智慧教室：

智慧教室是一種典型的智慧學習環(huán)境的物化，是多媒體和網(wǎng)絡教室的高端形態(tài)，它是借助物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術和智能技術等構(gòu)建起來的新型教室，該新型教室包括有形的物理空間和無形的數(shù)字空間，通過各類智能裝備輔助教學內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學習資源獲取、促進課堂交互開展，實現(xiàn)情境感知和環(huán)境管理功能的新型教室。智慧教室旨在為教學活動提供人性化、智能化的互動空間;通過物理空間與數(shù)字空間的結(jié)合，本地與遠程的結(jié)合，改善人與學習環(huán)境的關系，在學習空間實現(xiàn)人與環(huán)境的自然交互，促進個性化學習、開放式學習和泛在學習。

發(fā)展歷程：

從某種程度上講，當前多媒體教室的困境與教室環(huán)境的設計和技術裝備存在密切關系;重構(gòu)教室環(huán)境，創(chuàng)建適合學生學習和教師教學的新型教室環(huán)境，是一種必然趨勢。隨著智慧地球、智慧城市等概念的提出和相關技術的蓬勃發(fā)展，充分利用傳感技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、人工智能技術、多媒體技術、云計算技術等來裝備教室和改善學習環(huán)境及建設智慧型教室成為必然的選擇。

電子教室主要是指隨著電子技術的發(fā)展，電子設備及電子音像制品裝備應用到傳統(tǒng)教室中所產(chǎn)生的教室形態(tài)。多媒體教室主要是指隨著多媒體計算機技術的發(fā)展，多媒體計算機技術應用到教育領域中所產(chǎn)生的教室形態(tài)。數(shù)字教室則是數(shù)字革命深入教育領域，多種數(shù)字設備和工具應用到教室中所產(chǎn)生的教室形態(tài)。當信息的采集、存儲和傳播由模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號時，應用這些數(shù)字設備和工具的教室便成為數(shù)字教室。智慧教室則是數(shù)字教室的一種更高級的形式。

總之，教室的發(fā)展經(jīng)歷了“傳統(tǒng)教室——電子教室——多媒體教室——多媒體網(wǎng)絡教室——智慧教室”的過程，而多媒體教室、多媒體網(wǎng)絡教室和智慧教室同屬于數(shù)字教室的不同發(fā)展階段。

2021年06月，由中國聯(lián)通承建的國家開放大學首批5G智慧教室正式投入使用，將5G、AI、大數(shù)據(jù)等新一代數(shù)字技術帶入課堂，充滿視覺沖擊力的巨幅納米黑板、5G+4K遠程互動、智能輔助教學、翻轉(zhuǎn)課堂等一系列高科技教學體驗，令師生們仿佛置身于未來校園。

作用：

智慧教室設備能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的三個層次(應用層、網(wǎng)絡層、感知層)，運用傳感器、射頻識別(RFID)等技術，使信息傳感設備實時感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過可能的網(wǎng)絡(如基于WiFi的無線局域網(wǎng)、移動通信、電信網(wǎng)等)接入方式，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，實現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實現(xiàn)對物品的智慧化識別、跟蹤、監(jiān)控和管理。同時，智慧教室還能滿足開設物聯(lián)網(wǎng)導論、傳感器原理及應用、無線傳感器網(wǎng)絡及應用、RFID技術及應用、物聯(lián)網(wǎng)工程及應用、物聯(lián)網(wǎng)標準與中間件技術、物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設計等課程的實踐實訓教學需要，并為學生或教師的物聯(lián)網(wǎng)技術應用項目開發(fā)提供平臺。

通過智慧教室實驗平臺，學生能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術基礎理論、物理信息系統(tǒng)標識與感知、計算機網(wǎng)絡理論與技術以及數(shù)據(jù)分析與信息處理技術等知識，具備通信技術、網(wǎng)絡技術、傳感技術等信息領域?qū)拸V專業(yè)知識，具備一定的工程應用系統(tǒng)的開發(fā)能力、實踐能力和科學研究能力。

智慧教室建設可以用光載無線交換機構(gòu)建WiFi無線局域網(wǎng)，覆蓋智慧教室，加上教室的有線網(wǎng)絡交換機、網(wǎng)絡路由器，從而建立融合有線網(wǎng)絡、無線局域網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)關鍵部分——網(wǎng)絡層，各種傳感器件通過標準模塊WiFi設備服務器(串口通信RS232轉(zhuǎn)WiFi無線網(wǎng)絡)無線接入物聯(lián)網(wǎng)工程信息平臺，構(gòu)成涵蓋物聯(lián)網(wǎng)三個層次的統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)工程實驗平臺。同時，其他內(nèi)置Wifi模塊的各種手持設備(筆記本電腦、手機等)也能無線接入該實驗平臺，成為物聯(lián)網(wǎng)實驗設備的一部分;師生教學、科研實踐開發(fā)的其他感知模塊，通過與標準的WiFi設備服務器連接，也能輕易接入該實驗平臺，完成測試、驗證。智慧教室基于物聯(lián)網(wǎng)技術，可以搭建成一個物聯(lián)網(wǎng)應用場景，既可以用于學生進行創(chuàng)新實驗研究，也方便教師開展科學研究?？梢酝ㄟ^智慧教室里面的人員考勤系統(tǒng)來判斷教室內(nèi)是否有人員，如果教室內(nèi)無人，則教室內(nèi)所有系統(tǒng)處于關閉狀態(tài);反之，則處于工作狀態(tài)。

特征：

基于數(shù)據(jù)的教學

傳統(tǒng)課堂主要依靠教師的個人教學經(jīng)驗對課堂上學生的學習行為進行判斷和制定教學決策，智慧教室根據(jù)學生學習行為大數(shù)據(jù)挖掘與分析來調(diào)整教學策略，用直觀的數(shù)據(jù)了解學生對知識掌握的水平，在課堂教學中實現(xiàn)了基于證據(jù)的教育新形態(tài)。

高效的教學

利用現(xiàn)代信息技術打造智慧學習環(huán)境，用大數(shù)據(jù)構(gòu)建高效課堂，大大提高了課堂教學效率。如通過情境感知、數(shù)據(jù)挖掘等方法可以提前預知學習者潛在的學習需求，在智慧教室中學習者通過資源訂閱和智能推送的方式及時獲取新的學習資源，實現(xiàn)了教與學的立體溝通與交流。

個性化學習

通過課前預習測評分析和課中隨堂測驗即時分析，準確把握每個學習者掌握知識的狀況，實現(xiàn)對學生的個性化學習能力的評估，使老師對每一位學生的認知度更清晰，有針對性地制定教學方案和輔導策略，推送個性化的學習資料，制作針對個人的“微課”，實現(xiàn)以學生為中心的“一對一”的個性化教學服務。

合作探究的學習方式

依據(jù)知識構(gòu)建的需要，智慧教室中采取小組協(xié)商討論、合作探究的學習方式，協(xié)作群組服務能夠幫助有相同學習需求和興趣的學習者自動形成學習共同體，就某個問題開展深入的互動交流，有利于實現(xiàn)對所學知識的意義建構(gòu)。

動態(tài)開放的課堂

“動態(tài)生成”是新課標提倡的一個重要理念。課堂本質(zhì)上是一個動態(tài)開放的系統(tǒng)，隨著互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等新興信息技術在課堂教學中的應用，課堂系統(tǒng)超越了時空限制。智慧教室不是忠實地、封閉地傳遞和接受知識，而是鼓勵課堂創(chuàng)新與開放，鼓勵生成，積極為學生激發(fā)創(chuàng)新、發(fā)展智慧提供有利條件。

教學機智的課堂

課堂教學是千變?nèi)f化的，再好的預設方案也不能預見課堂上可能出現(xiàn)的所有情況。智慧教室要求教師要有隨機應變的能力，根據(jù)教學進程中出現(xiàn)的新情況，基于動態(tài)學習數(shù)據(jù)分析和即時反饋，采取機智性行動，及時調(diào)整課前的教學設計，優(yōu)化和改進課堂教學進程。

組成：

智慧教室主要包括以下九個系統(tǒng)：

教學系統(tǒng)

教學系統(tǒng)由內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機一體機、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問答器和配套控制軟件構(gòu)成。使用內(nèi)置電子白板功能的觸控投影機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黑板教學，實現(xiàn)無塵教學，保障師生的健康;可在投影畫面上可以操作電腦，在每個桌位上配置問答器，實現(xiàn)師生交互式課堂教學。

LED顯示系統(tǒng)

LED顯示系統(tǒng)由LED面板拼接而成，安裝在教室黑板頂部，用于顯示正在上課的課程名稱、專業(yè)班級、任課教師、到課率和教室內(nèi)各傳感器采集的環(huán)境數(shù)據(jù)(室內(nèi)溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等)。

人員考勤系統(tǒng)

人員考勤系統(tǒng)由RFID考勤機、考勤卡和配套控制軟件構(gòu)成。在教室前后門各安裝一個RFID考勤機，采用RFID標簽(校園一卡通)對學生進行考勤統(tǒng)計，對進人教室的人員進行身份識別，對合法用戶進行考勤統(tǒng)計，對非法用戶進行告警。同時可通過WiFi無線覆蓋，在遠程對考勤情況進行監(jiān)控、統(tǒng)計以及存檔打印等。

資產(chǎn)管理系統(tǒng)

資產(chǎn)管理系統(tǒng)由特高頻RFID讀卡器、紙質(zhì)標簽、抗金屬標簽和配套控制軟件構(gòu)成。在教室前后門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內(nèi)的實驗儀器、設備等資產(chǎn)(貼有RFID標簽，標簽上存儲有設備的詳細信息)出入教室進行監(jiān)控與管理，對未授權用戶把教室內(nèi)資產(chǎn)帶出教室進行告警，方便設備管理人員對教室設備的統(tǒng)一管理。

燈光控制系統(tǒng)

燈光控制系統(tǒng)由燈光控制器、光照傳感器、人體傳感器、窗簾控制系統(tǒng)和配套控制軟件構(gòu)成。首先通過人體傳感器來判斷教室內(nèi)對應位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統(tǒng)及窗簾控制系統(tǒng)處于關閉狀態(tài)；反之，處于工作狀態(tài)。

空調(diào)控制系統(tǒng)

空調(diào)控制系統(tǒng)由中央空調(diào)電源控制器、溫濕度傳感器和配套控制軟件構(gòu)成。通過溫濕度傳感器監(jiān)測室內(nèi)溫度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設值，當室內(nèi)溫濕度高于最高門限值時自動開啟空調(diào)，當室內(nèi)溫濕度低于最低門限值時自動關閉空調(diào)，實現(xiàn)室內(nèi)溫濕度的自動控制。

門窗監(jiān)視系統(tǒng)

門窗監(jiān)視系統(tǒng)由窗戶門磁模塊及配套軟件組成。窗戶門磁模塊用于檢測門和窗戶的開關狀態(tài)，并將狀態(tài)信息及時上傳至服務器。同時設置敏感時段，實施對窗戶的自動監(jiān)視和報警。

通風換氣系統(tǒng)

通風換氣系統(tǒng)由抽風機、CO2傳感器和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。通過CO2傳感器監(jiān)測室內(nèi)的CO2濃度，通過分析數(shù)據(jù)，根據(jù)軟件預設值，當室內(nèi)CO2濃度高于軟件門限值時自動開啟抽風機來進行換氣，通過補充室外空氣來降低室內(nèi)的CO2濃度。

視視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由WiFi無線攝像頭和配套監(jiān)控軟件構(gòu)成。視頻監(jiān)控可為安防系統(tǒng)、資產(chǎn)出入庫、人員出入情況提供查詢依據(jù)。在教室前后門口各安裝一個WiFi無線攝像頭監(jiān)控人員出入和資產(chǎn)的出入庫情況，在教室內(nèi)安裝一個WiFi無線攝像頭監(jiān)控教室內(nèi)部實時情況，所采集的影像經(jīng)由遠端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實時的監(jiān)控數(shù)據(jù)。