高職院校智慧教室建設及應用實踐探析

楊夢希

關鍵詞：智慧教室；建設；應用

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）21-0118-03

近年來，隨著信息技術的蓬勃發展和教育理論的進步，諸多先進國家越來越多地在推進 ICT（即信息、通信、技術）與教學場景的深度融合。我國《教育信息化“十三五”規劃》中也提出將人工智能、大數據、物聯網等現代信息技術與教育教學、管理服務等方面相融合，給學生提供一個便利的智能化的學習環境。這就要求作為學生主要學習場所的教室，必須做出變革，以教學互動為目標的智慧教室應運而生。如何建設智慧教室？如何將各種新技術有效地應用于教學環境和教學活動中？智慧教室的建設方向是什么[1]？這些都是當前各個高職院校需要厘清的重要問題。

1 智慧教室是什么

智慧教室是數字技術應用于學習場景下的產物，是多媒體教室和網絡教室相融合的現代化教室。智慧教室以物聯網技術為基礎，利用5G、云計算、人工智能、大數據、區塊鏈等最新一代信息技術構建的新型教室。其本質上是利用各種智能設備輔助展現教學內容、快捷獲取學習資源、提升課堂上教學互動，充分體驗情境感知、實現環境管理功能的一體化新型教室[2]。智慧教室旨在為教學活動提供智能、便捷的互動空間；通過物理空間與數字空間的結合，本地與遠程的結合，創造一個自然交互的人機環境，促進自我學習、發散想象空間。

2 智慧教室的建設目標及原則

2.1 智慧教室的建設目標

1） 實現教與學高質量化。智慧教室給師生提供了一個沉浸式的教學環境，實現了師生課程資源共享、課堂師生互動交流，學生分組討論練習，課程資源編輯制作等需求。一般來說，智慧教室應具有遠程直播和錄播功能、自動歸類整理功能、智能互動功能等，改變了傳統的教學教授方式。智慧教室更側重課中師生的互動交流模式，而非傳統照本宣科的模式。在數字化、智能化快速發展的當前，智慧教室也應向數字化、智能化及虛擬化等主流技術應用靠攏。

2） 推進教學管理方式現時現地化。作為對課堂教學質量的有效監督方式，學校一般采用校、系、教研室三級隨堂聽課機制。如何能實現教學監督的常態化、效率化呢？這就需要推進智慧教室網絡化平臺，使授權人群能夠在任何時候查看任何教室的直播或者錄播教學，并且可以隨時將評價反饋教師。對于課堂教學存在的不足，可以通過錄播視頻一一指出，有利于青年教師真實的理解問題點，有效地改善教學方式[3] 。

3） 實現智慧學習多場景化。 優質課程資源制作專業化、視頻資源錄制自動化、遠程互動教學課堂現代化，全面打造智慧教室，以智慧教學、分組討論、智慧研討、微課觀摩等多場景模式構建教育教學新生態。不僅適用于翻轉課堂、課程拍攝制作、遠程直播互動等，而且滿足兄弟院校、企業等小規模的培訓或研討。

2.2 智慧教室的建設原則

智慧教室的建設原則應基于使用人員的專業程度、軟件的使用特點及設備維護特點，重點突出技術的先進性、架構的靈活性、運行的穩定性、應用的擴展性，同時兼顧便捷操作和簡單維護。一般來說其建設原則如下：

1） 穩定性原則

建設智慧教室所涉及軟硬件均要求具備穩定性。硬件采用先進、主流設備，軟件具有較好集成、兼容功能，以保證教室內大規模授課的穩定性能。

2） 可靠性原則

建設智慧教室所用設備應符合國家3C標準。由于智慧教室建設費用較高，本著低成本使用原則，所用設備應采用性能高、耐用性高、安全性高的產品，兼備考慮成熟度與先進性。關鍵部件進行冗余備份，并充分考慮應變能力和容錯能力，有效防止誤操作和外部干擾等行為引起的不良后果。

3） 兼容性原則

智慧教室應具有良好的兼容性。錄播系統支持多樣化的錄制格式，將滿足現有資源格式和未來資源格式的需求；實現與學校教務系統、巡課系統、網絡教學平臺、統一身份認證等對接；同時其應支持通過各種PC瀏覽器、移動設備的網絡課程學習。

4） 標準化原則

建設智慧教室所用軟硬件應符合國際相關標準和技術規范，可與第三方平臺實現對接。

5） 靈活性原則

智慧教室的系統應采用模塊化設計，架構靈活，擴展性強，可以通過靈活的配置滿足學校逐步建設信息化資源的需求，并提供最大的便利。

6） 經濟性原則

在充分保障系統穩定性的前提下，建設智慧教室應基于經濟實用性原則，做到總投資少，低成本管理和維護費用，低成本改造、升級費用，確?？傮w設計達到功能和經濟的平衡。

3 智慧教室的建設內容及應用

智慧教室的建設內容主要分為軟硬件兩大塊，軟件主要是指各類平臺搭建；硬件主要功能實現的基礎設施。

3.1 硬件部分

硬件部分主要包括信息化基礎建設和各類功能教室建設。

1） 信息化基礎建設

①綜合布線

信息化基礎建設首先要在相關教學樓設置匯聚機房和弱電間。匯聚機房采用光纖連通到學校信息中心，弱電間通過光纖連接匯聚機房。匯聚機房管理辦公區的水平線纜，弱電間管理教學區的相應水平線纜。綜合布線水平區域設計采用六類線纜。各個辦公室、教室、閱覽室及其他功能點，應根據使用量來設置相應的語音點、網絡點及信息點。

②視頻監控

根據學?，F有的機房要求，相關教學樓中應設置視頻監控。目前市場主流監控主要采用數字高清網絡攝像機及硬盤錄像機。根據不同的需求，可以選擇安裝數字球機、數字槍式攝像機或者數字半球攝像機。一般來說走廊類推薦使用數字槍式攝像機，大廳之類推薦使用數字球機，電梯內設置半球攝像機。

③校園廣播

學校目前采用廣東中山的中訊公共廣播，現設計在公共走道和教室內安裝壁裝揚聲器并接入原有廣播室的廣播主機。

④網絡系統（含無線網絡）

為保證系統的穩定，系統運行需建設一套專網，樓層的信息點通過六類雙絞線和弱電間千兆接入層交換機相連，接入交換機通過光纖和辦公區匯聚交換機連接，匯聚交換機通過千兆光纖和校園信息中心的核心交換機連接。同時設計在辦公室內及教室內安裝無線AP，滿足教師辦公上網的需要。

⑤能源管理

基于節能降耗的目的，應采取統一的能源管理系統。具體來說就是針對辦公區和教室做到分戶計量，統計每個辦公室、教室及公共區域的用電情況，其用電又分為動力（空調用電）和辦公用照明用電兩類，設計在電柜內安裝智能電表，將數據上傳到學校的管理平臺上并調研確認可行性。

⑥服務器與存儲

服務器是整個系統平臺的運行支撐，平臺軟件基礎數據運行，大量流媒體直播、點播等都在服務器上，因此服務器的性能必須足夠高，并支持大容量數據的吞吐，且穩定可靠，實際服務器數量根據建設多媒體教室規模配置，條件允許可配置虛擬服務器。

所有的教室音視頻信號均采用集中存儲的方式，通過統一集中存儲平臺實現統一管理，實現錄像調用、查詢、檢索等功能。

為系統配置錄像存儲服務器及錄像軟件，完成對多媒體教室的錄制存儲功能。

按照課堂視頻資源一路老師、一路學生、一路VGA，碼流8M/S，一節課45分鐘，每天錄制10節課計算總容量。一般來說錄像存儲服務器應確保100天的存儲容量。

⑦LED信息發布大屏

通過B/S平臺實現對LED大屏的信息發布，可發布通知、公告、課表、宣傳視頻等公共信息，達到信息傳遞及時、內容豐富。顯示面積根據空間大小選定。

2） 各類功能教室建設

根據使用需求，智慧教室主要建設以下三大類多功能教室。

①高端研討型智慧教室

高端研討型智慧教室主要由多塊交互液晶觸摸一體機、活動桌椅、環境功能裝修等組成。交互性多媒體教室主要由顯示及互動教學、場景生成（巡課、錄播）、擴音系統、智能控制、多媒體教學、活動桌椅、環境功能裝修等組成。

通過教室內安裝的智能化設備、情景式裝修、移動式課桌椅等設備打造一個全新的教學環境，利用大數據、云計算、物聯網等新一代信息技術打造的智能、高效的課堂環境。其實質是基于動態學習數據分析和“云+端”的運用，實現評價反饋即時化、交流互動立體化、資源推送智能化，全面變革課堂教學的形式和內容，構建大數據時代的信息化課堂教學模式[4]。

②研討型多媒體教室

研討型多媒體教室主要由液晶觸摸一體機的多媒體教學、多媒體集控、場景生成（巡課）、無線投屏、智能白板、移動課桌椅及環境功能裝修等系統組成（如圖1所示）；實現討論式教學、PBL教學等。研討型多媒體教室可實現教室的集中管控、遠程管理、遠程控制、一卡通插卡開啟所有多媒體設備，實現一卡通教學。

③標準化多媒體教室

標準化多媒體教室有兩種形式：傳統投影多媒體教室（如圖2所示）和交互觸摸一體機多媒體教室（如圖3所示）。兩種教室功能大同小異，區別在于顯示是使用投影儀還是液晶大屏，其系統均包含實現多媒體監控、場景生成（巡課）等子系統，可實現教室的集中管控、遠程管理、遠程控制、一卡通插卡開啟所有多媒體設備，實現一卡通教學。

④教學服務中心

教學服務中心是整個校園智慧教室的控制樞紐。學校管理員可利用教學服務中心的控制平臺統一管控各個樓棟的智慧教室資源，實現遠程管理（如圖4所示）。教學中心還應具有實時、并列顯示多個智慧教室內實況的功能[5]。

同時服務中心是一個集多種電子設備擺放以及管理人員操作區域。通過軟件平臺，管理員可以統一管理所有智慧教室的教學設備，統一分配教學資源，實現管理效率最大化。

管理中心應滿足教學指揮調度，通過一體化平臺實現多間智慧教室的信息采集、評價、督導、反饋功能，實現了課堂教學質量的全過程信息化監督作業，承擔智慧教室的遠程協助、調度展示、集中管控、可視化教學管理等多項教學服務任務。

另外管理中心還應具備實時收集、匯聚教學過程中的各種數據，構建完整的教育大數據。同時還可以為任課教師、教學督導、教學管理者及學生等提供不同的角色入口，根據角色推送智慧教室生成的教學活動數據和錄制的課程資源。

3.2 軟件部分

智慧教室的軟件部分主要是搭建軟件平臺。

軟件平臺搭建主要有五大功能模塊：全景錄播、在線巡課、視頻點播、優質資源推送以及隨堂評價。

1） 全景錄播

全景錄播利用高清攝像機采集數據，并對采集數據加以分析，自動整理數據、壓縮數據并發送到指定存儲空間。全景錄播通過兩臺高清攝像機采集信號，一臺拍攝教師上課場景畫面，一臺拍攝學生全景畫面。另外全景錄播還應具備實時采集多媒體教學系統傳輸過來的VGA信號，如授課電腦畫面或者外接便攜式電腦畫面等。拍攝教師視頻的同時還應采集教師授課的聲音并將兩組信號進入課程視頻錄制系統同步編碼。

2） 在線巡課

在線巡課系統應具備便捷的多模式在線巡課，可根據教師類別、教室類別、課程類別、學生專業類別等直接搜索，還可支持遠程調節攝像頭，方便管理者或督導實時多方位觀察教師授課及課堂情況。

三畫面直播課件時，在線巡課系統還應支持高清攝像系統的方位調整操作，支持對攝像機預置位的快速調用，支持停止、靜音、音量大小調節。

3） 視頻點播

視頻點播可按照年、月、日或者其他分類來選擇所需課程。平臺應提供搜索關鍵字點播功能及支持按照課表錄制的課程視頻和臨時任務錄制的任務視頻點播，方便用戶搜索所需內容[6]。平臺支持利用鼠標進行點播視頻的縮放，方便調節觀看。另外平臺還應該具備按課程點播該課程下的所有視頻進行便捷的點播觀看，可根據月份選擇相應的視頻，也可按節次點播，支持對視頻推薦、刪除。

4） 優質資源推薦

平臺應支持優質資源推薦到推薦視頻供教師、學生點播學習，推薦視頻可添加自定義相關視頻標簽，如非常喜歡、幽默、精彩等。優質視頻可由任課教師或者學生推薦。平臺還應支持按關鍵字搜索推薦的優質視頻點播，并可根據最新推薦、最熱推薦查詢推薦視頻點播學習，也可支持按推薦標簽查詢相關視頻點播等多模式查詢點播功能。

5） 隨堂評價

學校可利用平臺對相關的課程進行督導評課。督導評課系統應支持實時評課、支持隨堂評價、隨堂評價支持打星、支持文字輸入評價等多方位的操作[7]。

另外平臺還應支持對當前教師或課程的橫向或者縱向評價查詢。另外平臺還應支持市場主流社交平臺，如微信。學生可以通過微信小程序等來進行視頻點播、分組討論、師生互動交流、考勤簽到等，實現實時移動互聯互通。

4 結束語

智慧教室主要運用了物聯網等技術，可以生成相對應物聯網應用場景，既有利于學生進行創新實驗研究，也有助于教師開展科學研究。5G、人工智能及大數據等信息技術的蓬勃發展增強了智慧教室的實用性，促進了師生互動，改善了教室氛圍，大大提高了學習效率。因此，在當前信息技術大發展的前提下，應充分利用智慧教室的優勢，不斷與時俱進，改進和創新智慧教室平臺，最終提高教學效率和教學質量。