摘要：本文基于當(dāng)前傳統(tǒng)多媒體教室在教學(xué)過程和硬件運(yùn)行中存在的痛點(diǎn)，探討了如何將人工智能技術(shù)融入到高校多媒體教室升級改造中，以及這種升級如何促進(jìn)教學(xué)資源利用、教學(xué)管理和評價(jià)，并構(gòu)建了硬件備份策略以保障教學(xué)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。文章期望通過這些研究與實(shí)踐，能夠?yàn)楦咝鹘y(tǒng)多媒體教室的數(shù)字化升級改造提供應(yīng)用實(shí)踐參考，推動高等教育教學(xué)質(zhì)量的進(jìn)一步提升。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；人工智能；備份策略；教學(xué)應(yīng)用

中圖分類號：G434"文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"論文編號：1674-2117（2025）01-0103-05

引言

在信息技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，數(shù)字化與智能化轉(zhuǎn)型成為教育領(lǐng)域的重要趨勢。傳統(tǒng)多媒體教室作為現(xiàn)代教學(xué)的核心場所，極大地豐富了教學(xué)手段，提高了教學(xué)效率，但隨著教育理念和技術(shù)的發(fā)展，其暴露的問題也日益凸顯[1]，如教學(xué)資源積累與利用不足、課堂記錄缺失、教學(xué)管理效率低下、缺乏教學(xué)過程數(shù)據(jù)導(dǎo)致無法提供個(gè)性化學(xué)習(xí)支持，以及教學(xué)模式單一不能適應(yīng)多樣化的學(xué)習(xí)需求等。為了解決這些問題，提升教學(xué)的智能化水平和教學(xué)質(zhì)量，筆者提出對傳統(tǒng)多媒體教室進(jìn)行AI賦能，以期實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)、增強(qiáng)交互性、實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)反饋、智能更新教學(xué)資源和自動化內(nèi)容生成。

同時(shí)，傳統(tǒng)多媒體教室的硬件問題，嚴(yán)重影響了教學(xué)活動的流暢度和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。因此，筆者提出構(gòu)建“多設(shè)備、雙預(yù)案、一目標(biāo)”的備份策略，通過冗余設(shè)備配置和快速切換，確保在主要設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，可無縫切換到備用設(shè)備，保障教學(xué)活動的連續(xù)性和穩(wěn)定性。本研究旨在探討AI技術(shù)在優(yōu)化傳統(tǒng)多媒體教室教學(xué)過程中的應(yīng)用，并重點(diǎn)關(guān)注硬件備份策略在保障教學(xué)流暢度方面的作用，為未來教室的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供參考。

傳統(tǒng)多媒體教室的現(xiàn)狀與問題分析

1.常見多媒體教室的硬件配置與作用

在高校的演示型多媒體教室中，硬件設(shè)備一般包括電腦、投影機(jī)、幕布、會議話筒、功放、音箱、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和中央控制器等。[2]教師通過電腦播放教學(xué)課件、視頻等教學(xué)資源，進(jìn)行教學(xué)演示和講解，同時(shí)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)連接，獲取在線教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)與學(xué)生的互動交流。所有設(shè)備協(xié)同配合，呈現(xiàn)多媒體教學(xué)內(nèi)容，播放音視頻課件，擴(kuò)大了教學(xué)規(guī)模，提升了課堂效率。

2.多媒體教室數(shù)字化轉(zhuǎn)型的驅(qū)動因素

如上文所述，傳統(tǒng)多媒體教室在使用中存在諸多痛點(diǎn)：在教學(xué)資源方面，缺乏有效的教學(xué)資源積累和利用。在教學(xué)管理方面，教學(xué)管理效率低下，教學(xué)過程數(shù)據(jù)缺乏，難以對學(xué)生課堂表現(xiàn)和學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)分析，無法提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)支持，難以發(fā)現(xiàn)教學(xué)中存在的問題和不足，不利于教學(xué)模式的改進(jìn)和創(chuàng)新。教師教學(xué)行為也缺乏數(shù)據(jù)支撐，難以進(jìn)行教學(xué)反思和改進(jìn)，教學(xué)模式難以適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力。

3.設(shè)備故障對教學(xué)活動的影響

傳統(tǒng)多媒體教室的硬件配置旨在為教學(xué)提供便利，而設(shè)備故障是影響教學(xué)流暢度的主要問題。常見的設(shè)備故障包括投影儀故障、電腦死機(jī)、軟件沖突、承載力不足、音響系統(tǒng)失真、連接線纜接觸不良、網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定等。[3]

AI賦能多媒體教學(xué)實(shí)踐

隨著信息科技的高速發(fā)展，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和智能分析能力，為優(yōu)化多媒體教學(xué)和提高教學(xué)效果提供了實(shí)踐路徑。筆者所在學(xué)校全面融入了智慧教室聯(lián)動系統(tǒng)、AI錄播智能分析、AI教學(xué)助手1.0、AI智慧教學(xué)數(shù)據(jù)分析等功能，為教學(xué)全環(huán)節(jié)注入AI技術(shù)，賦能智慧課堂遠(yuǎn)程互聯(lián)、課程資源建設(shè)與分析、課程知識圖譜創(chuàng)建、學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)、精細(xì)化教學(xué)數(shù)據(jù)采集分析等場景。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。

1.資源點(diǎn)播模塊

資源點(diǎn)播模塊可以通過教室內(nèi)的攝像頭及邊緣存儲設(shè)備錄播，無需導(dǎo)播臺及人工操作，按照課表設(shè)置即可自動對課堂教學(xué)過程進(jìn)行常態(tài)化記錄。通過高清直錄播的形式，既可幫助學(xué)校累積教學(xué)示范資源，也能協(xié)助督導(dǎo)在線遠(yuǎn)程巡課，降低巡課的人力物力投入。畫面由教師終端屏幕、教師主講畫面以及學(xué)生端畫面拼合而成，也可根據(jù)需要進(jìn)行放大調(diào)整。

資源點(diǎn)播平臺還支持師生按照課程，查看所有課堂錄播回放視頻，幫助師生進(jìn)行課堂回顧。教師可以在視頻的某個(gè)時(shí)間點(diǎn)手動添加知識點(diǎn)，生成知識點(diǎn)列表。學(xué)生在觀看課堂回放時(shí)，點(diǎn)擊知識點(diǎn)即可跳轉(zhuǎn)到視頻對應(yīng)位置觀看。同時(shí)，支持在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)添加彈窗提示，教師可以在彈窗內(nèi)添加文字或圖片對教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充說明。

2.錄播巡課模塊

借助錄播巡課模塊，教學(xué)督導(dǎo)員不需要進(jìn)入本地教室即可對線下課堂進(jìn)行實(shí)時(shí)和歷史巡課。在巡課的同時(shí)，督導(dǎo)員可對課堂教學(xué)情況進(jìn)行評價(jià)，線下課堂還可結(jié)合教室內(nèi)設(shè)備進(jìn)行考勤、課堂聽課狀態(tài)等智能評價(jià)，為督導(dǎo)評價(jià)課堂提供輔助支持。

另外，系統(tǒng)還會根據(jù)教室內(nèi)智能攝像頭采集到的學(xué)生出勤情況及課堂行為（識別學(xué)生的低頭、趴桌、舉手等姿態(tài)），進(jìn)行出勤率、聽課專注度及抬頭率的分析，為課堂教學(xué)質(zhì)量評價(jià)提供輔助數(shù)據(jù)。

3.AI分析模塊

（1）教學(xué)內(nèi)容提取分析

系統(tǒng)可根據(jù)課堂錄制視頻，利用語音轉(zhuǎn)文字技術(shù)自動生成字幕，師生可以根據(jù)字幕辨別所要播放的視頻。同時(shí)，根據(jù)大模型語義分析，系統(tǒng)可以概括出本節(jié)課教師講解的主要內(nèi)容，并提取關(guān)鍵詞，生成知識圖譜，方便學(xué)生快速了解回顧本節(jié)課內(nèi)容，還可以利用圖片智能比對技術(shù)，對教師授課任意內(nèi)容（PPT、Word、視頻等）的關(guān)鍵幀進(jìn)行自動提取，生成課件內(nèi)容的索引。課件索引和視頻時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行對應(yīng)，點(diǎn)擊課件索引即可跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行播放。另外，還可從錄播課程以及國家智慧教育公共服務(wù)平臺等進(jìn)行知識點(diǎn)檢索，為學(xué)生推薦課程或視頻。

（2）AI教學(xué)質(zhì)量分析

①教學(xué)行為分析。通過課堂視頻采集及AI技術(shù)可以分析課堂上教師的教學(xué)表現(xiàn)，如教學(xué)語速、情感是否積極以及教師講授、教師板書、師生問答、學(xué)生討論、學(xué)生展示/發(fā)言，統(tǒng)計(jì)各類教學(xué)行為的時(shí)長和占比，以及這些行為在課堂上發(fā)生的時(shí)間點(diǎn)和持續(xù)時(shí)長。同時(shí)，根據(jù)語義分析教師是否組織了某類教學(xué)活動，如舊知識回顧、知識講解、教師提問、測驗(yàn)/答題、布置作業(yè)等。另外，借助S-T教學(xué)分析模型（學(xué)生-教師行為時(shí)間占比），可以分析當(dāng)前課堂的教學(xué)模式，包括講授型、問答型、練習(xí)型和混合型。系統(tǒng)還可以檢測識別教師遲到、早退、接聽電話等行為，并進(jìn)行教學(xué)事故預(yù)警。

②學(xué)生課堂行為分析。通過課堂視頻采集及AI技術(shù)能夠分析學(xué)生在課堂上的行為，如聽課、讀寫、趴桌、站立、使用手機(jī)等，統(tǒng)計(jì)各類行為的次數(shù)和占比，進(jìn)而生成整堂課的學(xué)生聽課專注度曲線，另外還可對出勤情況進(jìn)行采集和分析。[4]

4.教室AI客戶端

教室客戶端搭載于教師終端之上，具有遠(yuǎn)程教學(xué)、白板、批注、AI助手等功能，可實(shí)現(xiàn)跨校區(qū)教室間不限時(shí)長的音視頻互動。在AI助手中，教師可根據(jù)自己學(xué)科專業(yè)特性自主上傳知識庫，訓(xùn)練具有個(gè)性化特征的大模型，實(shí)現(xiàn)資源推薦和自動出題。

“多設(shè)備、雙預(yù)案、一目標(biāo)”的硬件多備份策略構(gòu)建

隨著現(xiàn)代教育對多媒體教室的依賴日益加深，加之教室內(nèi)設(shè)備種類繁多、技術(shù)更新迅速、使用頻率高，設(shè)備故障在所難免，故障會對正常的教學(xué)活動帶來巨大影響。[5]因此，為了保障日常教學(xué)活動的順利開展以及后續(xù)本科教學(xué)評估期間本地課堂授課的完整性，構(gòu)建一套有效的多媒體硬件多備份策略至關(guān)重要。

1.構(gòu)建原則

備份策略的核心目標(biāo)是保障教學(xué)活動的連續(xù)性，即使在設(shè)備出現(xiàn)故障的情況下，也能夠在現(xiàn)場通過備份設(shè)備或方案無縫切換，確保教學(xué)活動不受影響。同時(shí)，要求切換迅速、操作簡單，無需復(fù)雜的技術(shù)操作。這不僅能夠減少教師在設(shè)備切換過程中的時(shí)間消耗，還能夠降低因操作不當(dāng)導(dǎo)致的額外故障風(fēng)險(xiǎn)。備份系統(tǒng)應(yīng)具有靈活性，以應(yīng)對不同的教學(xué)需求和技術(shù)變化，且具備一定的擴(kuò)展性，能夠隨著新設(shè)備的加入進(jìn)行調(diào)整和升級。

2.硬件多備份策略方案

筆者所在學(xué)校衛(wèi)津路校區(qū)在智慧化多媒體教學(xué)系統(tǒng)建設(shè)過程中，形成了“多設(shè)備、雙預(yù)案、一目標(biāo)”的備份模式。具體來說，它包括鑒權(quán)認(rèn)證、擴(kuò)音、投影與顯示、多終端及線纜與網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的五類關(guān)鍵系統(tǒng)，都有兩個(gè)以上備用方案可以在本地即時(shí)啟用，達(dá)到確保教學(xué)活動順利進(jìn)行這一核心目標(biāo)。這一模式確保在日常教學(xué)過程中，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)也能快速啟用備用方案，避免教學(xué)活動的中斷。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下頁圖2所示。

（1）鑒權(quán)認(rèn)證系統(tǒng)

在多媒體教室中，設(shè)備的啟動通常依賴于鑒權(quán)認(rèn)證系統(tǒng)。為避免單一鑒權(quán)方式失效帶來的教學(xué)延遲，備份方案提供了多種鑒權(quán)方式。

①校園一卡通卡：通過刷教師的校園一卡通卡鑒權(quán)認(rèn)證后啟動設(shè)備，這是目前最為常見的使用方式。

②校園卡小程序認(rèn)證碼：教師可以使用手機(jī)微信端的校園小程序生成認(rèn)證碼進(jìn)行掃碼完成設(shè)備啟動。

③物業(yè)門值處登記換取臨時(shí)卡：當(dāng)教師忘記攜帶校園卡或手機(jī)時(shí)，或者在校外人員及學(xué)生使用時(shí)，可通過物業(yè)登記獲得臨時(shí)卡進(jìn)行鑒權(quán)。

④遠(yuǎn)程控制：可以聯(lián)系多媒體控制中心，通過遠(yuǎn)程方式啟動設(shè)備。

這幾種鑒權(quán)方式互為備份、相互補(bǔ)充，確保教師課前能夠順利啟動多媒體設(shè)備。

（2）擴(kuò)聲系統(tǒng)

擴(kuò)聲系統(tǒng)是確保教師能夠與學(xué)生有效溝通的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其是在階梯教室，為了確保擴(kuò)聲系統(tǒng)的可靠性，多媒體中心設(shè)計(jì)了多重備份方案。

①吊麥：教室中的固定于屋頂?shù)臄U(kuò)聲設(shè)備，設(shè)置于講臺前端，距離演講者0.5米左右，拾音半徑約1.6米，為整個(gè)講臺區(qū)域提供均勻的拾音效果。這樣就徹底解放了教師的雙手，使得教師可在講臺區(qū)域自由移動。

②無線話筒：利用紅外技術(shù)進(jìn)行音頻信號的傳輸，有效避免了電磁波干擾，確保聲音傳輸?shù)那逦c純凈。教師手持或佩戴的話筒，精準(zhǔn)捕捉發(fā)言者的聲音，抑制環(huán)境噪音，同時(shí)自由移動，使得教學(xué)活動具有極大的靈活性和自由度。

③會議鵝頸話筒：鵝頸話筒是教室內(nèi)最為傳統(tǒng)的拾音設(shè)備，具備良好的指向性，能夠精準(zhǔn)拾取發(fā)言者的聲音并有效減少環(huán)境噪音的干擾，可以靈活調(diào)整話筒的高度和角度，滿足教師的需求。

這些話筒設(shè)備相互備份，均與功放及電腦端連接，確保即使某一擴(kuò)聲設(shè)備失效，其他設(shè)備也能迅速接替。同時(shí)，無論采用哪種形式的話筒，學(xué)校巡課督導(dǎo)平臺及AI教學(xué)平臺都可以實(shí)時(shí)捕捉到清晰的音頻信號，保障課堂記錄和線上教學(xué)質(zhì)量評估的順利進(jìn)行。

（3）顯示設(shè)備

為確保教學(xué)畫面的穩(wěn)定呈現(xiàn)，教師端配置了投影機(jī)、顯示器、觸控一體機(jī)、返顯電視等多種顯示設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了同屏顯示。

①投影機(jī)與顯示器：在傳統(tǒng)課堂上通常使用投影機(jī)和顯示器進(jìn)行內(nèi)容展示的形式得以保留。

②觸控一體機(jī)與返顯電視：如果投影機(jī)發(fā)生故障，觸控一體機(jī)與返顯電視將作為備用顯示設(shè)備使用。前排的學(xué)生可以通過觸控一體機(jī)大屏觀看內(nèi)容，后排的學(xué)生則可以通過返顯電視獲取相同的畫面信息。

（4）多終端設(shè)備

為防止教室內(nèi)電腦終端可能出現(xiàn)的故障，筆者提出觸控一體機(jī)OPS電腦、平板、筆記本等多種教學(xué)資源展示設(shè)備互為備份的方案。

①OPS電腦：當(dāng)教室內(nèi)的主電腦出現(xiàn)問題時(shí)，教師可以迅速啟用觸控一體機(jī)內(nèi)置的OPS電腦進(jìn)行教學(xué)。

②移動設(shè)備（平板、筆記本等）：教師也可以使用個(gè)人平板或筆記本等移動設(shè)備展示教學(xué)資源。

這種多終端備份方案不僅提高了教學(xué)的靈活性，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的容錯(cuò)能力。

（5）線纜與網(wǎng)絡(luò)的備份

①線纜備份：當(dāng)鼠標(biāo)、鍵盤或其他外接實(shí)體配件出現(xiàn)問題時(shí)，教師可直接使用新升級的觸控顯示器進(jìn)行操作，借助手指觸控或電容筆進(jìn)行操控。此外，觸控一體機(jī)大屏虛擬鍵盤也可作為臨時(shí)輸入設(shè)備使用。

②網(wǎng)絡(luò)備份：為進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)之初，在物理線路層，智慧化多媒體教室已改造為“全光教室”，所有教室均通過光纖轉(zhuǎn)跳萬兆直連校園網(wǎng)核心機(jī)房設(shè)備，不受教學(xué)樓突發(fā)網(wǎng)絡(luò)影響，增加了安全性。與此同時(shí)還保留了備用線路，與光纖線路分走不同設(shè)備線路，當(dāng)光纖線路中斷時(shí)1秒內(nèi)自動切換到備用線路。在教學(xué)設(shè)備層，已將教室計(jì)算機(jī)終端與觸控一體機(jī)OPS電腦的網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行物理隔離，確保即使其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題，另一個(gè)依然可用。在管理保障層，所有講臺中交換機(jī)均納入學(xué)校網(wǎng)絡(luò)部門的直接監(jiān)管，通過網(wǎng)管系統(tǒng)，實(shí)時(shí)檢測運(yùn)行環(huán)境和自動備份。

通過“多設(shè)備、雙預(yù)案、一目標(biāo)”的新模式，構(gòu)建了一個(gè)全方位、多層次的多媒體硬件備份策略。這一策略不僅提高了教學(xué)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，而且為教育教學(xué)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持和資源保障，確保了教學(xué)活動的順利進(jìn)行。

結(jié)語

本研究探討了AI賦能傳統(tǒng)多媒體教室的實(shí)施路徑，并構(gòu)建了“多設(shè)備、雙預(yù)案、一目標(biāo)”的硬件多備份策略，為多媒體教室的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了理論與實(shí)踐參考。研究表明，AI技術(shù)能夠有效解決傳統(tǒng)多媒體教學(xué)中教學(xué)資源管理、課堂過程記錄、教學(xué)管理效率、教學(xué)過程數(shù)據(jù)分析以及教學(xué)模式多樣性等方面的問題，資源點(diǎn)播模塊、錄播巡課模塊以及AI分析模塊的實(shí)踐應(yīng)用，在優(yōu)化個(gè)性化學(xué)習(xí)體驗(yàn)、增強(qiáng)師生互動、實(shí)時(shí)反饋與評估、智能資源更新、自動化內(nèi)容生成等方面效果顯著。同時(shí)，通過硬件備份策略的構(gòu)建，確保了即使在設(shè)備故障的情況下，教學(xué)活動也能無縫進(jìn)行，保障了教學(xué)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]史萌，韓冰霜，羅麗婷，等.高校教育技術(shù)與教學(xué)模式適配度研究[J].高校后勤研究，2024（05）：74-77.

[2]鄭靜.后疫情新形勢下高校多媒體設(shè)備管理研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2023（08）：10-13.

[3]史萌，劉青竹.基于大數(shù)據(jù)分析的高校多媒體設(shè)備可靠性研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2024，43（04）：224-230.

[4]廣田薰，周政，MERSHABemnetWondimagegnehu，等.教室環(huán)境下的教學(xué)質(zhì)量AI機(jī)器評估研究進(jìn)展[J/OL].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2024.

[5]沈彬.高校多媒體設(shè)備管理存在的問題和對策核心探尋[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2022（19）：175-177.

作者簡介：史萌，管理學(xué)碩士，工程師。金春杏，工學(xué)碩士，講師。林佳妮，通訊作者，管理學(xué)碩士，天津大學(xué)新工科教育中心辦公室副主任，助理研究員。