智慧教室物聯網技術研究與實現

李國良

（山東華宇工學院信息工程學院 山東省德州市 253034）

自從“智慧地球”這一概念提出之后，“智慧校園”便成為了學校信息化發展的主要方向之一。雖然當前很多學校都認識到了“智慧化校園”建設的重要性，但是當前很多信息化教室系統一般都是構架在整個校園網上的巨大分式系統，該系統需要分布廣泛、數量眾多的設備支撐，并且對軟件硬件的匹配程度要求較高，促使在當前信息化教師系統維護的過程中，需要耗費大量的人力物力財力資源。在物聯網技術支撐之下開展智慧教室構建，可以充分展現出物聯網技術的優勢，引入云計算技術手段，便可以實現“網管設備+基本套接字通信能力”的通信模式，這就不需要使用繁復的協議與后端服務器聯通，這樣一來便可以有效降低系統構建與維護成本，為智慧教室構建做出強大基礎保障。本文將針對智慧教室物聯網技術研究與實現進行詳細分析。

1 智慧教室“系統”構架

在物聯網技術的支撐下，構建智慧教室系統，必須要結合智慧教室的實際功能需求，對系統構架層次進行明確。在物聯網智慧教室系統構架設計當中，主要由四個層次搭建起的框架，分別是“終端層、室內監控層、中間層、硬件層”，其主要原理如圖1所示。在分布式功能理念與數據分層理念的框架之下，滿足多樣化的信息管理功能，并實現硬件與軟件之間的高效率聯動。

圖1：智慧教室系統構架圖

1.1 終端層

在智慧教室系統構架當中，終端層是最基礎框架層次。終端層主要負責直接與用戶指令連接，可以結合用戶們的指令需求，有針對性的提供個性化服務。借助終端層，可以將不同多媒體設備，借助傳感器進行連接。教師在應用智慧教室時，便可以控制智能統一化系統控制中心，對各個多媒體設備進行運轉管理、參數調控，切實為教師教學、學生學習帶來便捷的體驗，有效節約每個設備調試的時間精力，增強教育教學效率。

1.2 室內監控層

針對室內監控層來說，該層次構建目的便是將各個設備進行監控，有效確保各個系統正常、高效運轉。針對智慧教室來說，在室內監控層構架之下，便可以將教室門窗、教室燈光等相關設備開展智能化監測控制，這樣有效確保室內溫度、光線的柔和舒適，有效幫助廣大教師和學生們提供一個舒適的學習環境，杜絕光污染對學生教室造成的身心健康，提升學生們的學習效率。

1.3 中間層

中間層構架的主要作用，便是為智慧教室系統提供相關數據支撐，對智慧教室當中各個設備的使用數據信息進行存儲、分析、傳輸。中間層承擔著整個智慧教室的基礎數據管控功能，可以借助中間層構架的數據信息分析，及時發現智慧教室系統構架存在不科學的內容，及時發現問題、優化系統構架。

1.4 硬件層

硬件層與軟件層是相互對應存在的，硬件層是智慧教室構建當中不可或缺的重要構架層次，是智慧教室系統運行不可忽視的關鍵。在硬件層當中涵蓋了驅動智慧教室系統正常運行的所有硬件設備，是智慧教室系統當中不可或缺的重要物質基礎。如圖1所示。

2 智慧教室“網絡”構架

在物聯網技術支撐下進行智慧教室網絡構架時，網絡構架是不可或缺的重要基礎。智慧教師運行是在網絡驅動之下對各個多媒體設備進行控制，網絡相當于智慧教室的“血脈”，網絡系統構架如圖2所示。開展物聯網智慧教室網絡構架時，應該結合不同模塊的作用、功能的差異化特點，將智慧教室網絡系統規劃為三個層次，分別是“無線數據節點、無線數據傳輸網絡、數據路由器”。

圖2：智慧教室網絡系統構架

2.1 無線數據節點

結合無線數據節點來說，該層次主要是借助傳感器手段，對智能教室系統運行過程中的數據信息進行收集、傳輸。在智慧教室當中的數據信息主要涵蓋了溫度數據信息、濕度數據信息、光照強度數據信息、空氣污染情況數據信息。

2.2 無線數據傳輸網絡

針對無線數據傳輸網絡構架層次，主要便是用來設備物聯網和局域網，借助此種手段來實現數據信息傳輸。

2.3 數據路由器

在智慧教室網絡構架當中，數據信息來源于各個傳感器。數據路由器構架層次的目標便是對各個傳感器的數據信息進行收集，并且將其數據信息統一提供到既定的數據信息處理模塊當中，對這些數據信息開展統一化的處理分析，并且給出最終的控制制定。

3 智慧教室“功能模塊”構架

3.1 教學模塊

在智慧教室教學模塊當中的硬件設備主要涵蓋了音響、投影設備、麥克風等諸多設備。在物聯網技術的支撐下，構建出教學模塊統一控制系統，能夠在統一系統之下，對各項設備進行控制。在教學模塊系統當中，教師可以自動投放教學課件，有效拜托傳統黑板和粉筆對知識傳授的制約。通過多媒體投影設備將與教學內容有關的視頻、圖片引入到課堂當中，能夠更加便于學生們對知識理解。在答題提醒器、音響設備的支撐下，還可以第一時間與學生們進行互動，切實活躍了課堂教學氛圍，有效提升了教學效率。

3.2 LED模塊

在智慧教室當中，LED 模塊則是借助物聯網技術手段，在智慧教室系統構架中引入LED 模塊，實現LED 面板鎖組成，其主要的功能便是直接顯示教師內的環境數據信息參數，這樣便可以為教學工作提供更多便捷。

3.3 智能感知模塊

在智慧教室當中，室內環境感知是該系統當中不可忽視的重要模塊，直接影響著智慧教室的舒適程度。在室內環境智能模塊當中，最為主要的系統構成便是“數據傳輸、數據處理、傳感器”等諸多體系，以便于為系統提供強大的數據信息支撐。借助傳感器設備來吸收教室環境當中的各項數據信息，借助數據傳輸環節來對室內環境相關的數據信息進行傳輸，通過網絡數據系統實現對智能教室的數據信息開展深入分析探究。將處理好的數據信息傳輸到中心控制系統當中，從而借助數據來發出相應的指令，從而對教室內部各個設備實現智能化控制。

3.4 遠程互動教學模塊。

為了實現教育教學工作深入開展，智慧教室應該滿足遠程互動教學的需求，借助遠程互動教學模塊，可以切實有效的實現遠程教學工作互動，實現信息化教學工作發展。在開展遠程互動教學模塊構建的過程中，作為一種跨系統、夸平臺的高清遠程互動教學系統，一般是由遠程音頻互動服務器、互動客戶終端所構成。在引入遠程互動教學模塊的過程中，互動終端可以支持教學網關、錄播主機、計算機、智能手機、平板電腦等諸多設備的聯合應用，切實滿足了遠程教學工作互動的實際需求。

3.5 空余教學模塊

智慧教室已經在社會各個學校當中廣泛運用，針對高等院校來說，智慧教室往往需要滿足學生們日常自主學習的需求，很多高校學生也因為找自習室浪費了大量的時間，這也直接降低了廣大學生們的學習積極性，浪費了學生們大量的時間精力，并且浪費了學校的資源利用效率。那么在智慧教室當中引入空余教學模塊，便可以在APP 當中，動態化對空余教室進行查詢。在智慧教室傳感器的作用和智慧教室監控系統的作用下，實現智慧教室影像視頻動態化傳輸，在此基礎上學生們便可以動態化的在手機APP 上查看每個自習室的影像視頻和人數情況，明確哪個教師有空余座位，切實在提升教師資源利用效率的基礎上，為廣大學生教師們自主學習提供便利。

3.6 筆記管理模塊

智慧教師的功能模塊應該隨著教學需求，不斷優化創新。在人們對智慧教室系統日益依賴的當下，智慧教室不僅需要支持教師的課前云端備課，而且還應該實現動態化的課堂教學評價。借助筆記管理模塊，對學生們在課堂當中的反應、反饋情況進行分析，了解學生們當前學習當中潛在的困難，為課后復習、教學工作提供強大的基礎保障。在筆記管理模塊當中，能夠動態化的對教師教學、學生探討、師生互動、教學氛圍等各項環節開展實時動態記錄。這樣教師便可以借助實時動態的記錄內容，對本堂課存在的問題和不足進行分析，及時優化教學策略。此外，在筆記管理模塊當中，教師還可以將預設好的課件內容、重點知識、課堂筆記傳輸到智慧教室筆記管理模塊當中，學生們便可以在家借助手機APP 隨時隨地的復習知識，切實在提升教師們的教學效率的基礎上，為教學工作可持續發展與優化做出基礎保障，并且能夠為學生們復習知識、預習知識、家長了解學生在校情況提供便捷。

4 結束語

總而言之，物聯網作為一種科學創新的技術手段，能夠為“智慧教室”構建提供強大知識保障。在進行智慧教室搭建的過程中，應該從智慧教室系統結構、智慧教室網絡結構、智慧教室應用模塊結構等層次上進行科學合理分析，切實有效的保障智慧教室構建的完善性、科學性，為教育教學工作的信息化發展、智慧化建設作出貢獻。