基于“云+端一体化”的智慧教室建设探索

张亮

（江苏经贸职业技术学院教育信息化中心，江苏 南京 211168）

基于“云+端一体化”的智慧教室建设探索

张亮

（江苏经贸职业技术学院教育信息化中心，江苏 南京 211168）

当前，随着互联网技术和云计算技术的快速发展，推进教学信息化已成为众多高校关注的重点内容之一。高校利用先进的教育技术和教学仪器设备参与教学活动，已取得了显著的成绩，并将成为许多高校建设智慧多媒体教室的一种趋势。本文从智慧教室建设的背景、目标、设计思想和建设内容等方面，对“云+端一体化”的智慧教室解决方案进行阐述。

云；端；一体化；智慧教室

1 引言

对于高校而言，课堂教学环节始终是人才培养的重要一环，为提高教学环节的质量，提升教学水平，高校在不断探索尝试新的教学理念、方法和教学技术。以笔者所在的江苏经贸职业技术学院为例，多年来一直在探索如何建设更加先进的多媒体教室系统，以便更好地服务师生，服务教师的教育教学活动。2016年暑期，我校对13间传统教室作为首批试点进行了智慧化改造，经过一个多学期的使用，师生获得很好的体验感。经过前期充分调研并在借鉴相关院校成功经验的基础上，我校决定进一步推进智慧教室建设的探索。

经过前期需求调研和方案论证，我们提出了具有我校特色的“云+端一体化”的智慧教室解决方案。总体架构是以互联网+物联网为基础，依托云计算技术，采用“云+端”的服务模式，搭建智慧教室一站式综合服务管理平台，通过智慧黑板、云录播系统、云桌面、一站式综合服务管理平台等智慧系统构建智慧的学习环境，实现教学资源共享、个性学习、互动学习、移动学习，智能决策，支持大规模师生应用，全面满足教学、学习、沟通、管理的需要。

2 建设目标

通过对传统教室进行智慧化改造，提供云+端一体化服务，实现教学过程的智慧化管理和服务。建设一站式服务管理平台，对教学资源和服务进行统一管理和展示并提供服务入口，实现教学资源的共享、教学过程的互动、教学质量的监控等智慧化应用。要求该智慧教室系统与学校数字化校园平台实现统一身份认证，与学校现有的数据中心对接，实现应用整合、数据联动；与学校决策分析系统进行数据融合，实现对采集的数据进行数据挖掘和分析，为各管理部门提供综合信息服务和辅助科学决策，全面提升学校管理效率和管理水平。

3 设计思想

我校“云+端一体化”的智慧教室的建设理念，强调围绕“教”、“学”、“研”、“管”对教学资源和教学环节进行统一管理和服务，具体可理解为：

（1）感知通过端：与人直接打交道的是终端，建设友好的终端是提高用户体验度的关键，建设智慧黑板、智慧云桌面、智能中控、智能门禁等终端感知设备和服务系统，实现与数据采集及终端信息感知等功能；

（2）资源/服务依赖云：数据存于云，服务依靠云，利用云平台实现交互教学、资源共享，师生互动等，开创自主、开放、可控的社交及学习环境；

（3）智慧应用/管理服务人：云+端一体化的智慧教室的建设，最终服务于人，只有将参与者的智慧融入进去，智慧教室才有魂，以人为本的云+端应用服务于教学与管理将是一种创新的教学管理模式。

4 设计原则和总体要求

在系统设计时要充分考虑我校的实际需求，做到方案规划完整，内容设计合理，技术手段比较先进，具有一定的前瞻性；设备选型以实用为主，略有超前；在系统设计中要充分考虑到信息和数据存储的安全性、可靠性，能够应对数据的并发性等，系统做到易操作、易维护、易管理。

（1）整体性和开放性要求

“云+端一体化”的智慧教室建设是我校智慧校园建设的重要组成部分，也是校内基础数据采集的重要平台，必须开放数据库结构、提供标准接口、通讯接口、密钥系统和卡结构，支持学校自主采购扩展软硬件设备。支持第三方系统与智慧教室系统平台的对接，能够按照要求，进行系统对接、数据同步，提供免费开发、部署、技术支持与维护。要与数字化校园平台实现统一身份认证和数据同步。智慧教室系统平台产生的数据是我校决策分析系统的重要数据源，要求智慧教室系统平台所有数据都要向学校免费开放。

（2）实用性和先进性原则

采用较为先进的、符合社会主流的产品、技术和设计思路，要求达到集成度好、模块化较高的要求；整个系统架构合理、清晰，功能比较完善，符合实际需要，对提高工作效率有明显提高作用，建立一套满足学校实际需求的管理软硬件系统。

系统提供教学录播、微课制作、课堂互动等基本功能的同时，还要能提供设备的远程智慧管理、控制、师生的在线交互、用户等级权限划分、教学视频资源的网上直播及点播、相关教学活动的监察等功能。

（3）可靠性与安全性原则

在设备选型过程中，我们将采用较为成熟的、口碑较好、市场占有量较大的产品，以确保设备的可靠和稳定运行，并综合考虑产品后期的升级延续性及与其他产品的兼容性。要求硬件设置具有故障恢复能力，同时在软件系统的开发时，要求平台具有较强的抗风险能力，做好相应的安全策略，以确保整个智慧教室管理平台安全稳定运行。

（4）灵活性与可扩展性原则

系统要具备支持多种多媒体终端、多种硬件设备接口的功能，以确保后期产品和技术更新的灵活性；系统软硬件设备具有可扩展能力，学校可根据实际情况增加设备提高服务能力；要求系统平台能够做到系统不限制设备数、用户数、流量、并发数等。

5 建设的主要内容

5.1 一站式综合服务管理平台

依托“云+端”的服务模式，开发一站式综合服务管理平台，构建智慧的学习环境，实现教学资源共享、个性学习、互动学习、移动学习，智能决策，支持大规模师生应用，全面满足教学、学习、沟通，管理的需要。具体要求如下：

5.1.1 对接数字化校园平台，实现统一身份认证、数据同步

一站式综合服务管理平台建设作为我校智慧校园建设的重要组成部分，数据结构要符合学校的统一数据标准字典库，要按要求与我校现有数字化校园平台实现统一身份认证和数据同步。一站式综合服务管理平台产生的数据是我校决策分析系统的重要数据源，能按要求进行数据的实时推送。

5.1.2 教学辅助系统

（1）备课管理子系统

备课是老师教学环节的重要组成部分，开发备课管理子系统就是给学校教师提供对课件、教案等课程资源进行管理、共享的资源平台，增加课堂内外师生活动的学习平台。通过平台建设可增加教师间、师生间、学生间的信息交流，有利于将个人知识转变为组织知识，提高工作效率和增加知识创新能力。功能包括：1）作业/预习：老师发起课后作业/预习，学生完成作业后老师可以批改作业；2）考试：老师根据教学的需要进行考试试卷的发布等，可以做到在线考试及线下考试相结合；3）教学计划/备课；等等。

（2）教学资源管理子系统

教学资源管理子系统主要目的是实现“云+端一体化”的智慧教室系统产生的教学资源共享，促进学生的自主学习、研究学习等，实现开放教学模式。功能包括：1）优秀课件等资源全面共享；2）自主、开放、可控的社交及学习环境；3）分角色的个性化功能应用；等等。

5.1.3 智慧黑板软件子系统

智慧黑板软件子系统实现多媒体教学的管理和展示功能，作为一站式综合服务管理平台的一部分，要实现与管理平台的对接和完全融合，教师利用智慧黑板上课的板书、注解等都可以同步到备课管理子系统、教学资源管理子系统等相关平台，可以同步分享给学生，作为教学笔记便于学生学习分析和参考。

5.1.4 智慧中控总控平台子系统

为了更加方便、直观地管理多媒体设备，我们要求采用人性化的设计理念、图形化显示方案，力求使用户界面简单、实用。要求总控平台能够实现设备的集中管控、后台数据库的管理、系统日志的查看、相关功能参数的配置等功能。

5.1.5 云录播课程管理平台子系统

云录播课程管理平台子系统主要实现了对教室授课情况的在线实时观看、课程录制、点播学习、督导巡课等功能。通过系统的直、点播功能，学生可以进行在线远程观看，进行课后复习，老师也可以观摩学习其他教师的授课，改进自己的教学过程，督导人员可以远程听课、巡课等。

5.1.6 数据查询分析与刷卡考勤子系统

此系统主要实现对智慧教室平台系统产生的数据进行分析，为相关管理部门和决策者提供较为精准的信息，提高决策的科学性和准确性，从而使整个学校的管理水平和管理能力得到进一步的提高。能够实现按人员身份、班级、院系等多角度综合分析，为数字化校园提供数据支持。

要求与校园一卡通系统对接，以门禁刷卡、中控刷卡等数据为基础，实现学校的多种考勤，如上班考勤、学生上课考勤、晚自习考勤等，实现考勤系统功能，并通过与各系统联动，实现动态考勤，如与教务系统课程信息对接，实现学校学生、教师考勤管理，可以设置晚自习表，实现学生晚自习考勤。同时数据也要同步到校方指定平台，供其它平台使用：如与校内数字化校园平台、学工系统、人事系统、教务系统、智能定位平台等系统对接，实现数据同步。

5.1.7 移动端管理系统

按照项目建设设想，能够实现学生课前和课后通过手机或PAD进行课程预习和课程复习，在线点播课堂视频，因故请假的学生，通过移动端方式进行视频补课，完成相关课程的学习。实现智慧校园移动生活圈，师生通过移动端实现相关校园信息、热点问题的探讨和交流等。

5.2 智慧教室各硬件系统

5.2.1 智慧黑板

随着信息技术手段的不断提高，国家对教学信息化、数字化等提出了更高的要求，作为高校学校也需要进一步优化教学环境，如实现教学无尘化、互动性。“交互式纳米智慧黑板”是一种新型的交互式书写演示设备，在满足日常播放office课件及影音的功能之外，还具有多点触控、随意书写等功能，产品节能环保、护眼、清晰度高、互动性强，被越来越多的高校师生所接受。

5.2.2智慧中控

智慧中控作为一款比较现代化的多媒体教室智慧教学终端，具有非常强大的功能，它集台式电脑、视频展台、多媒体网络中控、话筒、数字功效等功能于一身。非接触式的卡式管理跟校园一卡通系统实现无缝对接，有线网络和校园无线网络的自动切换能保证网络教学的正常进行，不会因为由于有线网络的故障而影响教学。

5.2.3 云录播

智能云录播系统是一套比较先进的录播系统，可以实现视频的录制和传输，声音的防噪声处理，实现视频图像的分析处理等功能；实现人工智能与自动控制于一体，利用网络技术、计算机技术、音视频的压缩处理、校园网络进行教学视频的存储直播和点播等活动。

针对我校教室的应用需求，直接将多个点的音视频及VGA画面合成后接入平台中，实现数据的统一存储、管理等应用，解决了我校对智慧教室的建设需求。通过云录播平台管理系统满足不同用户群的在线交流学习以及日常管理，并依托网络实现对音视频资源的传输、管理、存储。

5.2.4 云桌面

在不改动教室布置的基础上，以云桌面代替传统PC，采用瘦客户端（自带本地为Win7系统）+显示器的模式，所有的计算、存储全部在云服务器中心实现，按需分配给每间多媒体教室一个通用的桌面，无需登录，提供给所有老师上课，用于处理及运行教师上课所需的软件及视频播放、WORD、PPT的授课要求。老师也可以做到在任何时间、任何地点、通过任何设备（如手机，平板，笔记本等接入设备）输入自己的工号以及相应的密码登录自己的专属桌面，专属桌面有用户自己永久的存储空间以及个性化的保存，教师授课时不需要随身携带U盘，具有属于自己的云办公、云教学。

5.2.5 一卡通门禁

通过建立一套基于智慧校园总体架构的一卡通门禁系统，提升学校智慧化管理水平，探索校内定位服务、智能管理应用、移动端应用，实现考勤管理、会议签到、轨迹分析、授权管理、身份识别等系列应用以及数据分析、展示。

将一卡通门禁系统与校内智慧校园平台、智能定位服务分析系统、教务系统、一卡通系统、人事系统、学工系统等进行对接，实现应用整合、数据联动。对一卡通系统产生的数据进行数据分析与挖掘，为相关管理部门和领导者提供信息查询和科学决策提供依据，从而提升管理水平和管理效率。

6 结束语

以往的多媒体教室主要是教师利用投影、电子白板等设备，播放相关的音视频和电子文档等课件，把授课内容传递给学生，让学生掌握相关的知识，而我们对智慧教室的定义是多媒体教室的硬件设施与软件平台的全面融合。在具有传统多媒体教室功能的同时，还要能够根据需要对教师上课教学内容进行保存，并通过统一身份认证自动分类、上传至学校统一课程资源平台下的教师个人空间，给学生后期进行点播，达到翻转课堂的效果，让线上与线下的混合学习模式成为可能。

此项目的建设将我校多媒体教室建设提升到一个新的高度，将建设成一套基于物联网技术集设备统一管理、音视频统一控制、智慧教学、资产管理、人员考勤等于一体的新型现代化智慧教室系统，实现运用智慧技术，支持智慧教与学，实现教室智慧管理的整体目标。

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[2]赖红辉．基于云服务的高职院校智慧教室建设探索[J]．信息工程，2014(10)：135-136．

[3]杨胜利．一种基于物联网的智慧教室体系结构研究[J]．数字技术与应用，2015(11)：52．

[4]靳旭莹，马晓萍，申巍．智慧教室的初探[J]．教育教学论坛，2014 (44)：8-10．

[5]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(2)：22-27．

Exploration on the SmartClassroom Construction Based on“the Integration of Cloud and Terminals”

Zhang Liang
(Jiangsu Institute of Commerce,Nanjing 211168,Jiangsu)

Atpresent,w ith the rapid developmentof Internet technology and cloud computing technology,teaching informatization hasbecome one of themost important content inmany collegesand universities.The advanced education technology and teaching instrumentsare introduced to the teaching activities collegesand universities,which hasachieved considerable achievementsand is becom ing a trend of smart classroom construction.From the background,objectives,design ideas and contentof the smart classroom construction,this paperexpounds the solution based on“the integration of cloud and term inals”.

cloud computing;terminals;integration;smartclassroom

G434

A

1008-6609(2017)06-0075-04

张亮（1983-），男，江苏宜兴人，硕士，工程师，研究方向为计算机网络、计算机科学与技术。