趙文軍

摘 要：“智慧地球”“智慧城市”“智慧校園”慢慢滲透在我們身邊的公共領(lǐng)域。通過對傳統(tǒng)教室的基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)化等分需求的改造與重建，以“互聯(lián)網(wǎng)+”的方式推進高校教學(xué)功能化、智能化教學(xué)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與轉(zhuǎn)變，提高教學(xué)效果與教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：智慧教室 物聯(lián)網(wǎng)

一、智慧教室建設(shè)背景

多媒體教室、學(xué)校資源管理利用、網(wǎng)絡(luò)信息化管理一直以來都是學(xué)校、網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)的重點，通過將文字、圖形、圖像、聲音、資源管理平臺集合在一起，采用生動活潑的聲像顯示以及網(wǎng)絡(luò)新型資源平臺、教育管理平臺，不僅豐富了教學(xué)手段和管理手段，擴充了教學(xué)資源和管理資源，而且更提高了課堂教學(xué)效果、豐富了教師資源和領(lǐng)導(dǎo)管理信息化。充實、形象、生動的授課內(nèi)容，聲像并茂的教學(xué)形式、管理形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和老師的學(xué)習(xí)熱情，強調(diào)了“以學(xué)生為主”的教學(xué)新思路，極大的提高了教學(xué)質(zhì)量。

二、智慧教室主要用途

智慧教室設(shè)備能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的三個層次（應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層），運用傳感器、射頻識別（RFID）等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實時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，進行信息交換和通信，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實現(xiàn)對物品的智慧化識別、跟蹤、監(jiān)控和管理。 同時，智慧教室還能滿足學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)開設(shè)的物聯(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)標準與中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計等課程的實踐實訓(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)用項目開發(fā)提供平臺。

三、智慧教室系統(tǒng)設(shè)計方案描述

該實驗室建成一個綜合型的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景，用于學(xué)生進行創(chuàng)新實驗研究，以及教師開展科學(xué)研究。首先通過讀取人員考勤系統(tǒng)中數(shù)據(jù)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)。

智慧教室包括以下幾個系統(tǒng)：

1.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(gòu)成。

使用內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學(xué)，實現(xiàn)無塵教學(xué)，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(xiàn)師生交互式課堂教學(xué)。

2. 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、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）。

3.人員考勤系統(tǒng)

人員考勤系統(tǒng)由RFID考勤機、考勤卡和配套控制軟件構(gòu)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(xué)生進行考勤統(tǒng)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(tǒng)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(jiān)控，統(tǒng)計以及存檔打印等。

4.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)標簽、抗金屬標簽和配套控制軟件構(gòu)成。

在教室前后門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內(nèi)的實驗儀器、設(shè)備等資產(chǎn)（貼有RFID標簽，標簽上存儲有設(shè)備的詳細信息）進行出入教室的監(jiān)控與管理，對未授權(quán)用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進行告警，方便設(shè)備管理人員對教室設(shè)備的統(tǒng)一管理。

5.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)。

窗簾控制系統(tǒng)：通過采集安裝在窗戶的光照傳感器數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)門限值，以窗簾自動開、關(guān)來實現(xiàn)教室內(nèi)光照強度的補償;

燈光控制系統(tǒng)：采集安裝在教室內(nèi)的光照傳感器數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預(yù)設(shè)值，來控制教室內(nèi)燈光的自動開啟與關(guān)閉，并可調(diào)節(jié)燈光的亮度，實現(xiàn)室內(nèi)燈光的智能控制與節(jié)能減排。

6.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自動開啟空調(diào)。當(dāng)室內(nèi)溫濕度低于最底門限值時自動關(guān)閉空調(diào)，實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動控制。

7.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門和窗戶的開關(guān)狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時上傳至服務(wù)器。同時設(shè)置敏感時段，實施對窗戶的自動監(jiān)視和報警。

8.通風(fēng)換氣系統(tǒng)

通風(fēng)換氣系統(tǒng)由抽風(fēng)機、CO2傳感器和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。

通過CO2傳感器監(jiān)測室內(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自動開啟抽風(fēng)機來進行換氣，通過補充室外空氣來降低室內(nèi)CO2的濃度。

9.視頻監(jiān)控系統(tǒng)

在教室前后門口各安裝一個WiFi無線攝像頭監(jiān)控人員出入和資產(chǎn)的出入庫情況，在教室內(nèi)安裝一個WiFi無線攝像頭監(jiān)控教室內(nèi)部實時情況，所采集的影像經(jīng)由遠端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實時的監(jiān)控數(shù)據(jù)。

四、智慧教室的意義

對社會的影響意義而言

智慧教室建設(shè)與智慧教學(xué)理念，將為教育行業(yè)樹立成功典范，是教育信息化發(fā)展到一定階段的縮影。通過傳播新的理念，擴展學(xué)生的思維空間，為構(gòu)建發(fā)展新平臺樹立標志。

對于學(xué)生的學(xué)習(xí)意義而言

運用現(xiàn)代教學(xué)媒體，實現(xiàn)教學(xué)最優(yōu)化，能讓學(xué)生寓教于樂。有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和保持注意，為學(xué)生提供豐富的感性材料，把抽象的概念具體化，使學(xué)生能從中提取學(xué)習(xí)的本質(zhì)屬性，從而促進智力發(fā)展。