智慧教室：

智慧教室是一種典型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的物化，是多媒體和網(wǎng)絡(luò)教室的高端形態(tài)，它是借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和智能技術(shù)等構(gòu)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(shù)字空間，通過各類智能裝備輔助教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學(xué)習(xí)資源獲取、促進(jìn)課堂交互開展，實(shí)現(xiàn)情境感知和環(huán)境管理功能的新型教室。智慧教室旨在為教學(xué)活動(dòng)提供人性化、智能化的互動(dòng)空間;通過物理空間與數(shù)字空間的結(jié)合，本地與遠(yuǎn)程的結(jié)合，改善人與學(xué)習(xí)環(huán)境的關(guān)系，在學(xué)習(xí)空間實(shí)現(xiàn)人與環(huán)境的自然交互，促進(jìn)個(gè)性化學(xué)習(xí)、開放式學(xué)習(xí)和泛在學(xué)習(xí)。

發(fā)展歷程：

從某種程度上講，當(dāng)前多媒體教室的困境與教室環(huán)境的設(shè)計(jì)和技術(shù)裝備存在密切關(guān)系;重構(gòu)教室環(huán)境，創(chuàng)建適合學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)的新型教室環(huán)境，是一種必然趨勢(shì)。隨著智慧地球、智慧城市等概念的提出和相關(guān)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，充分利用傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等來裝備教室和改善學(xué)習(xí)環(huán)境及建設(shè)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(shù)的發(fā)展，電子設(shè)備及電子音像制品裝備應(yīng)用到傳統(tǒng)教室中所產(chǎn)生的教室形態(tài)。多媒體教室主要是指隨著多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到教育領(lǐng)域中所產(chǎn)生的教室形態(tài)。數(shù)字教室則是數(shù)字革命深入教育領(lǐng)域，多種數(shù)字設(shè)備和工具應(yīng)用到教室中所產(chǎn)生的教室形態(tài)。當(dāng)信息的采集、存儲(chǔ)和傳播由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)時(shí)，應(yīng)用這些數(shù)字設(shè)備和工具的教室便成為數(shù)字教室。智慧教室則是數(shù)字教室的一種更高級(jí)的形式。

總之，教室的發(fā)展經(jīng)歷了“傳統(tǒng)教室——電子教室——多媒體教室——多媒體網(wǎng)絡(luò)教室——智慧教室”的過程，而多媒體教室、多媒體網(wǎng)絡(luò)教室和智慧教室同屬于數(shù)字教室的不同發(fā)展階段。

2021年06月，由中國(guó)聯(lián)通承建的國(guó)家開放大學(xué)首批5G智慧教室正式投入使用，將5G、AI、大數(shù)據(jù)等新一代數(shù)字技術(shù)帶入課堂，充滿視覺沖擊力的巨幅納米黑板、5G+4K遠(yuǎn)程互動(dòng)、智能輔助教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等一系列高科技教學(xué)體驗(yàn)，令師生們仿佛置身于未來校園。

作用：

智慧教室設(shè)備能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的三個(gè)層次(應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層)，運(yùn)用傳感器、射頻識(shí)別(RFID)等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實(shí)時(shí)感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過可能的網(wǎng)絡(luò)(如基于WiFi的無線局域網(wǎng)、移動(dòng)通信、電信網(wǎng)等)接入方式，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智慧化識(shí)別、跟蹤、監(jiān)控和管理。同時(shí)，智慧教室還能滿足開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論、傳感器原理及應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用、RFID技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要，并為學(xué)生或教師的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)提供平臺(tái)。

通過智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，學(xué)生能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)理論、物理信息系統(tǒng)標(biāo)識(shí)與感知、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)以及數(shù)據(jù)分析與信息處理技術(shù)等知識(shí)，具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)拸V專業(yè)知識(shí)，具備一定的工程應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)能力、實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力。

智慧教室建設(shè)可以用光載無線交換機(jī)構(gòu)建WiFi無線局域網(wǎng)，覆蓋智慧教室，加上教室的有線網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由器，從而建立融合有線網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵部分——網(wǎng)絡(luò)層，各種傳感器件通過標(biāo)準(zhǔn)模塊WiFi設(shè)備服務(wù)器(串口通信RS232轉(zhuǎn)WiFi無線網(wǎng)絡(luò))無線接入物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺(tái)，構(gòu)成涵蓋物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)層次的統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。同時(shí)，其他內(nèi)置Wifi模塊的各種手持設(shè)備(筆記本電腦、手機(jī)等)也能無線接入該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，成為物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的一部分;師生教學(xué)、科研實(shí)踐開發(fā)的其他感知模塊，通過與標(biāo)準(zhǔn)的WiFi設(shè)備服務(wù)器連接，也能輕易接入該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成測(cè)試、驗(yàn)證。智慧教室基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以搭建成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，既可以用于學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)研究，也方便教師開展科學(xué)研究?？梢酝ㄟ^智慧教室里面的人員考勤系統(tǒng)來判斷教室內(nèi)是否有人員，如果教室內(nèi)無人，則教室內(nèi)所有系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài);反之，則處于工作狀態(tài)。

特征：

基于數(shù)據(jù)的教學(xué)

傳統(tǒng)課堂主要依靠教師的個(gè)人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)課堂上學(xué)生的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行判斷和制定教學(xué)決策，智慧教室根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)行為大數(shù)據(jù)挖掘與分析來調(diào)整教學(xué)策略，用直觀的數(shù)據(jù)了解學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握的水平，在課堂教學(xué)中實(shí)現(xiàn)了基于證據(jù)的教育新形態(tài)。

高效的教學(xué)

利用現(xiàn)代信息技術(shù)打造智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，用大數(shù)據(jù)構(gòu)建高效課堂，大大提高了課堂教學(xué)效率。如通過情境感知、數(shù)據(jù)挖掘等方法可以提前預(yù)知學(xué)習(xí)者潛在的學(xué)習(xí)需求，在智慧教室中學(xué)習(xí)者通過資源訂閱和智能推送的方式及時(shí)獲取新的學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)了教與學(xué)的立體溝通與交流。

個(gè)性化學(xué)習(xí)

通過課前預(yù)習(xí)測(cè)評(píng)分析和課中隨堂測(cè)驗(yàn)即時(shí)分析，準(zhǔn)確把握每個(gè)學(xué)習(xí)者掌握知識(shí)的狀況，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)能力的評(píng)估，使老師對(duì)每一位學(xué)生的認(rèn)知度更清晰，有針對(duì)性地制定教學(xué)方案和輔導(dǎo)策略，推送個(gè)性化的學(xué)習(xí)資料，制作針對(duì)個(gè)人的“微課”，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心的“一對(duì)一”的個(gè)性化教學(xué)服務(wù)。

合作探究的學(xué)習(xí)方式

依據(jù)知識(shí)構(gòu)建的需要，智慧教室中采取小組協(xié)商討論、合作探究的學(xué)習(xí)方式，協(xié)作群組服務(wù)能夠幫助有相同學(xué)習(xí)需求和興趣的學(xué)習(xí)者自動(dòng)形成學(xué)習(xí)共同體，就某個(gè)問題開展深入的互動(dòng)交流，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的意義建構(gòu)。

動(dòng)態(tài)開放的課堂

“動(dòng)態(tài)生成”是新課標(biāo)提倡的一個(gè)重要理念。課堂本質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)開放的系統(tǒng)，隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等新興信息技術(shù)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用，課堂系統(tǒng)超越了時(shí)空限制。智慧教室不是忠實(shí)地、封閉地傳遞和接受知識(shí)，而是鼓勵(lì)課堂創(chuàng)新與開放，鼓勵(lì)生成，積極為學(xué)生激發(fā)創(chuàng)新、發(fā)展智慧提供有利條件。

教學(xué)機(jī)智的課堂

課堂教學(xué)是千變?nèi)f化的，再好的預(yù)設(shè)方案也不能預(yù)見課堂上可能出現(xiàn)的所有情況。智慧教室要求教師要有隨機(jī)應(yīng)變的能力，根據(jù)教學(xué)進(jìn)程中出現(xiàn)的新情況，基于動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析和即時(shí)反饋，采取機(jī)智性行動(dòng)，及時(shí)調(diào)整課前的教學(xué)設(shè)計(jì)，優(yōu)化和改進(jìn)課堂教學(xué)進(jìn)程。

組成：

智慧教室主要包括以下九個(gè)系統(tǒng)：

教學(xué)系統(tǒng)

教學(xué)系統(tǒng)由內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機(jī)一體機(jī)、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問答器和配套控制軟件構(gòu)成。使用內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學(xué)，實(shí)現(xiàn)無塵教學(xué)，保障師生的健康;可在投影畫面上可以操作電腦，在每個(gè)桌位上配置問答器，實(shí)現(xiàn)師生交互式課堂教學(xué)。

LED顯示系統(tǒng)

LED顯示系統(tǒng)由LED面板拼接而成，安裝在教室黑板頂部，用于顯示正在上課的課程名稱、專業(yè)班級(jí)、任課教師、到課率和教室內(nèi)各傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)(室內(nèi)溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等)。

人員考勤系統(tǒng)

人員考勤系統(tǒng)由RFID考勤機(jī)、考勤卡和配套控制軟件構(gòu)成。在教室前后門各安裝一個(gè)RFID考勤機(jī)，采用RFID標(biāo)簽(校園一卡通)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)，對(duì)進(jìn)人教室的人員進(jìn)行身份識(shí)別，對(duì)合法用戶進(jìn)行考勤統(tǒng)計(jì)，對(duì)非法用戶進(jìn)行告警。同時(shí)可通過WiFi無線覆蓋，在遠(yuǎn)程對(duì)考勤情況進(jìn)行監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)以及存檔打印等。

資產(chǎn)管理系統(tǒng)

資產(chǎn)管理系統(tǒng)由特高頻RFID讀卡器、紙質(zhì)標(biāo)簽、抗金屬標(biāo)簽和配套控制軟件構(gòu)成。在教室前后門各安裝一個(gè)特高頻讀卡器，對(duì)教室內(nèi)的實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備等資產(chǎn)(貼有RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽上存儲(chǔ)有設(shè)備的詳細(xì)信息)出入教室進(jìn)行監(jiān)控與管理，對(duì)未授權(quán)用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進(jìn)行告警，方便設(shè)備管理人員對(duì)教室設(shè)備的統(tǒng)一管理。

燈光控制系統(tǒng)

燈光控制系統(tǒng)由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統(tǒng)和配套控制軟件構(gòu)成。首先通過人體傳感器來判斷教室內(nèi)對(duì)應(yīng)位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統(tǒng)及窗簾控制系統(tǒng)處于關(guān)閉狀態(tài)；反之，處于工作狀態(tài)。

空調(diào)控制系統(tǒng)

空調(diào)控制系統(tǒng)由中央空調(diào)電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構(gòu)成。通過溫濕度傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，當(dāng)室內(nèi)溫濕度高于最高門限值時(shí)自動(dòng)開啟空調(diào)，當(dāng)室內(nèi)溫濕度低于最低門限值時(shí)自動(dòng)關(guān)閉空調(diào)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動(dòng)控制。

門窗監(jiān)視系統(tǒng)

門窗監(jiān)視系統(tǒng)由窗戶門磁模塊及配套軟件組成。窗戶門磁模塊用于檢測(cè)門和窗戶的開關(guān)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時(shí)上傳至服務(wù)器。同時(shí)設(shè)置敏感時(shí)段，實(shí)施對(duì)窗戶的自動(dòng)監(jiān)視和報(bào)警。

通風(fēng)換氣系統(tǒng)

通風(fēng)換氣系統(tǒng)由抽風(fēng)機(jī)、CO2傳感器和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。通過CO2傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)的CO2濃度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，當(dāng)室內(nèi)CO2濃度高于軟件門限值時(shí)自動(dòng)開啟抽風(fēng)機(jī)來進(jìn)行換氣，通過補(bǔ)充室外空氣來降低室內(nèi)的CO2濃度。

視視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由WiFi無線攝像頭和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。視頻監(jiān)控可為安防系統(tǒng)、資產(chǎn)出入庫(kù)、人員出入情況提供查詢依據(jù)。在教室前后門口各安裝一個(gè)WiFi無線攝像頭監(jiān)控人員出入和資產(chǎn)的出入庫(kù)情況，在教室內(nèi)安裝一個(gè)WiFi無線攝像頭監(jiān)控教室內(nèi)部實(shí)時(shí)情況，所采集的影像經(jīng)由遠(yuǎn)端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實(shí)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。