智慧教室的建设.docx
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1、精效版 精品文档智慧教室的建设时间:2020年08月01日 编稿:作者三第一篇:智慧教室的建设 智慧教室的建设 1 背景 1.1 大环境 1.1.1 智慧地球大背景下,在智能技术云计算技术和物联网技术进展下,智慧教室的研究才开始全面铺开! 1.1.2 随着信息产业的进展,硬件设备和无线宽带通信成本愈加低廉,技术已经步入便携式个人终端时代,信息的产生传输处理复制 和储存等成本也愈加低廉!随着智慧地球概念的提出,智能技术的应用,智慧的医疗智慧的交通智慧的电力智慧的基础设施甚至 智慧城市智慧校园智慧教育智慧教室应运而生 1.2 源起 1.2.1 继2008年智慧地球概念提出后,传感技术网络技术物联网
2、技术富媒体技术及人工智能技术与社会进步密切结合,进一步促进了物 联网智能技术与教育相结合,如何建设智慧教育智慧教室也成为了研究焦点! 1.3 意义 1.3.1 智慧校园应当在数字校园的基础上,进一步挖掘信息资源的价值,实现智能化的推送,促进知识的智慧传播与分享 2 智慧教室调研 2.1 将来教室 将来教室应具有挪移性家庭氛围良好学习环境最新多媒体学与教工具等特征!将来教室空间具有灵便的空间布局动态课桌椅组合丰富的色彩变化多显示屏空间等特点 2.1.1 新教学模式 以学生为中心 2.1.2 新学习形式 开放式+泛在式 2.1.3 新学习空间 广泛的互动 2.1.4 新技术应用 基于物联网和大数据
3、理念的云平台 2.2 技术丰富教室 2.3 智慧教室 2.3.1 3 构建原理 3.1 设计目标 3.1.1 核心理念 按照学生的学习进度推进教学 3.1.2 教学 教学模式 协作式探索的知识社区教学模式 它通过异质分组,以合作学习任务为课程学习的主线,学生在知识社区相互积极交互,解决问题!这种教学模式能充分体现智慧教室空间设计与技术设计的特点,学生能自由方便地交流和展示! 3.1.3 教研 利用大数据举行学习化分析 3.1.4 实验 虚拟实践 3.2 设计原则 3.2.1 可操作、节省、实际性、贯 一、 4 设计方案 4.1 架构 4.1.1 媒体使用 4.1.2 教学系统(互动技术、挪移终
4、端、音箱、麦克风、)、中控系统、LED显示系统、人员考勤系统(指纹机、面部识别、红外感应、)、感应(灯光操纵系统、空调操纵系统、门窗监控系统、通风换气、温湿度)视频监控(5)、治理系统(资产治理系统、设备治理) 互动技术 学生互动反馈系统 例如, 学习者的校园卡配备传感器与投票按钮, 学习者可在课堂中及时反馈对知识的理解程度, 使教师掌握学习情况. 实时教学测评还可通过给学生佩戴传感器手表 !眼镜等记录学生的多重数据, 如脑电图 !血压 !体温等生理信息及眼动 !手部轻微挪移等运动信息, 引入心理学相关测试技术, 得出学生的紧张程度 !注意力状况 !动脑情况等. 教师依据这些反馈信息调整教学,
5、 或对个别表现异常学生举行辅导 RFID 射频识别即RFID技术,又称电子标签、无线射频识别,是一种通信技术,可通过无线电 讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触 传感器技术 语音交互和基于手势的交互 把人机交互转变为人人交互,使交互方式更自然,更便于主体)技术)资源(环境)之间的交互! 多维化交互 4.1.3 由学生手持的一卡通教室信息采集节点无线传感器协调器教室网关服务器Web 拜访终端执行机构等组成!可以理解为基于感知层网络层应用层的典型的B/S 结构的物联网系统!无线传感器节点及协调器的处理芯片采纳 TI公司的CC2530,无线通讯采纳ZigBe
6、e技术,智能教室网关以Coretex-A8处理器及Linux操作系统为核心,并采纳GoAhead构建嵌入式Web 服务器. 教室中无线采集信息节点有温湿度光照等,无线执行节点有灯开关空调开关窗帘开关投影开关等,教室的灯空调窗帘投影能接收操纵中心的命令!依据光强度时光段教室内人数等参数自动调节教室灯的照璀璨度,当教室光照比较暗,灯自动亮,当光照比较强时,灯自动关,并自动关上窗帘!操纵器也可以和投影仪和窗帘导轨等设备整合,依据投影工作状态决定是否关上窗帘!假如发觉教室里没人,可以远程操纵灯的开关!教室中的各种信息及设备状态可以随时随地的在有网络的环境下,通过手机等各种终端设备举行看,并有一定权限的
7、治理人员可以随时随地的对教室举行查治理!学生在上课时段进教室时,带有具有唯一标识的RFID 标签的手持设备,教室网关就会猎取学生的信息,对出勤迟到等信息举行统计,并实时传送到后台考勤系统!本智能教室系统的体系结构如图 ! 所示!在本系统中 ZigBee 网络拓扑模型为星状ZigBee协调器是网络的组织者,负责网络组建和信息路由,把教室中的传感信息无线猎取,并通过串口发送给教室网关,在GoAhead 服务器端接收用户请求并通过CGI程序处理信息数据,然后再把处理后的信息反馈给用户显示操纵终端! 4.1.4 课程录制 4.2 结构布局 4.2.1 考勤门口 4.2.2 圆桌教室 2003年美国北卡
8、罗莱纳州立大学的SCALE-UP项目,结合空间设计理论,根据合作学习理论,设计圆桌结构的教室,并通过实验研究得出,圆桌教室在同学间交流协作和知识社区的建立方面比有规则的桌椅教室有效! 4.2.3 特征 灵便、远见、制造、支持、有魄力 4.2.4 操纵系统讲台 4.2. 54.3 功能 4.3.1 个性化学习 学习支持系统模型 通过三个模块:基础设施平台(H*D)云平台服务( 课堂笔记的自动化系统 4.3.4 反馈及时 4.3.5 设备的自动化操纵 4.3.6 自动识别功能 4.3.7 信息检索快 能够实现个性化检索,促进个人信息库的建立 4.3.8 物理环境 依据温度湿度学生数自动调节教室的温
9、度湿度照明和色彩,适合学生学习 4.3.9 人际环境 强调和谐、平等,促进 师生、生生交流和共享 4.3.10 资源环境 实现个性化推送和资源共享,消除信息孤岛 4.3.11 工具 提供丰富和智能的学习工具,开辟学生潜力和提高学习效果 4.3.12 交互 实现简单自然友好的人机交互,为学习者提供高效的信息猎取交流的工作空间,提高学习讨论和协作效率 4.3.13 学习支持 提供方便快捷的学习支助服务,实现线上和线下相结合,正式学习和非正式学习相结合,为每个学习者实现个性化学习提供可能! 4.4 条件分析 4.4.1 支撑环境 远程智能自动化综合解决方案 智慧教室综合管控系统 智慧实验室综合管控系
10、统 4.4.2 物理设备 智能路由 开放性的应用功能才是智能的核心。对于智能路由而言,仅仅实现传统路由器的功能还远远不够,各大厂商也是依据自身的优势,对产品的附加值举行提高。小米路由器:内置了1TB的硬盘,使其成为一个小型的家庭服务器,可以实现局域网内容共享、脱机下载、资源备份等功能;360安全路由:主打安全牌,拥有防破解、防蹭网、账号安全爱护等网络安全功能;果壳魔豆路由器:搭载了触摸屏实现了触控操作,为热门游戏游戏深度定制了优化策略,号称“零”延迟;华为荣耀立方:内置安卓操作系统,能够支持更多的第三方APP安装,可扩展功能更强 这些产品的功能可谓各具特色。 智能路由和传统路由的最根本差别在于
11、其开放性,用户可以安装app, 这就如智能手机和功能手机的差别一样,并不在乎其性能、屏幕大小和摄像头规格,开放性的App才是“智能”的灵魂。 全交互式智能课桌系统 书桌可以是屏幕也可是键盘,实现了以#自然的方式&来使用电脑! 智能接口 教师只需要操作一个操纵面板,就能够对所有设备举行操作,解决教师忙于多种遥控或按钮,减轻负担 智能代理服务器 通过智能代理服务器,我们可以拜访操纵监视各电子设备的工作状态,同时还能智能地使用信息,改善操作,提高工作效率,落低维护成本! 4.4.3 软件平台 分布式伺候 多点触控 传感器 数据处理技术 无线接入 泛在计算技术 情境感知 物联网 云计算 实现学习分析功
12、能云端诊断分析服务,能够有效分析学生的学习态度与学习能力,帮助教师做个性化辅导 智能电视 视频展台 及时反馈系统 及时协作的思维导图 5 初步预算 6 随想版 6.1 3D模拟模块 6.2 空间无边界、资源无边界、挑选无边界6.3 远程教育 6.4 虚拟场景 6.5 光网 第二篇:智慧教室建设解决方案(推举) 1.1 智慧教室建设背景 在学校,课堂教学环节是学生接受系统教育最重要的一环,做好教学互动环节,是掌握好教学环节的质量,提高教学水平的关键。现行的教学过程中,传统的签到环节、疑问确认环节、提问互动环节、课堂小测试环节存在诸多问题。签到过程中,使用纸张签到,效率低且存在代签现象,结果不便于
13、教师统计;提问互动环节和课堂小测试的环节中,教师给出简单挑选后,学生举手或者口头回答,不能获得准确的统计数据,教师只能依据大体情况来推断是否举行教学,没有准确的数据,更不能考虑后期的数据挖掘和数据统计工作。传统的教学方式已经不适应现代化教学的需要,基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、资产治理、环境智慧调节、视频监控及远程操纵于一体的新型现代化智慧教室系统在逐步的推广运用。智慧教室作为一种新型的教育形式和现代化教学手段,给教育行业带来了新的机遇。 1.2 智慧教室主要用途 智慧教室设备能够体现物联网的三个层次(应用层、网络层、感知层),运用传感器、射频识别(RFID)等技术,使信息传感设备实时感
14、知任何需要的信息,按照约定的协议,通过可能的网络(如基于WIFI的无线局域网、挪移通信、电信网等)接入方式,把任何物品与互联网相连接,举行信息交换和通信,实现物与物、物与人的泛在链接,实现对物品的智慧化识别、跟踪、监控和治理。 同时,智慧教室还能满脚学校物联网技术专业开设的物联网导论、传感器原理及应用、无线传感器网络及应用、RFID技术及应用、物联网工程及应用、物联网标准与中间件技术、物联网应用系统设计等课程的实践实训教学需要,并为学生或教师的物联网技术应用项目开辟提供平台。 使学生通过智慧教室实验平台,能掌握物联网技术基础理论、物理信息系统标识与感知、计算机网络理论与技术和数据分析与信息处理
15、技术等知识,具备通信技术、网络技术、传感技术等信息领域宽广专业知识,具备一定的工程应用系统的开辟、实践能力和科学研究能力。 二、智慧教室实验平台方案 智慧教室以物联网工程信息平台为基础,以光载无线交换机为核心,构建WiFi无线局域网,覆盖智慧教室,加上教室的有线网络交换机、网络路由器,从而建立融合有线网络、无线局域网的物联网关键部分网络层,各种传感器件通过标准模块WiFi设备服务器(串口通信RS232转WiFi无线网络)无线接入物联网工程信息平台,构成全面涵盖物联网三个层次的一个统一的物联网工程实验平台。同时,其它内置WiFi模块的各种手持设备(笔记本电脑、手机等)也能无线接入该实验平台,成为
16、物联网实验设备的一部分;师生教学、科研实践开辟的其它感知模块,通过与标准的WiFi设备服务器连接,也能轻易接入该实验平台,完成测试、验证。 2.1 光载无线交换机及其分布式天线系统 光载无线交换机及其配套设备远端射频单元为广州飞瑞敖电子科技有限公司的核心产品,用于实现WiFi无线射频信号的远距离、大范围的光纤分布,是物联网无线网络分布的主要分布方式。 光载无线交换机安装在智慧教室的网络机柜里,与原本有线布线的网络交换机连接,接入学校计算机网络。光载无线交换机内置2个WiFi接入点(AP)(所有网络协议处理、基带数据处理、射频信号处理都集中在光载无线交换机内),通过模拟光纤链路将WiFi射频信号
17、分布到智慧教室内,完成智慧教室的WiFi无线覆盖,将实验设备和各类WiFi终端接入统一的WiFi无线局域网,构成整体物联网工程平台。 2.2 物联网工程实验平台服务器 为实现物联网工程实验平台的统一治理、实验室实验设备等管控、以及开展功能复杂的综合设计和科研项目,在智慧教室的网络机柜里配置一台服务器。 该服务器安装系统软件,及物联网工程实验的服务器端软件,提供本地、或远程拜访服务,并实施对物联网实验的监控和设备治理。 三、智慧教室系统设计方案述 智慧教室基于光载无线交换机为核心,建成一个综合型的物联网共享平台,所有的设备系统均可以通过标准模块WiFi设备服务器无线接入物联网工程信息平台,通过服
18、务器的系统软件统一治理前端系统设备;同时,我们提供教室智慧系统的设计原理图,开放脚够多的端口和丰富、完善的接口函数以及二次开辟包,为教师、学生提供了一个开放的环境平台去学习和研究。 下图1是智慧教室总体框图: 图1 智慧教室总体框图 该实验室建成一个综合型的物联网应用场景,用于学生举行创新实验研究,以及教师开展科学研究。首先通过读取人员考勤系统中数据来推断教室内是否有人员,假如教室内无人,则教室内所有系统处于关闭状态;反之,则处于工作状态。 智慧教室包括以下几个系统: 3.1教学系统 教学系统由内置电子白板功能的触控投影机一体机、功放、音箱、无线麦克、拾音器、问答器和配套操纵软件构成。 使用内
19、置电子白板功能的触控投影机代替传统的黑板教学,实现无尘教学,爱护师生的健康,可在投影画面上可以操作电脑,在每个桌位上配置问答器,实现师生交互式课堂教学。 3.2 LED显示系统 LED显示系统由LED面板拼接而成,安装在教室黑板顶部,用于显示正在上课的课程名称、专业班级、任课教师、到课率、和教室内各传感器采集的环境数据(室内温湿度、光照度、二氧化碳浓度等)。 3.3人员考勤系统 人员考勤系统由RFID考勤机、考勤卡和配套操纵软件构成。 在教室前后门各安装一个RFID考勤机,采纳RFID标签(校园一卡通)对学生举行考勤统计,对进入教室的人员举行身份识别,对合法用户举行考勤统计,对非法用户举行告警
20、。同时可通过WiFi无线覆盖,在远程对考勤情况的监控,统计以及存档打印等。 3.4资产治理系统 资产治理系统由特高频RFID读卡器、纸质标签、抗金属标签和配套操纵软件构成。 在教室前后门各安装一个特高频读卡器,对教室内的实验仪器、设备等资产(贴有RFID标签,标签上存储有设备的详细信息)举行出入教室的监控与治理,对未授权用户把教室内资产带出教室举行告警,方便设备治理人员对教室设备的统一治理。 3.5灯光操纵系统 灯光操纵系统由灯光操纵器、光照传感器、人体传感器、窗帘操纵系统和配套操纵软件构成。 首先通过人体传感器来推断教室内对应位置是否有人,此位置无人,则灯光操纵系统及窗帘操纵系统处于关闭状态
21、;反之,处于工作状态。 1:窗帘操纵系统:通过采集安装在窗户的光照传感器数据,依据软件预设门限值,以窗帘自动开、关来实现教室内光照强度的补偿; 2:灯光操纵系统:采集安装在教室内的光照传感器数据,通过分析数据,依据软件预设值,来操纵教室内灯光的自动开启与关闭,并可调节灯光的亮度,实现室内灯光的智能操纵与节能减排。 3.6空调操纵系统 空调操纵系统由中央空调电源操纵器、温湿度传感器和配套操纵软件构成。 通过温湿度传感器监测室内温度,通过分析数据,依据软件预设值,当室内温湿度高于最高门限值时自动开启空调。当室内温湿度低于最底门限值时自动关闭空调,实现室内温湿度的自动操纵。 3.7门窗监视系统 门窗
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