建設適應高校教學需求的智慧教室及管理系統

方偉峰 朱劍平 陸軍林

【摘要】目前，智慧教室尚處在發展階段，各高校對于智慧教室的建設可謂是百花齊放，很多新興科技正被引入智慧教室建設當中，其中不可避免有部分技術尚不成熟。一些高校在建設中一味追求硬件設備的高精尖，將教室多媒體系統建設的過于復雜，使任課老師在使用多媒體設備時，面臨繁多的操作界面而無所適從，只能依靠專業技術人員幫助才能開啟系統，進行教學工作本文主要是探索建立適合高校實際教學需求的多媒體智能化教室及管理系統，把任課老師從繁雜的操作中解放出來，使之專心致力于課程教育本身。

【關鍵詞】智能化多媒體教室 智能 信息化 遠程控制

1 智慧教室的網絡架構

作為全新概念的智慧教室，視頻方面必須實現每臺攝像機能以4M或更高視頻碼率，傳送回高清/全高清的視頻信號，以滿足錄播/轉播需求。在多媒體教室日常管理和維護方面，還要考慮到計算機主機之間的網絡數據同傳。互動性是智慧教室的關鍵所在，師生之間的互動功能皆建立在強大的網絡基礎上。這些使得我們必須要建立一個獨立的智慧教室專用局域網絡。

1.1 多媒體教室網絡架構

遠程集中式管理是現代各高校普遍采用的多媒體教室管理方式。此種方式以少數管理人員為主，通過網絡遠程控制分布在不同教學樓里的多媒體教室系統。可見，實現這種模式必須具備以下2點：（1）具備相應的網絡環境；（2）具有網絡功能的集中式控制主機。對于建設高校多媒體教室專用網絡，并且要保證高碼率高清視音頻等信號的實時流暢傳輸，最佳方案是建設以光纜為主干的網絡，并在條件允許的情況下，盡可能做到光纖直通教室到達桌面。專網的建設大大便利于多媒體教室大規模、集中式維護，如數據同傳、操縱系統網絡安裝等需依賴網絡的大數據動作可得到實現。作為多媒體教室專網，我們進一步可把計算機的互聯網訪問網絡，與管理需求的視音頻多媒體信號劃分到不同的網絡鏈路中，做到專項專用，防止網絡堵塞。我們在早先的多媒體教室管理中，因網絡條件不夠，把計算機網絡與中控控制網絡、IP電話網絡等連接在同一個網絡中，導致傳輸大容量文件時造成網絡擁堵，從而影響了中控指令無法發送。

1.2 IP地址合理劃分

每一間多媒體教室都會有很多設備需要單獨的網絡地址，如教學電腦、網絡型中控、數字式攝像機、IP電話等。一般高校的教學用機都帶有還原保護卡與配套管理軟件，要能從網絡上對教學電腦進行管理，這就要求在設置靜態IP地址給每臺教學電腦。網絡型中控主機其通信方式也是基于TCP/IP機制，管理人員之所以能在中控室進行遠程控制指定教室，也是因其IP地址固定不變。同理，數字式攝像機、IP電話等設備也需固定IP地址，以保證其地理位置的準確性。如此多的設備都需連接到網絡，而隨著教室數量的不斷擴大，把這些設備放到同一網絡明顯是不合理、不科學的。不管是從管理方面，還是系統穩定方面都會成為一大隱患。那么如何避免此問題呢？在這，我簡單介紹下我校的做法。考慮到更為高效、便捷的管理以及各設備系統之間的互不干擾，并為將來的擴容需求預留足夠的IP地址，我們有必要對教室專網IP地址進行VLAN劃分以滿足不同的設備系統運作需求。對于服務器類設備，如中控服務器，其IP地址可設置在一個VLAN網段，例如172.18.50.*網段；對于IP電話系統，可單獨設置一個VLAN網段，例如172.18.70.*網段；數字攝像機可劃分到172.18.90.*網段；其他系統如需接入網絡可以此類推。如此一來，從軟件方面加以管理，以做到不同系統之間不可相互影響，不僅便于多媒體系統中各設備的管理、維護，也為以后的多媒體教室擴容預留了足夠的IP地址備用。當然這么做只是在交換機上進行了設置，如條件允許完全可以從硬件方面建設多個相互獨立的網絡以實現物流意義上的分離。

2 智慧教室的主要功能定位及系統設備構成

數字信息化在高校的不斷應用拓展，使得各類流媒體數字化信息資源實時交互，這已成為智能化多媒體教室建設的重點。以實現信息實時交互為基礎的可視化遠程管理與控制、精品課程智能錄播、在線教育考核、網絡化遠程聽課與點名、遠程互動網絡教學為主要功能的智慧教室，正逐漸成為智能化多媒體教室建設的方向和趨勢。

2.1 智能化多媒體教室內設備構成

智能化多媒體教室通過計算機、投影機、視頻展臺、無線話筒、功放、音箱等設備來實現豐富多彩的多媒體教學。教師的授課方式與以往有了很大的改變，利用投影和實物展臺可以讓以往只能寫在黑板上的板書放大到任意尺寸，通過投影機投射到150寸幕布上，足以保證最后一排的學生都能看得清。教師在講課時可以隨時插入圖片、文字、視頻等多媒體素材，還可以實時通過網絡尋找想要的任意素材與之搭配，大大提高了內容的多樣性、豐富性，使課堂不再是單一的“你聽我講”的模式。

2.2 集中式控制是整個智能化多媒體教室構建的核心，網絡型中控機則是必要設備

如我校采用的是北京WISE公司提供的中控主機及相應管理軟件，此中控主機能長期帶電運行，穩定性較強；其控制面較廣，具有多種控制接口，可通過程序編碼實現對計算機、投影機、幕布、功放等設備的遠程管理和控制。任課老師可以通過操作面板對教室內的多媒體設備進行操作，如電腦主機、投影機、功放等設備皆可一鍵開啟。關閉時可以通過中控程序的編碼設置，對一些需要保護的設備進行延時斷電保護，避免設備突然斷電造成的損害。為了方便任課老師的操作，我們通過中控程序編碼實現了一鍵式開關；即把開啟電腦、投影機、幕布等所有上課用到的設備集成在控制面板的上課鍵上，任課老師只需按“上課”鍵，所有設備就會自動按序開啟，不用再一個個單獨操作；下課時只要按“下課”鍵就能一鍵式關閉，所有設備就能按照事先設置好的順序逐一關閉，無需多余的操作。如此，即提高了老師的上課效率，也降低了多媒體系統的使用門檻，甚至不需要對老師特意培訓如何操作多媒體設備，簡單易操作。

（1）視頻監控系統：通過攝像頭、視音頻矩陣等設備配合，實現監控多畫面分割以及矩陣切換，可以集中在某點觀看所有教室的教學情況，當有需要時，也可單獨放大查看某一教室時的監控畫面，并可通過拾音器進行現場監聽。如此實現了遠程聽課，使在線評估也得以實現。（2）遠程控制系統：通過集中控制軟件對所有多媒體教室設備進行控制、管理，甚至于遠程操作及協助；也對同時選定多間教室進行批量處理操作。通過遠程接管多媒體教室內的計算機，協助解決任課老師在使用中出現的問題，使得管理人員不必跑到現在解決問題，縮短了響應時間，提高了工作效率。還可通過遠程控制系統可以對所有多媒體教室的任意設備進行遠程控制，比如打開或者關閉投影機，視頻信號切換等等操作。（3）IP電話系統：當任課老師遇到問題時，只需拿起電話撥單位數字號就能打到中控室，與管理人員實現實時對話。中控室中的視頻系統會自動把該教室的視頻畫面切換到主顯示屏上，方便管理員實時掌握現場的情況，快速做出準確的判斷，及時排除故障，提高工作效率。（4）實時轉播系統：實現實時網絡視頻直播，主講教室的講課內容、視頻圖像、電腦上的PPT內容、實物展臺圖像等信息通過中控系統中的轉播功能實時傳輸到其他教室。管理人員還可以自動、手動或者定時遠程錄制主講教室，自動生成視頻文件，為后期課件制作提供素材。（5）資源存儲與點播共享：通過架設服務器，上傳多媒體資源，對各種教學資源進行分類管理。師生等用戶可以網絡登錄教學資源庫，在線點播視頻課或其他多媒體資源。（6）智能高清錄播：裝備有智能高清錄播系統的多媒體教室可以把教師畫面、學生提問畫面、PPT、板書以及現場畫面同步采集、錄制并存儲，并自動生成多媒體課件。可自動對焦捕捉任課老師半身畫面，走動時也實現動態捕捉；當學生站起回答問題時高清攝像機可捕捉學生畫面。系統還可以自動錄制PPT內容，當任課老師翻頁PPT時，可自動將畫面切換到PPT上；寫板書時也可以自動將畫面調整到板書內容上。智能化多媒體教室并可實現網絡實時直播、遠程互動教學；做到不出國門就能和國外一流大學的專家教授實時交流互動，甚至可以和國外的學生一起上課，也可以實時提問。這在對外交流方面有著無可比擬的優勢，大大節約了學術交流的成本。（7）網絡排課系統與網絡門禁控制系統：通過WISE中控服務器的課表系統與校園網數據庫的對接，就能實時同步更新課表數據，實現與學校排課系統的同步；還可以對接任課老師的個人數據信息，便于管理與后續跟蹤服務。通過WISE中控軟件的課表功能，還能和門禁系統連接起來，通過授權任課老師的IC卡來授予操作權限。如可按照課表來授權打開教室講臺電控鎖，如這一時間段課表上有課的話，那么該任課老師的IC卡就可以刷開那間教室的電控鎖；反之就無權限刷開電控鎖；當然也可以授予管理員權限，權限的設置也可以細分，如對特定教室授予永久權限。

3 結語

智能化多媒體教室的建設，豐富了高校的授課方式；改變了管理人員的工作方式，提高了工作效率。任課老師再也不用花很多時間去學習怎樣操作多媒體設備，可以完全把精力投入到豐富教學內容中去。智能化多媒體管理系統的應用，可以把過去分散片區負責的管理方式變為集中統一管理，節約了人力成本，通過中控智能故障提示，自動生成報表等功能可以為今后的管理方向提供依據，對于故障的分析總結也有了原始數據。數字化、智能化教學是未來課堂教學的趨勢，但也不能盲目追求高精尖，高校要建設適合自己實際需求的智能化教學系統。

參考文獻：

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