新型常態化智慧教室設計概述

趙順勇

寧波職業技術學院 浙江 寧波 315000

引言

以實際需求為導向，圍繞“智慧教育信息化”的建設要求，按照以信息化管理中心為中心點，各教學樓及教室為基點，進行本校教室創新教學模式構建。教育信息化支撐環境，實現可促進教學水平跨越式的發展。

并采用統籌規劃，頂層設計的方法，依托于管理平臺進一步整合全校教育資源和應用，打造技術先進、公平開放、資源豐富、安全可靠的資源共享平臺。

利用智慧教學先進理念，進一步促進教學模式的轉變，促進本校教育信息化改革，以智慧教育教學為理念指導，結合國內外先進教學方式方法，依托于大數據，人工智能等先進的科學技術深入融合到智慧教學中。加快高效智慧教學飛速發展。

1 實現目標

以計算機技術、電子技術、通信技術為代表的高新技術的發展，為學習方式帶來了前所未有的變革，能夠滿足本校未來五年的發展規劃，設計原則必須滿足、模塊化原則、互動性原則、易用性原則、便利性原則、穩定性原則、兼容性原則以及先進性原則。從而打造多功能的智慧管理平臺以及智慧錄播教室。

建設統一的管理中心，實現全校所有教室統一管控；將學校傳統教室打造成智慧教室，能夠實現教學場景錄制、課堂學情分析等；已經建設好的錄播教室做功能升級，在利舊的前提下做教室功能改造；多種錄播教室建設模式配合使用。

實現各個教學點互聯互通，實現資源共享，同上一堂課共享一名師。

通過全校建設的實施，創新教學模式、培育全新教學理念、構建全新教師角色、完善新的學習工具、開拓新的辦學模式，通過教育信息化起步、應用、融合、創新的四個階段，利用信息技術驅動教育教學創新。

以校級為個體單位實現雙向互動教學，多點同步教研，學校教師備課、觀摩、評課等桌面式網絡教研的功能，通過校級平臺數據交換中心，實現多個校區的音視頻實時互動，同時可作為教學視頻會議系統，多所學校校園安全視頻信息實時瀏覽。

管理中心主要存放平臺服務器、直播、點播服務器、存儲服務器等支撐，通過智慧課堂管理平臺實現教室間實時互動、同步直播、點播、教學實況錄制、遠程督導教學等。

實時進行直播，以供教學觀摩，開展智能化，全交互網絡化教學，實現本校可視化教學教研，實現遠程教育會議，實現教師交流，實現師生互動，教育資源共享，實現教育均衡化。

系統平臺采用接口開放原則，可將原有學校錄播教室，校園平臺同時接入，實現全區域教育信息化設備統一管理[1]。

2 主要特點

2.1 易管理

①課表自動錄制，降低學校老師錄課的工作負擔：能夠采用自動錄制機制，減少人為控制，與課表對接后，可是根據學校的排課進行錄制，并且自動上傳、自動歸類②支持手機、平臺實時巡課，可以支持在線三分屏、二分屏、電影模式等方式進行巡課。

2.2 易用性

支持移動端微信端小程序功能，能夠實現課堂互動、督導巡課、直播、點播、考勤、數據統計分析等應用，并且在使用形式上采用了大眾普遍使用的微信端，無須安裝，避免了師生安裝過多且煩瑣的APP的煩惱。

2.3 互動性

通過智慧課堂教室端，可以實現、學生互動、云直播、局域網直播、簽到移動端應用等功能，增加多功能的使用場景，無論學生是否到校上課，都可以實時聽講，并且與任課教師進行互動。

2.4 兼容性

①數據互通：實現大平臺統一接入學校分散、獨立的教學系統，實現數據互通互聯。②支持雙重備份優質教學資源、相關統計數據等有效數據具有備份存儲功能，本地數據中心服務器存儲，云端數據交互中心存儲。

2.5 智能學情分析

通過人臉識別技術，實現智能學情分析，能夠將學生在上課時的聽講狀態有效統計，通過分析學生的低頭、抬頭等動作，有效捕捉學生聽課的狀態，對學情督導，學習質量提高有重要的數據支撐，最終幫助學生提高學習成績，提高課堂效率。

2.6 智能考勤

通過人工智能人臉檢測算法，裝在教室內的攝像機會識別出教室內的學生人臉，然后通過人臉識別算法進行識別比對，進而實現人臉識別考勤功能。

2.7 可視化大數據分析

實現對課件點擊量、課件錄制量、學生學習數據、設備管理數據進行排行榜統計，將大數據分析進行可視化展示，促進教學評比，師生使用主動性。

3 前端教室功能設計

教室具有音頻系統、視頻系統錄播系統等功能，能夠實現常規教學、翻轉課堂、課堂互動教學活動以及拓展型教學等。

教室前端配置兩臺云臺攝像機，能夠采集到教室內的教師、學生畫面，可以自動錄制生成優質資源、學生學情的統計分析。錄制好視頻資源可以通過網絡傳輸為介質，通過管理平臺將優質資源共享給其他師生進行在線學習、觀摩等。

3.1 AI智慧教室

3.1.1 智慧錄播系統。智慧錄播系統是優質資源生成的重要手段，系統設計結構精簡，集數據采集、數據處理、數據管理于一體，采用通用的H.264 +AAC高效硬件編碼技術，信號傳輸質量高；結合模塊化設計，實現高清視頻信號、計算機屏幕信號的編碼壓縮、傳輸錄制、網絡直播等功能，還提供WEB管理方式，方便、直觀地查看信息，具有出眾的導播定位一體化性能，系統均能準確無誤地采用不同策略進行自動跟蹤拍攝。

3.1.2 名師優課制作。全面上解決教育所需，匯聚教育資源、共享教育核心，拉近各校區之間的教育水平，從體制到應用上提供實質性方案。在學校中優秀教師可以采用制作優課的形式將自己上課的課件進行課后的編輯，形成具有獨立特色的課程資源，通過網絡共享給大家，并可參與課程評比。優課制作是一種新型的教學資源形式，不局限于固定的人員、地點和設備，教師可以人人隨時制作優課，突破傳統教育的時空限制，更加便于教學資源的建設。學習者能在任何時間、任何地點以任何方式學習任何內容，簡單高效，隨時隨地。從優課的錄制、制作、應用三方面入手，精細研究優課的編輯制作、管理展示和后期應用需求；以資源建設和觀看為核心，提供從生成、編輯、上傳、共享和教學的全流程管理。

3.1.3 翻轉課堂。憑借優課制作的支持，形成新型的教育模式“翻轉課堂”，顛覆傳統的教學思維模式讓學生更富有學習興趣，通過優秀教師錄制的優課微視頻，為學生提供課前輔導學習，并在上課時對學習內容進行提問及輔導[2]。

3.2 拓撲圖設計

設計一體化智慧錄播系統，由智慧教室和控制室組成。

AI智慧教室選用國內主流的硬件產品，保證可迅速適應網絡視頻應用的需求，在教室的前端可配備推拉式黑板，便于學生觀看教師授課的PPT、視頻等文件。教師講臺上配備教師計算機，便于教師授課時操作相關課程內容。通過智能攝像機，分別負責對教師、學生的跟蹤拍攝。攝像機采集的視頻信號傳送至多功能教學終端，進行高清優質課件的錄制。聲音通過麥克的采集方式經音頻處理器把音頻信號輸送給多功能教學終端，以保證聲音真實展現課堂場景。

3.3 物聯網中控系統

3.3.1 本地控制。我們的中央控制系統由中央控制主機（網絡中控）、控制面板組成。各部分之間用通信電纜相連，構成一個控制系統。其中控制面板是本地指令發送中心，中央控制主機則是指令接收和執行機構。教師通過桌面控制器控制中央控制器從而實現對連接于其上的多媒體外設的控制，真正實現“所見即所控”。

3.3.2 網絡控制。采用最先進的網絡技術，配合控制室端管理平臺（原管理系統），運用TCP/IP協議實現網絡控制。該方法采用廣泛應用的成熟的互聯網，從而使系統控制實現與網絡的緊密連接，實現了系統控制的靈活性和多樣性。

多媒體網絡中央控制系統軟件，是網絡控制指令的發起者，主控室管理主機發出的指令封裝成標準TCP/IP協議包，通過校園網傳送到相應控制節點（教室端的中央控制器），從而控制連接到中央控制器的多媒體外設。系統基于校園網，沒有位置的概念，只要能連上校園網后即可實現控制。控制節點收到TCP/IP協議控制的指令后，中央控制器執行相關的指令控制相應的設備完成控制。通過該控制軟件可實現遠程開關/喚醒網絡中控器，遠程控制投影機和影音設備等等。通過網絡管理平臺真正實現“遠在千里，控在指間”[3]。

2 結束語

通過解決高校智慧教室發展中遇到的難題，不斷創新和探索，才能讓智慧教室這種新型的教學模式不斷發展普及。同時，高校的智慧教室建設更需要學校充分地理清自身教學需求，根據自身需求不斷完善和創新，靈活地調整智慧教室。