智慧教室管理系統的關鍵技術探析

李偉　康樂　劉凱　朱鸝　楊衛社

摘要：在新的時代背景下，智慧教室管理系統成為現代教育領域中的重要組成部分。隨著科技的發展和互聯網的普及，教育信息化已經成為推進教育現代化的主要手段。智慧教室管理系統通過整合各種教育資源和信息化技術，為教育教學活動提供更加便捷和高效的管理方式。它不僅可以提高教育教學質量，提升教育教學水平，還可以提供個性化教學服務，滿足不同學生群體的需求。文章主要從智慧教室管理系統的價值優勢出發，具體分析論述了智慧教室管理系統的功能結構及關鍵技術，以期能夠提升智慧教室管理系統的效率和智能化水平，進一步推動教育信息化的高質量發展。

關鍵詞：智慧教室；管理系統；功能結構；關鍵技術

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2024）13-0063-03 開放科學（資源服務）標識碼（OSID） ：

在新的時代背景下，教育信息化成為教育發展的重要方向。作為教育信息化的重要組成部分，智慧教室管理系統對提高教學質量、促進教育均衡發展和個性化教育具有重要意義。智慧教室管理系統通過運用信息技術手段，實現對教室環境、學生行為等各方面的管理與監控，提高教育教學效果和管理效率，可為教育信息化的推進提供有力支持。智慧教室管理系統通過整合各種教育資源和信息化技術，為教育教學活動提供更加便捷和高效的管理方式。

1 智慧教室管理系統的價值優勢

在教育領域，智慧教室管理系統通過利用互聯網技術和信息化手段，實現對教育教學過程的智能化管理和優化，提高教育教學的質量和效率。智慧教室管理系統可以實時監測學生的學習情況，給予幫助和指導。同時，可以收集和分析學生的學習數據，根據學生的學習情況進行個性化輔導[1]。智慧教室管理系統還能方便教師對學生的考勤、成績和行為進行監控和管理。

2 智慧教室管理系統的功能結構

智慧教室管理系統的功能結構主要包括班級管理、考勤管理、學生管理和平臺管理等主要方面。

2.1 班級管理

學習環境，提供全方位的教育和學習服務。在智慧教室管理系統中，通過班級管理，教師可以方便地管理和查看各個班級的信息。在這個模塊中，可以實現班級的創建、編輯和刪除等功能。教師可以通過班級管理模塊查看班級的基本信息，如班級名稱、班級人數、學生名單等。教師還可以在該模塊中進行班級信息的修改，如調整學生的分組和添加新的學生。學生可以通過班級管理模塊查看自己所在的班級信息，如班級名稱和教師信息。

2.2 考勤管理

傳統的考勤方式需要學生手動簽到或通過刷卡等方式進行記錄，容易出現考勤數據的不準確和考勤過程的煩瑣等問題。而在智慧教室管理系統中，通過物聯網技術的應用，可以實現全自動的考勤管理。智慧教室管理系統在考勤管理方面大大減輕了教師和管理員的工作負擔，實現了考勤管理的自動化和智能化。通過實時監控和數據分析，可以更準確地判斷學生的出勤情況，提供更及時的反饋和干預措施。此外，智慧教室管理系統還可以與家長端和學生端進行對接，家長和學生可以通過手機或電腦等終端查詢學生的考勤情況，增強家校合作和信息共享。

2.3 學生管理

通過學生管理模塊，學校可以實時掌握學生的信息。學生管理模塊還可以用于學生的課程安排、課程表的生成、考試安排等。對于學生而言，可以借助學生管理模塊查詢和管理自己的個人信息，了解自己的學習情況和考試安排。智慧教室管理系統還支持學生在線學習，學生使用系統可以在線提交作業、查看教學資源、參與在線討論等。教師可以及時對學生的學習情況進行監督和評估，提供個性化的教學輔導。智慧教室管理系統為學生管理提供了更高效、便捷的解決方案。通過學生管理模塊，學校可以更好地管理學生，提高學生的學習效果和學習積極性[2]。

2.4 平臺管理

通過平臺管理，可以實現對整個智慧教室系統的集中監控和管理，對智慧教室管理系統進行統一的管理和調度，實時獲取設備運行狀況和教室使用情況，確保教室設備的正常運行和教學活動的順利進行。平臺管理可以對智慧教室系統中的各種設備進行管理，例如終端設備、傳感器設備、網絡設備等。還可以實現設備的注冊、配置、狀態監控等功能，確保設備的正常運行。平臺管理還可以對智慧教室系統中的各種用戶進行管理，例如教師、學生、管理員等。通過平臺管理，可以實現用戶的注冊、登錄、權限分配等功能，確保系統的安全性和可靠性。平臺管理還可以對智慧教室系統的整體運行進行管理，例如系統的部署、配置、監控等，以保證系統的高效運行和穩定性。智慧教室平臺管理如表1所示。

3 智慧教室管理系統的關鍵技術

智慧教室管理系統的關鍵技術主要包括：物聯網技術實現環境控制、大數據技術實現考勤管理、云計算技術實現行為分析、人工智能技術實現權限管理等。

3.1 物聯網技術實現環境控制

物聯網技術是實現智慧教室管理系統的重要基礎，通過物聯網技術，可以實現教室內各種設備的互聯互通。智慧教室管理系統通過物聯網技術來實現環境控制。物聯網技術是指通過物理設備、傳感器、軟件和網絡等技術手段，將各種物品連接起來，實現信息的感知、通信、處理等功能。在智慧教室管理系統中，物聯網技術可以應用于多個方面，例如溫濕度傳感器可以監測教室的溫度和濕度、智能燈光可以自動調節照明亮度、智能窗簾可以自動調節遮光程度等。通過物聯網技術，智慧教室管理系統可以實現對教室環境的精確控制，提高教學效果和學生的學習體驗[3]。同時，物聯網技術也可以實現遠程監控，教師和管理員可以通過手機或電腦隨時監控教室環境，并進行相應的調整和控制，這樣不僅提高了教室管理的效率，還能夠節省能源和資源，實現綠色環保的教室管理。

在智慧教室管理系統中，通過將傳感器安裝在教室中，可以實時監測教室的溫度、濕度、光照等環境參數。借助物聯網技術，傳感器可以與系統連接，將監測到的數據傳輸到后臺服務器，系統可以根據相關數據來調節教室的環境，以提供一個適宜的教學環境。系統還可以根據光照傳感器監測到的數據，自動控制窗簾的開合，以調節教室的光線亮度。物聯網技術還可以實現對教室用電的智能管理，系統可以通過電能監測傳感器監測到教室的用電量，并與后臺服務器進行實時通信。系統可以根據用電量的變化，合理分配電力資源，避免因為教室用電量過大而導致電網負荷過大的情況發生。

3.2 大數據技術實現考勤管理

大數據技術為考勤管理帶來了變革，在智慧教室管理系統中，傳統的考勤方式容易出現漏打卡、打卡不準確等問題，而利用大數據技術可以解決此類問題。智慧教室管理系統可以通過設置相應的設備和傳感器，實時采集學生的考勤數據，相關數據可以記錄學生進入教室的時間、離開教室的時間、學生在教室內的行為等。通過大數據技術的處理和分析，還可以將數據轉化為具體的考勤信息，如學生的到勤率、遲到早退情況等。

使用大數據技術，教師可清楚了解學生考勤數據，如簽到、簽退時間、請假記錄等，這不僅提高了考勤的準確性和效率，還能及時發現異常情況，如遲到、早退等，以便實現更為精細化的管理。通過對大量數據的統計和分析，可以得出學生的考勤偏好、長期缺勤的原因等，提供給教師和學校進行參考和決策。智慧教室管理系統還可以利用大數據技術進行預測和預警，通過對歷史考勤數據的分析，可以建立模型來預測學生的考勤情況，并發出相應的預警提示。借助大數據技術，智慧教室管理系統可以實現對學生考勤的智能化管理。通過自動化的數據采集、精確的數據統計處理和靈活的數據應用，可以提高考勤管理的效率和準確性，進一步優化教學管理工作。

3.3 云計算技術實現行為分析

云計算技術實現行為分析是云計算應用的重要方向，對于提高云計算平臺的安全性、穩定性和服務質量具有重要意義。云計算技術實現行為分析是指，通過對用戶在云計算環境中的數據和行為進行監控和分析，以發現異常行為、預測趨勢和優化服務。該技術運用大數據處理、機器學習和人工智能等算法，對用戶的操作、訪問、使用等行為數據進行深度挖掘和分析，識別出規律和異常，從而進行決策和響應。同時，云計算技術實現行為分析還可以幫助教師更好地了解學生需求和行為習慣，優化系統設計和服務性能。

再者，智慧教室管理系統可利用云計算技術實現對學生行為的深入分析，為教師提供更全面的教學輔助信息，提高教學效果[4]。在智慧教室管理系統中，云計算技術可用于實現行為分析，通過采集和記錄學生在教室內的行為數據，例如學生的活動軌跡、使用設備的頻率、參與討論的次數等。對于教師來說，行為分析可以幫助其更好地了解學生的習慣和行為模式，從而更有針對性地進行教學。例如，教師可以觀察到某些學生在課堂上經常離開座位，這意味著學生對課程內容不感興趣或者難以理解，教師可以根據相關信息來調整教學方法和內容。對于學生來說，行為分析可以幫助其更好地了解自己的學習習慣和效率。例如，學生可以通過行為分析了解到自己在課堂上的參與度和專注度，從而找到提高學習效果的方法。同時，行為分析還可以幫助學生了解自己在課堂上的表現和行為是否符合要求，從而培養良好的學習態度和行為習慣。同時，云平臺還可以對學生的行為數據進行匿名化處理，保障學生的隱私安全。

3.4 人工智能技術實現權限管理

智慧教室管理系統利用人工智能技術實現權限管理，可以提升教室管理的安全性和便捷性，進而提高教學效果。人工智能技術為權限管理帶來了創新，系統可智能識別學生學習習慣，實現精確的權限分配，還能根據學生的使用習慣和行為模式進行動態調整，從而提高學習效率。人工智能技術還能檢測并預警異常訪問行為，及時防范潛在的安全威脅。智能化的權限管理方式既增強了系統的安全性，又為學生提供了更為便捷和個性化的體驗。

人工智能技術可實現對教室內人員的身份識別和權限控制。攝像頭和人臉識別技術可對進入教室的人員進行身份驗證，系統可以通過事先錄入的人臉數據對進入教室的人員進行識別，并將其與系統中存儲的信息進行對比。只有通過驗證的人員才能獲得相應的權限，例如進入教室、使用教室設備等。人工智能算法還可對教室內的行為進行分析和監控，系統可以識別出異常行為，如未經允許的人員進入教室、未經授權的操作等，并通過警報系統進行及時提醒和處理。同時，系統可以根據教室內人員的行為情況，進行智能化的權限管理，根據不同的身份和需求，給予不同的權限。人工智能技術還可以進行智能化的教室資源管理，通過分析學生和教師的學習和教學行為，了解其對教室資源的需求和使用情況，對教室資源進行合理分配和利用，提高資源利用效率[5]。

4 結束語

智慧教室管理系統是應對當前教育環境變革的必然選擇。該系統擁有班級管理、考勤管理、學生管理和平臺管理等功能，可以實現對教室的全方位管理和監控。同時，借助物聯網技術、大數據技術、云計算技術和人工智能技術等關鍵技術，系統可以實現環境控制、考勤管理、行為分析和權限管理等功能。隨著技術的進一步發展和應用場景的不斷豐富，智慧教室管理系統在教育領域將發揮更為重要的作用。

參考文獻：

[1] 陳麗，郭玉娟，張文梅.“互聯網+教育” 的世界觀：復雜系統觀[J]. 中國遠程教育，2023，43（8）：7-12，24.

[2] 黃翔. 大數據下智慧教室管理系統研究[J]. 電腦編程技巧與維護，2020（11）：90-92.

[3] 陳林. 基于物聯網技術的多媒體智慧教室管理系統研究[J].物聯網技術，2023，13（8）：138-140，143.

[4] 張立輝. 基于大數據的學生行為分析平臺研究與實現[J].無線互聯科技，2023，20（3）：56-58.

[5] 劉雄. 人工智能技術與計算機網絡安全的分析[J]. 電子技術，2020，49（11）：42-43.

【通聯編輯：張薇】

基金項目：楊凌職業技術學院2021 年院內科學研究項目“智慧教學運維系統設計與研究”（編號：ZK21-97） ；楊凌職業技術學院2020年人文社會科學基金項目“互聯網與職業教育時代下的高職院校校園網優化提升研究”（編號：SK20-52）