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        基于云平臺下的高校智慧教室的設(shè)計研究

        2020-12-29 11:57:50吳炳志
        電腦知識與技術(shù) 2020年32期
        關(guān)鍵詞:設(shè)計與實(shí)現(xiàn)云平臺

        吳炳志

        摘要:該文從構(gòu)建高校智慧教室系統(tǒng)的實(shí)踐意義入手,隨即探討了高校智慧教室系統(tǒng)的設(shè)計原則,并以此為主要依據(jù),進(jìn)行高校智慧教室教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計,文中共進(jìn)行了五個方面的探討和研究:一是高校智慧教室系統(tǒng)的總體設(shè)計;二是高校智慧教室系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計;三是高校智慧教室系統(tǒng)軟件架構(gòu)的設(shè)計;四是高校智慧教室系統(tǒng)的其他設(shè)計;五是高校智慧教室系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

        關(guān)鍵詞:云平臺;高校智慧教室系統(tǒng);總體架構(gòu);設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

        中圖分類號:TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

        文章編號:1009-3044(2020)32-0090-03

        隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,人們所處的社會環(huán)境、工作環(huán)境等都發(fā)生了巨大的變化。智慧城市、智慧交通、智慧生活等時代的特有產(chǎn)物,正在悄然無聲地改變著人們的生活方式。即使在神圣的教育領(lǐng)域也是一樣,過去那種傳統(tǒng)的教學(xué)模式,正伴隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普遍應(yīng)用,被適應(yīng)時代發(fā)展的“智慧教室”模式所取代。智慧教室的教學(xué)模式,作為科學(xué)技術(shù)和時代發(fā)展的產(chǎn)物,在高校的教學(xué)實(shí)踐中很受學(xué)生歡迎,教學(xué)的效果也很顯著。為了更好地鞏固、發(fā)展好這一模式,本文基于在云平臺下,對高校智慧教室系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)做進(jìn)一步探討和研究。

        1 構(gòu)建高校智慧教室系統(tǒng)的實(shí)踐意義

        建立高校智慧教室的實(shí)踐意義在于:首先,可以創(chuàng)新教學(xué)模式,促進(jìn)教學(xué)改革,提高教學(xué)質(zhì)量,推進(jìn)和拓展優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源的推廣和應(yīng)用。其次,通過智慧教室系統(tǒng),可以讓教者體會到學(xué)與教的快樂,讓學(xué)者通過對話與互動,感覺到學(xué)習(xí)的樂趣。所謂教者學(xué)與教的快樂,就是老師在制作課件的課程中,首先自己要學(xué)習(xí)新知識,然后才能享受教人的樂趣;所謂學(xué)者對話與互動的樂趣,就是說學(xué)生通過相互之間的對話,或?qū)W生與老師之間的對話,可以起到相互促進(jìn),取長補(bǔ)短的作用。再次,可以將傳統(tǒng)的教學(xué)方法和智能的教學(xué)流程加以結(jié)合和創(chuàng)新,搭建一個以學(xué)生、老師互動教學(xué)為核心要素,以智慧教室技術(shù)為支撐,以物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)為特征的智慧教室教學(xué)系統(tǒng)。不僅實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)資源的信息共享,而且還實(shí)現(xiàn)了教學(xué)質(zhì)量的全面提高[1]。

        2 高校智慧教室系統(tǒng)的設(shè)計原則

        高校智慧教室系統(tǒng)的設(shè)計原則有三:一是完備性原則。就是要根據(jù)高校智慧教室教學(xué)的業(yè)務(wù)需求,來進(jìn)行最完備的設(shè)計,從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量的有效提升;二是安全性原則。綜合考慮可能會出現(xiàn)的種種情況后,再對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計,以確保其安全性和可靠性;三是規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化原則。在智慧教室系統(tǒng)的構(gòu)建與設(shè)計上,無論是硬件系統(tǒng),還是軟件系統(tǒng),均要與國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合,均要符合相關(guān)的驗(yàn)收規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)[2]。

        3 高校智慧教室教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

        3.1 高校智慧教室系統(tǒng)的總體設(shè)計

        3.1.1 高校教室系統(tǒng)總體功能的設(shè)計

        教室系統(tǒng)的總體功能有:知識、安全、考試、學(xué)習(xí)四種管理功能以及功能設(shè)備列表、學(xué)員中心、和查詢統(tǒng)計等七項(xiàng)[3]。其中:知識管理主要包括:知識推薦、知識地圖和知識內(nèi)容管理等;安全管理主要包括:用戶、角色、系統(tǒng)、部門、職位、日志等;設(shè)備列表有:視頻監(jiān)控、控制系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)、門禁考勤、安防系統(tǒng)以及音頻系統(tǒng)等;學(xué)員中心主要包括:知識中心、考試中心、學(xué)習(xí)中心和個人檔案等;考試管理主要包括:考試結(jié)果、考試管理、題庫管理和試卷管理等;學(xué)習(xí)管理主要包括:學(xué)習(xí)結(jié)果、學(xué)習(xí)過程監(jiān)控、選課管理、測驗(yàn)管理和課程管理等;查詢統(tǒng)計主要包括:考試結(jié)果查詢、個人學(xué)習(xí)情況分析查詢、課程學(xué)習(xí)情況分析查詢等[4]。具體可詳見圖1所示。

        3.1.2 高校智慧教室系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計

        對于該系統(tǒng)的整體架構(gòu)設(shè)計,共涵蓋三個結(jié)構(gòu)部分,第一部分為平臺總體結(jié)構(gòu),第二部分為主端結(jié)構(gòu),第三部分為子端結(jié)構(gòu)。該教學(xué)系統(tǒng)為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng),分布式無線系統(tǒng)以及光載無線交換機(jī)是其主要的核心組成結(jié)構(gòu)。其全部設(shè)備系統(tǒng)的接入方式共包括兩種,一種為智能網(wǎng)關(guān)有線接入,另一種為標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi模塊無線接入。

        1)綜合平臺總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

        綜合平臺總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式為堆疊構(gòu)建方式。具體分布是:子端平臺在下層,二級主端平臺在中層,一級主端平臺在上層[5]。

        2)智慧教室的主端結(jié)構(gòu)設(shè)計

        智慧教室系統(tǒng)的平臺主端由應(yīng)用工作站/維護(hù)/調(diào)度以及Web服務(wù)器/流媒體/數(shù)據(jù)庫/前置通信等,通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行連接并接入各設(shè)備子系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

        3)智慧教室的子端結(jié)構(gòu)設(shè)計

        智慧教室系統(tǒng)的子端由智能接入,涉及的結(jié)構(gòu)較多,如子端平臺軟件、網(wǎng)關(guān)、光載無線以及音視頻系統(tǒng)等。其中,音視頻系統(tǒng)相對獨(dú)立,光載無線交換機(jī)可用Wi-Fi方式接入設(shè)備終端。

        3.1.3 高校智慧教室系統(tǒng)軟件架構(gòu)的設(shè)計

        實(shí)際設(shè)計過程中,其宗旨為面向服務(wù)對象,極大程度上滿足用戶的跨平臺需求,靈活配置模塊。本文設(shè)計分為接口適配層、數(shù)據(jù)處理層、功能應(yīng)用層和數(shù)據(jù)表示層等[6]。具體詳見圖2所示。

        3.1.4 高校智慧教室系統(tǒng)軟件的組成

        高校智慧教室平臺系統(tǒng)的軟件組成主要有:操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集軟件、進(jìn)程管理軟件、維護(hù)管理軟件、系統(tǒng)圖形軟件、調(diào)度監(jiān)控軟件、報表軟件、系統(tǒng)安全軟件、值班日志軟件、故障管理軟件、遠(yuǎn)程診斷軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等。

        3.2 高校智慧教室系統(tǒng)的功能設(shè)計

        智慧教室系統(tǒng)的功能,本文結(jié)合智慧教學(xué)的建設(shè)實(shí)際,主要考慮了兩個方面的功能設(shè)計:一是智慧教室系統(tǒng)主要模塊方面。包括內(nèi)容有:設(shè)備列表模塊(主要提供音頻、控制、安防、環(huán)境、門禁和視頻監(jiān)控等子功能)、知識管理模塊(內(nèi)容有知識內(nèi)容、知識推薦、知識地圖)、安全管理模塊、學(xué)習(xí)管理模塊、部門管理模塊等;二是智慧教室系統(tǒng)其他功能模塊方面。主要有獲取知識庫信息模塊和遠(yuǎn)程控制試卷訪問模塊兩大功能。

        3.3 智慧教室系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計

        本系統(tǒng)用來存儲信息的為MysQL數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫中的所有信息都存放在一個文件中,無論是管理還是維護(hù)都極為方便,更為方便的是,還可以在多個進(jìn)程的同一時間,從統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀取,并能獨(dú)占鎖定和確保安全。從教學(xué)業(yè)務(wù)流程的實(shí)際考慮,本設(shè)計創(chuàng)建的數(shù)據(jù)庫表主要有:學(xué)習(xí)信息表、用戶登錄信息表、監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄表、告警信息記錄表、設(shè)備信息記錄表、考試信息表以及知識庫信息表等,基本包括了所有的功能模塊。

        3.4 高校智慧教室系統(tǒng)的其他設(shè)計

        本文所指高校智慧教室系統(tǒng)的其他設(shè)計主旨:一是照明通風(fēng)的接入。主要包括采用智能控制器的幕布、電動窗簾、抽風(fēng)機(jī)、燈光等,智能控制器通過網(wǎng)關(guān)接入;二是門禁考勤接入。門禁考勤器分在線和脫機(jī)兩種:在線狀態(tài)時,主機(jī)中可以接收到通過控制器傳過來的門狀態(tài)以及刷卡信息,同時,還能對各出入口的人員進(jìn)出情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。當(dāng)主機(jī)因故障中斷時,門禁控制器可脫機(jī)將有關(guān)信息存儲在控制器上,以便備查;三是空調(diào)系統(tǒng)的接入。共分為兩種情況,第一種情況,若為智能空調(diào),可以按照供應(yīng)商提供的通訊規(guī)約直接轉(zhuǎn)換即可。如是非智能空調(diào)則需先采集空調(diào)的信息數(shù)據(jù),然后,再通過RS-485或UuFi接口將相關(guān)數(shù)據(jù)接入智慧教室教學(xué)系統(tǒng);四是環(huán)境系統(tǒng)的接入。主要包括光照亮度檢測、溫濕度檢測、二氧化碳檢測等;五是音頻系統(tǒng)的接入。主要包括話筒、音頻處理器、中央控制主機(jī)、功放機(jī)、音箱以及數(shù)字/模擬調(diào)音臺等;六是視頻監(jiān)控的接入。智慧教室主要是把視頻監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一融入綜合平臺界面上;七是安防系統(tǒng)的接入。主要包括消防系統(tǒng)、紅外雙鑒探測器、煙霧傳感器、紅外對射傳感器等。

        3.5 高校智慧教室系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

        3.5.1 總體流程

        對于智慧教室系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程而言,共包括兩個方面,第一個方面為服務(wù)器與客戶端的連接流程。在該流程中,第一步,生成用戶名及密碼,第二步,需要在客戶端將用戶名及密碼輸入到系統(tǒng)中,第三步,服務(wù)器對其進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證成功才能進(jìn)行連接。第二個方面是在客戶端功能實(shí)現(xiàn)的流程方面。詳見圖3所示。

        3.5.2 主要功能模塊的實(shí)現(xiàn)

        其功能的實(shí)現(xiàn)問題,本文選擇其中主要部分探討如下。

        1)智慧教室設(shè)備列表模塊的實(shí)現(xiàn)。第一,由設(shè)備列表模塊對輸入設(shè)備做出選擇,第二,再進(jìn)入各個設(shè)備子系統(tǒng)模塊流程中,在這一過程中,若需要添加或者刪除設(shè)備,需要經(jīng)過權(quán)限判別,第三,若通過判別,才能進(jìn)入到管理界面進(jìn)行操作。

        2)智慧教室知識管理模塊的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)對這個功能的實(shí)現(xiàn),首先,獲取知識庫信息表,然后,返回知識庫代碼、知識庫類型、知識目錄、知識標(biāo)簽等,最后,按照用戶選擇,進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。

        3)智慧教室安全管理模塊的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)對該功能的實(shí)現(xiàn),第一步,通過服務(wù)管理類InformationManager的GetUserId()形式得到用戶ID;第二步,對用戶信息表進(jìn)行查詢,了解實(shí)際狀態(tài)后,將相關(guān)信息返回;第三步,將執(zhí)行狀態(tài)結(jié)果返回客戶端。

        綜上所述,本文重點(diǎn)探討了高校智慧教室系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn),從總體框架結(jié)構(gòu)、總體功能需求、總體軟件系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)方面進(jìn)行了系統(tǒng)全面的探討和研究,對高校智慧教室系統(tǒng)的建設(shè)具有一定的啟示作用。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 徐雅靜,鄭世玨,劉聰,等.一種基于云端平臺的智慧教室設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].無線互聯(lián)科技,2017(17):41-43.

        [2] 李聰,袁凌云,張曉潘,等.基于海計算的智慧教室智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J].云南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2018(1)23-28.

        [3] 唐林萍.基于移動數(shù)據(jù)線性挖掘的高校智慧教室物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研究[D].長沙:湖南大學(xué),2016.

        [4] 張穎,張海波,商書元,等.基于云平臺的高校畢業(yè)照下載系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[C]//網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)與應(yīng)用年會,2015.

        [5] 翦象慧,肖智清,龔全安,等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧課堂的智慧教室系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].物流工程與管理,2018,40(12):170-172.

        [6] 余秋蘭,羅晶.基于智慧教室的教學(xué)云平臺的開發(fā)與設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2019(6):150-151.

        【通聯(lián)編輯:謝媛媛】

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