基于人工智能的智慧教室平台设计与实现

潘柏丞

(深圳大学，广东 深圳 518000)

人工智能是基于计算机技术以研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。“智慧教室”这一现代化教学理念也是基于发达的信息技术及更为多样化、智能化、个性化教学方式所拓展出提升课堂教学效率的实际应用理论。

1 现代智慧教室

智慧教室的概念从很早就有专家和学者提出，经过多年的发展，智慧教室的定义依旧没有一个较为明确的说法，但主要可以分为以下几种：

一是偏重于教学内容的智能化。结合现代化传感技术、网络信息技术、多媒体交互技术及人工智能技术，实现对教学内容极大的丰富，方便进行学习资源的获取，有效促进课堂交互拓展，具有情境感知以及教学环境管理的智能型教室辅助教学系统。

二是偏重于硬件设备的智能化。智慧教室是一个可以方便对教室内部所有设备，如计算机、交互白板、教室内灯光音效设备等进行全面控制，方便教师在教学中与学生及教学内容无缝对接，更加自由和灵活地对教学内容进行设计和创新，有效适应包括远程教学等多种教学方式的智能空间技术，是一种现实增强的教室教学系统。

智能教室概念中的共通点是其功能的智慧性。结合人工智能及其他信息技术，智慧教室可以帮助教师更好地开展课堂教学，提高学生的学习积极性，有效实现了素质教育中个性化教学理念，使得现代化课堂教学更加实用化、人性化、高效化。

2 人工智能技术支持下智慧教室平台的设计要求

2.1 可以满足多样化的教学需求

智慧教室的出现应进一步满足多样化的教学需求，为教学创新带来更多的可能性。现如今较为普遍也较为流行的智慧教室教学方式有传统讲授模式、探究学习模式以及小组协作多人互动模式三种，这三种模式各有不同，但都是以智慧教室内部丰富教学资源和各种先进教学设备为基础实现的。这种极具嵌合型的教学平台，极大丰富了教学内容，给予教师在课堂教学中更多的可能，成为学生学习的辅助，极大增加了课堂教学的人性化。

2.2 具有较强的人机交互能力

智慧教室中应注重人机交互的能力，应该实现和提升人机、人人之间的交流互动，打破传统教学中僵硬的教学方式，在教室结构布局、设备应用及教学方式上都要做出一定的改变。运用人工智能技术及互联网技术，打造以计算机为中心的智能教学平台，让学生和教师、学生和学生之间进行更为频繁和高效的互动，要求在教师不能及时应对学生所提出问题时可以利用在线答疑系统进行辅助学习，极大地提高了课堂教学效率，降低了教师的教学负担，不仅提升班级内学生的整体学习水平，还便于对学生进行个性化教学。

2.3 可以对教室内部进行全面监控

智慧教室可以做到对教室内部的设备和人员进行全面的监控，辅助教师进行班级教学管理。智慧教室应装有先进的身份认证系统，详细地将学生上课、迟到及早退信息完整记录下来，便于对学生的日常考勤。教室内部应装有清晰的视频监控，全天24 h无死角地对学生在校生活进行监督，最大限度保证学生的安全性，也便于对学生进行集中管理，有效改善班级的学习环境。应将教室内部所有设备控制权集中起来，便于教师可以在课堂教学中进行更为灵活的课程设计，有效提高课堂教学效率。

2.4 为班级管理及教学督导部门管理带来便利

在智能教室教学过程中，不仅加强了对学生的控制，课堂内部各种监控设备还可以对教师的教学内容、行为进行智能监督，便于教学督导部门随时对教师的教学情况进行远距离监控，各种信息的记录也便于学校日后对教师进行更为全面的教学评价，有效督促了教师规范自身的教学行为，提高教师的职业素养，改进和提升了课堂教学方式，为提高教学质量起到了非常关键的作用。

3 基于人工智能的智慧教室实现

3.1 智慧教室教学系统

为满足多样化教学要求，智慧教室的教学系统应就智慧教室平台的多媒体教室资源进行管理和控制，满足对教学内容的进一步优化。应采用人工智能中的ISA来扩充总线，进行远程智慧教室平台自控，运用更为专业化的软件程序来对智慧教室内部平台进行资源管理，统合教学资源，方便教师和学生进行资源查找，保证教师可以更为灵活地运用智慧教室内部教学资源，全面优化智慧教室平台的教学子模块系统。

3.2 智慧教室显示系统

智慧教室内部的显示系统主要有多媒体演示屏、教室内部LED显示时钟、学生个人信息终端显示以及教师总控平台显示。在智能教室设计和布局时，应充分考虑学生和教师的实际需求，将各个显示器之间的线路合理安排，以学生观测、教师方便教学为准，利用人工智能技术中的视频动态捕捉技术自动调整教室内部显示画面的高度、范围、闪烁频率等参数，在保证教学质量的同时，最大限度地保护学生和教师的用眼安全，使得课堂整体教学更为自然，让视频教学与实际教学可以无缝对接，有效提高课堂教学效率。

3.3 智慧教室人员考勤系统

智慧教室的人员考勤系统是学生和教师进行日常考核的重要依据，相比传统人工考核系统更为便捷化和准确化。在人员考勤系统布置过程中，应采用RFID技术进行人员考勤射频识别，将数据集中收录到智慧教室的中央控制计算机中，做好实施监控。另外，在教室内部应加装一些视频监控设备，方便对学生和教师的行为进行监督和记录，以便及时发现问题进行整改，全面改善教室内部的学习氛围。

3.4 智慧教室各个基础设施控制系统

智慧教室应可以结合外部环境及教学要求对教室内部进行声光控制，这就需要对教室内部的灯光、音响、空调等基础设施进行联网控制，利用人工智能技术，对子系统进行重新的编译，实现教室平台对其进行自由控制。这种高度集成化的控制方式，给教师在情境教学的氛围模拟上带来了极大的便捷，有效提高了情境教学的趣味性，极大激发了学生的学习兴趣，提高了课堂教学效率。另外，智能化教学控制系统，可以在教室内部没有人员的情况下对灯光等基础设施进行控制，方便了学校的教学管理，让整个教学环境变得更加自由，让学生在学习中感受到科技带来的便捷，激发学生积极学习的热情。

4 结语

智慧教室概念一经提出就备受教育界及科技界的高度重视，基于当前最为先进的人工智能技术，相关科技工作者需要结合教学实际需求对其进行重新设计。针对教学系统、显示系统、人员考勤系统等子系统的重新优化，整合出更为人性化、智能化、便捷化和现代化智慧教室，真正提高我国课堂教学的有效性，保证学生的综合素养得到全面提升。