基于课表联动的多媒体教室信息化管理系统建设

刁叔钧

(五邑大学 实验室与设备管理处，广东 江门 529020)

目前高校普遍建设了数字化、网络化教学环境，如何充分利用这些环境实现多媒体教室(实验室)的综合管理被提到了议事日程[1-2]。通过广泛调研，五邑大学确立了具有实用性、经济性、先进性的网络多媒体教室信息化管理系统的建设项目[3-5]。该系统是具有远程控制状态反馈的网络型集中控制系统，采用了先进的互联网技术和多媒体技术，对重要设备的运行状态、教室设备的使用等都通过网络进行集中监测和管理，并结合先进的课表联动管理理念，构建出21世纪全新的现代教学管理模式。

1 多媒体教室信息化管理系统的功能分析

为了改善学校教学环境，五邑大学于2013年新建了一栋22层教学楼，共有容纳200人的多媒体教室40间，容纳100人的多媒体教室9间，全自动录播教室1间。为了解决多媒体教室管理与管理队伍人员缺乏的矛盾，加强多媒体教室的维护和管理，五邑大学建立了基于课表联动的多媒体教室信息化管理系统[3，6]，其功能分析如图1所示。

图1 多媒体教室信息化管理系统功能分析

1.1 组网连接方式

根据目前网络化的普及以及使用的需要，该多媒体教室管理系统的中央控制系统采用TCP/IP协议，在标准的以太网络中运行，充分利用了局域网组网灵活、安全稳定的特点，将所有的多媒体控制主机通过局域网连接在一起，通过服务器管理软件统一监控管理。局域网通信可以很好地确保多点多发的数据连续、完整地在教室与总控制室之间传递[2，3]。

教室的控制主机采用32位可编程处理器作为控制核心，每一间教室可以自成系统，独立完成教室内设备开关、信号切换等功能，同时可以通过网络对每一间教室的设备进行状态监控和管理[4]。

1.2 设备状态的自动监控、记录、存储

总控制室服务器具有远程以及跨网段实时监测功能，教室中控将采集到的本教室设备使用信息及时上传到总控制室服务器，同时采用直观的双屏界面显示各个设备的运行状态以及讲台门禁系统的开/关状态。系统可以记录每一间教室的设备使用情况、故障情况，可以根据用户需要生成设备使用记录表以及故障统计表，能够将所有的设备动作发生的时间精确地记录下来，并存储于服务器内，为设备资产统计提供准确的数据支持。

当系统出现非法数据，如设备异常断开，主机异常断电等状况，总控制室服务器监测软件将实时发出声光报警，提示值班人员检查。该管理系统能提供讲台前门、后门、中门门禁检测数据功能，也能够即时、准确反映讲台前、后门的打开或关闭状态。当有人使用暴力撬开讲台前、后门时，即可通过网络触发总控制室报警设备。监控信息采用数据库管理，方便查询与统计。本管理系统具有第三方拓展功能，可以通过RS-232或者485协议与校方现有的安防系统无缝链接。

1.3 IC卡远程管理系统

本管理系统要求与校园“一卡通”完全兼容，并与校园卡数据管理中心连接。所有教师校园卡的授权信息需要存储在教室终端的IC卡读卡器中，可以存储24周的课表和2 016名上课教师的信息，便于在网络不通畅的情况下保障教学的顺利实施。

管理系统将使用人的IC卡分为：

(1) 管理员卡(万能卡)：其使用不受时间和教室地点的限制；

(2) 用户卡：根据教务排课系统自动链接数据生成，按授课时段、规定教室方可刷开讲台门锁的校园卡；

(3) 临时卡：由总控制室发放，指定授权时段、指定教室方可刷开讲台门锁的临时IC卡。

IC卡远程管理系统实现人性化管理。IC卡刷卡可开启讲台门禁，当下课时教师将讲台双侧门关闭后，多媒体教学系统亦自动关闭。

IC卡读卡器具有较大的存储功能，可以存储一个学期的开锁授权以及刷卡记录。所有教室讲台门禁的开关时间都有记录，并可实现按卡号、教室、时段等分类统计查询和打印相关报表，同时还可将有关记录以Excel形式导出，用于相关教学信息数据分析。

1.4 IP电话通信系统

新建教学楼共有50间多媒体教室，这些教室分布在不同楼层。为充分利用现有的网络资源，多媒体教室信息化管理系统采用IP电话作为总控制室与教室的联系工具。每间教室配置1台IP电话，并且不与讲台门锁关联，教师可以方便地与总控制室取得联系以获得帮助。由于总控制室拥有50间多媒体教室的设备控制权限，绝大多数情况下，管理人员在总控制室服务器端就可以方便地解决教室各类设备出现的使用问题而无需到现场，大大降低了人力资源成本。

1.5 图形化界面管理方式

为了增加数据的可读取性，系统采用图形、字符、数表3种方式显示网络中控系统的即时状态，配合双屏软件界面的显示，使所有教室状态可以在一个页面完整显示。图形化的信息包括教室的网络通信、投影机开关、电脑开关、无线话筒使用情况以及讲台门禁开关等重要设备的使用状态。该软件界面也可以同步安装在保卫值班室。由于界面友好、操作简单，不需要安保值班人员掌握专门的计算机知识。

1.6 教师使用教室情况统计

该管理系统具有教室使用情况的统计功能，记录信息包括教师的刷卡时间、讲台门锁的开关时间、投影机等设备的使用时间，可以对各教室进行一个学期的分时段使用频率统计。系统的自检程序可以在几分钟内完成多媒体教室的设备检测，自动诊断中控、投影机和电脑等设备的故障，自动显示、记录故障情况，并以数据库的形式入库管理。以上数据都以数据库的形式存储于服务器内，可根据需要生成Excel表格用于各种教学数据分析等。

1.7 可精确管理的公共广播系统

以往学校的公共广播系统大多采用分区广播的形式，例如对某一楼层或固定的某几间教室进行广播，但不具有任意教室组合广播的功能。五邑大学新教学楼多媒体教室分别位于2到11层楼，为了播放紧急通知、考试指令、课间音乐和上下课铃声，多媒体教室建设了精确控制的公共广播系统，在总控制室通过可编程中央控制系统和触摸屏，对多媒体教室进行精确的公共广播，既可以同时广播，也可以对一间或任意组合的几间教室特定广播，实现个性化、多用途、受益面广的广播功能。

2 多媒体教室信息化管理系统的建设

五邑大学多媒体教室信息化管理系统建设项目从物理结构上可划分为多媒体教室建设与总控制室建设两部分。其中多媒体教室建设又可分为普通多媒体教室与精品课程录播教室两部分。

2.1 普通多媒体教室的建设

普通多媒体教室主要由网络中控系统(含多媒体网络中控和桌面控制器)、计算机及多媒体教学系统、教学显示系统、扩声系统、多媒体安全防盗系统、IP电话、IC卡读卡器等几部分组成。每个教室以多媒体网络中控为核心，将投影机、投影幕、功放音箱等信号源有机结合起来，实现对各类设备的控制管理以及信号切换等功能。普通多媒体教室的功能有课表联动、集中控制、安全联锁装置、独立IP电话和公共广播。

2.1.1 课表联动

依据已有的校园IC卡，通过与教务排课数据结合，管理系统实现了课表联动授权功能，依据课表对任课教师使用多媒体教室进行授权。只能凭借排课的教师校园IC卡在规定的上课时间段才可以打开该教室多媒体中控台(讲台)门锁。IC卡授权信息包括教师姓名、IC卡号，上课的时间(周数、节数)及地点。授权数据下载于教室的中央控制器中，便于IC卡可以在脱网状态下运行，以保障在校园网或服务器出现故障时能正常开启讲台。课表联动授权查询如图2所示。

图2 课表联动授权查询

2.1.2 集中控制

上课教师通过中控面板的按键，可以对教室中的各类多媒体设备进行集中控制，如设备的供电控制、投影机的开关、电动屏幕的升降、多类媒体设备信号的切换等。教师面对的只是单一的控制界面，操作方便，并且不受网络连接的限制。

多媒体网络中控是该管理系统的核心设备，它的先进性、稳定性是实现系统功能的关键。中控系统必须具备以下功能特点：

(1) 低功耗、高稳定性，支持24小时不间断工作；

(2) 支持多种报警设备的接入，支持投影机断线报警、门禁异常开启报警、计算机及显示器断线报警等功能，支持本地报警和网络报警功能；

(3) 强电与弱电分离，由网络中控主机通过串口控制电源箱的开关实现，将中控内部的电磁干扰降到最低，保障中控系统的稳定运行。

2.1.3 安全联锁装置

管理系统具有延时断电保护以及可编程控制的顺序开关功能。讲台门锁开启时，所有设备时序加电；门锁关闭时，电动屏幕自动升起，同时关闭教室计算机、投影机(延时3～5 min)和设备总电源。时序通断可以避免设备同时开启对开关电源带来的安全隐患。

2.1.4 独立IP电话

每间教室都配有独立网线的IP电话，利用网络实现教室与总控制室直接对讲功能。由于电话系统使用单独的网线工作，计算机或中控系统出现故障时不影响IP电话系统的使用。

2.1.5 安防报警设施

通过配置全钢防盗讲台，配置安全门磁，防止讲台内贵重设备被盗；投影机通过中控主机的断线报警接口，实现投影机断线报警防护功能。

2.1.6 公共广播

每间教室配置公共广播系统，它独立于教学扩音系统，用于播放通知、课间音乐和上下课铃声等。

2.2 精品课程录播教室的建设

精品课程录播教室的功能是将授课教师的多媒体课件与授课现场场景进行实时切换、同步采集和录制，并合成为多媒体课件。它具有直播、录制、编辑、点播等功能，录制课件的画面组成方式灵活多样，可实现网上同步直播，也可实时存储在服务器上供用户后期点播调用。精品课程录播教室除具有普通多媒体教室的功能外，还具有课堂录制、自动/手动导播、内网直播和网络点播功能。

2.2.1 课程录制功能

精品课程录播教室首先是多媒体教室，中央控制器可以控制教室内的所有设备，包括台式计算机、教师自备笔记本电脑、数字展台等。这些设备都采用VGA接口，可以根据实际教学需要，通过中央控制器把信号切换到多画面录播主机中。多画面录播主机支持3路视频、1路VGA及音频输入，通过多画面录播主机实现学生场景、教师场景及多媒体课件同屏显示，而非画中画模式。教室教学场景及教师讲课的声音通过多画面录播主机进行实时录制及网络直播。多画面录播主机能以大于25帧/s采集压缩1024×768分辨率的VGA信号，实现对投影机显示内容的实时采集。

系统的讲台全景摄像机保证教师在多个区域移动中实现不同景别的变换，并可实现整个教学过程的视频图像全自动录制。学生发言跟踪摄像机支持多个拍摄预置位的设置，授课过程中可拍摄学生全景图像，当师生互动时可自动切换到学生特写图像，实现学生在整个教学过程中视频图像的全自动录制。该系统也支持摄像机的手动调整方式，各组画面与讲课的声音同步录制下来，能够全面、立体、真实地再现讲课的全过程。

2.2.2 自动/手动导播功能

全自动多画面录播系统操作简单，可以本地手动操作，也可以自动化控制，或由总控制室远程集中控制。该系统通过网络对录播主机进行管理，控制摄像机上下左右摇动及变焦等动作，实现教学直播、点播及网络资源上传、下载、资源管理等功能，也可对所录制的精品课文件添加索引和课程信息、进行资源检索等再处理工作。

2.2.3 网络直播和点播功能

系统具有网络直播和点播功能，支持在校园网内直播；能够通过组播的方式在校园网环境内播放。系统直播能够支持多种格式的电子文档，包括PPT文件，PDF文件，Word文件，Execl文件，CAD文件、各种图片文件和视频文件等。

2.3 总控制室的建设

总控制室的建设包含了显示系统、管理系统、安防监控系统、语音对讲系统以及公共广播系统等的建设。通过总控制室的建设，可以集中控制管理多媒体教室的设备，实现设备参数配置、设备运行状态监控、资产管理、远程维护等功能。

2.3.1 一卡通管理

通过与校园卡人事信息、教务处课表的对接，对授课教师的校园卡进行开启讲台门锁的授权管理(见图3)，并以数据库的形式将任课教师上下课信息记录下来。只有在规定的时间和相对应的教室内，任课教师才可以用自己的校园卡正常刷卡上课。

图3 校园卡授权

2.3.2 多媒体教室管理

系统基于标准以太网，通过TCP/IP协议实现远程网络控制和跨网段实时监测功能。总控制室能够利用网络远程配置各种设备参数，能够远程实时监测多媒体教学设备的运行状况，及时发现故障和隐患。特殊情况下，也能通过校园网对多媒体教学设备进行独立和联动控制。管理软件提供了简单直观的控制界面，可以直接对选定的一间或多间教室的设备进行操作，包括投影开关，幕布升降，音量调节等。

总控制室还可远程打开各教室讲台门锁。对教室讲台的开锁关锁、读卡器远程授权、挂失卡和替换卡的管理，都可以在总控制室的服务器上实现。

该管理系统能远程、准确、快速地搜集计算机、投影机的软、硬件信息，及时形成并输出资产报表(Excel格式)，使学校快速、准确地掌握本校多媒体设备资产状况。系统的远程监测功能可让管理员快速、准确地掌握多媒体教室内设备状况，除了可以进行基本的信息收集外，还可实现分组别、按条件查询。报表输出等高级管理统计功能，大大提高了该系统的管理效率[5-7]。

2.3.3 安防报警功能

多媒体教室网络中控具有安防报警接口，可实现多种监测、断线保护等报警功能。若有警情发生，在总控制室内会自动弹出报警信息并将故障记录在案。

2.3.4 IP电话功能

总控制室配置2台IP电话，总控制室管理人员与教师之间可随时进行语音交流，并提供远程帮助。IP电话系统独立工作，不依赖计算机或网络中控。当教师遇到困难和问题时，可随时通过IP电话向总控制室求助。在实际运行管理中，90%的教室管理问题都可以通过IP电话沟通和远程控制来解决。

2.3.5 公共广播

在100人的多媒体教室，每间配置1只10 W音箱，200人的教室每间配置2只10 W音箱。总控制室配置功放及自动播放主机。总控室配置的智能广播控制系统，可以精确控制每一间教室音箱的开关，以实现广播的特定播放。

3 结束语

五邑大学基于课表联动的多媒体教室信息化管理系统已经投入运行了`一年，实现了全部设计功能，而总控制室的校方管理人员仅为2人。由于该项目技术方案具备可扩展性，学校计划将原有的40间多媒体教室的管理也归入该信息化管理系统中。该建设项目的实用性、经济性、先进性的建设原则得到了实现。

[1] 张一春，马青玉，徐伟，等.打造智能化、信息化、人本化的多媒体教学环境：南京师范大学多媒体教室信息化管理的创新与实践[J].现代教育技术，2011(9):70-74.

[2] 张爱平，张魁武，张长江，等.高校多媒体教学网络化、数字化、信息化管理的实现与应用[J].中国现代教育装备，2013(24)：20-22.

[3] 葛昂扬.多媒体教室群控管理系统的设计与实现[J].实验技术与管理，2006,23(1):63-79.

[4] 汪新平,李兆华，宋保军，等.多媒体与网络教室信息管理系统的开发[J].实验室研究与探索，2007，26(11)：62-66.

[5] 竺如生.基于校园网的多媒体教室管理信息系统的设计与实现[J].中国现代教育装备，2010(23)：66-68.

[6] 陈金玉.基于项目管理的多媒体教室教学设备管理系统建设探讨[J].中国教育信息化，2007(1):62-64.

[7] 吴鹏，顾海明.多媒体教室管理系统的设计与实现[J].青岛科技大学学报：自然科学版，2003(3)：267-269.