传统多媒体教室数字化转型综合研究

摘要：本文基于当前传统多媒体教室在教学过程和硬件运行中存在的痛点，探讨了如何将人工智能技术融入到高校多媒体教室升级改造中，以及这种升级如何促进教学资源利用、教学管理和评价，并构建了硬件备份策略以保障教学的连续性和稳定性。文章期望通过这些研究与实践，能够为高校传统多媒体教室的数字化升级改造提供应用实践参考，推动高等教育教学质量的进一步提升。

关键词：数字化；人工智能；备份策略；教学应用

中图分类号：G434"文献标识码：A"论文编号：1674-2117（2025）01-0103-05

引言

在信息技术迅猛发展的今天，数字化与智能化转型成为教育领域的重要趋势。传统多媒体教室作为现代教学的核心场所，极大地丰富了教学手段，提高了教学效率，但随着教育理念和技术的发展，其暴露的问题也日益凸显[1]，如教学资源积累与利用不足、课堂记录缺失、教学管理效率低下、缺乏教学过程数据导致无法提供个性化学习支持，以及教学模式单一不能适应多样化的学习需求等。为了解决这些问题，提升教学的智能化水平和教学质量，笔者提出对传统多媒体教室进行AI赋能，以期实现个性化教学、增强交互性、实时学习反馈、智能更新教学资源和自动化内容生成。

同时，传统多媒体教室的硬件问题，严重影响了教学活动的流畅度和学生的学习体验。因此，笔者提出构建“多设备、双预案、一目标”的备份策略，通过冗余设备配置和快速切换，确保在主要设备发生故障时，可无缝切换到备用设备，保障教学活动的连续性和稳定性。本研究旨在探讨AI技术在优化传统多媒体教室教学过程中的应用，并重点关注硬件备份策略在保障教学流畅度方面的作用，为未来教室的数字化转型提供参考。

传统多媒体教室的现状与问题分析

1.常见多媒体教室的硬件配置与作用

在高校的演示型多媒体教室中，硬件设备一般包括电脑、投影机、幕布、会议话筒、功放、音箱、网络设备和中央控制器等。[2]教师通过电脑播放教学课件、视频等教学资源，进行教学演示和讲解，同时经过网络连接，获取在线教学资源，实现与学生的互动交流。所有设备协同配合，呈现多媒体教学内容，播放音视频课件，扩大了教学规模，提升了课堂效率。

2.多媒体教室数字化转型的驱动因素

如上文所述，传统多媒体教室在使用中存在诸多痛点：在教学资源方面，缺乏有效的教学资源积累和利用。在教学管理方面，教学管理效率低下，教学过程数据缺乏，难以对学生课堂表现和学习状态进行精准分析，无法提供个性化的学习支持，难以发现教学中存在的问题和不足，不利于教学模式的改进和创新。教师教学行为也缺乏数据支撑，难以进行教学反思和改进，教学模式难以适应不同学生的学习需求，不利于激发学生的学习兴趣和学习动力。

3.设备故障对教学活动的影响

传统多媒体教室的硬件配置旨在为教学提供便利，而设备故障是影响教学流畅度的主要问题。常见的设备故障包括投影仪故障、电脑死机、软件冲突、承载力不足、音响系统失真、连接线缆接触不良、网络连接不稳定等。[3]

AI赋能多媒体教学实践

随着信息科技的高速发展，大数据、云计算、人工智能等新技术的强大数据处理能力和智能分析能力，为优化多媒体教学和提高教学效果提供了实践路径。笔者所在学校全面融入了智慧教室联动系统、AI录播智能分析、AI教学助手1.0、AI智慧教学数据分析等功能，为教学全环节注入AI技术，赋能智慧课堂远程互联、课程资源建设与分析、课程知识图谱创建、学生个性化学习、精细化教学数据采集分析等场景。系统拓扑图如图1所示。

1.资源点播模块

资源点播模块可以通过教室内的摄像头及边缘存储设备录播，无需导播台及人工操作，按照课表设置即可自动对课堂教学过程进行常态化记录。通过高清直录播的形式，既可帮助学校累积教学示范资源，也能协助督导在线远程巡课，降低巡课的人力物力投入。画面由教师终端屏幕、教师主讲画面以及学生端画面拼合而成，也可根据需要进行放大调整。

资源点播平台还支持师生按照课程，查看所有课堂录播回放视频，帮助师生进行课堂回顾。教师可以在视频的某个时间点手动添加知识点，生成知识点列表。学生在观看课堂回放时，点击知识点即可跳转到视频对应位置观看。同时，支持在某个时间点添加弹窗提示，教师可以在弹窗内添加文字或图片对教学进行补充说明。

2.录播巡课模块

借助录播巡课模块，教学督导员不需要进入本地教室即可对线下课堂进行实时和历史巡课。在巡课的同时，督导员可对课堂教学情况进行评价，线下课堂还可结合教室内设备进行考勤、课堂听课状态等智能评价，为督导评价课堂提供辅助支持。

另外，系统还会根据教室内智能摄像头采集到的学生出勤情况及课堂行为（识别学生的低头、趴桌、举手等姿态），进行出勤率、听课专注度及抬头率的分析，为课堂教学质量评价提供辅助数据。

3.AI分析模块

（1）教学内容提取分析

系统可根据课堂录制视频，利用语音转文字技术自动生成字幕，师生可以根据字幕辨别所要播放的视频。同时，根据大模型语义分析，系统可以概括出本节课教师讲解的主要内容，并提取关键词，生成知识图谱，方便学生快速了解回顾本节课内容，还可以利用图片智能比对技术，对教师授课任意内容（PPT、Word、视频等）的关键帧进行自动提取，生成课件内容的索引。课件索引和视频时间点进行对应，点击课件索引即可跳转到对应的时间点进行播放。另外，还可从录播课程以及国家智慧教育公共服务平台等进行知识点检索，为学生推荐课程或视频。

（2）AI教学质量分析

①教学行为分析。通过课堂视频采集及AI技术可以分析课堂上教师的教学表现，如教学语速、情感是否积极以及教师讲授、教师板书、师生问答、学生讨论、学生展示/发言，统计各类教学行为的时长和占比，以及这些行为在课堂上发生的时间点和持续时长。同时，根据语义分析教师是否组织了某类教学活动，如旧知识回顾、知识讲解、教师提问、测验/答题、布置作业等。另外，借助S-T教学分析模型（学生-教师行为时间占比），可以分析当前课堂的教学模式，包括讲授型、问答型、练习型和混合型。系统还可以检测识别教师迟到、早退、接听电话等行为，并进行教学事故预警。

②学生课堂行为分析。通过课堂视频采集及AI技术能够分析学生在课堂上的行为，如听课、读写、趴桌、站立、使用手机等，统计各类行为的次数和占比，进而生成整堂课的学生听课专注度曲线，另外还可对出勤情况进行采集和分析。[4]

4.教室AI客户端

教室客户端搭载于教师终端之上，具有远程教学、白板、批注、AI助手等功能，可实现跨校区教室间不限时长的音视频互动。在AI助手中，教师可根据自己学科专业特性自主上传知识库，训练具有个性化特征的大模型，实现资源推荐和自动出题。

“多设备、双预案、一目标”的硬件多备份策略构建

随着现代教育对多媒体教室的依赖日益加深，加之教室内设备种类繁多、技术更新迅速、使用频率高，设备故障在所难免，故障会对正常的教学活动带来巨大影响。[5]因此，为了保障日常教学活动的顺利开展以及后续本科教学评估期间本地课堂授课的完整性，构建一套有效的多媒体硬件多备份策略至关重要。

1.构建原则

备份策略的核心目标是保障教学活动的连续性，即使在设备出现故障的情况下，也能够在现场通过备份设备或方案无缝切换，确保教学活动不受影响。同时，要求切换迅速、操作简单，无需复杂的技术操作。这不仅能够减少教师在设备切换过程中的时间消耗，还能够降低因操作不当导致的额外故障风险。备份系统应具有灵活性，以应对不同的教学需求和技术变化，且具备一定的扩展性，能够随着新设备的加入进行调整和升级。

2.硬件多备份策略方案

笔者所在学校卫津路校区在智慧化多媒体教学系统建设过程中，形成了“多设备、双预案、一目标”的备份模式。具体来说，它包括鉴权认证、扩音、投影与显示、多终端及线缆与网络在内的五类关键系统，都有两个以上备用方案可以在本地即时启用，达到确保教学活动顺利进行这一核心目标。这一模式确保在日常教学过程中，在设备出现故障时也能快速启用备用方案，避免教学活动的中断。系统拓扑图如下页图2所示。

（1）鉴权认证系统

在多媒体教室中，设备的启动通常依赖于鉴权认证系统。为避免单一鉴权方式失效带来的教学延迟，备份方案提供了多种鉴权方式。

①校园一卡通卡：通过刷教师的校园一卡通卡鉴权认证后启动设备，这是目前最为常见的使用方式。

②校园卡小程序认证码：教师可以使用手机微信端的校园小程序生成认证码进行扫码完成设备启动。

③物业门值处登记换取临时卡：当教师忘记携带校园卡或手机时，或者在校外人员及学生使用时，可通过物业登记获得临时卡进行鉴权。

④远程控制：可以联系多媒体控制中心，通过远程方式启动设备。

这几种鉴权方式互为备份、相互补充，确保教师课前能够顺利启动多媒体设备。

（2）扩声系统

扩声系统是确保教师能够与学生有效沟通的关键环节，尤其是在阶梯教室，为了确保扩声系统的可靠性，多媒体中心设计了多重备份方案。

①吊麦：教室中的固定于屋顶的扩声设备，设置于讲台前端，距离演讲者0.5米左右，拾音半径约1.6米，为整个讲台区域提供均匀的拾音效果。这样就彻底解放了教师的双手，使得教师可在讲台区域自由移动。

②无线话筒：利用红外技术进行音频信号的传输，有效避免了电磁波干扰，确保声音传输的清晰与纯净。教师手持或佩戴的话筒，精准捕捉发言者的声音，抑制环境噪音，同时自由移动，使得教学活动具有极大的灵活性和自由度。

③会议鹅颈话筒：鹅颈话筒是教室内最为传统的拾音设备，具备良好的指向性，能够精准拾取发言者的声音并有效减少环境噪音的干扰，可以灵活调整话筒的高度和角度，满足教师的需求。

这些话筒设备相互备份，均与功放及电脑端连接，确保即使某一扩声设备失效，其他设备也能迅速接替。同时，无论采用哪种形式的话筒，学校巡课督导平台及AI教学平台都可以实时捕捉到清晰的音频信号，保障课堂记录和线上教学质量评估的顺利进行。

（3）显示设备

为确保教学画面的稳定呈现，教师端配置了投影机、显示器、触控一体机、返显电视等多种显示设备，实现了同屏显示。

①投影机与显示器：在传统课堂上通常使用投影机和显示器进行内容展示的形式得以保留。

②触控一体机与返显电视：如果投影机发生故障，触控一体机与返显电视将作为备用显示设备使用。前排的学生可以通过触控一体机大屏观看内容，后排的学生则可以通过返显电视获取相同的画面信息。

（4）多终端设备

为防止教室内电脑终端可能出现的故障，笔者提出触控一体机OPS电脑、平板、笔记本等多种教学资源展示设备互为备份的方案。

①OPS电脑：当教室内的主电脑出现问题时，教师可以迅速启用触控一体机内置的OPS电脑进行教学。

②移动设备（平板、笔记本等）：教师也可以使用个人平板或笔记本等移动设备展示教学资源。

这种多终端备份方案不仅提高了教学的灵活性，还增强了系统的容错能力。

（5）线缆与网络的备份

①线缆备份：当鼠标、键盘或其他外接实体配件出现问题时，教师可直接使用新升级的触控显示器进行操作，借助手指触控或电容笔进行操控。此外，触控一体机大屏虚拟键盘也可作为临时输入设备使用。

②网络备份：为进一步提升网络的稳定性，在设计之初，在物理线路层，智慧化多媒体教室已改造为“全光教室”，所有教室均通过光纤转跳万兆直连校园网核心机房设备，不受教学楼突发网络影响，增加了安全性。与此同时还保留了备用线路，与光纤线路分走不同设备线路，当光纤线路中断时1秒内自动切换到备用线路。在教学设备层，已将教室计算机终端与触控一体机OPS电脑的网络连接进行物理隔离，确保即使其中一个网络出现问题，另一个依然可用。在管理保障层，所有讲台中交换机均纳入学校网络部门的直接监管，通过网管系统，实时检测运行环境和自动备份。

通过“多设备、双预案、一目标”的新模式，构建了一个全方位、多层次的多媒体硬件备份策略。这一策略不仅提高了教学系统的稳定性和可靠性，而且为教育教学提供了强有力的技术支持和资源保障，确保了教学活动的顺利进行。

结语

本研究探讨了AI赋能传统多媒体教室的实施路径，并构建了“多设备、双预案、一目标”的硬件多备份策略，为多媒体教室的数字化转型提供了理论与实践参考。研究表明，AI技术能够有效解决传统多媒体教学中教学资源管理、课堂过程记录、教学管理效率、教学过程数据分析以及教学模式多样性等方面的问题，资源点播模块、录播巡课模块以及AI分析模块的实践应用，在优化个性化学习体验、增强师生互动、实时反馈与评估、智能资源更新、自动化内容生成等方面效果显著。同时，通过硬件备份策略的构建，确保了即使在设备故障的情况下，教学活动也能无缝进行，保障了教学的连续性和稳定性。

参考文献：

[1]史萌，韩冰霜，罗丽婷，等.高校教育技术与教学模式适配度研究[J].高校后勤研究，2024（05）：74-77.

[2]郑静.后疫情新形势下高校多媒体设备管理研究[J].中国教育技术装备，2023（08）：10-13.

[3]史萌，刘青竹.基于大数据分析的高校多媒体设备可靠性研究[J].实验室研究与探索，2024，43（04）：224-230.

[4]广田薰，周政，MERSHABemnetWondimagegnehu，等.教室环境下的教学质量AI机器评估研究进展[J/OL].北京理工大学学报，2024.

[5]沈彬.高校多媒体设备管理存在的问题和对策核心探寻[J].现代职业教育，2022（19）：175-177.

作者简介：史萌，管理学硕士，工程师。金春杏，工学硕士，讲师。林佳妮，通讯作者，管理学硕士，天津大学新工科教育中心办公室副主任，助理研究员。