高职院校智慧教室建设及应用实践探析

杨梦希

关键词：智慧教室；建设；应用

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）21-0118-03

近年来，随着信息技术的蓬勃发展和教育理论的进步，诸多先进国家越来越多地在推进 ICT（即信息、通信、技术）与教学场景的深度融合。我国《教育信息化“十三五”规划》中也提出将人工智能、大数据、物联网等现代信息技术与教育教学、管理服务等方面相融合，给学生提供一个便利的智能化的学习环境。这就要求作为学生主要学习场所的教室，必须做出变革，以教学互动为目标的智慧教室应运而生。如何建设智慧教室？如何将各种新技术有效地应用于教学环境和教学活动中？智慧教室的建设方向是什么[1]？这些都是当前各个高职院校需要厘清的重要问题。

1 智慧教室是什么

智慧教室是数字技术应用于学习场景下的产物，是多媒体教室和网络教室相融合的现代化教室。智慧教室以物联网技术为基础，利用5G、云计算、人工智能、大数据、区块链等最新一代信息技术构建的新型教室。其本质上是利用各种智能设备辅助展现教学内容、快捷获取学习资源、提升课堂上教学互动，充分体验情境感知、实现环境管理功能的一体化新型教室[2]。智慧教室旨在为教学活动提供智能、便捷的互动空间；通过物理空间与数字空间的结合，本地与远程的结合，创造一个自然交互的人机环境，促进自我学习、发散想象空间。

2 智慧教室的建设目标及原则

2.1 智慧教室的建设目标

1） 实现教与学高质量化。智慧教室给师生提供了一个沉浸式的教学环境，实现了师生课程资源共享、课堂师生互动交流，学生分组讨论练习，课程资源编辑制作等需求。一般来说，智慧教室应具有远程直播和录播功能、自动归类整理功能、智能互动功能等，改变了传统的教学教授方式。智慧教室更侧重课中师生的互动交流模式，而非传统照本宣科的模式。在数字化、智能化快速发展的当前，智慧教室也应向数字化、智能化及虚拟化等主流技术应用靠拢。

2） 推进教学管理方式现时现地化。作为对课堂教学质量的有效监督方式，学校一般采用校、系、教研室三级随堂听课机制。如何能实现教学监督的常态化、效率化呢？这就需要推进智慧教室网络化平台，使授权人群能够在任何时候查看任何教室的直播或者录播教学，并且可以随时将评价反馈教师。对于课堂教学存在的不足，可以通过录播视频一一指出，有利于青年教师真实的理解问题点，有效地改善教学方式[3] 。

3） 实现智慧学习多场景化。 优质课程资源制作专业化、视频资源录制自动化、远程互动教学课堂现代化，全面打造智慧教室，以智慧教学、分组讨论、智慧研讨、微课观摩等多场景模式构建教育教学新生态。不仅适用于翻转课堂、课程拍摄制作、远程直播互动等，而且满足兄弟院校、企业等小规模的培训或研讨。

2.2 智慧教室的建设原则

智慧教室的建设原则应基于使用人员的专业程度、软件的使用特点及设备维护特点，重点突出技术的先进性、架构的灵活性、运行的稳定性、应用的扩展性，同时兼顾便捷操作和简单维护。一般来说其建设原则如下：

1） 稳定性原则

建设智慧教室所涉及软硬件均要求具备稳定性。硬件采用先进、主流设备，软件具有较好集成、兼容功能，以保证教室内大规模授课的稳定性能。

2） 可靠性原则

建设智慧教室所用设备应符合国家3C标准。由于智慧教室建设费用较高，本着低成本使用原则，所用设备应采用性能高、耐用性高、安全性高的产品，兼备考虑成熟度与先进性。关键部件进行冗余备份，并充分考虑应变能力和容错能力，有效防止误操作和外部干扰等行为引起的不良后果。

3） 兼容性原则

智慧教室应具有良好的兼容性。录播系统支持多样化的录制格式，将满足现有资源格式和未来资源格式的需求；实现与学校教务系统、巡课系统、网络教学平台、统一身份认证等对接；同时其应支持通过各种PC浏览器、移动设备的网络课程学习。

4） 标准化原则

建设智慧教室所用软硬件应符合国际相关标准和技术规范，可与第三方平台实现对接。

5） 灵活性原则

智慧教室的系统应采用模块化设计，架构灵活，扩展性强，可以通过灵活的配置满足学校逐步建设信息化资源的需求，并提供最大的便利。

6） 经济性原则

在充分保障系统稳定性的前提下，建设智慧教室应基于经济实用性原则，做到总投资少，低成本管理和维护费用，低成本改造、升级费用，确保总体设计达到功能和经济的平衡。

3 智慧教室的建设内容及应用

智慧教室的建设内容主要分为软硬件两大块，软件主要是指各类平台搭建；硬件主要功能實现的基础设施。

3.1 硬件部分

硬件部分主要包括信息化基础建设和各类功能教室建设。

1） 信息化基础建设

①综合布线

信息化基础建设首先要在相关教学楼设置汇聚机房和弱电间。汇聚机房采用光纤连通到学校信息中心，弱电间通过光纤连接汇聚机房。汇聚机房管理办公区的水平线缆，弱电间管理教学区的相应水平线缆。综合布线水平区域设计采用六类线缆。各个办公室、教室、阅览室及其他功能点，应根据使用量来设置相应的语音点、网络点及信息点。

②视频监控

根据学校现有的机房要求，相关教学楼中应设置视频监控。目前市场主流监控主要采用数字高清网络摄像机及硬盘录像机。根据不同的需求，可以选择安装数字球机、数字枪式摄像机或者数字半球摄像机。一般来说走廊类推荐使用数字枪式摄像机，大厅之类推荐使用数字球机，电梯内设置半球摄像机。

③校园广播

学校目前采用广东中山的中讯公共广播，现设计在公共走道和教室内安装壁装扬声器并接入原有广播室的广播主机。

④网络系统（含无线网络）

为保证系统的稳定，系统运行需建设一套专网，楼层的信息点通过六类双绞线和弱电间千兆接入层交换机相连，接入交换机通过光纤和办公区汇聚交换机连接，汇聚交换机通过千兆光纤和校园信息中心的核心交换机连接。同时设计在办公室内及教室内安装无线AP，满足教师办公上网的需要。

⑤能源管理

基于节能降耗的目的，应采取统一的能源管理系统。具体来说就是针对办公区和教室做到分户计量，统计每个办公室、教室及公共区域的用电情况，其用电又分为动力（空调用电）和办公用照明用电两类，设计在电柜内安装智能电表，将数据上传到学校的管理平台上并调研确认可行性。

⑥服务器与存储

服务器是整个系统平台的运行支撑，平台软件基础数据运行，大量流媒体直播、点播等都在服务器上，因此服务器的性能必须足够高，并支持大容量数据的吞吐，且稳定可靠，实际服务器数量根据建设多媒体教室规模配置，条件允许可配置虚拟服务器。

所有的教室音视频信号均采用集中存储的方式，通过统一集中存储平台实现统一管理，实现录像调用、查询、检索等功能。

为系统配置录像存储服务器及录像软件，完成对多媒体教室的录制存储功能。

按照课堂视频资源一路老师、一路学生、一路VGA，码流8M/S，一节课45分钟，每天录制10节课计算总容量。一般来说录像存储服务器应确保100天的存储容量。

⑦LED信息发布大屏

通过B/S平台实现对LED大屏的信息发布，可发布通知、公告、课表、宣传视频等公共信息，达到信息传递及时、内容丰富。显示面积根据空间大小选定。

2） 各类功能教室建设

根据使用需求，智慧教室主要建设以下三大类多功能教室。

①高端研讨型智慧教室

高端研讨型智慧教室主要由多块交互液晶触摸一体机、活动桌椅、环境功能装修等组成。交互性多媒体教室主要由显示及互动教学、场景生成（巡课、录播）、扩音系统、智能控制、多媒体教学、活动桌椅、环境功能装修等组成。

通过教室内安装的智能化设备、情景式装修、移动式课桌椅等设备打造一个全新的教学环境，利用大数据、云计算、物联网等新一代信息技术打造的智能、高效的课堂环境。其实质是基于动态学习数据分析和“云+端”的运用，实现评价反馈即时化、交流互动立体化、资源推送智能化，全面变革课堂教学的形式和内容，构建大数据时代的信息化课堂教学模式[4]。

②研讨型多媒体教室

研讨型多媒体教室主要由液晶触摸一体机的多媒体教学、多媒体集控、场景生成（巡课）、无线投屏、智能白板、移动课桌椅及环境功能装修等系统组成（如图1所示）；实现讨论式教学、PBL教学等。研讨型多媒体教室可实现教室的集中管控、远程管理、远程控制、一卡通插卡开启所有多媒体设备，实现一卡通教学。

③标准化多媒体教室

标准化多媒体教室有两种形式：传统投影多媒体教室（如图2所示）和交互触摸一体机多媒体教室（如图3所示）。两种教室功能大同小异，区别在于显示是使用投影仪还是液晶大屏，其系统均包含实现多媒体监控、场景生成（巡课）等子系统，可实现教室的集中管控、远程管理、远程控制、一卡通插卡开启所有多媒体设备，实现一卡通教学。

④教学服务中心

教学服务中心是整个校园智慧教室的控制枢纽。学校管理员可利用教学服务中心的控制平台统一管控各个楼栋的智慧教室资源，实现远程管理（如图4所示）。教学中心还应具有实时、并列显示多个智慧教室内实况的功能[5]。

同时服务中心是一个集多种电子设备摆放以及管理人员操作区域。通过软件平台，管理员可以统一管理所有智慧教室的教学设备，统一分配教学资源，实现管理效率最大化。

管理中心应满足教学指挥调度，通过一体化平台实现多间智慧教室的信息采集、评价、督导、反馈功能，实现了课堂教学质量的全过程信息化监督作业，承担智慧教室的远程协助、调度展示、集中管控、可视化教学管理等多项教學服务任务。

另外管理中心还应具备实时收集、汇聚教学过程中的各种数据，构建完整的教育大数据。同时还可以为任课教师、教学督导、教学管理者及学生等提供不同的角色入口，根据角色推送智慧教室生成的教学活动数据和录制的课程资源。

3.2 软件部分

智慧教室的软件部分主要是搭建软件平台。

软件平台搭建主要有五大功能模块：全景录播、在线巡课、视频点播、优质资源推送以及随堂评价。

1） 全景录播

全景录播利用高清摄像机采集数据，并对采集数据加以分析，自动整理数据、压缩数据并发送到指定存储空间。全景录播通过两台高清摄像机采集信号，一台拍摄教师上课场景画面，一台拍摄学生全景画面。另外全景录播还应具备实时采集多媒体教学系统传输过来的VGA信号，如授课电脑画面或者外接便携式电脑画面等。拍摄教师视频的同时还应采集教师授课的声音并将两组信号进入课程视频录制系统同步编码。

2） 在线巡课

在线巡课系统应具备便捷的多模式在线巡课，可根据教师类别、教室类别、课程类别、学生专业类别等直接搜索，还可支持远程调节摄像头，方便管理者或督导实时多方位观察教师授课及课堂情况。

三画面直播课件时，在线巡课系统还应支持高清摄像系统的方位调整操作，支持对摄像机预置位的快速调用，支持停止、静音、音量大小调节。

3） 视频点播

视频点播可按照年、月、日或者其他分类来选择所需课程。平台应提供搜索关键字点播功能及支持按照课表录制的课程视频和临时任务录制的任务视频点播，方便用户搜索所需内容[6]。平台支持利用鼠标进行点播视频的缩放，方便调节观看。另外平台还应该具备按课程点播该课程下的所有视频进行便捷的点播观看，可根据月份选择相应的视频，也可按节次点播，支持对视频推荐、删除。

4） 优质资源推荐

平台应支持优质资源推荐到推荐视频供教师、学生点播学习，推荐视频可添加自定义相关视频标签，如非常喜欢、幽默、精彩等。优质视频可由任课教师或者学生推荐。平台还应支持按关键字搜索推荐的优质视频点播，并可根据最新推荐、最热推荐查询推荐视频点播学习，也可支持按推荐标签查询相关视频点播等多模式查询点播功能。

5） 随堂评价

学校可利用平台对相关的课程进行督导评课。督导评课系统应支持实时评课、支持随堂评价、随堂评价支持打星、支持文字输入评价等多方位的操作[7]。

另外平台还应支持对当前教师或课程的横向或者纵向评价查询。另外平台还应支持市场主流社交平台，如微信。学生可以通过微信小程序等来进行视频点播、分组讨论、师生互动交流、考勤签到等，实现实时移动互联互通。

4 结束语

智慧教室主要运用了物联网等技术，可以生成相对应物联网应用场景，既有利于学生进行创新实验研究，也有助于教师开展科学研究。5G、人工智能及大数据等信息技术的蓬勃发展增强了智慧教室的实用性，促进了师生互动，改善了教室氛围，大大提高了学习效率。因此，在当前信息技术大发展的前提下，应充分利用智慧教室的优势，不断与时俱进，改进和创新智慧教室平台，最终提高教学效率和教学质量。