基于物聯網的智慧教室建設研究

楊 君

(揚中市委黨校，江蘇 鎮江 212000)

0 引言

傳統多媒體教室雖然配備不少現代化教學設備，但是眾多硬件設備沒有與物聯網技術真正結合起來。單個設備各自為戰，使傳統智慧教室浮于表面，沒有與高效教學、人性化教學、創新教學充分結合，更使傳統智慧教室“名不副實”。隨著“互聯網+”浪潮的到來、物聯網技術的普及，建設真正意義上的智慧教室成為可能。本文旨在傳統多媒體教室的基礎上，根據教室使用過程中的實際需求，運用物聯網技術，重塑教室環境和教學模式，打造多媒體教室和網絡教室結合發展的“智慧教室”。

1 智慧教室建設的必要性

當前，隨著計算機技術、信息技術的不斷發展和突破，在新的時代背景下各行各業已經深入融合了信息技術，實現了生產效率的極大提升。而在教育領域，信息技術和信息設備的應用也呈現出極好的作用，為教學質量的提升打下了堅實的基礎。

(1)智慧教室能夠更好地推動智慧校園的建設[1]。一方面，智慧教室是集物聯網、大數據、云計算等新型信息技術與一體的教學環境，會產生龐大的數據流，通過云端大數據分析可以獲得4種典型價值：基于分析、監測、預測和預警等方式，使學校的整個管理工作可以更加準確和有效，確保科學合理的學校管理，改變傳統的管理方式的種種問題。(2)可以更準確、可靠、高效地分析和評價課堂教學的質量，并支持采用不同角度、不同方面的數據進行分析。(3)使學校的教學和培訓更具現實意義和更高質量，教師也可以通過監測理解學生的學習興趣和愛好，并且為不同的學生設定更科學的教學方式，個性化和準確的教學可以很好地給學生帶來很好的服務。(4)學習效率的提升和個性化的教學管理也提高了學生的學習效率和質量。

另一方面，可以更好地為學校的受教育者提供良好的服務。智能化的教室為學校的教師和學生們提供了一個非常高質量、高水平的教學環境，顯著地改善了學習的整體質量，同時提供了大量數據的支持，也可以很好地為教學決策提供參考。對教師和管理人員的教學管理帶來以下幫助：(1)智能化的教學環境解決了教師在教學培訓的過程中遇到的各種問題，這一問題的解決也確保了高質量的學習環境，教師們也可以更加重視自己的教學活動對學生的影響，并采取有效的方式努力提高自己的教學水平和教學的能力，使教育不再受外部教學環境的束縛。(2)智慧教室提供了一套非常科學、合理的知識體系和良好的學習環境，供學生在課前、課間和課后高效率地學習。(3)智慧教室可以更加有效地管理日常的教學活動，如教師的教學培訓、學生的學習以及對教室的安排和使用等。在提高教務管理人員的管理效率的同時，也可以更好地評價和考核教師的教學工作。(4)教室采用智慧化管理，學校的管理者不需要投入大量的人力和物力來進行反復、復雜的管理工作，可以非常簡單地處理學習過程中出現的問題，并且可以及時地解決，不再拖延日常的教學工作，顯著地改善和提升了課堂的管理質量。

目前，在教學過程中，多媒體教室的應用已經非常普遍，極大地豐富了教師的教學內容和提高教學的總體質量和水平。同時多媒體設備的使用可以滿足教師在教學過程中對教學內容展示的要求，而且可以采取視頻、音頻、動畫、圖片等各種形式展示豐富多彩的教學材料，并鼓勵教師突破傳統教科書的教學內容的限制，展示更加豐富的內容，更有效地、更豐富地開展教學活動。但未來的信息技術在教育領域的應用重點是信息技術在整個教學空間的融合，不僅僅是教學材料的豐富，還體現在整個教學的全過程中對效率和質量的提升[2]。

從學生的學習的層面來看，建立一個智能化的教室可以擴大和提升學生的學習渠道，提供更豐富的學習材料，滿足不同學生的個性化學習的需要。

2 智慧教室建設的原則和目標

2.1 智慧教室建設的原則

建造智慧教室基本上需要遵循以下4項原則：(1)確保智慧教室實用性較強，這意味著其必須充分滿足教學和教研的根本需要，確保學校的教學是適應未來教學發展的一個總體的趨勢[3]，實用性是智慧教室設計建造的基本要求。(2)堅持先進性原則，這意味著在實踐基礎上，智慧教室必須要滿足學生的學習需求，同時必須要采取具有前瞻性的、較強前衛視野的設計建設方法，很好地滿足智慧教室未來發展的趨勢，采用更多先進技術和創新技術。(3)堅持可靠性原則，意味著在許多的智慧教室的建設工程中，必須要選擇那些成熟的、健全的、穩定的解決方案和硬件軟件系統，有效地確保智慧教室系統的可靠性、穩定性和安全性。(4)滿足拓展性原則，指統一教室內部的各種硬件設備和軟件設備可以進行應用的拓展，其具備較強的兼容性，同時遵循可開發和可設計的標準化智慧教室應用系統，并充分考慮系統今后的功能拓展和創新[4]。

2.2 智慧教室建設的目標

(1)對于傳統的多媒體教學方法的改變和提升，擴大智慧教室的覆蓋面。

(2)進一步提升和強化教師和學生之間的實時交流溝通。師生之間的教學終端是相互連接狀態，可以進行屏幕內容的傳送、定向的交流互動等，還可以做到教師對學生以及學生對教師的實時評價和教室的智能化管理。

(3)強大的管理和控制能力可以穩定地進行多媒體信息資源的高效利用，進一步提高教學資源的利用效率。

(4)提高教師和學生對教學設備的直接使用感受，此外，還可以通過各種智能設備的應用提高他們對信息技術在教育領域應用的了解和認識。

3 智慧教室建設的基本架構

3.1 感知層

在系統的基本架構中，感知層是整個系統架構的基礎部分，是系統功能實現的重要保障，也是多媒體教室電子設備正常使用的基礎。感知層設備包括射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)、存儲設備和無線通信設備等，只有在確定了多媒體登陸的用戶身份后，才能授權他們使用和訪問多媒體系統的權力。只有經過了系統的授權后，多媒體用戶才可以使用相關媒體設備。此外教室當中的多媒體主機和投影設備都安裝和連接了傳感裝置，為了使該系統能夠準確地獲得有關設備的信息并提高多媒體教室的教學效率和質量，可以安裝一個攝像頭，從而提升信息收集的效率；也可以實時捕捉電子設備使用的狀態，進而可以提供有效的數據來控制教室當中的多媒體設備，實現智能化的設備管理。

3.2 網絡層

網絡層是系統架構的中間層，可以實現感知層和應用層之間的穩定、高效的聯系。智能化的教室在網絡層方面的設計必須要確保足夠的安全性、可靠性和穩定性，必須準確、科學、合理的選擇和使用相應的通信協議。多媒體教室的通信協議采用TCP/IP協議，并采用IPV6協議實現數據的傳輸和通信。IPV6協議可以解決IPV4網絡中數據冗余問題，并且可以降低數據傳輸對網絡資源的消耗[5]，實現良好的傳輸效果，有效保障信息和數據傳輸在多媒體教室的效率，而且具有高速度、高安全性的特點[6]。

3.3 應用層

應用層是多媒體教室設計建造的一個非常重要的內容，這個部分主要是面向教室使用者的應用端。多媒體的智能化教室的應用程序設計必須要充分考慮到系統的安全性和穩定性[7]，并且為整個設備的運行提供安全保障。應用程序可以實現遠程管理和多媒體設備的控制，進一步提升了教學資源的高效率使用，并可以對多媒體設備運行的具體情況進行實時動態的監督管理。多媒體類的電子設備在教室當中的安裝非常復雜，要對許多不同線路進行連接[8]。因此在設計教室時必須充分考慮這些問題。

4 結語

作為最典型和最基本的學習環境，越來越多的教室進入了智慧化的發展階段。從多媒體技術和網絡技術的應用開始，智慧教室把互聯網上的很多內容和云計算技術結合起來，為教學活動提供了一個更智能的互動空間。建立一個智能化的系統是解決目前在數字校園建設中存在的諸多問題的關鍵，可以更好地促進學生創新能力的提高和教學模式的改革。