智能教室
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所谓智能教室，就是一个能够方便对教室所装备的视听、计算机、投影、交互白板等声、光、电设备进行控制和操作，有利于师生无缝地接人资源及从事教与学活动，并能适应包括远程教学在内的多种学习方式，以自然的人机交互为特征的，依靠智能空间技术实现的增强型教室。智能教室具体体现出装备先进(齐全)、操控便利(自如)、资源丰富(充分)、交互实时(流畅)、教学方式灵活(多样)等特征。
智能教室是数字教室和未来教室的一种形式。智能教室是一种新型的教育形式和现代化教学手段，基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智慧调节、视频监控及远程控制于一体的新型现代化智能教室系统，是推进未来学校建设的有效组成部分。
在学校，课堂教学环节是学生接受系统教育最重要的一环，做好教学互动环节，是掌握好教学环节的质量，提高教学水平的关键。现行的教学过程中，传统的签到环节、疑问确认环节、提问互动环节、课堂小测试环节存在诸多问题。签到过程中，使用纸张签到，效率低且存在代签现象，结果不便于教师统计；提问互动环节和课堂小测试的环节中，教师给出简单选择后，学生举手或者口头回答，不能获得准确的统计数据，教师只能根据大体情况来判断是否进行教学，没有准确的数据，更不能考虑后期的数据挖掘和数据统计工作。传统的教学方式已经不适应现代化教学的需要，基于物联网技术集智慧教学、人员考勤、资产管理、环境智慧调节、视频监控及远程控制于一体的新型现代化智能教室系统在逐步的推广运用。智能教室作为一种新型的教育形式和现代化教学手段，给教育行业带来了新的机遇。
从文献研究的结果来看，国内外投入使用的智能教室有许多型号，其中较典型的高校有MeGill、Northwestern、Chicago、MIT、Californiaand California State、Toronto大学等。但目前国内外关于智能教室的认识还存在着很大差异，国外大多数高校尤其是美国，更多地把装备有计算机、投影(液晶和光学)、DVD、VCR等影视设备、扩音设备和中控设备的教室称为智能教室(smart classroom)，这种教室在国内大多称为多媒体教室。另外国内有些中学也有把装有电子白板(带有交互功能投影的多媒体教室称为智能教室)，并且也开始有越来越多地中小学开始装备这种类型的智能教室。
从学术研究角度讲，目前国内外关于智能教室的研究主要集中于对智能教室实现技术的研究，智能教室优缺点以及应用效果的研究，智能教室实现功能的研究以及未来课堂研究等几个方面：在智能教室的实现技术方面，随着新的技术不断引入，以及教室设计和技术、设备及功能的选择更多地关注于使用者本身，智能教室应用技术更加先进化，智能化和强调高互动，如泛在网络技术的引入，使得课堂变得更加简洁，也利于教学者、学习者在教室中的泛在学习的发生，交互白板技术的出现使得教学者、学习者可以借助于白板和资源进行更加便利地互动，并能把互动的过程进行实时记录，智能实录系统的应用不仅解决了传统课堂教学的实录问题，还可与视讯会议系统结合，实现与远程学习者的良好互动与资源共享等。
关于智能教室的优缺点及应用效果问题也有许多学者进行了研究，如AyshaAlmus—hrafi和ZakiyaAL通过研究指出，智能教室的优势在于可以让老师同时指导远程和本地学生；智能教室提供给教师一个基于笔式的交互界面和投影显示；允许老师控制的演讲材料的展示；告知老师的课堂活动的事件；计算机允许学习者在课程学习过程中使用更多地学科知识。智能教室的不足在于在教与学的过程中很容易出现一些技术问题，还有一些老师不能够理解智能教室的应用目的和知道他们被期望在智能教室做些什么。
美国斯坦福大学的HoidnSabine对智能教室中的教与学进行了研究。研究发现智能教室不仅在教学者职业能力方面有提高，而且在技术、学习、社会与多元认知技能方面也有提高，而且，智能教室更能促进学习者向全班呈现他们的学习成果。土耳其Firat University的TuncaySevindik研究了智能教室对卫生学院学生学术成绩的影响，他通过对66名大学生的调查分析，发现通过智能教室显著增强了学生的学术成果，合理的应用智能教室可以作为面对面教育环境的一种替代和有益补充，形成一种有效的课堂环境。
英国Reading大学的Tu'lio、Tibu’rcio和EdwardF．Finch在2003-2004年进行了智能教室对学生交互行为的研究，研究目的主要是探讨新型智能教室INTEGER(Intelligentand Green)能否影响学习者在新型学习环境中的行为。通过对两个学校的案例研究发现新学习环境的移动性、灵活性、技术应用和交互等因素，能够影响学习者的积极行为。
智能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，智能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。
使学生通过智能教室实验平台，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。
从对国内外现有的智能教室进行对比和梳理过程中，我们发现依据智能教室实现的技术条件，目前的智能教室类型主要包括三种类型：
第一种是基于硬件技术的，像国外许多大学和国内的一些教育信息化装备企业将这类配有多媒体计算机、计算机网络、液晶投影、AV系统视频展示台、扩音系统等设备的多媒体教室称为智能教室，如UniversityofAlberta、UniversityofCalifornia、MahatmaGandhiUniversity等；
第二种是基于软件技术实现的智能教室，这种类型的智能教室主要是借助于网络实现的基于软件形成的虚拟智能教室，能够实现对学习者的学习支持，提供形式多样的资源和学习形式、群体交流与合作手段等，如Classroom2000?、NASA的未来教室计划等；
第三种则是综合了前两者的优点，既重视硬件技术的支撑，又借助于软件系统对硬件技术进行智能的集成控制，并对学习者的学习进行智能的跟踪和记录，还能实现现实教室与虚拟教室(面向远程学习者)之间的信息互通及群体间的互动。如加拿大多伦多大学的智能教室项目、我国清华大学智能远程教室项目?、NorthewesternUniversity的智能教室项目和华中师范大学教育信息工程中心的混合现实智能教室项等。
按实现功能类型划分，智能教室可以分为基本智能教室、交互智能教室和双向视频智能教室(DanielNiemeyer2003)。
(1)基本智能教室(EssentialSmartClassrooms)——也就是我们目前所理解的多媒体教室，是由计算机、视频、数据投影仪，集成控制面板、扩音系统等；(2)交互智能教室(InteractiveSmartClassrooms)——除具备基本智能教室的功能特征外，还更多地提供师生、生生以及学生与学习资源之间的交互；(3)双向视频智能教室(Two-WayVideoSmartClassrooms)——双向视频智能教室拥有基本智能教室的所有特征，还添加了电视摄像机和话筒，以便于进行远程教学。
除此之外，还有按照智能教室的硬件配置及适用的空间来进行区分的，如美国Clarion University：智能教室分为基本型(Basic)、教学工作站类型(Teaching Station)、科学实验室或有限空间类型(Science labs or limited space areas)、专用智能教室(Dedicated Smart Classroom)、大型场地席L堂(LargeVenue／Auditoria)和便携移动的(R—Portable Cart)五种类型；Northen Colorado university将智能教室分为触屏控制智能教室smart(touchpanelcontro1)、按钮控制高技术教室(High—TechRooms)、移动平台教室(Mobile PodiumRooms)、投影教室(Projector Rooms)和智能移动教室(SmartCart)。
智能教室建设可以用光载无线交换机构建WiFi无线局域网，覆盖智能教室，加上教室的有线网络交换机、网络路由器，从而建立融合有线网络、无线局域网的物联网关键部分——网络层，各种传感器件通过标准模块WiFi设备服务器（串口通信RS232转WiFi无线网络）无线接入物联网工程信息平台，构成全面涵盖物联网三个层次的一个统一的物联网工程实验平台。同时，其它内置WiFi模块的各种手持设备（笔记本电脑、手机等）也能无线接入该实验平台，成为物联网实验设备的一部分；师生教学、科研实践开发的其它感知模块，通过与标准的WiFi设备服务器连接，也能轻易接入该实验平台，完成测试、验证。
智能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。可以通过智能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。
智能教室主要包括以下九个系统：
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、LED显示系统
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）。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。
7、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。
8、通风换气系统
通风换气系统由抽风机、CO2传感器和配套监控软件构成。通过CO2传感器监测室内的CO2浓度，通过分析数据，根据软件预设值，当室内CO2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的浓度。
9、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。
智能教室既已搭建成一个物联网的应用场景，那学生在里面学习相关课程也可以方便进行一些列实验课程：
1、人员考勤系统
高频RFID应用实验；人员考勤系统设计实验。
特高频RFID应用实验；货物盘点系统设计实验。
3、智慧照明系统
物联网智慧灯光控制系统应用实验；物联网智慧灯光控制系统开发实训。
4、视频监控系统
物联网视频监控应用实训；物联网视频监控系统开发实训。
5、空调控制系统
实验室空调控制系统应用实训；物联网空调控制系统开发实训。
6、嵌入式实验
温湿度传感器数据采集实验；光照度数据数据采集实验；温湿度传感器数据通信实验；光照度数据通信实验。
智能教室实现的功能方面，主要包括课堂笔记的自动化、课堂实录以及电气设备控制的集成化、自动化、智能远程教学等几个方面。
(一)课堂笔记的自动化
传统课堂上往往会出现这样的一种情况：学生忙着抄录教师的板书内容，而没有时间去仔细思考内容本身，这显然对课堂学习的效率是不利的。DePauw大学的DEBBIE项目针对这个问题研发了一个系统”。该系统在课堂的每个课桌和讲台上安装了一个联网的平板电脑，教师通过笔在讲台上的平板电脑上进行板书，通过软件的支持其笔迹会被分发到每个学生的平板电脑上，在那里这些信息可以连同学生自己书写的文字一起被记录，从而免去了每个学生抄录教师板书的重复劳动。
FXPAL的Denoue和Chiu则考虑另外一种场景，他们考虑到将来无线联网手持设备的广泛运用，学生将使用自己的便携手持设备来记笔记，但由于手持设备的输入能力的有限，学生输入一个词或短语就比较费时。他们为此开发了一个软件，把其中一个学生已经输入的词或短语，通过网络传输到其他学生的设备上，并在其他学生的输入界面的候选词列表中出现这些词或短语，这样其它学生可以直接按整词或整个短语的方式输入，无需逐字输入。通过共享课堂中每个学生的劳动成果，学生在手持设备上记笔记的效率就大大提高了。
(二)记录课堂教学过程
课堂教学实录是比笔记记录更广的一个概念，教师的板书、演示讲义、现场视音频和一些其它与教学相关的线活动都可以被记录下来，并且回放。学生可利用它复习课堂内容或补学错过的课程。与此相关的研究项目包括GeorgiaTech的Classroom2000”’、加拿大McGill大学的Intelligent Classroom、Cornell大学的Lecture Browser。尽管它们实现的手段可能有所不同，但都属于这一类研究项目。
(三)促进协作学习
智能教室的环境是一个无线泛在的网络接人环境，学生可以利用无线终端进行互联，可以根据学习的需要进行小组讨论和合作学习，学习终端可以与交互显示终端进行连接，也可以与远程的学习者或专家进行互动，便于教室内学习个体，或与教室外远程学习个体的协作学习。如ArizonaStateUniversity的智能教室则是利用PDA、情境感知中间件(Context—SensitiveMiddleware)基于泛在计算和网络技术，实现小组之间的交流和合作学习”。
(四)教室中电气设备控制的集成化、自动化
加拿大McGill大学的IntelligentClassroom的另外一部分功能是在教师需要演示一个讲义时，自动准备好房间的环境并连接和配置好所需的设备。比如，放下电动屏幕和窗帘、调节灯光、打开投影机并切换到合适的视频源等等。而Northwestern大学有一个相同命名的项目，他们则考虑在教室中录制课堂录像时，自动化选取摄像机角度。通过计算机视觉方法，安装在电动云台上的摄像机镜头能够始终跟踪教师的位置变化，或者教师也可以用手势指引摄像机聚焦于某个区域。
(五)智能远程教学
如清华大学计算机系人机交互与媒体集成研究所正在进行一个samrtclassroom研究计划，即在智能教室中引入交互空间的概念，把一个普通的教室空间增强为一个教师和远程教育系统的交互界面，在这个空间中，教师可以摆脱键盘、鼠标、显示器的束缚，而用语音、手势甚至身体语言等传统的授课经验来与远程学生进行交互。现场的课堂教育和远程教育的界限被打破了，教师可以同时对现场和远程的学生进行授课。多伦多大学KnowledgeMediaDesignInstitute的ePresence项目?，目标也是让远程的学生可以实时地参与到一个现场课堂教学中，但目前在这个系统中远程学生如果想在课堂中发言，只能通过文本交谈(Chat)的方式，而在清华大学的系统中现场交互的方式要丰富的多。
- 陈卫东,叶新东,张际平.智能教室研究现状与未来展望[D].远程教育杂志.2011.4
