智能教室解决方案.doc

宁 波 市 江 北 教 育智能教室解决方案能士智能港科技发展有限公司2011年6月智能教室解决方案1. 系统概述传统的课堂教学模式是教师采用口授的方法，使用黑板、粉笔；学生面对的是老师、教材和黑板。这种教学形式单一，教学效果很大程度上取决于老师的个人才华和学生的学习兴趣。随着时代的进步，各种器材被应用在教学中如无线话筒、投影仪、幻灯机等，提高了教学效果；同时大量教学录像片纷纷涌现，使教育飞跃了时空的限制。计算机技术的长足进步、多媒体视频系统的大量开发生产，为现代教育媒体提供了一个新的传递工具。智能教室系统将电化教学、计算机辅助教学和多媒体演示手段有机结合,构建了现代化的视听教学环境。利用其高科技信息技术改革教学手段和教学方法，提高教学质量在国内外已达成共识，也是课程建设的发展方向。把信息技术与课程的整合不是把信息技术仅仅作为辅助教或辅助学的工具，而是强调要利用信息技术来营造一种新型的教学环境。“整合”的实质与落脚点是变革传统的教学模式，即改变“以教师为中心”的教学模式，创建新型的、既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的教学模式。令教学手段更为丰富，教学过程更加生动，从而可以提升学生的学习兴趣和学习效果。智能教室提供分布式的多媒体交互，用来远程教学。它在软件平台基础上，有效地集成分布的软硬件模块，建立一个整体提供智能服务、具有自然人机交互界面、并完成特定应用的物理环境。它的研究主要分为两个部分：一方面是研究建立一个智能交互空间，允许老师在这个空间中自然的使用计算机，给远程的学生上课；另一方面是研究在异构复杂的网络条件下进行大规模的协同课堂讨论和学习。 教学过程的自动记录以及回放是必不可少的。这样，我们有选择的记录下课堂上一些特定的视频、音频、超媒体数据，以及相关的事件，随着课堂的完成，教学课件也随然而生，而且很容易做到课件的真实、容易接受、现场感强等特点，这都是远程教学领域里所追求的目标。目前智能教室提供的交互手段有视频、音频、网页的协同浏览和批注。这些数据都应该尽可能全的保存下来，以保证记录的完整性。2. 系统建设目标智能教室的建设是教育信息化建设的一个较高级层次，是在电教中心、网络中心、电子图书馆及教学服务管理系统建设基础上，整体规划、合并统一整合而成的功能更加强大的教学系统，其首要目的是为教和学服务。智能教室的建设过程及其全方位应用，对于转变教育思想和观念，加快学校发展和管理手段的现代化，提高教育的质量和效率有积极作用。是在对传统课堂教学模式进行反思的基础上，以学生学会学习为核心，以关注学生学习的全过程为重点，整合接受式学习、合作式学习、探究式学习、自主学习等多种学习方式，探索智能化环境下新的课堂教学模式，从而寻求信息技术环境下更加有效的学习方法和教学方法，促进创新型人才的培养。多媒体教学信息实时传输系统建成后能实现：主讲教室教学信息共享，可上公开课或者进行大型学术报告等教学方式，使优秀教师资源得到充分利用。同时该系统具有听课教室无人值守的特点，使用该系统时，先由控制中心进行相应授权，然后只需在主讲教室进行人工操作，听课教室自动开启多媒体设备，进入接收主讲教室教学信息状态，无需专人开启。多媒体教学远程接收系统建成后可实现：任一听课教室都可以有选择地接收来自主讲教室的教学信息，并与教学现场效果一致。听课教室可以同屏看到主讲教室的教师授课、课堂场景、计算机画面以及视频设备播放的内容。采用同屏多画面分割显示方式，场景和教案互不遮挡，可互为主子屏幕，并可放大至满屏显示。通过网络传输，实现与华中农业大学、东北农业大学同步（或实时）授课的功能。课件实时制作与点播系统建成后能够实现：在教师讲课时，可同步录制讲课信息，并生成相应的教学课件，保存至课件服务器，以供学生随时通过网络进行点播。同时利用纯硬件的VGA采集压缩编码技术实现老师的讲稿、多媒体课件、现场多路的音视频信号实时采集、压缩、编码，以标准的流媒体方式实现在网络中的传输、管理、控制，支持网络的点播、广播、直播、存贮、后期编辑等多种利用。远程集中管理各个多媒体教室系统建成后可实现：在控制室就可以通过网络远程管理各个教室，包括：远程开启电子讲台，控制教室单个设备（如投影机、屏幕等），监控各教室使用情况和设备运行情况。能全面发挥微格教室作用系统建成后可实现：教师通过观看自己的课堂实录可以发现教学中的不足，并客观的评价整个教学过程中的成败，对提高新教师的教学水平、老教师教学工作的改进都有重要的指导作用。在日常教学中，通过观看其他教师的课堂实录，可以互相观摩交流，取长补短，共同提高教学水平。3. 系统组成智能教室集成多媒体互动式教学（智能教室管理、交互式电子白板、电子书包、全自动录播、远程教学），环境监控管理（教学环境监控、智能照明、电动百叶窗控制等），集中控制系统，融教学管理、教学资源管理、全功能考场作弊信号屏蔽、环境监控、远程巡检等超强功能于一体。智能化教室解决方案为学校教室管理开创了先进的、开放式的智能化教学环境，即过去单一的教室的运行、检测与管理模式无法适应现在全面开放、支持与服务运行的体系。 多媒体互动式教学智能教室管理：在教学服务过程中，管理人员可以通过系统，对各教室进行使用日常管理，包括开启关闭管理、教室分类管理、智能教室设备管理、教室任务管理等等 交互式电子白板在教学过程中通过交互式电子白板实现了白板与计算机之间的双向交互通信与操作，替代传统黑板担当起基础教育信息化进程中课堂教学主流技术的重任，更能激发学生学习兴趣，发挥教师的创造性，提高教学效果，推动信息现代化建设等方面的作用。 电子书包电子书包是一个移动的互动互联平台，在这一平台上，学生可以随时随地主动学习，实现自我管理，让学生告别了沉重的书包，通过信息化的手段减轻学生负担，灵活教学，提高教学的趣味性。老师也便于备课，可以随时随地与学生互动交流。 远程教学课堂教学过程中，可实现远程辅助授课教师进行课程录像制作，管理人员可以通过系统实现了远程辅助教学，将优秀教师授课过程示范转播出去或在。 环境监控管理教学环境监控：在课堂教学时，系统对多个教学现场进行观摩监控，并且能够集中或单独显示各个教学现场的图像。当智能教室内进行考试时，集控系统还可以起到考场的电子监控功能，实现考试的网上巡查其他环境监控：能够实现对教学楼数字化的管理。对教室门禁开关、照度、温度、湿度、水浸、烟雾数据的采集、统计和分析，进行监控管理。 集中控制系统还可以通过精确分类/统计/分析，给管理者提供各种使用信息数据，并对各个系统功能进行集中控制。4. 多媒体互动式教学系统目前，在多媒体教室的应用中，常用的解决方案以投影机、实物展台、计算机等为主。这样的解决方案能方便的将实物、计算机教学课件、视频、音频等教学内容呈现在学生面前，然而在绝大部分教学实践中，传统的“板书”依然是最常用的教学手段，因为通过板书，教师可以即兴地插入教学内容，可以有效地控制教学进程。于是，多媒体教室和板书相结合的方式成为许多教师喜欢的教学模式。交互式电子白板正是在这种需求背景下进入到教师和学生中间，逐渐成为不可或缺的教学工具。教学功能，在平常上课的时候老师可以控制让所有学生的屏幕同步显示当前教师机的画面，也可以与学生互动，让学生操作教师机画面。老师还可以在教师端监控所有学生机的屏幕操作，该功能尤其适用于上机考试。 另外该系统还包括声音广播、双人对讲、多人会话、声音监听、影音广播、网上讨论、电子画板、发布消息、发布文件、收取文件、提交文件等功能，这些都是老师上课时最常用的功能。教学管理功能，多媒体互动教室的教学管理功能可保证教学的顺利进行，包括班级模型、分组管理、点名签到、锁定电脑、黑屏肃静、电子举手、拨网线保护、屏幕日志、禁止运行某些程序等。维护方面，为方便老师对多媒体互动教室的维护，多媒体互动教室提供远程设置、远程开机、远程关机、远程重启、远程遥控、电脑信息、音量设置、显示分辨率及色彩设置等功能。4.1. 互动教室方案优势为教师机和学生机配备全触摸的嵌入式一体机，老师和学生可以完全不用借助鼠标和键盘完成所有操作，老师可以利用系统配备的白板功能轻松进行形象生动的教学。简单易用，多媒体互动教室软件使用图形化界面，每个功能都有相应按钮，操作上一目了然，使教师一看就会，轻松上手。国内领先的优异性能，一流的屏幕广播速度，可以实时广播多媒体课件中的各种动画效果，使得多媒体互动教室特别适合多媒体课件的教学。采用音频混合技术，支持多人同时用语音进行交谈，结合声音广播、声音监听、双向对讲、多人会话、以及分组功能，用多媒体互动教室软件可以方便地实现功能强劲的语音教室。多媒体互动教室独创的缩略图显示方式，可以把整个班级的全部学生端电脑的屏幕画面同时显示在教师端，让教师方便地一览全局。实用丰富的教学功能，多媒体互动教室提供了实用丰富的教学功能，包括屏幕广播、影音广播、声音广播、下发程序、收集作业、集体讨论、点名签到等。支持多种教学策略，可以用广播的功能，把自己的屏幕广播给大家，也可以让学生协同操作，边看老师的演示边操作学习，老师还可以利用多媒体互动教室的“分组讨论”功能，让学生协作完成一个学习任务。教学管理功能，在多媒体互动教室中，各项功能都是受老师的控制，可以远程设置学生机，而且多媒体互动教室也增强了很多老师与学生互动的功能，如“远程遥控”、“双向对讲”、“网上讨论”，这些都充分保障了学生和老师之间的交互。为保证教学的顺利进行，老师希望多媒体互动教室软件能帮助其的管理好学生的情况。多媒体互动教室软件提供了锁定电脑、黑屏肃静、拨网线保护、屏幕日志、禁止运行某些程序等功能多媒体互动教室的日常维护工作量很大，老师没有太多的时间进行多媒体互动教室的维护，希望多媒体互动教室软件可以提供很好的维护功能。多媒体互动教室具有远程设置、远程关机、远程重启、远程开机、文件发布、收取、删除、远程命令、远程遥控等功能。我们的多媒体互动教室系统具有极强的系统稳定性，由于采用嵌入式硬件系统，硬件故障率极低。我们的多媒体互动教室方案是采用软硬件结合实现，硬件全部采用嵌入式的可触摸一体机，安装简单，升级维护十分方便。另外，我们提供完善的售后服务，专业的技术支持，让您无后顾之忧。4.2. 互动教学的特点 在智能教室中互动教学是一个动态的过程，它贯穿于学习者整个学习过程中，学习者要进行学习活动必须在数字化学习环境中不断地进行相互交流与信息交换。其特点主要表现为：互动教学具有主动性。智能学习环境中的交互活动是以学习者为中心的，互动活动是否发生、如何进行完全是由学习者根据自己学习需要而定，学习者是学习的主体，由学习者自主控制交互活动。交互方式灵活多样性。智能学习环境给学习者提供了多种交互方式与交流手段，学习者既可选择异步方式，也可利用聊天室、电子白板、在线会议等同步方式进行交互。交互对象的多样性。传统教学过程中，互动与交流活动常常局限于一个班级教室内，交互活动的人数受到限制。在智能学习环境中交互对象不受人数的限制，交互对象可以是教师群体、学生群体以及其他的网络访问者，除了人与人之间的交互活动外，还有人机交互。交互活动具有间接性。智能学习环境中的互动交流活动不受时间、空间的局限，交互活动具有间接性、隐蔽性，与他人的交互活动多数是通过人机人的方式发生的，交流过程中不受情感因素的影响，往往通过文字、声音、图像、图表等符号实现，不同于传统课堂中用语言、动作、表情的直接交互活动。交互通过具有独立性、可拓展性。在智能学习环境下交互通道各自独立、互不相交、互不干扰。在传统公共空间的交流活动中，学习者必须顺序发言，同步交互，共用一个交互通道。在智能环境下，各个交互通道相交，如：多个学生可同时向教师提出各自的见解而不相互干扰。根据实际需要，可开辟拓展交互通道。4.3. 互动教学模式的建构智能学习环境中互动教学模式建构的关键，是如何有效应用信息技术的优势来更好地达到课程学习的目标，培养学生的信息素养、创新精神和实践能力。因此，要培养学生学会把信息技术作为获取信息、探索问题、协作讨论、解决问题和构建知识的认知工具和情激励的工具。主要有下几种较为成功的互动性学习模式。合作式互动模式。“学会合作”是21世纪每个人都应该具备的素质。合作学习对学习者的自身知识意义的建构极其重要。它主要通过协商与会话的形式，使学习者与周围环境相互交流，促进学习群体对当前所学知识深刻而全面的理解，达到真正完成意义建构。而智能数字化的学习环境，为实现合作式学习提供了良好的技术基础和支持环境。不同地区（或同一地区）的学校、班级，各自组成合作学习小组，围绕同一主题。借助等网络通讯工具，实现相互之间的交流，参加各种类型的对话、协商、讨论活动，培养独立思考、求异思维、创新能力和团队合作精神。情景探究型互动模式。一定的社会行为总是伴随行为发生所依赖的情境。如果要求学习者理解这种社会的行为，最好的方法是创设同样的情境，让学生具有真实的情境体验，在特定的情境中理解事物本身。根据一定的课程学习内容，利用多媒体集成工具或网页开发工具将需要呈现的课程学习内容以多媒体、超文本、友好交互等方式进行集成、加工处理转化为数字化学习资源，根据教学的需要，创设一定的情境，并让学习者在这些情境中进行探究、发现，有助于加强学习者对学习内容的理解和学习能力的提高。自主式互动模式。学习者借助智能数字化学习环境和学习资源，通过网络查询、网页浏览、阅读下载网上信息或调用网络学习软件来进行学习交互活动。在这种互动活动模式下，学习者可自己安排时间，选择合适的地点，按照自己的需要选择学习资源来进行学习，从而有效实现个别化教学。师生互动学习模式。在数字化的学习环境中，师生通过交互机制展开讨论与协商，最后取得一致意见。在这种互动活动中教师常作为活动的引导者，帮助者，学生是积极的参与者。老师们在网上及时地加以辅导，批改和解答。从而进一步提高了教育的育德性、交互性、生动性。综上所述，智能教室互动式学习过程是一个学习者在交流互动中“有组织”的过程，智能学习环境中的交互机制赋予学习者对信息进行动态控制的权利，对学习内容的呈现和学习进度都可自行控制，不仅拓宽了互动内容的广度，也提高了互动的深度。为学习者的能动性、创造性的发挥提供了更为广阔的可能性空间，当然，智能环境下的互动活动是一个非常复杂的过程，它往往受到学习者认知心理因素、情感因素及网页界面、交互方式和网络传输速度的影响。因此，如何运用智能学习环境下互动活动的优点，有效的进行数字化学习值得进一步探讨和研究。5. 智能教室管理功能智能教室集控系统软件向管理者提供任务列表功能，使之能够全面地了解运行所管辖的智能教室的运行状况。可根据智能教室的校区，教学单位，设备故障状态等不同属性设置不同的类别进行分组和分区，从而使得智能教室管理更加合理便利。在对智能教室的日常管理中，还可支持按智能教室的状态，实行分类管理。比如统一处理设备故障教室。智能教室集控系统软件支持教师授权管理，管理他们的使用期限，教室的使用权限。还可以配合授权卡发卡系统，发放管理授权卡。为帮助管理者做好管理工作，系统向管理者提供系统日志，记录系统以及系统管辖的智能教室内，每日使用的详细信息。还可通过系统，进行教室空闲情况的分析并将结果及时反馈学生和管理机构，使学生方便、快捷的找到空闲教室，利用现用现代化信息化技术解决教室管理面临的诸多问题，促进教室管理工作效率，减轻管理教师的不必要工作量负担，科学记录和分析教学设施、设备使用情况。实现学生与教师对教室的预约管理，教室使用情况的统计，提高教学资源分配的效率。6. 交互式电子白板的功能特点 直观显性操作：几何画板，信息技术课（显现隐性操作过程）易重难点化解：突出要点，推理论证（划批、标注、局部放大、 回放）演示再现规范：汉字书写，图表制作（硬笔、软笔、色笔、莹光笔、汉字识别、绘制图形）图象变化灵活：视频调用，平面、立体（复制、放大、缩小、翻 转、平移、拖拽）资源利用简便；同屏多层，组合套用 （多媒体）动态存储回放；展示思维过程，文字教学，计算过程师生互动增强；亲和性、参与性、探究性提高网学视频交流；实时在线、远程互动7. 电子书包功能特点收发通知：主要提供发布和查看各类通知。帐号管理：系统账号设置，并为家长、学生、老师等角色分配不同的账号。班级管理：是电子书包应用系统中的基本组织单元，系统需要提供功能用于班级的创建，班级老师的设置，为班级添加学生，班级的升级等管理功能。收发消息：消息用于个人到个人的信息沟通，而通知则用于向集体发布正式的信息。消息功能包括：发布消息、查看消息、消息统计、请假功能。发布作业：学生的作业是巩固学习成果，检查学习效果的有效手段，作业也是学生的主要任务。作业模块包括布置作业、查看作业、作业统计等功能。发布成绩：主要包括公布成绩和查看成绩两个功能。考勤管理：通过链接读卡机，将学生进入学校和离开学校的时间记录在系统中。家长和教师可以查看学生的考勤记录，家长也可设置要求将考勤情况第一时间发送到小灵通等移动终端上。家教秘书：家教小秘书是学校的教育资料库，包括各类数字教育资料、电子教育杂志等，家长可以查阅，找到适应孩子的教育方法，也可以留言、讨论各自的教育经验。此外，还设有定时讲座和家长教育功能，可在线与老师交流，促进家庭教育，帮助孩子健康成长。短信：系统提供与其他移动终端收发短信的功能。荣誉榜：本功能可以将教师对学生的表扬公布在应用中，用以鼓励学生更好的学习与表现，同时树立好的典型和榜样。8. 全自动录播功能全自动录播系统可实现多个场景之间，依据动作、声音或其它因素自动切换，进行全过程、全部场景的无人值守自动切换录制和自动编辑。经过自动切换和编辑后，系统输出最符合教学现场的单一画面，生成类似电影模式的教学录像。在全自动录制过程中，教师不需要做额外的控制，就可以完成整堂课程的录制。能自动变换景别拍摄，在连续的一次录像中，为了保证主体内容生动、准确，有下列不同景别的画面：教师近景、教师板书、教室全景、学生全景。全自动录播系统支持授课教师在课程录制中，手动选择录制内容、控制录制过程。教师根据教学需要，可以指定仅录制电脑课件和声音（比如计算机类课程、制图类课程），或者可以指定只录制某一场景的画面（比如试验课程、操作课程）。 系统在录播过程中，授课教师可以一键式启动录播。为方便课间休息，能提供录播暂停功能，恢复后继续从原停止位置录播，不另行生成文件，不影响最终录制结果。在使用过程中，支持画中画录制方式，即教师课件内容为基础画面，教师讲解图像为画中画的小窗口画面。两个场景合成一幅画面，不以浮动窗口的形式出现。教师课件内容画面的录制分辨率能达到1024*768。 系统为保护知识产权，可以在录制过程中，录像的全程每一帧图像都可插入学校的标志、授课教师姓名、课程名称、课标，特别是在反映教师课件内容的图像中。 支持设置录像的片头片尾，开始录制或直播前，系统应可根据教师个人喜好自动或手动设置、选择合适的片头、片尾图片及文字信息。 支持在录制的过程中，在网络上进行直播，学生根据自身的状况 全自动录播系统支持接入用于现场师生互动拍摄的学生互动模块，同时内置了经过多年实践认可的摄像机跟踪调度算法，保障摄像机对目标的跟踪和拍摄。9. 远程教学智能教室系统提供了强大的远程控制操作功能，管理人员可以通过系统，远程接管智能教室内的设备，控制设备操作，如开启关闭、播放暂停、设备切换等等。支持管理者远程控制相关设备帮助操作设备完成授课过程。同时还可以对智能教室的授课计算机进行远程桌面接管，帮助授课教师演示课件。智能教室提供了远程辅助录制功能，专业人员可以远程控制智能教室中录制设备，实现摄像机的控制，多个设备场景画面的切换，同时可以设定录制的分辨率、码率、格式等各种参数。无需授课教师操作，由专业人员通过系统远程辅助完成所有辅助教学活动，顺利实现直播和录制。系统可支持录制中的现场自动、现场手动、远程辅助三种录制模式的无缝转换，转换中不影响直播和录制效果。10. 环境监控与管理10.1. 教学现场监控智能教室集控系统帮助管理者更好的了解教学现场的实时状态，提供了课堂展示的功能。可支持巡视所有监控型智能教室，巡视的顺序可以事先按分组、分区的方式设定。支持电视墙设备接口，展示多个教室现状，实现诸如教学现场监控、考场电子巡视等教学需求。还支持在课堂展示功能应用时，管理人员可以对任意教室图像进行监控录制，录制时生成视频文件，存放在预设的地址备用。教学现场监控建设目的：考试时监看各班纪律情况；班级自习时监看纪律情况；监控教师上课情况，了解教师执教态度、特点、优缺点；防盗监控；优秀教师重要课程实况录像，以利于其他教师观摩、学习；学校重点课程资料留存等。教学现场监控系统主要由摄像部分传输部分控制部分以及显示记录部分四大部分组成。（1）摄像部分摄像部分是电视监控系统前沿部分，是整个系统“眼睛”，摄像机把监视到内容变为图像信号，视频服务器将数字音视频信号传送到控制中心监视和存储设备。摄像部分是系统原始信号源，摄像部分好坏以及产生图像质量影响着整个监控系统质量。电视监控系统采用具有清晰度高灵敏度好的摄像机。（2）传输部分电视监控系统传输部分主要由图像信号传输、声音信号传输，以及对摄像机、镜头、云台等进行控制控制信号传输。要求图像传输后不会产生噪声失真，可以保证原始图像信号清晰度及灰度等级，可利用学校现有局域网进行传输。（3）控制部分控制部分可采用计算机鼠标、键盘进行控制，也可用集控一体化主机进行集中控制。（4）显示和记录部分显示部分主要设备是计算机显示器，以方便管理人员对前端监控点进行控制时使用。10.2. 照明智能监控在智能教室采用智能照明控制系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按先设定的若干基本状态进行工作，这些状态会按预先设定的时间相互自动