智慧教室

智慧教室

一、  智慧教育与安源智慧教室

        随着我国智慧城市建设步伐的加快，智慧教育作为智慧城市的重要组成部分，也开始逐步引起我国政府、企业和高校科研机构的高度重视，具有广阔的发展空间。智慧教育正在引领全国教育信息化的发展方向，成为技术变革教育时代发展的主旋律。
        我国智慧教育方面的研究专家提出信息时代智慧教育的基本内涵：通过构建智慧学习环境（Smart
Learning Environments），运用智慧教学法（Smart Pedagogy），促进学习者进行智慧学习（Smart Learning），从而提升成才期望，即培养具有高智能（High-Intelligence）和创造力（Productivity）的人，利用适当的技术智慧地参与各种实践活动并不断地创造制品和价值，实现对学习环境、生活环境和工作环境灵巧机敏的适应、塑造和选择。
        智慧教室是智慧教育中应用领域之一，它以打造智慧教学与学习环境为目标，利用物联网、云计算、大数据分析、增强现实等技术，对当前的校园教室数字化环境进行智慧化改造，同时整合各类教学资源，构建以智慧化教学、智慧化学习、智慧化管理为核心任务，它面向未来个性化教育、云端教育、在线学习，打造既能满足当前教育发展需求又具有一定前瞻性的智慧教育环境。
        安源智慧教室解决方案以安源eSMART模型为设计思想，以物联网技术构建教室智慧物理环境，以统一服务平台（USP）支撑信息互通与融合环境，以智慧教室可视化智能管控平台、安源智慧课堂、安源智慧学习空间及安源智慧教室移动端应用为核心，构建智慧教学情景感知环境和智慧学校服务环境。
        安源智慧教室实现全景虚拟展示技术与教学业务的无缝对接，形成全景虚拟教室业务集成与立体展示平台，集设备管控、环境检测、在线教学资源共享、教学管理、教学服务、学习服务为一体，充分体现智慧教室为智慧教育服务的核心思想。

二、  安源eSMART模型

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        在此模型中智慧教室由基础设备与设施（equipment layer）、综合管理与内容虚拟化呈现（visual Showing）、设备管理与控制（equipment Manage and control）、资源获取（resource Accerible）、及时互动（Real-time interaction）、环境和情景感知（Testing）六类系统，将六类系统关键字的首字母提取出来，缩写为“eSMART”，它体现智慧教室”智慧”如何以实践的思路及落地方向。

三、  系统架构图

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       安源智慧教室方案的特点：
       1. 互联互通：物联网层（信息采集层、网络传输层、设备管控层）与智慧教育管理层即综合应用层即相互独立，又无缝结合，集成成本低，又形成了整体。
       2. 统一安全机制：整个方案中各系统都用统一的安全管理机制来保证访问权限的合法性、数据交换的合法性及通信传输的安全性。
       3. 可扩展性强：服务支持层提供了服务总线功能，所有系统的对外服务可统一注册，形成统一的服务库，服务库不但能为现有系统的集成提供服务资源和数据交换机制，而且能为未来应用提供服务支持。
       4. 数据融合：综合应用层集中了教务信息、一卡通信息、考勤信息、学习行为记录等信息，这些信息将为智慧教育大数据分析提供信息保障。
       5. 大数据分析基础：系统提供学习行为记录采集组件和学习行为记录数据库，为大数据分析的数据提供了技术保障。
       6. 大数据分析：及时掌握学生对课程的关注点、兴趣点，为教学提供针对性的决策支持。

四、  网络架构

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      智慧教室网络架构中，每个教室的基础设施建设内容主要包含四部分：高清全自动录播子系统、物联网环境监测子系统、智慧信息发子系统、网络中控子系统。上述四个子系统，由安源设备管控中心平台软件统一管控，并通过安源统一服务平台USP与安源智慧课堂、安源智慧学习空间等系统平台无缝对接。同时实现与学校已有系统如教学管理系统、资源管理平台、一卡通系统实现信息共享。

(1)高清全自动录播子系统
      高清全自动录播系统主要是面向高校、职校等教育机构，核心技术由多媒体技术、计算机网络技术、综合视音频编码技术、数字图像处理技术、流媒体技术及自动控制技术等构成，这些技术全面渗透到精品课堂录播系统教学应用和综合管理中，追求常态化、易普及、兼容性以及经济性，相比专业的精品录播教室的建设，成本更低，使用更简单，施工更方便，并能兼容利旧已建的教室视音频监控资源，同时系统的建设还将充分考虑兼顾学校在日常监控、电子考场等方面的综合应用。
系统组成：
主要由高清录播一体机、教育球机、音频采集设备。

(2)物联网环境监测子系统
      物联网环境监测系统以智慧教室工作站位核心对教室内物理环境实时全方位监控。对教室内温度、湿度、空气质量等参数实时监测，并对教室内空调、排风扇、新风机等设备进行控制。通过策略设置，自动调节教室内物理环境，将环境因素对课堂的影响和对学生人体的伤害降到最低。
系统组成：
智慧教室工作站、电源模块、空调模块、灯光模块及各类环境传感器等

(3)智慧信息发布子系统
      智慧信息发布系统模板支持视频、动态数据库、课表、音频、图片、文本、天气、时钟等模块并支持背景色和背景图。用户通过页面就可以自己定义播放终端播放内容的组织结构，并且布局结构个数没有限制,布局之间可以任意切换。

(4)网络中控子系统
      多媒体教室的电源、网络中控、操作台、教学多媒体设备均可通过TCP/IP校园网络在中央控制室远程控制，同时也具备本地控制功能；中央控制室可实时监看所有多媒体教室网络中控系统和接入设备的情况，实现远程监测、控制、管理和维护，以便于在系统出现故障时，使用者与管理控制者之间的沟通，使管理者不再需要频繁地去每一间教室进行监管。

五、  智慧教室软件功能

  1. 三维可视化智能管控平台
    •   三维可视化展示与教学、学习、设备管控的无缝对接
    •   教务管理系统、一卡通系统、环境控制系统、设备管控系统的可视化查询
    •   教学录播直播接入
    •   学习行为记录采集
    •   教学效果的图表分析
    •   课堂考勤的实时查询
    •   课堂考勤的动态统计
    •   设备状态远程监控
    •   实时录播的在线播放与学习管理
    •   基础信息集中维护

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    三维可视化业务接入平台

    2、安源智慧课堂 

            安源智慧课堂是针对课堂教学互动软件应用系统，其主要功能为课程管理、场地预约、课堂互动、在线学习、教学效果分析。安源智慧课堂系统关注课前预习、课中互动、课后补救学习，强调老师与学生之间的互动流程的智能协同，强调学生学习行为的智能采集，支持翻转课堂的新型教学模式。


    其特色功能如下：
     
    •    支持反转课堂问题型小组模式
    •    支持反转课堂项目型小组模式
    •    课前--教学微视频在线推送
    •    课后课件推送
    •    作业任务推送
    •    课堂直播
    •    课后点播
    •    课件在线
    •    课件下载
    •    教学资源搜索
    •    在线学习问答
    •    学生作业讲评
    •    小组作业在线审阅
    •    学生学习行为自动统计
    •    课堂考勤表自动统计

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     教学效果分析图表

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    安源翻转课堂模式流程图

    3.安源智慧学习空间

            安源智慧学习空间是学生个人学习的云平台，它的主要功能为:个人云端学习库、学习管理、翻转课堂小组设置、学习互动。安源智慧学习空间关注课后学习，兼顾课前和课中，强调学习资源的智能分类和集成存储、学习记录的智能统计、课后作业的智能汇集、及学习资料的智能推送。

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    安源智慧学习空间

    4、  安源智慧教室移动端
           安源智慧移动教室移动端是学生个人应用，它的主要功能为:智慧学习空间、设备智能管控。安源智慧教室移动端作为智慧学习空间和设备管控的延伸应用，其关注学习的泛在连接和移动端设备智能管控。

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    安源智慧教室移动端

    特色功能如下：
     
    •   学习资源按院系、专业、课程、老师进行导航检索
    •   PPT、WORD、PDF等类型的课件文件在线浏览
    •   支持直播教学视频的播放
    •   手写体作业的拍照上传
    •   学习记录的自动采集
    •   小组在线讨论
    •   录播资源点播
    •   课堂作业接收
    •   学习行为记录自动采集


    5.安源基础支撑平台（ USP）

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•    支持统一组织机构、统一用户权限管理
•    支持统一软件服务资源注册和自动路由
•    服务总线：支持统一服务资源库，支持总线式系统集成
•    公用组件：工作流组件、报表组件、表单组件、组织机构组件等  

6、  大数据分析平台

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 安源数据分析平台架构

 

多种展现形式满足各层级用户及应用系统使用需求
1) 学校管理层
•   仪表盘：通过仪表盘及其它展现方式对智慧教室关键指标进行展示，为管理层决策提供直观的数据支持
•   静态报表：按照预先定义格式，批处理报表，在线查询报表等
•    Office集成：将分析应用嵌入到Office界面中，利用Office的方便、易用特性，降低用户使用难度
2）老师、设备管理人员
•   多维分析：从多个维度灵活组合对目标值进行分析，常见功能包括上下钻取、透明钻取、旋转、分页、层钻、跨维钻取等
•   主动问题发现：通过事件触发、规则匹配等方式发现教与学中的问题，通过各种方式报警
•   挖掘预测：使用专业的软件工具，通过数理统计等高级统计分析算法，分析结构化、非结构化数据，通过数据模型去挖掘隐藏在数据中的价值.
3）应用系统
•   Web 服务：将分析应用的功能发布为Web服务，注册在学校服务总线上，供其它业务系统或分析应用调用，获取分析结果


分析场景示例


教学类
•   课程关注度分析：分析学生对课程的关注程度。
•   教学效果评估：分析综合考试成绩、学习行为记录等信息，展现教学效果分析图表。
•   促进学习：分析学生的考勤记录及在线学习情况，督促学生学习。
•   学习资源注度分析：分析学生对学习资源如课程录播视频、课件、书目的关注度，挖掘学生喜欢的资料、课件和视频。


学习类
•   个性化学习：分析某一同学的学习兴趣点，系统自动推送相关学习资料信息、书目信息。
•   促进主动学习：通过分析学生学习记录，分析对学生的学习主动性。
•   找漏洞：及时发现学生的偏科现象。
•   学生能力分析：分析学生个体的考试成绩和学习记录，发现学生个体的特长和弱项。

7、  目标价值

        通过物联网、云计算、增强现实、大数据等新一代信息技术，构建智慧教育基础智慧平台，其目标是为了感知教学发生的情境，自动判断学习者的特征与学习需求，根据学习者的个体差异提供个性化学习工具与资源，为学习者创设可虚拟的互动学习情境，提供个性化的独特学习体验，有效地激发学习者的学习兴趣与学习动机，培养学习者的自主学习能力、探究能力以及创造力。
其价值流如下图所示：


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