智慧教室在高職院校中的應用

趙文軍

摘 要：“智慧地球”“智慧城市”“智慧校園”慢慢滲透在我們身邊的公共領域。通過對傳統教室的基礎設施和網絡化等分需求的改造與重建，以“互聯網+”的方式推進高校教學功能化、智能化教學結構的調整與轉變，提高教學效果與教學質量。

關鍵詞：智慧教室 物聯網

一、智慧教室建設背景

多媒體教室、學校資源管理利用、網絡信息化管理一直以來都是學校、網絡信息化建設的重點，通過將文字、圖形、圖像、聲音、資源管理平臺集合在一起，采用生動活潑的聲像顯示以及網絡新型資源平臺、教育管理平臺，不僅豐富了教學手段和管理手段，擴充了教學資源和管理資源，而且更提高了課堂教學效果、豐富了教師資源和領導管理信息化。充實、形象、生動的授課內容，聲像并茂的教學形式、管理形式，激發學生的學習興趣和老師的學習熱情，強調了“以學生為主”的教學新思路，極大的提高了教學質量。

二、智慧教室主要用途

智慧教室設備能夠體現物聯網的三個層次（應用層、網絡層、感知層），運用傳感器、射頻識別（RFID）等技術，使信息傳感設備實時感知任何需要的信息，按照約定的協議，通過可能的網絡（如基于WIFI的無線局域網、移動通信、電信網等）接入方式，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，實現物與物、物與人的泛在鏈接，實現對物品的智慧化識別、跟蹤、監控和管理。 同時，智慧教室還能滿足學校物聯網技術專業開設的物聯網導論、傳感器原理及應用、無線傳感器網絡及應用、RFID技術及應用、物聯網工程及應用、物聯網標準與中間件技術、物聯網應用系統設計等課程的實踐實訓教學需要，并為學生或教師的物聯網技術應用項目開發提供平臺。

三、智慧教室系統設計方案描述

該實驗室建成一個綜合型的物聯網應用場景，用于學生進行創新實驗研究，以及教師開展科學研究。首先通過讀取人員考勤系統中數據來判斷教室內是否有人員，如果教室內無人，則教室內所有系統處于關閉狀態;反之，則處于工作狀態。

智慧教室包括以下幾個系統：

1.教學系統

教學系統由內置電子白板功能的觸控投影機一體機、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問答器和配套控制軟件構成。

使用內置電子白板功能的觸控投影機代替傳統的黑板教學，實現無塵教學，保護師生的健康，可在投影畫面上可以操作電腦，在每個桌位上配置問答器，實現師生交互式課堂教學。

2. LED顯示系統

LED顯示系統由LED面板拼接而成，安裝在教室黑板頂部，用于顯示正在上課的課程名稱、專業班級、任課教師、到課率、和教室內各傳感器采集的環境數據（室內溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等）。

3.人員考勤系統

人員考勤系統由RFID考勤機、考勤卡和配套控制軟件構成。

在教室前后門各安裝一個RFID考勤機，采用RFID標簽（校園一卡通）對學生進行考勤統計，對進入教室的人員進行身份識別，對合法用戶進行考勤統計，對非法用戶進行告警。同時可通過WiFi無線覆蓋，在遠程對考勤情況的監控，統計以及存檔打印等。

4.資產管理系統

資產管理系統由特高頻RFID讀卡器、紙質標簽、抗金屬標簽和配套控制軟件構成。

在教室前后門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內的實驗儀器、設備等資產（貼有RFID標簽，標簽上存儲有設備的詳細信息）進行出入教室的監控與管理，對未授權用戶把教室內資產帶出教室進行告警，方便設備管理人員對教室設備的統一管理。

5.燈光控制系統

燈光控制系統由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統和配套控制軟件構成。

首先通過人體傳感器來判斷教室內對應位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統及窗簾控制系統處于關閉狀態;反之，處于工作狀態。

窗簾控制系統：通過采集安裝在窗戶的光照傳感器數據，根據軟件預設門限值，以窗簾自動開、關來實現教室內光照強度的補償;

燈光控制系統：采集安裝在教室內的光照傳感器數據，通過分析數據，根據軟件預設值，來控制教室內燈光的自動開啟與關閉，并可調節燈光的亮度，實現室內燈光的智能控制與節能減排。

6.空調控制系統

空調控制系統由中央空調電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構成。

通過溫濕度傳感器監測室內溫度，通過分析數據，根據軟件預設值，當室內溫濕度高于最高門限值時自動開啟空調。當室內溫濕度低于最底門限值時自動關閉空調，實現室內溫濕度的自動控制。

7.門窗監視系統

門窗監視系統由窗戶門磁模塊及配套軟件組成。

窗戶門磁模塊用于檢測門和窗戶的開關狀態，并將狀態信息及時上傳至服務器。同時設置敏感時段，實施對窗戶的自動監視和報警。

8.通風換氣系統

通風換氣系統由抽風機、CO2傳感器和配套監控軟件構成。

通過CO2傳感器監測室內的CO2濃度，通過分析數據，根據軟件預設值，當室內CO2濃度高于軟件門限值時自動開啟抽風機來進行換氣，通過補充室外空氣來降低室內CO2的濃度。

9.視頻監控系統

在教室前后門口各安裝一個WiFi無線攝像頭監控人員出入和資產的出入庫情況，在教室內安裝一個WiFi無線攝像頭監控教室內部實時情況，所采集的影像經由遠端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實時的監控數據。

四、智慧教室的意義

對社會的影響意義而言

智慧教室建設與智慧教學理念，將為教育行業樹立成功典范，是教育信息化發展到一定階段的縮影。通過傳播新的理念，擴展學生的思維空間，為構建發展新平臺樹立標志。

對于學生的學習意義而言

運用現代教學媒體，實現教學最優化，能讓學生寓教于樂。有利于激發學生的學習動機和保持注意，為學生提供豐富的感性材料，把抽象的概念具體化，使學生能從中提取學習的本質屬性，從而促進智力發展。