教育信息化2.0時代高校智慧教室建設

王德東 任文軒

摘要：目前高校的智慧教室主要用于慕課和翻轉課堂的教學實踐，在國家新政策的指導下，智慧教室在教學中發揮著日益重要的作用。該文以具體項目為例，從建設目標、市場調研入手，確定項目的技術特點，根據用途對智慧教室進行分類，從軟硬件配置、環境改造等方面來探索智慧教室的架構、建設及應用。

關鍵詞：智慧教室;智能化;架構設計;建設及應用;學習環境

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）30-0010-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Construction of College Smart Classroom in The Era of Educational Informationization 2.0

WAND De-dong1， REN Wen-xuan1，2

（1.Zhejiang Ocean University，Zhoushan 316022， China; 2.Faculty of Education， Universiti Teknologi MARA（UITM）， Malaysia）

Abstract： Nowadays， smart classrooms in colleges and universities are mainly applied in the teaching practice of MOOCs and flip classes. Under the guidance of the latest national policy， smart classrooms are playing an increasingly important role in various areas of education. Taking the specific project of Zhejiang Ocean University as an example， as well as referring to the construction objectives and market research results， this paper defines the technical characteristics of the project， classifies smart classrooms according to their applications， and explores the architecture， construction and application of smart classrooms from the aspects of software and hardware configuration and environmental transformation.

Key words： Smart Classroom;intellectualization; architecture design; Construction and Application; learning environment

1 引言

在網絡強國戰略、“互聯網+”行動計劃、大數據戰略等國家宏觀政策指導下，高校信息化建設工作的著力點將從基礎條件建設、應用信息技術開展教育、科研、管理工作逐步提升到智慧教育、智慧管理的高度上來[1-2]。目前各高校都加大了智慧教室的建設力度，在智慧教室里，學生可以分組的方式自由組合，以學生為主體，開展啟發式教學模式[3]。主要實現內容呈現、環境管理、資源獲取、及時互動和情境感知[4]等五大功能。

2 建設目標

隨著新的教學理念的出現，老的多媒體教室已經無法完全適應如今的教學要求。本次建設的第一目標是完成教學的需求，第二目標是盡量節約經費，在創新的同時，絕不浪費。主要建設內容如下：

（1）完成22間智慧教室整體的建設、安裝、調試。

（2）完成教學管理人員的培訓工作。

（3）制定智慧教室的操作流程以及后臺管理制度。

（4）實現方便教學管理、節能環保、打造良好的教室環境從而提高學生自主學習意識。

3 市場調研及論證情況

在項目正式啟動前，經多方調研、走訪了省內同類院校和相關產品廠家，從中學習了很多的建設經驗，根據我校的自身特點以及辦學理念，結合智慧教室本身的內在特點，經過多次討論之后確立本次智慧教室項目的建設方案?？紤]到經費有限，只配置了5間具有課程視頻錄制功能。

4 技術特點

（1）使用高清攝像機，可以自動跟蹤教師和學生，錄制教師的授課、學生課堂學習情況。

（2）高清寬屏電腦顯示器，可以滿足錄制全高清課件視頻的需求。

（3）配備無線話筒、鵝頸有線話筒，可以滿足師生互動場景。

（4）可以無線投屏，用于討論、互動場景。

（5）觸摸一體機，支持Windows操作系統，可實現多種格式的多媒體課件播放以及白板書寫，滿足互動交流需求。

（6）納米黑板，支持Windows操作系統，配備高拍儀，兼顧傳統粉筆書寫及電子白板軟件功能。

（7）智慧課堂系統，支持教師備課、資源上傳下載、師生多屏互動、小組討論多屏互動 、信息保存、問卷等功能。

（8）配有管理攝像機，可以遠程指導教師操作。

5 高校智慧教室架構

根據教育部關于數字校園建設規范及要求，以“統籌、集約、綠色、發展、開放、共享、安全”的原則，既要符合建設規范，也可以根據實際情況按各自需求拓展。高校智慧教室的總體架構見圖1[5]。從信息教學理念上，可以從三個方面來展現智慧教室，在空間上， 實現虛實課堂結合;在時間層面上， 體現課前、課中、課后各個環節;在主體方面上， 實現師生之間的互動交流[6]。從物理層面上，可以包含基礎設施、應用終端、應用業務、各種平臺及數據服務等。

本次我校建設的智慧教室是在新建的教學大樓上的整二層，網絡及服務器等基礎設施已經到位。根據學校的實際情況，可以進行相應的簡化。應用終端除了使用及管理者外，通用操作系統主要是支持Windows的納米黑板及一體機;智慧教室管理系統、高清多媒體中控，通過一卡通、微信掃碼進行身份認證開關機，對設備運行進行管控;智慧課堂互動系統，提供對教學活動支持：數據處理、采集、存儲、交換、分析及評價。

6 智慧教室分類

本次共建設22間智慧教室，下面就其分類逐一介紹。

6.1 研討型錄播智慧教室

研討型大型智慧教室共1間，可以容納60人學習，配備了智慧教室的相關設備及系統，包括智慧課堂系統軟件、大屏液晶拼接屏（按照3排5列拼接）、常態化錄播系統、多媒體系統、智能中控系統等，可實現智慧課堂教學、小組討論、翻轉課堂、PBL教學、直播課堂、精品課錄制等教學活動及探討、示范課、新教師培訓等各種教發活動。配備兩聯桌椅及扇形移動拼接會議桌，既可以提供常規的課程教學，也可以進行臨時拼接，可以承擔會議、講座及競賽等工作。圖2為智慧教室分類圖。

高清拼接大屏：高清拼接大屏具備高亮、高對比、寬色域等特性，給大家不一般的視覺感受。使用拼接大屏，使用壽命長，后期維護成本低[]，可以使需要展示的內容包括文檔、PPT、視頻等有更好的視覺效果，充分調動老師及學生的感官知識積極性，大大提高教學效果。同時在進行部分教發活動及示范課時，能提供更好的硬件條件，也能更好地展示老師的課件。

6.2 錄播型精品智慧教室

中型教室共4間，每間可以容納34人學習，采用納米黑板授課（內嵌電腦），適合常規班級上課，帶有錄播功能，適合教師錄制課程視頻及各類競賽視頻。

6.3 普通型智慧教室

（1）包括9間大教室，其中5間設計為每間可以容納70人，4間設計為每間可以容納54人，采用觸摸一體機（內嵌電腦）、綠板授課，配有液晶電視，適合大班上課。

（2）中型教室4間，每間可以容納34人學習，采用納米黑板授課（內嵌電腦），適合常規班級上課。

（3）小教室共4間，其中2間可以容納14人，另外2間可以容納22人，適合小組討論或者常規教學使用，每間教室配有采用觸摸一體機（內嵌電腦）、綠板。

7 智慧教室軟硬件系統

7.1液晶高清互動中控

基于智能網絡中控系統的智能多媒體教室的設計方案，是將教室端的所有設備通過網絡中央控制器，以校園網為紐帶連接為一個整體，實現了管理員老師對各個教室多媒體設備的集中管理和遠程控制等。通過互動中控，教師只需使用自己的校園一卡通或手機掃碼即可方便的使用，插卡即用，拔卡即走，管理員可以通過監控中心搜集到最基礎的實時數據，并能遠程操控所有智慧教室。

7.2 常態化錄播系統

主要由互動錄播一體機、智能導播軟件、智能圖像分析模塊、視頻采集、音頻采集設備及集中控制管理軟件、資源管理平臺軟件、互動平臺等模塊構成。其操作界面見圖3。

在標準的教室里，需要安裝2個攝像機分別對教師授課過程及學生聽課過程進行視頻圖像采集。主要功能有：課程視頻錄制、視頻下載、直播、點播，支持Web方式在線導播。

系統支持自動導播及手動導播兩種模式，可以錄制教師特寫、教師全景、學生特寫、學生全景、電腦PPT及最終合成6路通道，對于一般的授課，選擇自動導播模式，合成教師特寫及PPT界面即可（系統會根據教師的操作自動切換通道）。對于要求較高的課程，可以手動切換，然后利用非編軟件進行后期合成。

7.3專業音響設備

配備專業的無線話筒、有線話筒及音響，克服了部分老師說話聲音小，坐在后排學生聽不清的困難，同時也在自動錄播時候，可以更好地對老師講課的內容進行收音。教室內配備了常態化錄播設備，老師僅需在講臺上的控制面板點擊開始錄制按鈕，即可進行精品課全自動錄制，系統可根據現場情況進行自動捕捉、自動跟蹤、自動導切，自動錄制，全程自動化操作，無須人工干預，即可完成一堂精品課的錄制。

7.4 智慧課堂互動系統

包含備課模塊、課堂互動模塊、資源調用模塊、堂錄像采集模塊、課堂數據采集模塊、課堂質量報告模塊等。系統具有多種豐富的互動，包括簽到、搶答、選人、投票、問答、資源發放等，還可進行小組分組活動，指定小組任務，并根據完成情況對其進行評分，大大豐富了課堂教學活動的參與度。依托教學平臺和資源平臺，可幫助老師進行云端建課備課、布置批改作業、發布測驗考試等操作。同時，系統可對教學數據進行采集和管理，并通過大數據平臺進行實時的分析和展示，真正達到智慧教學。

7.5 智慧教室管理系統

對于前端操作，教師可以通過一卡通、微信掃碼開關機;對于后端管理者而言，系統可通過電腦端的C/S結構、Web及微信集中控制三種管理模式，對所有設備進行統一管理，可以遠程單個也可全部開啟或者關閉智慧教室設備，極大地方便了管理。教師還可以通過微信進行故障上報。系統參考圖見圖4 智慧教室管理系統效果圖。

7.6 安防與監控系統

教室內全部配置了安防與監控系統，可以遠程指導教師操作軟硬設備。統一監控、統一調度、及時響應和服務[6]。

7.7中央空調系統

采用中央吊頂空調系統，主要包含室外機、室內機、電路（教室室內機阻燃電源線，符合國標室內機阻燃電源線、室外機阻燃電纜線）、室外獨立配備電箱（需要做好防水設置及安全標識）以及室外機基礎（混凝土條形基座）等，空調出水管單獨安裝在走廊橋架上。

8 智慧教室桌椅

針對“智慧課堂”的特點，課桌根據需要既可以按傳統排列，也可作為小組討論時候拼裝組合。常用桌椅布局有“圓桌式”“秧苗式”及混合式[4]，圓桌式布局多應用于小組協作學習，能夠縮短師生的物理空間距離，提升課堂活動參與的效果[8]，秧苗式布局則多應用于課堂講授，以知識傳遞為主。桌椅進行專業化設計，材料采用符合國家環保檢測報告的材質，椅背為特殊支撐材料，符合人體工學，久坐也不會感到疲勞。

移動拼接會議桌椅：通過簡單的展開、移動，可調整出適合培訓、會議、上課等多種不同需求空間，折疊后的產品可堆放從而節省空間，鋼木結構，帶書包架，桌面可折。分為長條形移動拼接會議桌、扇形移動拼接會議桌，可以隨機拼接。智慧組合桌椅：采用三角形、梯形進行拼接，也可以固定，一般拼接一桌可以坐6個人。二聯學生桌椅：采用二聯學生桌椅，使教室可容納更多學生位，方便后期安排教學、競賽、考試等教學活動。

9 智慧教室裝修

教室裝修主要包括：鋁天花吸音吊頂、吊頂燈光、講臺木質背景、墻面基層、墻面環保硅藻泥、復合強化地板、窗簾盒、電動窗簾等。

本次工程板材均采用阻燃板材且符合E1環保等級，電線材料為符合國家標準的阻燃BV線，其中隱蔽工程中涉及設備線路與電源插座進行開槽預埋線管暗敷。插座：大、中教室每個立面需安裝（兩相電）五孔插座四個，小教室每個立面需安裝（兩相電）五孔插座兩個，按照在合適的高度，間距1米以上均勻分布。

10 結論

本次我校的22間智慧教室已建設完畢，經過一個學期的使用，各種教室發揮了預計的作用，師生們反映良好。在使用過程中也發現了一些問題，例如微信掃碼開機有時會受網絡問題發生延時，從而影響開機。因此，需要配備多種開機模式，例如使用一卡通及人臉識別進行開機。未來會考慮建進一步完善物聯網控制系統，進行基于通信網絡的集中式空調遠程監控[9]，增加人臉識別開機功能[10]。

參考文獻：

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[3]高校智慧教室建設，看看大家怎么做[J].中國教育網絡，2020（12）：55-56.

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[6] 史寶虹.互聯網+時代高校智慧教室架構設計與實現[J].華中師范大學學報（自然科學版），2017（S1）：91-95.

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[8] Paul Baepler，? J. D. Walker. Active Learning Classrooms and Educational Alliances： Changing Relationships to Improve Learning[J]. New Directions for Teaching and Learning， 2014， 2014（137）：27-40.

[9] 王志毅，鐘加晨，李靜凡，等.基于通信網絡的集中式空調遠程監控系統研究[J].制冷與空調，2019，19（4）：61-65.

[10] 張靜端.基于人臉識別技術的圖書館門禁系統的研究[J].現代電子技術，2016，39（18）：99-103.

【通聯編輯：王力】