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智慧教室建设的目标在于以有限的投入，提供尽可能多的功能以完善传统教学信息化的功能不足、拓展教育资源的应用、整合多媒体资源、提升教学互动性。这套智慧教室系统建设解决方案对教学、管理和互动交流将起到重大的推进作用，推进教育现育现代化的发展。
智慧教室系统建设解决方案
智慧教室系统建设解决方案
一、教育信息化现状及需求分析
1.1教育信息化现状
现在大部分学校在教学中的现状：
（1）资源庞大且杂乱：老师拥有各种形式的教学辅助资源，老师难以使用杂乱无章的资源。
（2）单向教学，缺少互动：大部分老师只是单向地传授知识，“教”与“学”分离，缺少师生间互动。并且在整个教学过程中老师无法及时掌握学生的学习状况。
（3）资源孤岛：校与校、班与班、老师之间、老师与学生之间等都是缺乏有效的沟通和联系，资源无法交流、共享。
（4）设备管理不易：各种多媒体设备，规模越来越庞大，现有的装备应用与管理，往往依靠人力、制度和经验，缺乏技术手段和科学性的管理与评估。
（5）教师教学难，学生负担大：因为缺乏好的教学设备及教学资源作为支撑，老师授课的效率受到影响。老师在难以提高效率的教学过程中只能通过增加学生的学习成本来保证其学习质量和知识吸收。旧的教学方式不仅让老师一直为如何更好地备授课头痛不已，也对学生造成了极大的压力和负担。学生学习的主动性和积极性也因此受到影响。
（6）软硬件繁多，教师负荷大：各种教学辅助硬件及软件之建置，造成教师需花费大量的时间在资源使用、云平台使用之中，和教师常态化之工作大相径庭。
1.2需求分析
（1）需一体化完整解决方案，为教学的各个终端提供信息化的硬件及软件。
（2）设备数量应尽可能少，设备的集成化、复用度更高，可综合应用到不同需求场景中，降低学校综合成本。
（3）系统中的硬软件经由网络互联互通，可满足师生在学校内、外随时随地教与学。
（4）老师能方便地备课，灵活地授课，快捷地发布授课内容，调高备授课效率，减少老师的工作负担。
（5）老师能够根据不同学生的能力及学习情况，进行个性化之教学方式。
（6）能激发学生的学习兴趣，促使学生高效、自主地学习，并培养团队合作之能力。
（7）教学过程能够得到记录，供学校进行有效的教学质量分析。
（8）有效管理设备，可对装备基础信息实时采集，并适合大规模部署。
（9）方案硬件及软件可扩展性、可升级性强，适应未来变化与发展。
（10）教学环境需要实时监测，确保师生在一个健康舒适的进行环境教与学。
二、设计思路
2.1设计原则
2.1.1化繁为简，更好地服务教学
新技术、新设备是手段，而不是目的；智慧化的信息技术应用，是为了减轻教师的负担，提升学生的学习兴趣，增强师生之间的互动。
个性化智慧课堂方案，重点是为教师提供智能应用，减轻备课、课堂教学负担；为学生提供自主学习的工具，使学生能在教师的组织、指导下，通过探究式的自主学习，合作研讨，获得真正的学习能力。
2.1.2系统规划，系统工程与实际紧密结合。
个性化互动课堂是个系统工程，涉及到教师、学生教学工具的变革，需要有基础设施的支持，软件系统的配合以及后期系统的培训工作。
个性化互动课堂的项目需求还应该与学校的“数字化校园建设”、“班班通”、“教师专业化发展”等工作结合起来系统规划，避免重复建设，带来更大的协同效应。
2.2设计目标
智慧教室建设的目标在于：以有限的投入，提供尽可能多的功能以完善传统教学信息化的功能不足、拓展教育资源的应用、整合多媒体资源、提升教学互动性，不单单使老师可以方便灵活地进行备课、授课，还能激发学生的学习兴趣，调动学生主动学习的积极性，促进师生间互动与交流，并能实时将数据反馈给老师，让老师能更好掌握每个学生的情况，因材施教。这套解决方案对教学、管理和互动交流将起到重大的推进作用，推进教育现育现代化的发展。
（1）教学内容呈现方式的变革
通过数字化高清显示的设备，让教室内的任何一个成员都能体验到包括高清视频、动画、声音、图片、文本等多媒体教学内容。
（2）教师教学方式的变革
在个性化互动课堂中，教师的身份将从单向的灌输者向互动的指导者转变。通过互动教学，吸引学生主动参与到学习中来，甚至可通过移动授课、远程控制智能平板、与学生的智能终端互动教学。
教师的备课过程、课中测验、作业批改、课后学习交流都可在教学系统和教育云平台上实现，效果更佳，过程更方便。
（3）学生学习方式的变革
学生是学习的主体，个性化互动课堂让学生充分发挥主动性，让学生主动学习、探究学习、合作学习。
学生可以根据自己的学习水平选择学习内容，在老师的指导下进行课堂作业、课后作业、测试或者学习成果汇报。同时老师也会根据实时的课堂反馈信息来适当调整针对不同学生的教学内容。
（4）教学管理方式的变革
老师可以将学生进行分组教学，通过教学过程中的数据化、可视化分析，实现高效的一对一、一对多评价，实现因材施教。对学生的自学情况、课外作业、考试等学习效果进行跟踪，了解学生阶段学习状况。
老师能够方便地对教学设备进行管理和控制，做到设备真正为人所用，而不是增加学校、老师的管理成本。
三、系统方案
3.1智慧教室用途
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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、移动通信、电信网等）接入方式，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，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、监控和管理。同时，智慧教室还能满足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发提供平台。
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发、实践能力和科学研究能力。
3.2智慧教室构成
智慧教室基于物联网技术，那就可以搭建成一个物联网应用场景，既可以用于学生进行创新实验研究，也方便教师开展科学研究。可以通过智慧教室里面的人员考勤系统来判断教室内是否有人员，如果教室内无人，则教室内所有系统处于关闭状态;反之，则处于工作状态。
本方案智慧教室主要包括以下十个系统:
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、录播设备和配套控制软件构成。使用内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，保护师生的健康，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。
2、精准教学系统
通过采集日常教学数据并运用大数据分析技术等信息技术手段，找到每个学生的薄弱知识环节，协助老师根据不同学生的能力及学习情况，进行个性化之教学方式，让每一个学生都能得到提升，从而促进学校教学质量提升。
3、LED显示系统
广角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)。
4、人员考勤系统
人员考勤系统由RFID考勤机、考勤卡和配套控制软件构成。在教室前后门各安装一个RFID考勤机，采用RFID标签(校园一卡通)对学生进行考勤统计，对进入教室的人员进行身份识别，对合法用户进行考勤统计，对非法用户进行告警。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。
5、资产管理系统
资产管理系统由特高频RFID读卡器、纸质标签、抗金属标签和配套控制软件构成。
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)进行出入教室的监控与管理，对未授权用户把教室内资产带出教室进行告警，方便设备管理人员对教室设备的统一管理。
6、灯光控制系统
灯光控制系统由灯光控制器、光照传感器、人体传感器、窗帘控制系统和配套控制软件构成。首先通过人体传感器来判断教室内对应位置是否有人，此位置无人，则灯光控制系统及窗帘控制系统处于关闭状态;反之，处于工作状态。
7、空调控制系统
空调控制系统由中央空调电源控制器、温湿度传感器和配套控制软件构成。通过温湿度传感器监测室内温度，通过分析数据，根据软件预设值，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控制。
8、门窗监视系统
门窗监视系统由窗户门磁模块及配套软件组成。窗户门磁模块用于检测门和窗户的开关状态，并将状态信息及时上传至服务器。同时设置敏感时段，实施对窗户的自动监视和报警。
9、通风换气系统
通风换气系统由抽风机、CO2传感器、PM2.5传感器和配套监控软件构成。通过CO2传感器和PM2.5传感器监测室内的CO2浓度和PM2.5浓度，通过分析数据，根据软件预设值，当室内CO2、PM2.5浓度高于软件门限值时自动开启抽风机来进行换气，通过补充室外空气来降低室内CO2和PM2.5的浓度。
10、视频监控系统
视频监控系统由WiFi无线摄像头和配套监控软件构成。视频监控可为安防系统、资产出入库、人员出入情况提供查询依据。在教室前后门口各安装一个WiFi无线摄像头监控人员出入和资产的出入库情况，在教室内安装一个WiFi无线摄像头监控教室内部实时情况，所采集的影像经由远端射频单元传送至终端管理电脑，提供实时的监控数据。
