c中長原達c中長原達www.2cJcd,?nc中長康達c中長康達'Q-wwB'.zcJcd-wm智慧教室建設方案TOC\o"1-5"\h\z1.系統介紹11.1智慧課堂的背景31.2智慧教室主要用途32■智慧教室實驗平臺方案32.1光載無線交換機及其分布式天線系統42.2物聯網工程平臺服務器43■智慧教室系統設計方案43.1教學系統53.2LED顯示系統53.3人員考勤系統63.4資產管理系統63.5燈光控制系統63.6空調控制系統53.7門窗監視系統73.8通風換氣系統73.9視頻監控系統74■智慧課堂的課堂模式74.1教師模式74.1.1課前備課74.1.2課堂授課8C中悵康達TOC\o"1-5"\h\z4.1.3課后作業試題分析84.2學生模式84.2.1課前預習84.2.2課堂上課94.2.3課后復習94.2.4家長參與95■智慧課堂資源共享??95.1普及型錄播教室95.1.1配置錄播教室95.1.2云錄播教室系統105.2云錄播教室設計方案105.2.1云錄播教室技術要求115.2.2應用場景115.3錄像資源共享115.3.1教學錄像115.3.2校內外遠程聽課125.3.3網絡互動學習125.3.4專業課和實驗課教學12c中長康?達c中長原達c中長原達c中長原達c中長原達1■系統概述1?1智慧教室建設背景在學校，課堂教學環節是學生接受系統教育最重要的一環，做好教學互動環節，是掌握好教學環節的質量，提高教學水平的關鍵。現行的教學過程中，傳統的簽到環節、疑問確認環節、提問互動環節、課堂小測試環節存在諸多問題。簽到過程中，使用紙張簽到，效率低且存在代簽現象，結果不便于教師統計；提問互動環節和課堂小測試的環節中，教師給出簡單選擇后，學生舉手或者口頭回答，不能獲得準確的統計數據，教師只能根據大體情況來判斷是否進行教學，沒有準確的數據，更不能考慮后期的數據挖掘和數據統計工作。傳統的教學方式已經不適應現代化教學的需要，基于物聯網技術集智慧教學、人員考勤、資產管理、環境智慧調節、視頻監控及遠程控制于一體的新型現代化智慧教室系統在逐步的推廣運用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現代化教學手段，給教育行業帶來了新的機遇。1.2智慧教室主要用途智慧教室設備能夠體現物聯網的三個層次（應用層、網絡層、感知層），運用傳感器、射頻識別（RFID）等技術，使信息傳感設備實時感知任何需要的信息，按照約定的協議，通過可能的網絡（如基于WIFI的無線局域網、移動通信、電信網等）接入方式，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，實現物與物、物與人的泛在鏈接，實現對物品的智慧化識別、跟蹤、監控和管理。同時，智慧教室還能滿足學校物聯網技術專業開設的物聯網導論、傳感器原理及應用、無線傳感器網絡及應用、RFID技術及應用、物聯網工程及應用、物聯網標準與中間件技術、物聯網應用系統設計等課程的實踐實訓教學需要，并為學生或教師的物聯網技術應用項目開發提供平臺。使學生通過智慧教室實驗平臺，能掌握物聯網技術基礎理論、物理信息系統標識與感知、計算機網絡理論與技術和數據分析與信息處理技術等知識，具備通信技術、網絡技術、傳感技術等信息領域寬廣專業知識，具備一定的工程應用系統的開發、實踐能力和科學研究能力。2智慧教室實驗平臺方案智慧教室以物聯網工程信息平臺為基礎，以光載無線交換機為核心，構建WiFi無線局域網，覆蓋智慧教室，加上教室的有線網絡交換機、網絡路由器，從而建立融合有線網絡、無線局域網的物聯網關鍵部分一一網絡層，各種傳感器件通過標準模塊WiFi設備服務器（串口通信RS232轉WiFi無線網絡）無線接入物聯網工程信息平臺，構成全面涵蓋物聯網三個層次的一個統一的物聯網工程實驗0中悵康達www.2c3cd.flomG中長原達G中長原達G中長原達G中長原達n中長廣達n中長廣達'RpWWW.2t^d,-MMncc中長康達'q-www,kM■com平臺。同時，其它內置WiFi模塊的各種手持設備（筆記本電腦、手機等）也能無線接入該實驗平臺，成為物聯網實驗設備的一部分;師生教學、科研實踐開發的其它感知模塊，通過與標準的WiFi設備服務器連接，也能輕易接入該實驗平臺,完成測試、驗證。2?1光載無線交換機及其分布式天線系統光載無線交換機及其配套設備遠端射頻單元為廣州飛瑞敖電子科技有限公司的核心產品，用于實現WiFi無線射頻信號的遠距離、大范圍的光纖分布，是物聯網無線網絡分布的主要分布方式。光載無線交換機安裝在智慧教室的網絡機柜里，與原本有線布線的網絡交換機連接，接入學校計算機網絡。光載無線交換機內置2個WiFi接入點（AP）（所有網絡協議處理、基帶數據處理、射頻信號處理都集中在光載無線交換機內），通過模擬光纖鏈路將WiFi射頻信號分布到智慧教室內，完成智慧教室的WiFi無線覆蓋，將實驗設備和各類WiFi終端接入統一的WiFi無線局域網，構成整體物聯網工程平臺。2.2物聯網工程實驗平臺服務器為實現物聯網工程實驗平臺的統一管理、實驗室實驗設備等管控、以及開展功能復雜的綜合設計和科研項目，在智慧教室的網絡機柜里配置一臺服務器。該服務器安裝系統軟件，及物聯網工程實驗的服務器端軟件，提供本地、或遠程訪問服務，并實施對物聯網實驗的監控和設備管理。3、智慧教室系統設計方案述智慧教室基于光載無線交換機為核心，建成一個綜合型的物聯網共享平臺，所有的設備系統均可以通過標準模塊WiFi設備服務器無線接入物聯網工程信息平臺，通過服務器的系統軟件統一管理前端系統設備；同時，我們提供教室智慧系統的設計原理圖，開放足夠多的端口和豐富、完善的接口函數以及二次開發包,為教師、學生提供了一個開放的環境平臺去學習和研究。下圖1是智慧教室拓撲圖：It調控制風扇照明燈0D2初三一Si10：52It調控制風扇照明燈0D2初三一Si10：52門窗磁嗚舉IVIK1124-3J"Rf光照度圖1智慧教室總體框圖該實驗室建成一個綜合型的物聯網應用場景，用于學生進行創新實驗研究,以及教師開展科學研究。首先通過讀取人員考勤系統中數據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于關閉狀態；反之，則處于工作狀態。智慧教室包括以下幾個系統：3.1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件構成。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,保護師生的健康，可在投影畫面上可以操作電腦，在每個桌位上配置問答器，實現師生交互式課堂教學。3.2LED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，用于顯示正在上課的課程名稱、專業班級、任課教師、到課率、和教室內各傳感器采集的環境數據（室內溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等）。c中長原達c中長原達c中長原達c中長原達c中長廣達c中長廣達'Rpww.2c）cd,-?ncc中長康達'q-www,kM■comcc中長康達'q-www,kM■comCC中長康達'q-www,kM■com3.3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件構成。在教室前后門各安裝一個RFID考勤機，采用RFID標簽（校園一卡通）對學生進行考勤統計，對進入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，在遠程對考勤情況的監控，統計以及存檔打印等。3.4資產管理系統資產管理系統由特高頻RFID讀卡器、紙質標簽、抗金屬標簽和配套控制軟件構成。在教室前后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標簽，標簽上存儲有設備的詳細信息）進行出入教室的監控與管理，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。3.5燈光控制系統燈光控制系統由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統和配套控制軟件構成。首先通過人體傳感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于關閉狀態;反之，處于工作狀態。1：窗簾控制系統：通過采集安裝在窗戶的光照傳感器數據，根據軟件預設門限值，以窗簾自動開、關來實現教室內光照強度的補償；2：燈光控制系統：采集安裝在教室內的光照傳感器數據，通過分析數據，根據軟件預設值，來控制教室內燈光的自動開啟與關閉，并可調節燈光的亮度，實現室內燈光的智能控制與節能減排。3?6空調控制系統空調控制系統由中央空調電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構成。通過溫濕度傳感器監測室內溫度，通過分析數據，根據軟件預設值，當室內溫濕度高于最高門限值時自動開啟空調。當室內溫濕度低于最底門限值時自動關閉空調，實現室內溫濕度的自動控制。3.7門窗監視系統門窗監視系統由窗戶門磁模塊及配套軟件組成。窗戶門磁模塊用于檢測門和窗戶的開關狀態，并將狀態信息及時上傳至服務器。同時設置敏感時段，實施對窗戶的自動監視和報警。3.8通風換氣系統通風換氣系統由抽風機、CO2傳感器和配套監控軟件構成。通過CO2傳感器監測室內的CO2濃度，通過分析數據，根據軟件預設值，當室內CO2濃度高于軟件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CO2的濃度。3.9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件構成。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。在教室前后門口各安裝一個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，所采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.4?智慧課堂的課堂模式4.1教師模式4?1?1課前備課智慧課堂系統為老師提供了方便靈活的課程設計功能，協助老師實現翻轉教學，上課前老師將要上的課程按章節制作成預習課程和講課課程，預習課程用于學生課前預習使用（系統會根據設定的上課時間提前自動發送到學生空間），講課課程用于老師上課使用；預習課程和講課課程的設計非常靈活，老師可以根據需要將文本資料、講課視頻、課前練習題等按任意順序編排到課程里面去。c中長廣達c中長廣達'Rpww.2c)cd,-?nc中長廣達c中長廣達'Rpww.2c)cd,-?n00中悵康達www.2c3cd.flom00中悵康達www.2c3cd.flom4.1?2課堂授課課堂上老師根據學生的預習情況以及在線提問情況先做相關知識點的講解，然后進入集體答題環節，老師通過網絡空間在電子白板（任意顯示設施均可）上打開上課課程，調出包含本課知識點的測試題，學生們通過智能卡或是pad集體答題，對錯情況直接在白板上顯示，老師根據對錯統計數決定是否需要講解，如此循環；課堂上學生們的答題情況將自動保存到分析統計系統。同時智慧課堂提供了利用智能卡或是pad進行搶答和隨機抽取答題的功能，代替了傳統的舉手回答，進一步增強了課堂的趣味性。4.1?3課后作業/試題分析智慧課堂系統為老師提供了個人試題庫功能，老師可以按章節將自己認為好的試題在線編輯保存到自己個人試題庫中，系統為老師提供按照課程章節的自動組卷功能,形成老師個人試卷庫，用于學生的在線測試或是家庭作業。智慧課堂系統為老師提供了強大的教學分析系統，提供按時間和按章節兩大緯度做答題統計，按時間段的統計讓老師可以隨時查看某個班級乃至某個學生具體一個時間段的答題正確率，便于老師了解學生階段性的學習情況；按章節統計可以讓老師準確的了解某個章節學生的整體掌握情況以及個人的掌握情況。4.2學生模式4.2?1課前預習智慧課堂系統為學生提供了課程預習模塊，學生可以查看各科老師推送的預習課程并完成課程中的練習題，對錯情況實時顯示，并配有試題解析，幫助學生自學，在預習的過程中學生可以隨時針對該預習課程中不懂的問題進行在線提問，問題將匯總到相關老師處，老師在線解答的問題將以消息提示的方式及時通知提問的學生。同時按章節保留本學期學生的預習課程和老師的講課課程。4.2.2課堂上課智慧課堂系統為學生提供了課中互動答題功能，課堂上學生通過智能卡集體答題（同時提供iPad方式），答題結果實時顯示，老師根據答題整體正確率決定是否需要講解，學生知識點的掌握情況一目了然，實現了集體參與。利用智能卡和iPad進行的搶答題功能和隨機抽取學生答題功能增強了學生上課的趣味性和參與性。4?2?3課后復習智慧課堂系統為學生提供了習題模塊，按年級、學科、章節保留學生預習以及課堂上做過的習題，方便學生二次查看，同時支持錯題自測功能，可以方便的將做過的習題加入錯題本，用于學生自己復習自測使用。4.2.4家長參與智慧課堂平衡了老師和家長對學生的教育義務，一直以來父母問的最多的是孩子課堂上的表現，看來很好回答的問題，老師回答起來卻很糾結，沒有一個量化指標，該講的都講了，孩子不學是誰的問題。智慧課堂為家長提供了反應學生預習情況和上課情況的分析系統，家長可以隨時通過web頁面和手機客戶端通過答題統計數據了解孩子在家的預習情況和上課答題表現情況。按學科章節提供學生每天答題情況的統計數據，方便家長實時了解孩子每天的學習。靈活的按時間段統計功能，方便家長了解學生某個階段各個學科的學習情況。現在家長和老師站在了統一線上，共同思考如何為孩子創造一個好的學習環境，如果引導監督孩子學習。5智慧課堂資源共享5.1普及型錄播教室簡易型錄播教室的主要用途是網絡教學和錄制視頻公開課，用于教育資源共享，滿足更多學習者的求知需求，要求錄播的重點是老師傳授的知識。簡易型高清錄播教室定位于教學應用，以學習者獲取教學內容為目的，錄播常態化課堂教學。簡易型高清錄播教室采用基于嵌入式全集成架構的新一代錄播設備，體積150mmx100mmx45mm，單機獨立錄播，每間教室造價僅需幾萬元。移動使用，可以多個教室共用一套設備，用最少的投入惠及更多的師生。簡易型錄播設備需采用FLV格式錄播，單機使用即可進行互聯網遠程教學。簡易型高清錄播教室采用國際視頻標準，從攝像、視頻采集到網絡傳輸、終端顯示全程支持1080P錄播，實現真正的高清錄播教室。采用高清攝像符合教育部視頻課技術要求，1080P高清動態影像拍攝具有更廣的可視區域，更高的圖像清晰度，在70平米教室單機全景拍攝即可滿足細節表現的需要,等效多臺標清攝像機拍攝效果，可以把老師的講課、板書、投影顯示同步拍攝。用于遠程教學大屏幕顯示，畫面像藍光DVD—樣清晰。5?1?1教室配置簡易型錄播教室的錄播設備包括高清錄播攝像機和高清錄播服務器，每間教室只需配置這二種設備，需要幾路配置幾路。可以采用移動方式使用，也可以固定安裝，在普及化使用中，可以采用固定安裝+移動補充方式，即可提高集中管理效率，又可提高設備利用率。高清錄播攝像機用于教師圖像和學生圖像的錄像和直播；高清錄n中長原達n中長原達'RpWWW.2t^d,-MMnc中長康達c中長康達'Rpww.3c)cd,-?nc中長原達c中長原達00中悵康達www.2c3cd.flom00中悵康達www.2c3cd.flom播服務器與計算機連接，用于多媒體演示和講解的錄像和直播；與高清DV連接，用于實驗課、技能課操作演示的錄播。每個錄播設備獨立工作，占用一個IP地址，通過有線、無線方式聯網。教學的本質是傳播知識，要求錄播設備能夠對課堂教學內容進行完整的錄像和直播。課堂教學內容包括三部分：老師的講解，老師的板書和多媒體演示，老師和學生的問答。面對大中小學不同的教學方式和各種課程類型的教學需求，采用單一的錄播模式很難滿足學校的需要。簡易型錄播教室采用單機獨立錄播，多機組合的方式對常態化教學內容進行錄播。多路視頻獨立錄像，可以完整錄制教學內容，作為教學資源保存。多路視頻同步直播，可以完整傳輸教學內容。多路視頻同步收看、自主切換，符合學生自主學習的需要。這種方式的優勢就是可以根據學校的教學需求對錄播教室進行靈活配置，需要什么配置什么。在配置黑板+投影機的教室，錄制精品視頻公開課和網絡互動教學，采用教師近景、學生全景、VGA視頻三路視頻錄播。教師活動區域較大的課程，增加一路教室前區全景錄播，實驗課、技能課增加一路專業演示錄播。簡易型錄播教室的錄播設備攜帶方便，操作簡單，可在課堂教學、學術研討、專家講座等各種場合使用，可以教師自主使用，也可以管理人員遠程控制使用。5.1.2專業型錄播教室根據當前和未來的教學發展需要，云錄播系統是將課程錄制存儲、資源管理共享以及課件直播點播等技術與網絡技術相融合的具有強大監控管理能力的輔助教學應用系統。通過網絡把多個教學點的教學視頻場景和授課計算機畫面以標準的流媒體編解碼技術進行實時采集壓縮、集中存儲及監控管理。在先進的產品和技術幫助下，最終實現使終端簡化成一個單純的輸入輸出，減少終端處理負擔，使優秀的教師、課程、資源、知識得到充分的展示、記錄、管理、分享。以專業化、國際化、特色化、易擴展為標準提供一個集技術、信息、應用于一體的教學平臺。云錄播系統方案是綜合教室視頻和屏幕的雙重監控、課件的遠程錄制和集中管理、課堂內容的實時直播功能于一體的整體性方案，主要以集控式錄制為核心，同時添加直播和老師跟蹤功能，以更具完整的一體化形式展現給用戶。設計上遵循統一的標準，匯集了大量的先進科技。主要優勢還在于使一體化教學新網絡可以從容面對未來的需求變化。通過使用該系統，用戶只需極少的資金和人力投入，就可以大面積進行網絡課程資源建設，達到優質教育資源共享、提升課堂教學水平的目的。為學校的教學管理等工作提供現代化的工具，在有效控制成本與費用的同時極大的提高工作效率，成為學校信息化建設的重要組成部分。5.2專業錄播教室設計方案云錄播系統的建設重點以常態化多媒體課堂教學為中心，構建''數字化錄播教學資源〃平臺，建成集多媒體教學、課程錄制、課堂直播、課程資源管理于一體的教育教學應用系統。從而有效提高服務工作效率，通過網絡擴大教學服務管理范圍，提升學校錄播教室運行管理的工作質量，強化對課堂教學的服務和管理。還有利于教育局精確掌握區域教育資源的分布情況、了解教育資源的狀況、特點特色，長項和短板。為教育資源均衡配置、提高教學質量、解決教育公平提供決策支持服務，實現教育資源的精準管理。5.2.1專業錄播教室技術要求支持多種移動設備，如IOS(iPad、iPhone)、Android等，進行課件點播、點評，移動學習。支持多種瀏覽器，如：IE、Google、Safari、火狐等，無需額外安裝任何插件,即可進行課件的直播、點播。?聽課系統與教學課程表相關聯，無需人工干預，按課表設定的課程時間，自動完成課程的錄制。用戶登錄后，在主界面顯示正在上課的課程，直接選課、聽講。?具有視頻監控功能，顯示所有教室信息及教室狀態，校領導可在控制中心集中在線巡查，對教學活動進行遠程指揮。?為了滿足每個客戶的需求，設置個性化綜合管理，集用戶權限管理(學生、教師等)、課程管理、編輯管理、部門管理、資源管理、評教評學功能于一體。?仿真跟蹤采用特有的圖像分析技術，根據目標特征進行檢測，識別到目標物體的位置，并對該物體進行跟蹤。?基于各大視頻網站的Flash編碼壓縮技術，用戶無