基于人工智能的智慧教室平臺設計與實現

潘柏丞

(深圳大學，廣東 深圳 518000)

人工智能是基于計算機技術以研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。“智慧教室”這一現代化教學理念也是基于發達的信息技術及更為多樣化、智能化、個性化教學方式所拓展出提升課堂教學效率的實際應用理論。

1 現代智慧教室

智慧教室的概念從很早就有專家和學者提出，經過多年的發展，智慧教室的定義依舊沒有一個較為明確的說法，但主要可以分為以下幾種：

一是偏重于教學內容的智能化。結合現代化傳感技術、網絡信息技術、多媒體交互技術及人工智能技術，實現對教學內容極大的豐富，方便進行學習資源的獲取，有效促進課堂交互拓展，具有情境感知以及教學環境管理的智能型教室輔助教學系統。

二是偏重于硬件設備的智能化。智慧教室是一個可以方便對教室內部所有設備，如計算機、交互白板、教室內燈光音效設備等進行全面控制，方便教師在教學中與學生及教學內容無縫對接，更加自由和靈活地對教學內容進行設計和創新，有效適應包括遠程教學等多種教學方式的智能空間技術，是一種現實增強的教室教學系統。

智能教室概念中的共通點是其功能的智慧性。結合人工智能及其他信息技術，智慧教室可以幫助教師更好地開展課堂教學，提高學生的學習積極性，有效實現了素質教育中個性化教學理念，使得現代化課堂教學更加實用化、人性化、高效化。

2 人工智能技術支持下智慧教室平臺的設計要求

2.1 可以滿足多樣化的教學需求

智慧教室的出現應進一步滿足多樣化的教學需求，為教學創新帶來更多的可能性。現如今較為普遍也較為流行的智慧教室教學方式有傳統講授模式、探究學習模式以及小組協作多人互動模式三種，這三種模式各有不同，但都是以智慧教室內部豐富教學資源和各種先進教學設備為基礎實現的。這種極具嵌合型的教學平臺，極大豐富了教學內容，給予教師在課堂教學中更多的可能，成為學生學習的輔助，極大增加了課堂教學的人性化。

2.2 具有較強的人機交互能力

智慧教室中應注重人機交互的能力，應該實現和提升人機、人人之間的交流互動，打破傳統教學中僵硬的教學方式，在教室結構布局、設備應用及教學方式上都要做出一定的改變。運用人工智能技術及互聯網技術，打造以計算機為中心的智能教學平臺，讓學生和教師、學生和學生之間進行更為頻繁和高效的互動，要求在教師不能及時應對學生所提出問題時可以利用在線答疑系統進行輔助學習，極大地提高了課堂教學效率，降低了教師的教學負擔，不僅提升班級內學生的整體學習水平，還便于對學生進行個性化教學。

2.3 可以對教室內部進行全面監控

智慧教室可以做到對教室內部的設備和人員進行全面的監控，輔助教師進行班級教學管理。智慧教室應裝有先進的身份認證系統，詳細地將學生上課、遲到及早退信息完整記錄下來，便于對學生的日常考勤。教室內部應裝有清晰的視頻監控，全天24 h無死角地對學生在校生活進行監督，最大限度保證學生的安全性，也便于對學生進行集中管理，有效改善班級的學習環境。應將教室內部所有設備控制權集中起來，便于教師可以在課堂教學中進行更為靈活的課程設計，有效提高課堂教學效率。

2.4 為班級管理及教學督導部門管理帶來便利

在智能教室教學過程中，不僅加強了對學生的控制，課堂內部各種監控設備還可以對教師的教學內容、行為進行智能監督，便于教學督導部門隨時對教師的教學情況進行遠距離監控，各種信息的記錄也便于學校日后對教師進行更為全面的教學評價，有效督促了教師規范自身的教學行為，提高教師的職業素養，改進和提升了課堂教學方式，為提高教學質量起到了非常關鍵的作用。

3 基于人工智能的智慧教室實現

3.1 智慧教室教學系統

為滿足多樣化教學要求，智慧教室的教學系統應就智慧教室平臺的多媒體教室資源進行管理和控制，滿足對教學內容的進一步優化。應采用人工智能中的ISA來擴充總線，進行遠程智慧教室平臺自控，運用更為專業化的軟件程序來對智慧教室內部平臺進行資源管理，統合教學資源，方便教師和學生進行資源查找，保證教師可以更為靈活地運用智慧教室內部教學資源，全面優化智慧教室平臺的教學子模塊系統。

3.2 智慧教室顯示系統

智慧教室內部的顯示系統主要有多媒體演示屏、教室內部LED顯示時鐘、學生個人信息終端顯示以及教師總控平臺顯示。在智能教室設計和布局時，應充分考慮學生和教師的實際需求，將各個顯示器之間的線路合理安排，以學生觀測、教師方便教學為準，利用人工智能技術中的視頻動態捕捉技術自動調整教室內部顯示畫面的高度、范圍、閃爍頻率等參數，在保證教學質量的同時，最大限度地保護學生和教師的用眼安全，使得課堂整體教學更為自然，讓視頻教學與實際教學可以無縫對接，有效提高課堂教學效率。

3.3 智慧教室人員考勤系統

智慧教室的人員考勤系統是學生和教師進行日常考核的重要依據，相比傳統人工考核系統更為便捷化和準確化。在人員考勤系統布置過程中，應采用RFID技術進行人員考勤射頻識別，將數據集中收錄到智慧教室的中央控制計算機中，做好實施監控。另外，在教室內部應加裝一些視頻監控設備，方便對學生和教師的行為進行監督和記錄，以便及時發現問題進行整改，全面改善教室內部的學習氛圍。

3.4 智慧教室各個基礎設施控制系統

智慧教室應可以結合外部環境及教學要求對教室內部進行聲光控制，這就需要對教室內部的燈光、音響、空調等基礎設施進行聯網控制，利用人工智能技術，對子系統進行重新的編譯，實現教室平臺對其進行自由控制。這種高度集成化的控制方式，給教師在情境教學的氛圍模擬上帶來了極大的便捷，有效提高了情境教學的趣味性，極大激發了學生的學習興趣，提高了課堂教學效率。另外，智能化教學控制系統，可以在教室內部沒有人員的情況下對燈光等基礎設施進行控制，方便了學校的教學管理，讓整個教學環境變得更加自由，讓學生在學習中感受到科技帶來的便捷，激發學生積極學習的熱情。

4 結語

智慧教室概念一經提出就備受教育界及科技界的高度重視，基于當前最為先進的人工智能技術，相關科技工作者需要結合教學實際需求對其進行重新設計。針對教學系統、顯示系統、人員考勤系統等子系統的重新優化，整合出更為人性化、智能化、便捷化和現代化智慧教室，真正提高我國課堂教學的有效性，保證學生的綜合素養得到全面提升。