智慧教室

智慧教室是一種典型的智慧學習環境的物化，是多媒體和網路教室的高端形態，它是藉助物聯網技術、雲計算技術和智慧型技術等構建起來的新型教室，該新型教室包括有形的物理空間和無形的數字空間，通過各類智慧型裝備輔助教學內容呈現、便利學習資源獲取、促進課堂互動開展，實現情境感知和環境管理功能的新型教室。智慧教室旨在為教學活動提供人性化、智慧型化的互動空間；通過物理空間與數字空間的結合，本地與遠程的結合，改善人與學習環境的關係，在學習空間實現人與環境的自然互動，促進個性化學習、開放式學習和泛在學習。

基本介紹

• 中文名：智慧教室
• 外文名：Smart Class
• 作用：為學生或教師的物聯網技術套用項目開發提供平台等
• 特點：基於數據教學等
• 組成：教學系統、LED顯示系統等
• 所屬領域：計算機技術

發展歷程

從某種程度上講，當前多媒體教室的困境與教室環境的設計和技術裝備存在密切關係；重構教室環境，創建適合學生學習和教師教學的新型教室環境，是一種必然趨勢。隨著智慧地球、智慧城市等概念的提出和相關技術的蓬勃發展，充分利用感測技術、物聯網技術、人工智慧技術、多媒體技術、雲計算技術等來裝備教室和改善學習環境及建設智慧型教室成為必然的選擇。

電子教室主要是指隨著電子技術的發展，電子設備及電子音像製品裝備套用到傳統教室中所產生的教室形態。多媒體教室主要是指隨著多媒體計算機技術的發展，多媒體計算機技術套用到教育領域中所產生的教室形態。數字教室則是數字革命深入教育領域，多種數字設備和工具套用到教室中所產生的教室形態。當信息的採集、存儲和傳播由模擬信號轉化為數位訊號時，套用這些數字設備和工具的教室便成為數字教室。智慧教室則是數字教室的一種更高級的形式。

總之，教室的發展經歷了“傳統教室——電子教室——多媒體教室——多媒體網路教室——智慧教室”的過程，而多媒體教室、多媒體網路教室和智慧教室同屬於數字教室的不同發展階段。

大勢所趨

在國家政策推動下，智慧教室的普及化正在迎來高峰。

在《教育信息化“十三五規劃”》、《教育部2018工作要點》、《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》政策均有提到，教育信息化現階段的工作重心應該是加快教育信息基礎設施建設。

其中包括智慧型終端普及、寬頻覆蓋以及無線網路覆蓋三個基礎設施建設。另一個工作重心則是構建教學資源資料庫同時建設公共服務平台，從而實現教育資源的普及和共享。

作用

智慧教室設備能夠體現物聯網的三個層次（套用層、網路層、感知層），運用感測器、射頻識別（RFID）等技術，使信息感測設備實時感知任何需要的信息，按照約定的協定，通過可能的網路（如基於WiFi的無線區域網路、移動通信、電信網等）接入方式，把任何物品與網際網路相連線，進行信息交換和通信，實現物與物、物與人的泛在連結，實現對物品的智慧化識別、跟蹤、監控和管理。同時，智慧教室還能滿足開設物聯網導論、感測器原理及套用、無線感測器網路及套用、RFID技術及套用、物聯網工程及套用、物聯網標準與中間件技術、物聯網套用系統設計等課程的實踐實訓教學需要，並為學生或教師的物聯網技術套用項目開發提供平台。

通過智慧教室實驗平台，學生能掌握物聯網技術基礎理論、物理信息系統標識與感知、計算機網路理論與技術以及數據分析與信息處理技術等知識，具備通信技術、網路技術、感測技術等信息領域寬廣專業知識，具備一定的工程套用系統的開發能力、實踐能力和科學研究能力。

智慧教室建設可以用光載無線交換機構建WiFi無線區域網路，覆蓋智慧教室，加上教室的有線網路交換機、網路路由器，從而建立融合有線網路、無線區域網路的物聯網關鍵部分——網路層，各種感測器件通過標準模組WiFi設備伺服器（串口通信RS232轉WiFi無線網路）無線接入物聯網工程信息平台，構成全面涵蓋物聯網三個層次的統一的物聯網工程實驗平台。同時，其他內置Wifi模組的各種手持設備（筆記本電腦、手機等）也能無線接入該實驗平台，成為物聯網實驗設備的一部分；師生教學、科研實踐開發的其他感知模組，通過與標準的WiFi設備伺服器連線，也能輕易接入該實驗平台，完成測試、驗證。智慧教室基於物聯網技術，可以搭建成一個物聯網套用場景，既可以用於學生進行創新實驗研究，也方便教師開展科學研究。可以通過智慧教室裡面的人員考勤系統來判斷教室內是否有人員，如果教室內無人，則教室內所有系統處於關閉狀態；反之，則處於工作狀態。

特徵

基於數據的教學

傳統課堂主要依靠教師的個人教學經驗對課堂上學生的學習行為進行判斷和制定教學決策，智慧教室根據學生學習行為大數據挖掘與分析來調整教學策略，用直觀的數據了解學生對知識掌握的水平，在課堂教學中實現了基於證據的教育新形態。

高效的教學

利用現代信息技術打造智慧學習環境，用大數據構建高效課堂，大大提高了課堂教學效率。如通過情境感知、數據挖掘等方法可以提前預知學習者潛在的學習需求，在智慧教室中學習者通過資源訂閱和智慧型推送的方式第一時間獲取最新的學習資源，實現了教與學的立體溝通與交流。

個性化學習

通過課前預習測評分析和課中隨堂測驗即時分析，準確把握每個學習者掌握知識的狀況，實現對學生的個性化學習能力的評估，使老師對每一位學生的認知度更清晰，有針對性地制定教學方案和輔導策略，推送個性化的學習資料，製作針對個人的“微課”，真正實現以學生為中心的“一對一”的個性化教學服務。

合作探究的學習方式

依據知識構建的需要，智慧教室中採取小組協商討論、合作探究的學習方式，協作群組服務能夠幫助有相同學習需求和興趣的學習者自動形成學習共同體，就某個問題開展深入的互動交流，有利於實現對所學知識的意義建構。

動態開放的課堂

“動態生成”是新課標提倡的一個重要理念。課堂本質上是一個動態開放的系統，隨著網際網路、移動互聯等新興信息技術在課堂教學中的套用，課堂系統超越了時空限制。智慧教室不是忠實地、封閉地傳遞和接受知識，而是鼓勵課堂創新與開放，鼓勵生成，積極為學生激發創新、發展智慧提供有利條件。

教學機智的課堂

課堂教學是千變萬化的，再好的預設方案也不能預見課堂上可能出現的所有情況。智慧教室要求教師要有隨機應變的能力，根據教學進程中出現的新情況，基於動態學習數據分析和即時反饋，採取機智性行動，及時調整課前的教學設計，最佳化和改進課堂教學進程。

組成

智慧教室主要包括以下九個系統：

教學系統

教學系統由內置電子白板功能的觸控投影機一體機、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問答器和配套控制軟體構成。使用內置電子白板功能的觸控投影機代替傳統的黑板教學，實現無塵教學，保障師生的健康；可在投影畫面上可以操作電腦，在每個桌位上配置問答器，實現師生互動式課堂教學。

LED顯示系統

LED顯示系統由LED面板拼接而成，安裝在教室黑板頂部，用於顯示正在上課的課程名稱、專業班級、任課教師、到課率和教室內各感測器採集的環境數據（室內溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等）。

人員考勤系統

人員考勤系統由RFID考勤機、考勤卡和配套控制軟體構成。在教室前後門各安裝一個RFID考勤機，採用RFID標籤（校園一卡通）對學生進行考勤統計，對進人教室的人員進行身份識別，對合法用戶進行考勤統計，對非法用戶進行告警。同時可通過WiFi無線覆蓋，在遠程對考勤情況進行監控、統計以及存檔列印等。

資產管理系統

資產管理系統由特高頻RFID讀卡器、紙質標籤、抗金屬標籤和配套控制軟體構成。在教室前後門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內的實驗儀器、設備等資產（貼有RFID標籤，標籤上存儲有設備的詳細信息）出入教室進行監控與管理，對未授權用戶把教室內資產帶出教室進行告警，方便設備管理人員對教室設備的統一管理。

燈光控制系統

燈光控制系統由燈光控制器、光照感測器、人體感測器、窗簾控制系統和配套控制軟體構成。首先通過人體感測器來判斷教室內對應位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統及窗簾控制系統處於關閉狀態；反之，處於工作狀態。

空調控制系統

空調控制系統由中央空調電源控制器、溫濕度感測器和配套控制軟體構成。通過溫濕度感測器監測室內溫度，通過分析數據，根據軟體預設值，當室內溫濕度高於最高門限值時自動開啟空調，當室內溫濕度低於最低門限值時自動關閉空調，實現室內溫濕度的自動控制。

門窗監視系統

門窗監視系統由窗戶門磁模組及配套軟體組成。窗戶門磁模組用於檢測門和窗戶的開關狀態，並將狀態信息及時上傳至伺服器。同時設定敏感時段，實施對窗戶的自動監視和報警。

通風換氣系統

通風換氣系統由抽風機、CO₂感測器和配套監控軟體構成。通過CO₂感測器監測室內的CO₂濃度，通過分析數據，根據軟體預設值，當室內CO₂濃度高於軟體門限值時自動開啟抽風機來進行換氣，通過補充室外空氣來降低室內的CO₂濃度。

視視頻監控系統

視頻監控系統由WiFi無線攝像頭和配套監控軟體構成。視頻監控可為安防系統、資產出入庫、人員出入情況提供查詢依據。在教室前後門口各安裝一個WiFi無線攝像頭監控人員出入和資產的出入庫情況，在教室內安裝一個WiFi無線攝像頭監控教室內部實時情況，所採集的影像經由遠端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實時的監控數據。