山東華宇工學(xué)院信息工程學(xué)院 李國(guó)良

在優(yōu)化智慧教室系統(tǒng)的過(guò)程中，需要對(duì)智慧教室系統(tǒng)功能、遠(yuǎn)程控制、智能化設(shè)備管理、無(wú)線通信等方面進(jìn)行綜合分析，通過(guò)信息數(shù)據(jù)傳輸與信息處理，提升智慧教室系統(tǒng)的無(wú)線傳輸水平。結(jié)合無(wú)線傳感網(wǎng)的特點(diǎn)，對(duì)智慧教室系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、故障檢測(cè)、設(shè)備應(yīng)用等方面進(jìn)行綜合分析，在數(shù)據(jù)加密與傳輸處理的基礎(chǔ)上，提升智慧教室系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

1 智慧教室介紹

智慧教室系統(tǒng)可以通過(guò)PST框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，將學(xué)習(xí)空間、信息技術(shù)與教育教學(xué)融合在一起，這對(duì)實(shí)現(xiàn)探究式教學(xué)、小班教學(xué)、混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂與遠(yuǎn)程化教學(xué)等方面有積極作用。智慧教室系統(tǒng)的概念是以?xún)?nèi)容呈現(xiàn)、環(huán)境管理、資源獲取、及時(shí)交互、情境感知等為中心，并建立智慧管理模塊，提高智慧教室系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用水平。智慧教室系統(tǒng)可以通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)兩種形式，提高學(xué)生對(duì)教學(xué)信息的理解水平。環(huán)境管理則是對(duì)教室所有設(shè)備、環(huán)境等進(jìn)行分析，例如：針對(duì)監(jiān)控、空調(diào)、燈光、溫度、濕度、二氧化碳濃度等進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化、智能化管控。資源獲取可獲得本地資源、網(wǎng)絡(luò)資源、云端資源等相關(guān)數(shù)據(jù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互與信息處理的基礎(chǔ)上，提高教學(xué)的智慧化發(fā)展水平。

2 智慧教室系統(tǒng)的框架設(shè)計(jì)

在對(duì)智慧教室系統(tǒng)進(jìn)行框架設(shè)計(jì)與分析中，由大數(shù)據(jù)分析、集中管理平臺(tái)智慧教學(xué)與教學(xué)環(huán)境管理等功能構(gòu)成；在實(shí)際操作中，可以通過(guò)學(xué)習(xí)軟件與教育硬件構(gòu)成的方式，提高智慧教學(xué)服務(wù)水平。在智慧教室系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，以教室層、網(wǎng)絡(luò)層、管理層為中心，通過(guò)集中管理平臺(tái)，對(duì)教室的設(shè)備、環(huán)境等方面進(jìn)行控制，優(yōu)化智能化教學(xué)系統(tǒng)，提高智慧教室的綜合發(fā)展水平。

3 智慧教室系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感網(wǎng)下的智慧教室系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含傳感節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)、控制節(jié)點(diǎn)等內(nèi)容，在對(duì)環(huán)境變化進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，可提升硬件監(jiān)控與信息處理水平。在智慧教室系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)中以CC2530F256為核心，并通過(guò)ZigBee協(xié)議，提高節(jié)點(diǎn)密度管理與數(shù)據(jù)的負(fù)荷管理水平。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境下，可通過(guò)ADC0809轉(zhuǎn)換器將信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過(guò)ZigBee數(shù)據(jù)終端可以將數(shù)字量傳輸?shù)娇刂破脚_(tái)，其轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)序

在對(duì)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的過(guò)程中，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯總與信息處理對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，以幀的方式對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸與控制。智慧教室系統(tǒng)在優(yōu)化的過(guò)程中可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，并對(duì)教育教學(xué)信息反饋、數(shù)據(jù)整合過(guò)程等方面進(jìn)行優(yōu)化，在對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理的基礎(chǔ)上，可提升教育教學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的處理水平。

4 智慧教室系統(tǒng)的構(gòu)成與功能分析

在智慧教室系統(tǒng)設(shè)計(jì)中包含智能教學(xué)系統(tǒng)、精品錄播系統(tǒng)、智慧考勤系統(tǒng)、智慧學(xué)情分析系統(tǒng)、智慧設(shè)備管控系統(tǒng)、智慧溫濕度環(huán)境控制系統(tǒng)、智慧空氣環(huán)境質(zhì)量控制系統(tǒng)、智慧護(hù)眼光環(huán)境控制系統(tǒng)等，在數(shù)據(jù)分析與功能模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，可提升數(shù)據(jù)信息處理水平。無(wú)線網(wǎng)的智慧教室系統(tǒng)優(yōu)化與功能設(shè)計(jì)，考慮智慧考試的實(shí)際需求，對(duì)教室環(huán)境、課堂準(zhǔn)備、教學(xué)過(guò)程等方面進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)與教學(xué)方式拓展，達(dá)到提高教學(xué)水平的目的。

智能教學(xué)系統(tǒng)。以智能化教學(xué)系統(tǒng)為中心，以多點(diǎn)觸控、高清液晶顯示等集成化設(shè)計(jì)，對(duì)數(shù)據(jù)交互過(guò)程、信息處理等方面進(jìn)行完善。通過(guò)智慧教室系統(tǒng)完成板書(shū)、PPT演示、課堂提問(wèn)等相關(guān)操作，學(xué)生可以自主、快速加入到小組討論中，并進(jìn)行畫(huà)面投屏、動(dòng)態(tài)預(yù)覽、動(dòng)態(tài)批注等操作，這對(duì)形象化展示知識(shí)以及提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣等方面有積極作用。

錄播功能。利用智慧教室系統(tǒng)，教師可以對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行跟蹤拍攝與錄制，并對(duì)授課板書(shū)、學(xué)習(xí)交互等教學(xué)場(chǎng)景進(jìn)行切換與教學(xué)資源調(diào)度，這對(duì)教學(xué)創(chuàng)新與教學(xué)資源優(yōu)化等方面有積極作用。在支持接入電腦信號(hào)進(jìn)行錄制的過(guò)程中，可對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行編輯與處理，從而滿(mǎn)足教學(xué)反思與教學(xué)反饋的實(shí)際需求。

智慧考勤系統(tǒng)。結(jié)合智慧教室系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，以深度學(xué)習(xí)算法為主要手段，利用無(wú)線網(wǎng)以及信息識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧考勤，并對(duì)課堂考勤進(jìn)行優(yōu)化，提高教室日常管理水平。

智慧學(xué)情分析。通過(guò)智慧教室系統(tǒng)抓拍學(xué)生課堂行為，并對(duì)學(xué)生的課堂行為進(jìn)行分析，充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)多元化、個(gè)性化教學(xué)拓展。

智慧設(shè)備管控系統(tǒng)。在智慧教室系統(tǒng)中建立集控管理平臺(tái)，對(duì)遠(yuǎn)程管控、信息搜集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、故障報(bào)警等相關(guān)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)教室信息設(shè)備的運(yùn)行、數(shù)據(jù)、狀態(tài)等方面進(jìn)行綜合分析，提高設(shè)備的可視化管理水平。

智慧溫濕度環(huán)境控制系統(tǒng)。根據(jù)教室的環(huán)境測(cè)量值，在智慧教室系統(tǒng)中設(shè)置目標(biāo)參數(shù)對(duì)空調(diào)的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)控，在對(duì)溫濕度環(huán)境變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與控制的基礎(chǔ)上，改善教室的環(huán)境。

空氣環(huán)境質(zhì)量控制。建立CO2智能感知模塊、PM2.5感知模塊以及環(huán)境控制終端等，在對(duì)空氣環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)與環(huán)境評(píng)估的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)空氣數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)與數(shù)據(jù)處理。

智慧護(hù)眼光環(huán)境控制。在對(duì)智慧調(diào)光過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化中，可通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備功率，提高教室的護(hù)眼管理水平。

5 智慧教室系統(tǒng)的應(yīng)用

5.1 工作模式優(yōu)化

基于無(wú)線網(wǎng)的智慧教室系統(tǒng)工作模式優(yōu)化，需要以智慧教學(xué)模式為中心，并建立智慧互動(dòng)課堂。智慧教室系統(tǒng)的工作模式具有可選擇性，在對(duì)教學(xué)場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化中，可以通過(guò)通用型、協(xié)作型、分享型、遠(yuǎn)程型、巨屏型等方式進(jìn)行操作處理。通用型是通過(guò)云平臺(tái)與多端設(shè)備的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)單雙投影的教學(xué)方式，滿(mǎn)足智慧教室教學(xué)的創(chuàng)新需求。協(xié)作型智慧教室系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用是以教學(xué)小組為單位，建立合作性學(xué)習(xí)教學(xué)方案，在對(duì)學(xué)習(xí)環(huán)境以及TBL/PBL教學(xué)方式等進(jìn)行優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提升協(xié)作教學(xué)在智慧課堂中的應(yīng)用效果。分享型的教學(xué)系統(tǒng)是通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)訓(xùn)優(yōu)化智慧教學(xué)場(chǎng)景，通過(guò)多屏互動(dòng)、數(shù)據(jù)共享的方式，對(duì)智慧教室系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行優(yōu)化，提升互動(dòng)教學(xué)水平。

5.2 智慧教室系統(tǒng)的維護(hù)與管理

在對(duì)智慧教室系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行分析中，則是從智慧教室系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源與核心聯(lián)動(dòng)的角度來(lái)進(jìn)行控制。例如，在進(jìn)行環(huán)境監(jiān)控的過(guò)程中，可以利用溫度、濕度、二氧化碳等相關(guān)傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)對(duì)通信數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面進(jìn)行優(yōu)化，在通信組網(wǎng)與智能監(jiān)控的基礎(chǔ)上，提升監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的處理水平。在對(duì)智慧教室系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程、數(shù)據(jù)信息處理等方面進(jìn)行優(yōu)化中，可通過(guò)智慧教室系統(tǒng)對(duì)出勤率、教室的環(huán)境數(shù)據(jù)以及課件準(zhǔn)備等方面進(jìn)行集成化管理，在系統(tǒng)運(yùn)行控制與數(shù)據(jù)操作的基礎(chǔ)上，可通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提升智慧教室系統(tǒng)下的課堂教學(xué)水平。

5.3 智慧教室系統(tǒng)的智慧化設(shè)計(jì)

在建立智慧教室系統(tǒng)的過(guò)程中，可通過(guò)智慧教室系統(tǒng)改善智能教學(xué)環(huán)境，優(yōu)化智能管理過(guò)程，在利用傳感器的基礎(chǔ)上，可對(duì)教室環(huán)境、智慧管理等方面進(jìn)行優(yōu)化，提高教室的智慧管理水平。例如，利用光線識(shí)別系統(tǒng)判斷是否啟動(dòng)照明；溫度感應(yīng)則可以通過(guò)環(huán)境檢驗(yàn)，控制空調(diào)的開(kāi)啟狀態(tài)；人臉識(shí)別技術(shù)則是通過(guò)多媒體設(shè)備，對(duì)教師、學(xué)生的實(shí)際出勤情況、教學(xué)維護(hù)等方面進(jìn)行綜合控制。在此基礎(chǔ)上，可通過(guò)智慧教室系統(tǒng)完善學(xué)生學(xué)習(xí)生活系統(tǒng)，對(duì)學(xué)生的日常生活、出勤、安全等方面進(jìn)行監(jiān)管，在進(jìn)行無(wú)線傳輸與信息處理的基礎(chǔ)上，可提升智慧教室系統(tǒng)的操作與控制水平。

結(jié)束語(yǔ)：在無(wú)線傳感網(wǎng)視角下，智慧教室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用以提高智慧教學(xué)水平為核心目標(biāo)，并通過(guò)控制系統(tǒng)對(duì)教室環(huán)境、教學(xué)設(shè)備管控等方面進(jìn)行優(yōu)化，提升智慧教室系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用水平。智慧教室系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多種終端，覆蓋教學(xué)空間。