智慧教室在高职院校中的应用

赵文军

摘 要：“智慧地球”“智慧城市”“智慧校园”慢慢渗透在我们身边的公共领域。通过对传统教室的基础设施和网络化等分需求的改造与重建，以“互联网+”的方式推进高校教学功能化、智能化教学结构的调整与转变，提高教学效果与教学质量。

关键词：智慧教室 物联网

一、智慧教室建设背景

多媒体教室、学校资源管理利用、网络信息化管理一直以来都是学校、网络信息化建设的重点，通过将文字、图形、图像、声音、资源管理平台集合在一起，采用生动活泼的声像显示以及网络新型资源平台、教育管理平台，不仅丰富了教学手段和管理手段，扩充了教学资源和管理资源，而且更提高了课堂教学效果、丰富了教师资源和领导管理信息化。充实、形象、生动的授课内容，声像并茂的教学形式、管理形式，激发学生的学习兴趣和老师的学习热情，强调了“以学生为主”的教学新思路，极大的提高了教学质量。

二、智慧教室主要用途

智慧教室设备能够体现物联网的三个层次（应用层、网络层、感知层），运用传感器、射频识别（RFID）等技术，使信息传感设备实时感知任何需要的信息，按照约定的协议，通过可能的网络（如基于WIFI的无线局域网、移动通信、电信网等）接入方式，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，实现物与物、物与人的泛在链接，实现对物品的智慧化识别、跟踪、监控和管理。 同时，智慧教室还能满足学校物联网技术专业开设的物联网导论、传感器原理及应用、无线传感器网络及应用、RFID技术及应用、物联网工程及应用、物联网标准与中间件技术、物联网应用系统设计等课程的实践实训教学需要，并为学生或教师的物联网技术应用项目开发提供平台。

三、智慧教室系统设计方案描述

该实验室建成一个综合型的物联网应用场景，用于学生进行创新实验研究，以及教师开展科学研究。首先通过读取人员考勤系统中数据来判断教室内是否有人员，如果教室内无人，则教室内所有系统处于关闭状态;反之，则处于工作状态。

智慧教室包括以下几个系统：

1.教学系统

教学系统由内置电子白板功能的触控投影机一体机、功放、音箱、无线麦克、拾音器、问答器和配套控制软件构成。

使用内置电子白板功能的触控投影机代替传统的黑板教学，实现无尘教学，保护师生的健康，可在投影画面上可以操作电脑，在每个桌位上配置问答器，实现师生交互式课堂教学。

2. LED显示系统

LED显示系统由LED面板拼接而成，安装在教室黑板顶部，用于显示正在上课的课程名称、专业班级、任课教师、到课率、和教室内各传感器采集的环境数据（室内温湿度、光照度、二氧化碳浓度等）。

3.人员考勤系统

人员考勤系统由RFID考勤机、考勤卡和配套控制软件构成。

在教室前后门各安装一个RFID考勤机，采用RFID标签（校园一卡通）对学生进行考勤统计，对进入教室的人员进行身份识别，对合法用户进行考勤统计，对非法用户进行告警。同时可通过WiFi无线覆盖，在远程对考勤情况的监控，统计以及存档打印等。

4.资产管理系统

资产管理系统由特高频RFID读卡器、纸质标签、抗金属标签和配套控制软件构成。

在教室前后门各安装一个特高频读卡器，对教室内的实验仪器、设备等资产（贴有RFID标签，标签上存储有设备的详细信息）进行出入教室的监控与管理，对未授权用户把教室内资产带出教室进行告警，方便设备管理人员对教室设备的统一管理。

5.灯光控制系统

灯光控制系统由灯光控制器、光照传感器、人体传感器、窗帘控制系统和配套控制软件构成。

首先通过人体传感器来判断教室内对应位置是否有人，此位置无人，则灯光控制系统及窗帘控制系统处于关闭状态;反之，处于工作状态。

窗帘控制系统：通过采集安装在窗户的光照传感器数据，根据软件预设门限值，以窗帘自动开、关来实现教室内光照强度的补偿;

灯光控制系统：采集安装在教室内的光照传感器数据，通过分析数据，根据软件预设值，来控制教室内灯光的自动开启与关闭，并可调节灯光的亮度，实现室内灯光的智能控制与节能减排。

6.空调控制系统

空调控制系统由中央空调电源控制器、温湿度传感器和配套控制软件构成。

通过温湿度传感器监测室内温度，通过分析数据，根据软件预设值，当室内温湿度高于最高门限值时自动开启空调。当室内温湿度低于最底门限值时自动关闭空调，实现室内温湿度的自动控制。

7.门窗监视系统

门窗监视系统由窗户门磁模块及配套软件组成。

窗户门磁模块用于检测门和窗户的开关状态，并将状态信息及时上传至服务器。同时设置敏感时段，实施对窗户的自动监视和报警。

8.通风换气系统

通风换气系统由抽风机、CO2传感器和配套监控软件构成。

通过CO2传感器监测室内的CO2浓度，通过分析数据，根据软件预设值，当室内CO2浓度高于软件门限值时自动开启抽风机来进行换气，通过补充室外空气来降低室内CO2的浓度。

9.视频监控系统

在教室前后门口各安装一个WiFi无线摄像头监控人员出入和资产的出入库情况，在教室内安装一个WiFi无线摄像头监控教室内部实时情况，所采集的影像经由远端射频单元传送至终端管理电脑，提供实时的监控数据。

四、智慧教室的意义

对社会的影响意义而言

智慧教室建设与智慧教学理念，将为教育行业树立成功典范，是教育信息化发展到一定阶段的缩影。通过传播新的理念，扩展学生的思维空间，为构建发展新平台树立标志。

对于学生的学习意义而言

运用现代教学媒体，实现教学最优化，能让学生寓教于乐。有利于激发学生的学习动机和保持注意，为学生提供丰富的感性材料，把抽象的概念具體化，使学生能从中提取学习的本质属性，从而促进智力发展。