播控制系統，可以精確控制每一間教室音箱的開關，以實現廣播的特定播放。

3 結束語

五邑大學基于課表聯動的多媒體教室信息化管理系統已經投入運行了`一年，實現了全部設計功能，而總控制室的校方管理人員僅為2人。由于該項目技術方案具備可擴展性，學校計劃將原有的40間多媒體教室的管理也歸入該信息化管理系統中。該建設項目的實用性、經濟性、先進性的建設原則得到了實現。

[1] 張一春，馬青玉，徐偉，等.打造智能化、信息化、人本化的多媒體教學環境：南京師范大學多媒體教室信息化管理的創新與實踐[J].現代教育技術，2011(9):70-74.

[2] 張愛平，張魁武，張長江，等.高校多媒體教學網絡化、數字化、信息化管理的實現與應用[J].中國現代教育裝備，2013(24)：20-22.

[3] 葛昂揚.多媒體教室群控管理系統的設計與實現[J].實驗技術與管理，2006,23(1):63-79.

[4] 汪新平,李兆華，宋保軍，等.多媒體與網絡教室信息管理系統的開發[J].實驗室研究與探索，2007，26(11)：62-66.

[5] 竺如生.基于校園網的多媒體教室管理信息系統的設計與實現[J].中國現代教育裝備，2010(23)：66-68.

[6] 陳金玉.基于項目管理的多媒體教室教學設備管理系統建設探討[J].中國教育信息化，2007(1):62-64.

[7] 吳鵬，顧海明.多媒體教室管理系統的設計與實現[J].青島科技大學學報：自然科學版，2003(3)：267-269.