智慧教室解決方案
發布時間：2019-08-21 瀏覽量：7468
智慧教室是借助校園教學云平臺，基于智慧終端實現智慧教學、自動錄播、遠程互動、智能物聯、校園電視、自由擴聲、視頻監控及遠程管控于一體的新型現代化智慧教室系統，能夠全面提升教室的信息化水平，為教師教學和學生學習創造更加良好的環境。
采用最新智能全融合技術，以“智慧終端”為核心，集多種硬件模塊、系統應用于一體，憑借強大的接入能力，智能融合多種周邊接入設備，為智慧教室使用提供無限應用，形成服務于課堂教學、教務管理、資源應用的新一代智能交互應用方案，達到提高教學質量、方便教學管理、提高設備使用效率、延長設備使用壽命、優化教師授課環境、便捷學生學習的使用效果。
系統組成
智慧教室方案由智慧終端、環境感知、環境控制、多媒體系統、智慧教室軟件、智慧教學云平臺等多種產品組成。
功能應用
方案優勢：
智能全融合
智慧終端運用最新技術，將WiFi、物聯、電源、音頻、電腦、網絡交換等多種模塊智能融為一體，避免多種拼湊設備帶來的融合問題，降低了建造成本，為智慧教室的打造帶來了全新的技術理念。
智能全接入
智慧終端強大的接入能力，創造性得將互動錄播、智能物聯、常態化錄播、智慧課堂、校園電視、信息發布等多種系統智能融為一體，為智慧教室的無限擴展提供無限可能。
智能全監測
集成多種環境傳感器，對前端環境進行統一采集，為智能聯動提供堅實的環境數據，有力的保障了用電設備的安全與穩定，為教室提供舒心愉悅的教學環境。
統一全掌控
后臺集控強大的融合能力，可以對前端的設備實現統一的可視化、自動化管理，并實現遠程監測、控制、干預，實現自動化管理，智能化教學。
課堂互動教學
互動課堂教學中可支持多種設備的接入，兼容多種系統，在研究性、科創性、示范性、討論性、實訓性、互動性強的課程授課方面，對于普通教室都具有不可比擬的優勢。
全科資源
強大的配套資源庫，授課前老師可輕松教案備課，授課中可通過動態交互的AR、互動軟件、三維動畫等新媒體技術開發的知識素材和題目素材，課后練習輕松批閱，為學習和教學提供多種資源。
方案各模塊分項介紹
1、常態化錄播系統
常態化錄播系統采用高度集成化設計，支持教師、學生的全景和特寫畫面采集，支持板書特寫、電腦PPT信號的同步采集，內嵌圖像識別跟蹤模塊、導播切換模塊、高清錄播模塊、直播、點播模塊等，采用非云臺攝像機即可實現畫面自動跟蹤、切換，融合了高清視音頻處理技術、圖像識別跟蹤技術及網絡直播技術，師生只需正常上課即可把課程過程錄制下來并可實時直播、后期點播等，提高了老師課程視頻的制作效率，為在線教育積累了寶貴的視頻資源。
每個教室只需在教學電腦安裝1套錄播軟件，并架設網絡攝像機，通過校園網絡，將教師特寫、教師全景、學生特寫、學生全景、教學電腦畫面等多路音視頻信號采集到教學電腦，即可實現自動錄制、直播、導播、跟蹤等功能；軟件可根據需求實現電影模式、資源模式錄制，錄制后的文件上傳至云平臺服務器，通過資源平臺軟件對文件進行集中管理，可滿足共享、發布、存儲、點播、直播等需求；資源平臺中還設置了個人空間等功能，可實現個人資料、文檔管理，評課、巡課審閱等需求。
支持多種終端
可同時實現APP移動終端、PC端、教室端的錄播功能，更加豐富的錄播模式，不會受到場地的限制。
a.各種終端均支持錄制；
b.各種終端錄制均能夠通過網絡自動上傳；
c.自動導播切換，即使是單機版錄播軟件，也可以實現自動切換。
多種導播切換策略
錄播軟件實現對教師、學生、教學計算機等課堂教學場景的智能切換、實時錄制、課堂在線直播、網絡點播等功能；系統提供豐富的配置規則，可根據手工拍攝導播的習慣, 系統能夠自定義多種導播切換規則，自動剪輯錄制場景畫面，如：師生交互視頻畫面的智能切換、師生板書視頻的智能切換、教學VGA智能切換、多媒體設備的智能切換,并同步實現導錄播一體化錄播軟件。
2、互動錄播
互動錄播系統是建立一個教學環境，在教學電腦安裝互動錄播軟件，通過校園網絡，將教師特寫、教師全景、學生特寫、學生全景、教學電腦畫面等多路音視頻信號采集到教學電腦，通過互動錄播軟件即可實現在授課過程中本地教室與遠程聽課教室之間的同步授課，以及實時音視頻互動交流，使不同班級甚至不同區域的學生同念一本書、同學一節課、同師不同校的共同學習、共同進步，授課過程中可將課堂實況進行同步錄制或課堂直播，錄制后的文件上傳至云平臺服務器，通過資源平臺軟件對文件進行集中管理，可滿足共享、發布、存儲、點播、直播等需求；資源平臺中還設置了個人空間等功能，可實現個人資料、文檔管理，評課、巡課審閱等需求，同時也支持上級領導、專家對于精品課程的遠程觀摩和點評、學術交流、教研等活動。
互動錄播系統通過合理化的設計來滿足區域內完整的錄播與互動教學需求，在架構設計上，標準教室采用2臺4K云鏡攝像機進行拍攝，通過1080P圖像識別技術進行教學場景人物跟蹤，從而實現常態下的全自動課堂錄制以及直播；在操作上，互動錄播系統還為課室配備了可視化控制系統，上下課前只需一鍵操作，即可實現高清錄播設備的啟用，教師毫無設備操作負擔，同時教師能實時觀看直播畫面，隨時調整授課狀態；在互動教學中，正常上課時，學生可以觀看到老師的特寫、全景、板書、學生發言的正常場景畫面，在學生發言時，主講教室的大屏上即可顯示互動學生端的畫面，學生端也能正常觀看到主講教室端的授課畫面，其余聽課教室端可同時觀看到學生與老師互動的同屏畫面，真實展現互動教學場景。
3、巡課評課
網絡巡課評課系統是一種新型的課堂觀察、記錄、點評工具。通過網絡化實時、非實時巡課評課工作，可以大幅提升督學效率，靈活安排巡課評課時間，避免現場巡課給師生上課帶來的干擾，也能夠做到長期巡查、監督課堂真實教學情況。
巡課系統
網絡巡課系統通過教室在配備專用攝像機，也可以利用常態化錄播、云錄播、安防攝像機，來實現對教學視音頻資源的采集。通過巡課平臺軟件對各個教室教學資源進行管理。
本校區內，所有通過網絡連接的辦公電腦、教學電腦，以及通過手機APP終端、PC云平臺，均可以實現校區內本地、移動端遠程巡課。
本系統特別支持多校區、異地間的跨校區巡課，特別適合集團化學校和區縣教育管理部門使用。支持固定端和移動端跨校區巡課。
巡課屏幕采用多畫面顯示，學生畫面和老師畫面輕松切換或全屏觀摩，滿足多角度巡課的需求。可以實時巡課，也可以將教學視音頻按照課表設置存儲在云平臺，以便需要時調用。
系統設計實時“喊話”功能，學校領導、班主任可以對指定教室實時喊話，及時下達通知和對教室秩序進行管理。尤其適合對學生自習課秩序的管理。
系統可建立中央巡課大廳，配置大屏幕電視墻，便于校方同時對多個教室乃至全部教室的集中巡課。
跨校區巡課示意圖
APP巡課
平臺巡課
評課系統
如同巡課系統，評課系統通過在教室配備專用攝像機，也可以利用常態化錄播、云錄播、安防攝像機，來實現對教學視音頻資源的采集。通過評課平臺軟件對每位老師的教學資源進行管理。
本校區內，所有通過網絡連接的辦公電腦、教學電腦，以及通過手機APP終端、PC云平臺，均可以實現校區內本地、移動端遠程評課。
本系統特別支持多校區、異地間的跨校區評課，特別適合集團化學校和區縣教育管理部門使用。支持固定端和移動端跨校區評課。
老師將錄制后的課件上傳至自己的空間，增加評課請求，邀請評課老師進行評課活動，管理員審批同意后，評課老師可以在線觀摩并對課程進行評價打分，生成結論報告，通過平臺在線對每個教學環節作出評比，并最終評出活動中的優秀課件，對優秀的教師給與獎勵，有利促進教學的進步良性循環。
4、校園電視
電視系統是智慧校園的重要組成部分，是大專院校、職業學院、寄宿制學校必備的教學和娛樂設施。
傳統校園電視系統：
傳統的校園電視系統主要是采用有線電視網絡，要么直接采用網絡公司機頂盒，要么自建有線電視前端。這樣的系統建設成本大，維護成本高，不能在校園內做大范圍接入，利用率不高。
主要存在以下問題：
1、有線電視采用同軸電纜傳輸，不能與遍布校園的IP網絡共攬共芯。施工量大，費用高。
2、接入有線電視信號，采用有線機頂盒，每年有一筆不小的收視費開支。
3、如果需要傳輸本校自辦頻道，必須建一個自辦前端，設備費用也不低。
4、只有教室、食堂等少量場所能夠收看電視節目。
IP電視系統：
IP網絡已經遍布校園各個角落，以IP流方式傳輸電視節目，是校園電視傳輸的最佳手段。
主要優勢：
1、以IP網絡為傳輸線路，無須再建設新的網絡，節省費用。
2、節目頻道選用、頻道數量設置由自己決定。網絡帶寬足夠使用（千兆網絡可以傳輸200套電視節目）。
3、便于自辦節目、校園電視臺信號接入。
4、接收設備多樣化。辦公電腦、教學電腦、教學一體機、電視機、移動終端、LED電視大屏均可以收看電視節目。
5、接收節點數量原則上不受限制。真正可以將電視節目傳遍校園各個角落。
5、智能物聯
智能物聯系統，是以計算機網絡、無線通信技術為基礎，綜合應用物聯網技術、傳感器技術、自動控制技術等，建立一個安全、綠色、智能化的教室環境。
本系統既可以與其它功能模塊共同組成智慧教室整體系統，也可以單獨作為一個子系統來構建。
智能物聯系統，主要由教室設備控制、教學設備（多媒體設備）控制和環境感知三大模塊組成。
高效管理
實現所有教室設備的互聯互通，可對設備進行本地或遠程控制，智慧化識別、跟蹤、監控和管理，使設備管理更高效、便捷。實現一鍵式操作和管控，方便教學使用。
健康環境
教室環境感知及自動調節，實現環境智能化管理，為師生教學提供綠色、健康的教學環境。教學光照的自適應調節，有利于保護學生視力。
安全智能
支持無人值守，實時監控整個教室環境，及時發現安全隱患并迅速通知相關工作人員，確保人員和設備安全。
集中管控和系統運維功能，方便校區設備管理和維護。
便于集成
系統網關及設備終端全部采用ZigBee無線蜂窩通信方式，克服了有線中控系統帶來的眾多弊端。教室無須重新開槽布線，不改變教室原有弱強電線路布局，大大節省施工成本和施工時間，無須廠商專業人員施工，一般性人員就可輕松搞定。強電線路無須穿接 中控設備，保障師生人身安全。
部分功能介紹：
1、照度智能調節：
對教室燈具、窗簾電機通過ZigBee協議終端進行控制。自動感應教室照度，實現自動或人員遙控開關、定時開關、全開全關、延時關閉、場景切換等功能。
系統管理靈活，可設置各種場景模式，配置不同光源、照度、色溫，打造最適合的光照環境。
接受遠程控制指令，實現遠程控制。通過手機APP終端、PC云平臺，遠程實現對教室的燈具開關、窗簾開合操作。智能自動控制，定時控制，根據季節靈活調整開關時間。
2、環境智能調節：
通過六合一傳感器及煙霧報警器，實現對溫度、濕度、PM2.5、二氧化碳、甲醛、照度及煙霧的感知。
將采集的數據與平臺設置參數進行對比分析，實現統計及預警。通過聯動紅外遙控器和智能排插（插座）控制空調、新風、除濕器（加濕器）等設備，從而調節室內環境，為師生提供健康空間。
3、設備智能管控：
一種（或一類）教學設備配置獨立的ZigBee協議終端，通過紅外遙控、智能插排、智能開關來管理教室內所有設備。如投影儀、一體機、教室電腦、幕布、空調、電扇、燈具、窗簾、門禁、新風系統等。通過手機APP終端、PC云平臺，可實現教室本地及遠程集控，可以有效減少工作量，減輕設備維護管理負擔，便于校方集中管控。
4、便捷管理：
鑒于智慧教室設備的多樣性，為了便于操作、節省上課時間，我們設置了“一鍵”操作模式。
我們人性化地在控制界面上，集成了部分場景模式（上課、下課、投影、活動、自習、考試），老師在授課時可以選擇相應的模式。不同的場景模式下，配置不同的設備狀態，實現多臺設備的聯動控制。每個老師，都可以根據自己的喜好來進行設備配置。
5、能耗管控：
學校用電往往出現欠壓、過壓、超負荷情形；不合理的用電現象，威脅用電安全，造成設備損壞和火災隱患。電力浪費、費用不清亂象，處處存在。使用中無法對實際的用電情況進行統計、分析、預警和管控，給后勤管理人員帶來諸多不變。
我們設計了用能耗監測、管控功能，可以對單個支路、班級、年級、區域進行能耗監測預警，或生成天、月、年用電量報表。對于超載、設備故障、線路故障引起的用電隱患和事故進行實時跟蹤和報警，對嚴重事態系統將自動斷電保護。
7、門禁管理：
教室的管理使用中多出現無關外來人員使用電教設備進行盈利性培訓、張貼小廣告、破壞教室設備等問題，對于鑰匙的管理也容易出現丟失、亂配、混亂等現象。
門禁管理系統可以實現授權門禁開關權限，可以通過管理端遠程開關，授權時間內刷卡開門，或通過人臉、指紋識別控制門禁系統。
同時還可以記錄某個時間段內的開門記錄，可供實時查詢，從而杜絕教室管理上的亂象。
6、智慧課堂
混合式設備支持
教師端既可以使用講臺上的windows大屏，也可以用移動平板，兩個設備無縫切換使用；支持學生自帶設備：Windows、安卓、iOS、Mac系統，手機、平板、筆記本電腦。
觸控快捷工具條
系統啟動后，屏幕右側常駐顯示觸控快捷工具條，針對大屏觸控操作優化，一鍵發起評測、微課、文件分發、學生示范、多屏監看、黑屏/取消黑屏、課件庫、返回主界面、全體復位等功能。
隨機點名
系統自動滾動顯示所有學生的姓名，系統隨機選取一名學生。
學生管控
學生黑屏：讓學生聚精會神聽教師講課，平板不可操作；
學生鎖屏：功能啟用時，教師進行相關功能時系統自動解鎖，當相應功能結束后，系統自動回復到鎖屏狀態。
允許/禁止投屏：允許/禁止學生主動投屏功能。
五屏互動
研討型小組討論
組員主動直接投屏到該組的大屏上，無需任何連接或額外的操作，并支持組員多人投屏對比；教師可以在小組研討時，使用屏幕廣播來補充說明，并切教師可以參與到某組的討論中來，支持把多個小組的屏幕投到講臺主屏上，進行對比討論和講解。
雙屏互動
雙板顯示：兩個屏幕同時顯示相同內容。
雙板PPT: 兩個屏幕同時顯示不同內容，場景一.A屏幕上播放PPT，B屏幕上播放視頻，場景二.A屏幕上播放PPT，B屏幕上播放圖片。
文件跨屏打開，主屏選擇文件拖動到工具欄上的按鈕，即可在副屏打開文件，方便文件集中管理，無需在機器間重復拷貝文件。
課堂即時反饋
系統能按當前授課內容為評測題目，自動把當前授課內容發給學生作答，支持全屏截屏或區域截屏功能；學生答題方式支持選擇題、判斷題、主觀題、搶答和寫作題五種題型，主觀題支持各種畫筆功能；學生答題過程中，教師可以實際看到學生提交的情況；學生提交結束后，教師可以看到每個選項有哪些學生選擇，對主觀題可以放大某個學生的答案，支持電腦隨機選取學生進行講解，支持選擇多達9個學生由全體學生來進行人氣投票。
評測功能既能大大提高學生學習興趣與參與感，又能幫助老師快速了解學生對于當前知識點的掌握情況。
7、行為分析
課堂行為分析服務器通過分析掃描抓拍的圖片，利用人臉識別數據與豐富的學生行為數據可以分析出每堂課中每位學生的課堂專注度，還可以分析出班級的專注度指數，運用這些數據可以進行統計、對比、趨勢和碰撞分析。可以識別分析出 7 種學生行為分析：閱讀、書寫、聽講、舉手、起立、趴桌子、玩手機；管理平臺通過匯總分析這些數據，可以實現學生行為的統計、對比和趨勢分析。
各個班級在同一時間內的專注度指數展現在一個坐標里面，主要是用來發現“離群” 班級，該類班級明顯偏離中位數，會提示值得特別關注。通過不斷掃描抓取課堂中師生行為數據，匯總展示 3 種教師行為和 7 種學生行為數據，這些數據能夠反應課堂氣氛、教學效果。
通過將各個班級的數據整合在一起比較，可以看出各個班級之間的差異，表現在課堂氣氛、違紀情況和師生互動等情況，這樣的數據為“同課異構”分析提供基本的依據。
8、無感考勤
AI無感考勤系統以人臉識別技術為基礎，學生人臉抓拍機在上課期間對學生進行掃描抓拍，課堂人臉比對服務器將掃描抓拍的圖片與人臉庫中的圖片進行比對分析，自動得出考勤結果，整個過程無須人工參與，有效地解決代答、代簽以及占用教學時間等問題。
多維數據 綜合考勤報表
平臺支持匯總顯示多個維度的考勤數據，包括全校、各個班級課堂出勤統計值（到課率、出勤異常人次、曠課人次、遲到人次、早退人次）；各個班級出勤排名；支持以課表形式展示課堂出勤記錄；支持查看學生出勤詳情。 支持數據概況同步接入展示大屏， 供校方領導整體查巡課堂考勤整體情況。
考勤補簽
由于人臉底圖不清晰、學生長時間低頭無法被抓拍等原因導致的考勤異常情況，支持通過管理平臺手動補簽，也支持學生通過 H5 頁面主動發起補簽申請，任課老師審核通過后即可變更考勤狀態。
9、主控中心
通過原有的服務器和平臺軟件，建設后端集控管理平臺，將在建的監控設備接入原有的監控系統中對整個系統進行集中管控；實現對所有前端設備的可視化管理，包括前端設備狀態查看、遠程控制等；并對前端采集的音視頻資源進行管理、存儲、調度、分發，自動生成課件資源。同時實現及各類教學數據的智能分析，全面統計參與者群體的狀態數據和教育教學的過程數據。實現按時間趨勢、對比分析、量化統計等多種方法分析，按課程、老師、學生、班級等多維度統計數據，按老師、管理員、校領導、督導員、巡課員等多角色智能推送，充分挖掘數據的價值。
采用網絡技術，配合控制室端管理平臺，通過光纖連接到中心機房，運用 TCP/IP 協議，使系統控制實現與網絡的緊密連接，實現了系統控制的靈活性和多樣性。基于校園網可以遠程控制、管理所有教室的設備，如投影延時開關機、照明開關、窗簾閉合、電教設備的開斷電等等，設備的管理支持自定義分級管理，可節約系統、設備的維護管理開銷。當遠程開關設備時，在主控中心網管平臺開啟多媒體教室設備時， 通過網絡發送指令到智慧終端，智慧終端按順序給設備加電啟動，完成設備開啟任務進入可使用狀態。在平臺關閉多媒體教室設備時通過網絡發送指令到智慧終端，智慧終端按順序設備關閉，窗簾打開、照明關閉，其中電腦、投影機實現軟關機，投影機延時關閉電源，保證投影機燈泡的使用壽命。
本文標簽：智慧教室 智慧課堂