建设适应高校教学需求的智慧教室及管理系统

方伟峰　朱剑平　陆军林（华东理工大学，上海　201424）

建设适应高校教学需求的智慧教室及管理系统

方伟峰朱剑平陆军林
（华东理工大学，上海201424）

目前，智慧教室尚处在发展阶段，各高校对于智慧教室的建设可谓是百花齐放，很多新兴科技正被引入智慧教室建设当中，其中不可避免有部分技术尚不成熟。一些高校在建设中一味追求硬件设备的高精尖，将教室多媒体系统建设的过于复杂，使任课老师在使用多媒体设备时，面临繁多的操作界面而无所适从，只能依靠专业技术人员帮助才能开启系统，进行教学工作本文主要是探索建立适合高校实际教学需求的多媒体智能化教室及管理系统，把任课老师从繁杂的操作中解放出来，使之专心致力于课程教育本身。

智能化多媒体教室 智能信息化 远程控制

1　智慧教室的网络架构

作为全新概念的智慧教室，视频方面必须实现每台摄像机能以4M或更高视频码率，传送回高清/全高清的视频信号，以满足录播/转播需求。在多媒体教室日常管理和维护方面，还要考虑到计算机主机之间的网络数据同传。互动性是智慧教室的关键所在，师生之间的互动功能皆建立在强大的网络基础上。这些使得我们必须要建立一个独立的智慧教室专用局域网络。

1.1多媒体教室网络架构

远程集中式管理是现代各高校普遍采用的多媒体教室管理方式。此种方式以少数管理人员为主，通过网络远程控制分布在不同教学楼里的多媒体教室系统。可见，实现这种模式必须具备以下2点：（1）具备相应的网络环境；（2）具有网络功能的集中式控制主机。对于建设高校多媒体教室专用网络，并且要保证高码率高清视音频等信号的实时流畅传输，最佳方案是建设以光缆为主干的网络，并在条件允许的情况下，尽可能做到光纤直通教室到达桌面。专网的建设大大便利于多媒体教室大规模、集中式维护，如数据同传、操纵系统网络安装等需依赖网络的大数据动作可得到实现。作为多媒体教室专网，我们进一步可把计算机的互联网访问网络，与管理需求的视音频多媒体信号划分到不同的网络链路中，做到专项专用，防止网络堵塞。我们在早先的多媒体教室管理中，因网络条件不够，把计算机网络与中控控制网络、IP电话网络等连接在同一个网络中，导致传输大容量文件时造成网络拥堵，从而影响了中控指令无法发送。

1.2IP地址合理划分

每一间多媒体教室都会有很多设备需要单独的网络地址，如教学电脑、网络型中控、数字式摄像机、IP电话等。一般高校的教学用机都带有还原保护卡与配套管理软件，要能从网络上对教学电脑进行管理，这就要求在设置静态IP地址给每台教学电脑。网络型中控主机其通信方式也是基于TCP/IP机制，管理人员之所以能在中控室进行远程控制指定教室，也是因其IP地址固定不变。同理，数字式摄像机、IP电话等设备也需固定IP地址，以保证其地理位置的准确性。如此多的设备都需连接到网络，而随着教室数量的不断扩大，把这些设备放到同一网络明显是不合理、不科学的。不管是从管理方面，还是系统稳定方面都会成为一大隐患。那么如何避免此问题呢？在这，我简单介绍下我校的做法。考虑到更为高效、便捷的管理以及各设备系统之间的互不干扰，并为将来的扩容需求预留足够的IP地址，我们有必要对教室专网IP地址进行VLAN划分以满足不同的设备系统运作需求。对于服务器类设备，如中控服务器，其IP地址可设置在一个VLAN网段，例如172.18.50.*网段；对于IP电话系统，可单独设置一个VLAN网段，例如172.18.70.*网段；数字摄像机可划分到172. 18.90.*网段；其他系统如需接入网络可以此类推。如此一来，从软件方面加以管理，以做到不同系统之间不可相互影响，不仅便于多媒体系统中各设备的管理、维护，也为以后的多媒体教室扩容预留了足够的IP地址备用。当然这么做只是在交换机上进行了设置，如条件允许完全可以从硬件方面建设多个相互独立的网络以实现物流意义上的分离。

2　智慧教室的主要功能定位及系统设备构成

数字信息化在高校的不断应用拓展，使得各类流媒体数字化信息资源实时交互，这已成为智能化多媒体教室建设的重点。以实现信息实时交互为基础的可视化远程管理与控制、精品课程智能录播、在线教育考核、网络化远程听课与点名、远程互动网络教学为主要功能的智慧教室，正逐渐成为智能化多媒体教室建设的方向和趋势。

2.1智能化多媒体教室内设备构成

智能化多媒体教室通过计算机、投影机、视频展台、无线话筒、功放、音箱等设备来实现丰富多彩的多媒体教学。教师的授课方式与以往有了很大的改变，利用投影和实物展台可以让以往只能写在黑板上的板书放大到任意尺寸，通过投影机投射到150寸幕布上，足以保证最后一排的学生都能看得清。教师在讲课时可以随时插入图片、文字、视频等多媒体素材，还可以实时通过网络寻找想要的任意素材与之搭配，大大提高了内容的多样性、丰富性，使课堂不再是单一的“你听我讲”的模式。

2.2集中式控制是整个智能化多媒体教室构建的核心，网络型中控机则是必要设备

如我校采用的是北京WISE公司提供的中控主机及相应管理软件，此中控主机能长期带电运行，稳定性较强；其控制面较广，具有多种控制接口，可通过程序编码实现对计算机、投影机、幕布、功放等设备的远程管理和控制。任课老师可以通过操作面板对教室内的多媒体设备进行操作，如电脑主机、投影机、功放等设备皆可一键开启。关闭时可以通过中控程序的编码设置，对一些需要保护的设备进行延时断电保护，避免设备突然断电造成的损害。为了方便任课老师的操作，我们通过中控程序编码实现了一键式开关；即把开启电脑、投影机、幕布等所有上课用到的设备集成在控制面板的上课键上，任课老师只需按“上课”键，所有设备就会自动按序开启，不用再一个个单独操作；下课时只要按“下课”键就能一键式关闭，所有设备就能按照事先设置好的顺序逐一关闭，无需多余的操作。如此，即提高了老师的上课效率，也降低了多媒体系统的使用门槛，甚至不需要对老师特意培训如何操作多媒体设备，简单易操作。

（1）视频监控系统：通过摄像头、视音频矩阵等设备配合，实现监控多画面分割以及矩阵切换，可以集中在某点观看所有教室的教学情况，当有需要时，也可单独放大查看某一教室时的监控画面，并可通过拾音器进行现场监听。如此实现了远程听课，使在线评估也得以实现。（2）远程控制系统：通过集中控制软件对所有多媒体教室设备进行控制、管理，甚至于远程操作及协助；也对同时选定多间教室进行批量处理操作。通过远程接管多媒体教室内的计算机，协助解决任课老师在使用中出现的问题，使得管理人员不必跑到现在解决3结语

问题，缩短了响应时间，提高了工作效率。还可通过远程控制系统可以对所有多媒体教室的任意设备进行远程控制，比如打开或者关闭投影机，视频信号切换等等操作。（3）IP电话系统：当任课老师遇到问题时，只需拿起电话拨单位数字号就能打到中控室，与管理人员实现实时对话。中控室中的视频系统会自动把该教室的视频画面切换到主显示屏上，方便管理员实时掌握现场的情况，快速做出准确的判断，及时排除故障，提高工作效率。（4）实时转播系统：实现实时网络视频直播，主讲教室的讲课内容、视频图像、电脑上的PPT内容、实物展台图像等信息通过中控系统中的转播功能实时传输到其他教室。管理人员还可以自动、手动或者定时远程录制主讲教室，自动生成视频文件，为后期课件制作提供素材。（5）资源存储与点播共享：通过架设服务器，上传多媒体资源，对各种教学资源进行分类管理。师生等用户可以网络登录教学资源库，在线点播视频课或其他多媒体资源。（6）智能高清录播：装备有智能高清录播系统的多媒体教室可以把教师画面、学生提问画面、PPT、板书以及现场画面同步采集、录制并存储，并自动生成多媒体课件。可自动对焦捕捉任课老师半身画面，走动时也实现动态捕捉；当学生站起回答问题时高清摄像机可捕捉学生画面。系统还可以自动录制PPT内容，当任课老师翻页PPT时，可自动将画面切换到PPT上；写板书时也可以自动将画面调整到板书内容上。智能化多媒体教室并可实现网络实时直播、远程互动教学；做到不出国门就能和国外一流大学的专家教授实时交流互动，甚至可以和国外的学生一起上课，也可以实时提问。这在对外交流方面有着无可比拟的优势，大大节约了学术交流的成本。（7）网络排课系统与网络门禁控制系统：通过WISE中控服务器的课表系统与校园网数据库的对接，就能实时同步更新课表数据，实现与学校排课系统的同步；还可以对接任课老师的个人数据信息，便于管理与后续跟踪服务。通过WISE中控软件的课表功能，还能和门禁系统连接起来，通过授权任课老师的IC卡来授予操作权限。如可按照课表来授权打开教室讲台电控锁，如这一时间段课表上有课的话，那么该任课老师的IC卡就可以刷开那间教室的电控锁；反之就无权限刷开电控锁；当然也可以授予管理员权限，权限的设置也可以细分，如对特定教室授予永久权限。

智能化多媒体教室的建设，丰富了高校的授课方式；改变了管理人员的工作方式，提高了工作效率。任课老师再也不用花很多时间去学习怎样操作多媒体设备，可以完全把精力投入到丰富教学内容中去。智能化多媒体管理系统的应用，可以把过去分散片区负责的管理方式变为集中统一管理，节约了人力成本，通过中控智能故障提示，自动生成报表等功能可以为今后的管理方向提供依据，对于故障的分析总结也有了原始数据。数字化、智能化教学是未来课堂教学的趋势，但也不能盲目追求高精尖，高校要建设适合自己实际需求的智能化教学系统。

［1］王文鼎，唐宝民.局域网与城域网技术［M］.北京:华大学出版社，2005.

［2］胡维治.基于校园网的多媒体教室管理系统的实现［J］.中国教育技术，2009（6）.