大学智慧教室建设方案设计.docx

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大学智慧教室建设方案设计

XXXX

智慧教室建设方案

第1章项目概述

高等院校作为推进教育信息化的主体，其自身的信息化水平已经成为衡量高等院校教学和科研综合实力以及现代化水平的重要指标。

XXXX始终高度重视信息化建设工作，使得学校信息化技术水平、管理水平、服务范围和服务能力得到了广泛提高。

教育信息化的核心内容是教学信息化。

教学是教育领域的中心工作，教学信息化就是要使教学手段科技化、教育传播信息化、教学方式现代化，利用信息技术创建理想的学习环境，提供全新的学习方式和教学方式，彻底改变传统的教学结构与教育本质。

教学的主要场所是教室，教室的装备及与之匹配的教学模式是学校信息化发展到一定阶段的内在诉求，智慧教室的建设探讨对于解困目前智慧校园建设、消除多媒体教学面临的困境、促进学生创新能力的提高以及变革信息时代教与学的方式具有重要意义。

智慧教室既是物联网、云计算等新一代信息技术与现代教室相结合的代名词，也是现代教室发展模式转型升级的结果。

智慧教室不仅可实现教室的温湿度与空调、CO2与通风、光照度与灯光、投影机的使用与幕布/窗帘/照明等教学环境监测变量与教学环境保障设备间的策略化管理的智能联动，同时可为教学任务调度变更、教务管理、考试等教学活动提供一个更为高效的网络化平台，进而对教育教学、教务管理、考务管理以及学生管理提供更为智能、高效和有力的物理环境支撑和信息传递交互环境支撑，更可基于动态学习数据分析和“云+端”的运用，实现教学环境自动化、评价反馈即时化、交流互动立体化、资源推送智能化，构建大数据时代的信息化课堂教学模式。

XXXX拟在两个校区建设6间智慧教室，满足当前及未来十年内教育进步及高校人才培养的发展规划，能够引领未来高校教学模式、教学方法与教育内容的变革，同时满足与现有信息资源、数据、应用的无缝集成和对接，以及业务同步和教学互动。

第2章需求分析

2.1教学业务场景需求

2.1.1多媒体教学设备升级需求

多媒体教学设备是进行现代化教学的必备设施，担负着全校师生日常多媒体教学的任务。

传统多媒体教室包括电脑、投影、幕布（电子白板）等繁多设备，这些设备易损耗，难维护，这也成为日常教学与管理的一大困扰。

随着技术的不断发展，新型的多媒体教学设备升级必将为师生带来更加良好的体验，为教学提供良好的设备支撑。

2.1.2创新型教学模式需求

当前在教学工作中普遍存在的需求是提升教学手段和方法，促进教学质量的提升，传统的多媒体教室无法解决这个问题。

因为教学工作不仅涉及到课堂形态和教学观念，还和师生间的交互、教学工具的利用有重要的关系。

如何利用信息化手段实现教学观念、教学方法的转变和提升，实现师生教与学的充分互动和同步，实现更便捷、功能更完善的教学工具利用，都是学校亟需解决的现实需求。

2.1.3教学管理需求

无论是传统教室还是多媒体教室，对教师和学生的考勤工作通常利用点名签到或者门禁系统来完成，造成代签到、代打卡的现象无法杜绝，智慧教室的建设需实现更为智能化的考勤手段，解决的师生考勤问题。

此外，对教师的教学督导工作也仍然停留在原始阶段，评估体系不够完善，评估手段比较匮乏，评估结果具有一定的局限性，智慧教室的建设需提供更多的教学督导形式，实现专业评估和学生点评、教师互评的有机结合，形成更为科学的评估体系和评估结果。

2.1.4优质资源建设需求

优质教育资源的建设和利用，能够为提升教学质量提供知识基础，能够使学生的自主学习能力得到保障，能够促进教师之间、师生之间的资源共享、讨论和利用。

多数高校针对精品课堂、优质教学课件仍然采用专用的录播室来完成录制工作，存在专业录播室造价高、数量少、课件录播时交互少、录播环境不贴合教学场景等问题，所起到的教学效果有限，智慧教室需利用先进的设备进行教室常规课程的全方位的、高清自动录播，并能够存储在本校资源库平台，实现直播、点播，对于教学资源的网络应用和推广起到良好的助力。

2.1.5跨校区互动教学需求

本校有大学城、桂花岗两个校区，部分教师需来回奔走于两个校区上课，费时费力。

本校不定期会有名人专家来校演讲、授课，受礼堂和会议室限制，能够现场听课并互动的学生人数有限。

智慧教室的建立，需解决不同校区之间跨区在线学习上课的问题，实现远程教学应用，扩大学生听课范围，实现优质教师资源最大化。

2.2管理业务场景需求

2.2.1教室管理需求

随着教育技术的发展和教育信息化的推进，高校多媒体教室的数量成倍增加，系统设备功能不断拓展，使用频率急剧提高。

如何加强多媒体教室的建设和管理工作，已成为高校教育技术中心的一项核心任务，针对普遍存在的系统设计落后、管理分散和资源不能共享等弊端，必须结合本校多媒体教学及教育技术建设和管理实际，创新多媒体教室的管理运行模式。

智慧教室的建设，能够从根本上解决多媒体教室日常管理、使用、维护过程中存在的一系列问题，以新技术手段实现教室的可视化、远程化、智能化、联动化运行管理。

2.2.2教学环境管理需求

传统教室设备繁多，教师操作复杂，不当的操作还会造成设备损坏；教室环境不能够自动调节，师生在上课学习的过程中还需分心进行设备操作，占用上课时间，影响上课效率；教室人数众多，一旦门窗紧闭，极容易造成室内二氧化碳超标，氧气含量降低，不仅导致学习质量下降，，而且会影响师生机体健康。

便捷可控的教学环境可为师生自动提供舒适的教学环境，使师生全心投入教与学中。

2.2.3资产管理需求

教室内不同功能的设备为师生提供了良好的教学环境与教学体验，设备种类多、使用周期长、部分设备价值高、使用人员频繁，人工管理则工作量大、不及时，会造成设备管理不便甚至是丢失。

智慧教室可采用多种形式对教室内设备进行资产监控管理，提高设备利用率，降低运行成本。

2.2.4信息发布管理需求

教室作为师生活动的主要场所，信息发布系统能够保证师生及时获取并查询到相关信息。

智慧教室可提供信息发布功能，除了显示教室信息与课堂情况外，还能够将学校的各类通知公告、多媒体信息、学校宣传片以及学校个性定制化的信息展示出来。

第3章智慧教室应用场景

3.1自动开启教室门（课前）

自动门禁系统可通过以下几种方式开启教室门：

✓在课前20分钟，系统会根据课表信息自动判断该教室是否有课，有课的教室系统会提前20分钟自动开启教室门；

✓课前，管理人员通过控制中心远程开启教室门；

✓师生刷卡开启教室门。

3.2教室环境自动调节（课前）

通过对教室温度、亮度、CO2含量的实时采集，系统可根据所采集的数据自动在课前调整教室的环境温度、亮度和空气质量。

课前10分钟：

✓系统根据所采集的亮度信息自动开启教室灯光；

✓系统根据所采集的温度信息自动开启教室空调；

✓系统根据所采集的教室空气质量信息自动开启新风系统。

3.3课表查询、教室确认、刷卡考勤（课前）

✓师生可通过刷卡进行教室课表、个人课表的查询；

✓班牌展示教室信息；

✓师生通过刷卡进行课程考勤。

3.4启动设备（课前）

教师通过刷卡打开讲台，中控面板自动解锁开启，按下系统开关键，系统将启动外置电源控制器分别给教室里面的设备供电，并自动启动普通教学所需的基本功能，包括：

✓智慧黑板或一体机交流电供电；

✓启动其他AV设备（如录播系统、实物展台）的供电；

✓调整扬声器输出的音量大小到预设的教学模式。

3.5课堂教学（课中）

教师可通过控制面板控制多媒体系统即能够：

✓调整总音量大小；

✓调整视音频输入切换：

电脑输入、笔记本输入、视频展台、其他多媒体输入；

✓开启录播系统，课程录制、课堂直播、远程互动。

分组讨论教学时，可按需进行投屏显示：

✓小组内每名成员均可将自有画面投屏到小组屏幕；

✓所有成员可将自有画面投屏到教室主屏。

3.6一键下课（课后）

上完课后，教师按下系统开关键，控制系统会自动关闭系统，将系统恢复到原始状态。

包括：

✓关闭智慧黑板或一体机；

✓逐步衰减扬声器输出到最小；

✓录播系统停止录制，后台自动上传录像文件到资源库平台；

✓当系统关闭完成后，实时反馈系统状态给网络管理软件。

网络管理软件实时了解所有设备的当前状态和系统的状态信息；

✓中控面板自动锁死；

3.7教学回顾与评估（课后）

✓教师可将教学视频根据知识点进行分段，并且可给每一个知识点附上标题与知识点的介绍；

✓师生可通过点播进行教学回顾，同时教务人员可通过直播与点播进行打点评估。

第4章智慧教室物理层示意图

第5章具体建设内容

5.1智慧教学体系

5.1.1教室布局

为构建深度交互式教学，满足分组协作等学习场景，本项目桌椅布局采用可移动式桌椅，能够灵活排列，可满足传统讲授式教学模式及分组学习、翻转课堂等创新教学模式。

本次6间教室面积为110平方米，供48名学生使用，可分成6组，每组8人。

5.1.2交互显示系统

智慧教室中可以利用现有多媒体设备进行升级改造，常见的交互显示设备包括投影仪、幕布、电子白板、触摸一体机，而智慧交互显示系统——智慧黑板则利用纳米涂层及触摸显示技术，将交互显示设备与黑板结合，具备抗暴、防水、防尘、耐用等特性，满足教学环境高粉尘、高使用频率、高安全防护的使用需求，纯平面、工业级的严谨设计，确保了整个产品的质感和品质，外观时尚、科技，与现代化教学场景融为一体。

智慧交互显示系统支持双向触控互动特性，满足课堂的各方面使用，生动的展示了教学成果，拉近了老师和学生间的距离，兼具教学、学术报告、会议、综合性研讨、演示交流及远程教学、远程改卷、远程上课，远程出题，远程会议等功能，操作简单，功能实用，效果良好，提升了教与学的效率。

智慧交互显示系统可对接教室中控网络控制功能，通过教师的手写电脑控制，也可通过校园网实现远程控制，为未来的发展提供服务。

5.1.3高清录播系统

为建设和开发优质教学资源，实现优质教学资源交互与共享，智慧教室提供了高清录播系统，能够在线完成交互教学过程的同步录制直播，形成学校的课件资源库，实现资源共享；利用录播系统实现课堂交互教学全自动录制功能，学校可根据自身教学特点展开资源共享、教学评估等工作，真正将资源、交互教学结合到一起，达到资源的高效利用。

全自动高清录播系统主要用于进行创新课教学、分组讨论教学模式的交互课堂教学，由录播主机完成各子系统的协调工作，完成老师、学生场景及计算机课件画面的采集，配合智能导播及高精度跟踪系统实现场景的智能导播切换功能，自动跟踪拍摄老师及每个回答问题学生的正面特写画面，还可以同时跟踪拍摄教室内多个黑板区、屏幕区老师及学生的活动画面，录播主机将采集的高清视音频数据流通过网络进行实时直播、同步录制存储，通过云服务器平台提供直播及资源点播。

本项目采用四机位模式：

为老师配置2台1080P高清摄像机，配合智能跟踪系统，全程跟踪拍摄老师的场景，根据系统策略实现，老师特写画面、老师全景画面、老师走下讲台跟踪拍摄等场景。

为学生配置2台1080P高清摄像机，配合智能跟踪系统，全程拍摄学生的场景，根据系统策略实现，学生全景画面、学生回答问题时特写画面，实现自动跟踪拍摄的功能。

智慧教室配置1只高集成的智能跟踪设备（具有整个教室空间内的探测、分析、跟踪控制功能，最大支持15*18米的教室）完成整个教室内老师和所有学生的自动跟踪功能。

多维空间智能跟踪设备，通过多种智能分析技术，实时扫描教室内所有人物的活动情况实时跟踪分析，高精确的检测，能够精确到厘米级，系统实时精确传输空间内目标的位置距离、移动速度、角度等信息，具有多目标同时跟踪，实施通过精确的距离、角度、速度探测分析实现厘米级的高精度定位跟踪功能，高于采用视频、图像分析等跟踪方式的设备。

5.1.4远程互动教学系统

跨系统跨平台的高清远程互动教学系统，由远程视音频互动服务器及互动客终端组成，互动终端支持智能教学网关、录播主机、计算机、智能手机、平板电脑等设备。

通过互动教学客户端实现与异地学生同步教学，实时课堂面对面的交流，授课老师可以随时向远端听课教室学生提问，听课教室的学生也可以向主讲教室提问，主讲老师与远程的学生通过录播系统实现远程面对面的交流。

主讲教室的录播系统中已经具有了互动教学的功能，无需安装其他软件就能与远程客教室进行互动，录播主机互动教学功能直接在录播的主界面完成，无需切换录播的软件界面（也不需要在调用其他的软件程序），在正常录制直播的同时就能实现与远程的互动教学功能。

互动教学时主讲老师可以切换老师画面、学生画面、计算机画面、数字实物展台画面、远程听课教室的画面，整个切换过程同步录制、直播。

录播软件具有听课教室列表，主讲教室可以选择任意听课教室进行互动教学，听课教室客户端软件接收到主讲教室的呼叫时会有铃声提示，点击应答就能与主讲教室建立视音频的互动功能。

听课教室的学生也可以申请向老师提问，当申请发言时，老师在录播主程序上就能看到该教室的发言申请，同时会听到提示铃声，老师可以点击“应答”建立互动教学，也可以选择“拒绝”该听课教室的申请。

录播互动教学软件界面

在录播界面右下侧的画面为远程的画面，在互动时录播主机可以设置为自动左右2分屏显示模式，左侧为主讲教室的画面，右侧为远程听课教室的画面。

左侧的画面可以任意切换选择老师、学生、计算机、数字实物展台等画面。

也可以切换为单画面直接显示远程的画面或主讲教室的画面。

5.1.5课堂互动系统

5.1.5.1互动软件

●课堂点名

配合学生手机端APP签到，轻松记录学生出缺席状况，节省课堂宝贵时间。

●课堂分组学习

1）人员分组

对课程内的学生进行分组，分组可共同完成分组讨论、学习等，并在小组内共享文件；分组查看查看小组内的成员、作业。

2）学习互评

可给老师提供多种评分方式：

老师评阅、学生互评、分组互评和评分计量表；可给学生之间相互打分。

●随堂测试

在课堂中编辑随堂测（即测即评）在手机上完成互动，支持单选题、多选题、判断题、填空题，即测即评。

●互动讨论

老师可以新增更多讨论区（即讨论板块），并编辑删除，课程内成员可以在板块内部展开交流讨论，用户可以在讨论区发表帖子，可对讨论区内帖子进行管理删除。

●课堂反馈

教学中，老师可随时发起调查问卷，学生可通过手机端完成问卷反馈，教师在大屏上进行展示讨论。

5.1.5.2投屏系统

1.无线支持PC和移动设备同时投屏演示，支持按键切换两画面，无需通过软件选择方式切换；

2.支持WIN7/8.1/10;MACOSX10.10及以上;iOS9.0及以上;Android5.0及以上操作系统，且MAC电脑、iPhone、iPad直接Airplay镜像输出，无需安装任何软件；

3.视频输入分辨率：

≥3840x2160；

4.H.264编码分辨率：

≥1920x1080；

4.显示端画面比例可调：

等比、4：

3、16：

9、16：

10；

5.可同时显示2路源端；

6.支持两个移动端同时两画面显示；

7.同时接入源端数量：

最大8路；

8.支持多平台两画面显示，win，mac，ios，安卓任意组合；

9.无线传输距离：

≥30米（无遮挡）；

10.无线连接方式：

PC端插入按键自动连接，自动运行，一键分享。

无需在PC上安装软件，无需占用电脑Wi-Fi。

5.2智慧管理体系

5.2.1智慧感知与控制系统

智慧感知系统主要是为智慧教室提供一个良好的硬件基础支撑环境，智慧教室的感知系统基于物联网工程信息平台，依托无线设备，构建物联网的网络层，在教学范围内形成稳定可靠的网络环境；各种接入设备（传感器件、控制器件等）通过控制线、ZigBee无线等形式接入物联网工程信息平台，构建物联网的感知层；系统通过物联网信息中心，完成数据的存储、分析和应用。

感知与控制模块包括各种传感器和控制器，用于感知环境和实现对设备的控制，通过这些模块把教室内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。

5.2.1.1统一控制管理平台

智慧教室统一控制管理平台可监控网络上多达1024个教室的所有设备；可以监控教室是否被占用，各个设备的状态等。

所有带有网络接口的控制设备以及触摸屏都可以通过网络和智能控制系统无缝地整合起来，在LAN/WAN上的任何一台PC都可以获得实时、直观的设备状态信息。

同时统一控制管理平台还是一个帮助平台，教室使用者可以通过系统和管理员进行沟通，获得帮助信息。

系统管理员和技术人员可以通过系统管理设备，进行远程系统诊断，远程调出教室控制界面帮助教室使用者控制设备。

权限机制

平台具备分权限管理模式，各系统管理员、课室维护人员的权限各不相同，比如系统管理员可以对所有教师进行删减、重新配置，而课室维护人员只能是打开机柜、开启设备等简单维护操作。

另外系统管理人员可以通过网络远程对设备进行工程调试。

远程控制

管理人员可以通过平台远程对教室设备进行全功能控制；包括：

电脑、投影机、投影幕、功放、灯光、风扇、空调、窗帘等设备；并支持对电脑，投影仪的智能延时开关机保护：

开启投影机、关闭投影机；

投影幕布升降；

切换投影机的输入源：

计算机、笔记本电脑、视频展台；

调整教室扬声器输出音量。

设备图示化管理

管理平台可以随时通过文本或图片符号状态快速查看每个教室的在线连接情况，确认每个多媒体教室系统和设备的工作状态。

其中包括：

该教室是否有人在使用：

讲台的开关状态；

投影机是否在使用；

投影机的灯泡寿命：

该数字为实时从投影机获得；

教学电脑的开关状态；

设备的连接是否正常，所有视频接口都具有断线弹窗报警功能；

教室门的开关状态；

实时显示教室的温度、亮度、设备耗电量等数据；

实时查看该教室的流媒体视频图像；

实时查看该教室的电脑桌面。

量化操作

支持批量设备开关，可自由指定整栋楼、或整层、或自定义分组教室设备批量开/关。

其中包括：

批量锁定／解锁当前群组内所有教室的中控触摸面板；

批量开启／关闭当前群组内所有教室的系统电源；

集中查看群组内所有教室的设备状态；

集中查看群组内所有教室的电脑信息；

集中查看群组内所有教室的用电信息，包括：

电流、电压、耗电量、电费；

可集中监控群组内所有教室的视频图像。

智慧课表

支持与学校课表对接，根据课表规定的时间、地点自动开启/关闭设备；支持在web管理页面直接编辑课表，实现快速调课；

可根据课表时间对教室设备的定时开关机；

按照课表信息自动给老师的IC卡授权；

根据课表信息自动管理多媒体教室，如课前教室门的自动开启、教室温度、亮度、空气质量的自动调节等。

安防监控

管理人员通过平台即可直接调用各教室监控画面，实时观测课室情况。

对每个教室进行视频监控；

对每个教室的设备如：

投影机、电脑等进行监控，支持设备拔线，后台弹窗报警；

可接入其他安防探测器，如：

红外人体感应、破窗感应等。

能源管理

通过平台软件可实时查看各课室耗电量情况，对教室的电压、电流、耗电量等自动检测和告警，主要包括：

可设定教室电压、电流阈值，超过阈值后台弹窗报警，可有效防止应电压不稳或漏电造成的设备损坏和人员触电危险。

自动统计每个教室的耗电量，并能通过当前电价自动统计电费；

大型数据库统计

支持报表统计分析并根据不同的部门要求（教务处、后勤处、国资处等）形成并输出与之相关的汇总报表（Excel格式）。

5.2.1.2智能门禁系统

智能门禁系统是结合一卡通系统和门禁系统的现有功能，针对性解决现有多媒体教室管理中存在的各种弊端，即提高教室的管理效率，又扩展一卡通系统的应用范围，整体提升学校的信息化水平。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

提供I/O报警触发端口

可与班牌对接

电子闭门器

控制门的打开、关闭

电子锁

控制门的上锁、解锁

读卡器

刷卡开门

核心产品：

Ø电子闭门器

电子闭门器也叫作电动释放器、同时也被称为自动闭门释放器，它是一种能够通过电控方式，来将门扇自动关闭的设备机构，这种闭门器，和我们过去常见的液压式闭门器是不一样的，电动闭门器能够将不定位闭门器和电磁释放器的优点和功能合二为一。

电子闭门器的内部是强力弹簧和电磁阀组成，当把门推开时压缩弹簧是由电磁阀来锁止的，这样教室门就可以保持常开的状态，当老师在教室或者管理员在控制中心按下关门键时，电磁阀就会释放反弹的冲击力关闭教室门。

Ø电插锁

电插锁是一种电子控制锁具，通过电流的通断驱动“锁舌”的伸出或缩回以达到锁门或开门的功能。

系统功能：

1）可结合课表信息，在上课前15分钟自动开启教室门锁，也可通过管理员在控制中心远程一键开启教室门锁；

2）上课时，老师可一键关闭教室门，但不上锁，迟到的学生仍可推门进入教室；

3）放学后，管理员可通过教室的视频监控或人体感应监测到教室没有人后，一键关闭教室门并上锁；

4）可通过授权的IC卡刷卡开启教室门锁。

5.2.1.3环境控制系统

教室环境控制包括教室温度、教室亮度、空气质量等的监控与调节；通过对教室环境的全自动控制，可大量减轻管理人员的工作和减少能源的损耗。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

提供红外／232控制端口，控制空调、新风系统开关

探测模块

各种传感设备，包括：

光感、温感、CO2探测等。

电源控制器

控制灯光开关

核心设备：

Ø光照度传感器

可对教室内的光线强度进行实时的测量，将测量的数据实时的传回到服务器端，服务器端根据之前设定的阈值自动开／关教室的灯光。

Ø温度传感器

可对教室的温度进行实时测量，并将测量的数据实时反馈给后台服务器端，服务器端根据之前设定的阈值自动开／关教室空调。

ØPM2.5空气质量检测传感器

可对教室的空气质量进行检测，并将检测的数据实时反馈给后台服务端，服务端根据之前设定的阈值自动开／关教室的新风系统。

系统功能：

1）自动恒温：

根据温感采集的数据结合课表信息自动开启／关闭空调系统；

2）自动照明：

根据光感采集的数据结合课表信息自动开启／关闭灯光；

3）自动新风：

根据采集的CO2浓度结合课表信息自动开启／关闭新风系统。

5.2.1.4安防报警系统

安防报警系统是保障教室设备安全的重要应用，主要有设备报警、断线报警、移动侦测报警等多种类型，主要是利用外部感应设备（红外灯、双鉴探测器、门磁等）和线路检测信号通过高清中控主机的I/O端口触发系统发生本地声光或者远程图形声音等报警，联动录像，发挥安全管理的作用。

系统结构：

设备名称

说明

备注

网络高清中控主机

提供I/O报警触发端口

报警模块

各种报警传感设备，红外灯、双鉴探测器、门磁、声光报警器等。

核心产品介绍：

Ø门磁传感器

门磁传感器是安防系统中常用的报警传感设备，一般由两部分组成，一部分是磁条，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场，另外一部分内部有一个常开型的干簧管，当磁条和干簧管靠得很近时（小于15毫米），干簧管呈闭合状态，无线门磁处于工作守候状态，当磁条离开干簧管一定距离后，干簧管断开，断开瞬间电路发出信号触发报警。

Ø被动红外探测器 

被动红外探测器，俗称红外灯，在安防上应用很广，一般有壁挂和吸顶两种安装方式的，具体探测距离和探测精度视型号不同而有所区别。

被动红外探测器是探测人体发射的红外线来进行工作的。

探测器收集外界的红外辐射进而聚集到红外传感器上。

红外传感器通常采用热释电元件，这种元件在接收了红外辐射温度发出变化时就会向外释放电荷，检测处理后产生报警。

这种探测器是以探测人体辐射为目