教育信息化2.0时代高校智慧教室建设

王德东 任文轩

摘要：目前高校的智慧教室主要用于慕课和翻转课堂的教学实践，在国家新政策的指导下，智慧教室在教学中发挥着日益重要的作用。该文以具体项目为例，从建设目标、市场调研入手，确定项目的技术特点，根据用途对智慧教室进行分类，从软硬件配置、环境改造等方面来探索智慧教室的架构、建设及应用。

关键词：智慧教室;智能化;架构设计;建设及应用;学习环境

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）30-0010-03

开放科学（资源服务）标识码（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

在网络强国战略、“互联网+”行动计划、大数据战略等国家宏观政策指导下，高校信息化建设工作的着力点将从基础条件建设、应用信息技术开展教育、科研、管理工作逐步提升到智慧教育、智慧管理的高度上来[1-2]。目前各高校都加大了智慧教室的建设力度，在智慧教室里，学生可以分组的方式自由组合，以学生为主体，开展启发式教学模式[3]。主要实现内容呈现、环境管理、资源获取、及时互动和情境感知[4]等五大功能。

2 建设目标

随着新的教学理念的出现，老的多媒体教室已经无法完全适应如今的教学要求。本次建设的第一目标是完成教学的需求，第二目标是尽量节约经费，在创新的同时，绝不浪费。主要建设内容如下：

（1）完成22间智慧教室整体的建设、安装、调试。

（2）完成教学管理人员的培训工作。

（3）制定智慧教室的操作流程以及后台管理制度。

（4）实现方便教学管理、节能环保、打造良好的教室环境从而提高学生自主学习意识。

3 市场调研及论证情况

在项目正式启动前，经多方调研、走访了省内同类院校和相关产品厂家，从中学习了很多的建设经验，根据我校的自身特点以及办学理念，结合智慧教室本身的内在特点，经过多次讨论之后确立本次智慧教室项目的建设方案。考虑到经费有限，只配置了5间具有课程视频录制功能。

4 技术特点

（1）使用高清摄像机，可以自动跟踪教师和学生，录制教师的授课、学生课堂学习情况。

（2）高清宽屏电脑显示器，可以满足录制全高清课件视频的需求。

（3）配备无线话筒、鹅颈有线话筒，可以满足师生互动场景。

（4）可以无线投屏，用于讨论、互动场景。

（5）触摸一体机，支持Windows操作系统，可实现多种格式的多媒体课件播放以及白板书写，满足互动交流需求。

（6）納米黑板，支持Windows操作系统，配备高拍仪，兼顾传统粉笔书写及电子白板软件功能。

（7）智慧课堂系统，支持教师备课、资源上传下载、师生多屏互动、小组讨论多屏互动 、信息保存、问卷等功能。

（8）配有管理摄像机，可以远程指导教师操作。

5 高校智慧教室架构

根据教育部关于数字校园建设规范及要求，以“统筹、集约、绿色、发展、开放、共享、安全”的原则，既要符合建设规范，也可以根据实际情况按各自需求拓展。高校智慧教室的总体架构见图1[5]。从信息教学理念上，可以从三个方面来展现智慧教室，在空间上， 实现虚实课堂结合;在时间层面上， 体现课前、课中、课后各个环节;在主体方面上， 实现师生之间的互动交流[6]。从物理层面上，可以包含基础设施、应用终端、应用业务、各种平台及数据服务等。

本次我校建设的智慧教室是在新建的教学大楼上的整二层，网络及服务器等基础设施已经到位。根据学校的实际情况，可以进行相应的简化。应用终端除了使用及管理者外，通用操作系统主要是支持Windows的纳米黑板及一体机;智慧教室管理系统、高清多媒体中控，通过一卡通、微信扫码进行身份认证开关机，对设备运行进行管控;智慧课堂互动系统，提供对教学活动支持：数据处理、采集、存储、交换、分析及评价。

6 智慧教室分类

本次共建设22间智慧教室，下面就其分类逐一介绍。

6.1 研讨型录播智慧教室

研讨型大型智慧教室共1间，可以容纳60人学习，配备了智慧教室的相关设备及系统，包括智慧课堂系统软件、大屏液晶拼接屏（按照3排5列拼接）、常态化录播系统、多媒体系统、智能中控系统等，可实现智慧课堂教学、小组讨论、翻转课堂、PBL教学、直播课堂、精品课录制等教学活动及探讨、示范课、新教师培训等各种教发活动。配备两联桌椅及扇形移动拼接会议桌，既可以提供常规的课程教学，也可以进行临时拼接，可以承担会议、讲座及竞赛等工作。图2为智慧教室分类图。

高清拼接大屏：高清拼接大屏具备高亮、高对比、宽色域等特性，给大家不一般的视觉感受。使用拼接大屏，使用寿命长，后期维护成本低[]，可以使需要展示的內容包括文档、PPT、视频等有更好的视觉效果，充分调动老师及学生的感官知识积极性，大大提高教学效果。同时在进行部分教发活动及示范课时，能提供更好的硬件条件，也能更好地展示老师的课件。

6.2 录播型精品智慧教室

中型教室共4间，每间可以容纳34人学习，采用纳米黑板授课（内嵌电脑），适合常规班级上课，带有录播功能，适合教师录制课程视频及各类竞赛视频。

6.3 普通型智慧教室

（1）包括9间大教室，其中5间设计为每间可以容纳70人，4间设计为每间可以容纳54人，采用触摸一体机（内嵌电脑）、绿板授课，配有液晶电视，适合大班上课。

（2）中型教室4间，每间可以容纳34人学习，采用纳米黑板授课（内嵌电脑），适合常规班级上课。

（3）小教室共4间，其中2间可以容纳14人，另外2间可以容纳22人，适合小组讨论或者常规教学使用，每间教室配有采用触摸一体机（内嵌电脑）、绿板。

7 智慧教室软硬件系统

7.1液晶高清互动中控

基于智能网络中控系统的智能多媒体教室的设计方案，是将教室端的所有设备通过网络中央控制器，以校园网为纽带连接为一个整体，实现了管理员老师对各个教室多媒体设备的集中管理和远程控制等。通过互动中控，教师只需使用自己的校园一卡通或手机扫码即可方便的使用，插卡即用，拔卡即走，管理员可以通过监控中心搜集到最基础的实时数据，并能远程操控所有智慧教室。

7.2 常态化录播系统

主要由互动录播一体机、智能导播软件、智能图像分析模块、视频采集、音频采集设备及集中控制管理软件、资源管理平台软件、互动平台等模块构成。其操作界面见图3。

在标准的教室里，需要安装2个摄像机分别对教师授课过程及学生听课过程进行视频图像采集。主要功能有：课程视频录制、视频下载、直播、点播，支持Web方式在线导播。

系统支持自动导播及手动导播两种模式，可以录制教师特写、教师全景、学生特写、学生全景、电脑PPT及最终合成6路通道，对于一般的授课，选择自动导播模式，合成教师特写及PPT界面即可（系统会根据教师的操作自动切换通道）。对于要求较高的课程，可以手动切换，然后利用非编软件进行后期合成。

7.3专业音响设备

配备专业的无线话筒、有线话筒及音响，克服了部分老师说话声音小，坐在后排学生听不清的困难，同时也在自动录播时候，可以更好地对老师讲课的内容进行收音。教室内配备了常态化录播设备，老师仅需在讲台上的控制面板点击开始录制按钮，即可进行精品课全自动录制，系统可根据现场情况进行自动捕捉、自动跟踪、自动导切，自动录制，全程自动化操作，无须人工干预，即可完成一堂精品课的录制。

7.4 智慧课堂互动系统

包含备课模块、课堂互动模块、资源调用模块、堂录像采集模块、课堂数据采集模块、课堂质量报告模块等。系统具有多种丰富的互动，包括签到、抢答、选人、投票、问答、资源发放等，还可进行小组分组活动，指定小组任务，并根据完成情况对其进行评分，大大丰富了课堂教学活动的参与度。依托教学平台和资源平台，可帮助老师进行云端建课备课、布置批改作业、发布测验考试等操作。同时，系统可对教学数据进行采集和管理，并通过大数据平台进行实时的分析和展示，真正达到智慧教学。

7.5 智慧教室管理系统

对于前端操作，教师可以通过一卡通、微信扫码开关机;对于后端管理者而言，系统可通过电脑端的C/S结构、Web及微信集中控制三种管理模式，对所有设备进行统一管理，可以远程单个也可全部开启或者关闭智慧教室设备，极大地方便了管理。教师还可以通过微信进行故障上报。系统参考图见图4 智慧教室管理系统效果图。

7.6 安防与监控系统

教室内全部配置了安防与监控系统，可以远程指导教师操作软硬设备。统一监控、统一调度、及时响应和服务[6]。

7.7中央空调系统

采用中央吊顶空调系统，主要包含室外机、室内机、电路（教室室内机阻燃电源线，符合国标室内机阻燃电源线、室外机阻燃电缆线）、室外独立配备电箱（需要做好防水设置及安全标识）以及室外机基础（混凝土条形基座）等，空调出水管单独安装在走廊桥架上。

8 智慧教室桌椅

针对“智慧课堂”的特点，课桌根据需要既可以按传统排列，也可作为小组讨论时候拼装组合。常用桌椅布局有“圆桌式”“秧苗式”及混合式[4]，圆桌式布局多应用于小组协作学习，能够缩短师生的物理空间距离，提升课堂活动参与的效果[8]，秧苗式布局则多应用于课堂讲授，以知识传递为主。桌椅进行专业化设计，材料采用符合国家环保检测报告的材质，椅背为特殊支撑材料，符合人体工学，久坐也不会感到疲劳。

移动拼接会议桌椅：通过简单的展开、移动，可调整出适合培训、会议、上课等多种不同需求空间，折叠后的产品可堆放从而节省空间，钢木结构，带书包架，桌面可折。分為长条形移动拼接会议桌、扇形移动拼接会议桌，可以随机拼接。智慧组合桌椅：采用三角形、梯形进行拼接，也可以固定，一般拼接一桌可以坐6个人。二联学生桌椅：采用二联学生桌椅，使教室可容纳更多学生位，方便后期安排教学、竞赛、考试等教学活动。

9 智慧教室装修

教室装修主要包括：铝天花吸音吊顶、吊顶灯光、讲台木质背景、墙面基层、墙面环保硅藻泥、复合强化地板、窗帘盒、电动窗帘等。

本次工程板材均采用阻燃板材且符合E1环保等级，电线材料为符合国家标准的阻燃BV线，其中隐蔽工程中涉及设备线路与电源插座进行开槽预埋线管暗敷。插座：大、中教室每个立面需安装（两相电）五孔插座四个，小教室每个立面需安装（两相电）五孔插座两个，按照在合适的高度，间距1米以上均匀分布。

10 结论

本次我校的22间智慧教室已建设完毕，经过一个学期的使用，各种教室发挥了预计的作用，师生们反映良好。在使用过程中也发现了一些问题，例如微信扫码开机有时会受网络问题发生延时，从而影响开机。因此，需要配备多种开机模式，例如使用一卡通及人脸识别进行开机。未来会考虑建进一步完善物联网控制系统，进行基于通信网络的集中式空调远程监控[9]，增加人脸识别开机功能[10]。

参考文献：

[1]教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[J].中华人民共和国教育部公报，2018（4）：118-125.

[2]教育信息化2.0：互联网促进教育变革的趋势与方向[J].远程教育.2018（9）.

[3]高校智慧教室建设，看看大家怎么做[J].中国教育网络，2020（12）：55-56.

[4] 黄荣怀，胡永斌，杨俊锋，等.智慧教室的概念及特征[J].开放教育研究，2012，18（02）：22-27.

[5] 高等学校智慧教室建设技术要求[J].中国现代教育装备，2021（15）：160-168.

[6] 史宝虹.互联网+时代高校智慧教室架构设计与实现[J].华中师范大学学报（自然科学版），2017（S1）：91-95.

[7] 信息化时代智慧教室的“智慧”[J].高飞，文福安.中国教育技 术装备，2018（4）

[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，钟加晨，李静凡，等.基于通信网络的集中式空调远程监控系统研究[J].制冷与空调，2019，19（4）：61-65.

[10] 张静端.基于人脸识别技术的图书馆门禁系统的研究[J].现代电子技术，2016，39（18）：99-103.

【通联编辑：王力】