智能教室
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所謂智能教室，就是一個能夠方便對教室所裝備的視聽、電腦、投影、交互白板等聲、光、電設備進行控制和操作，有利於師生無縫地接人資源及從事教與學活動，並能適應包括遠程教學在內的多種學習方式，以自然的人機交互為特征的，依靠智能空間技術實現的增強型教室。智能教室具體體現出裝備先進(齊全)、操控便利(自如)、資源豐富(充分)、交互實時(流暢)、教學方式靈活(多樣)等特征。
智能教室是數字教室和未來教室的一種形式。智能教室是一種新型的教育形式和現代化教學手段，基於物聯網技術集智慧教學、人員考勤、資產管理、環境智慧調節、視頻監控及遠程式控制制於一體的新型現代化智能教室系統，是推進未來學校建設的有效組成部分。
在學校，課堂教學環節是學生接受系統教育最重要的一環，做好教學互動環節，是掌握好教學環節的質量，提高教學水平的關鍵。現行的教學過程中，傳統的簽到環節、疑問確認環節、提問互動環節、課堂小測試環節存在諸多問題。簽到過程中，使用紙張簽到，效率低且存在代簽現象，結果不便於教師統計；提問互動環節和課堂小測試的環節中，教師給出簡單選擇後，學生舉手或者口頭回答，不能獲得準確的統計數據，教師只能根據大體情況來判斷是否進行教學，沒有準確的數據，更不能考慮後期的數據挖掘和數據統計工作。傳統的教學方式已經不適應現代化教學的需要，基於物聯網技術集智慧教學、人員考勤、資產管理、環境智慧調節、視頻監控及遠程式控制制於一體的新型現代化智能教室系統在逐步的推廣運用。智能教室作為一種新型的教育形式和現代化教學手段，給教育行業帶來了新的機遇。
從文獻研究的結果來看，國內外投入使用的智能教室有許多型號，其中較典型的高校有MeGill、Northwestern、Chicago、MIT、Californiaand California State、Toronto大學等。但目前國內外關於智能教室的認識還存在著很大差異，國外大多數高校尤其是美國，更多地把裝備有電腦、投影(液晶和光學)、DVD、VCR等影視設備、擴音設備和中控設備的教室稱為智能教室(smart classroom)，這種教室在國內大多稱為多媒體教室。另外國內有些中學也有把裝有電子白板(帶有交互功能投影的多媒體教室稱為智能教室)，並且也開始有越來越多地中小學開始裝備這種類型的智能教室。
從學術研究角度講，目前國內外關於智能教室的研究主要集中於對智能教室實現技術的研究，智能教室優缺點以及應用效果的研究，智能教室實現功能的研究以及未來課堂研究等幾個方面：在智能教室的實現技術方面，隨著新的技術不斷引入，以及教室設計和技術、設備及功能的選擇更多地關註於使用者本身，智能教室應用技術更加先進化，智能化和強調高互動，如泛在網路技術的引入，使得課堂變得更加簡潔，也利於教學者、學習者在教室中的泛在學習的發生，交互白板技術的出現使得教學者、學習者可以藉助於白板和資源進行更加便利地互動，並能把互動的過程進行實時記錄，智能實錄系統的應用不僅解決了傳統課堂教學的實錄問題，還可與視訊會議系統結合，實現與遠程學習者的良好互動與資源共用等。
關於智能教室的優缺點及應用效果問題也有許多學者進行了研究，如AyshaAlmus—hrafi和ZakiyaAL通過研究指出，智能教室的優勢在於可以讓老師同時指導遠程和本地學生；智能教室提供給教師一個基於筆式的交互界面和投影顯示；允許老師控制的演講材料的展示；告知老師的課堂活動的事件；電腦允許學習者在課程學習過程中使用更多地學科知識。智能教室的不足在於在教與學的過程中很容易出現一些技術問題，還有一些老師不能夠理解智能教室的應用目的和知道他們被期望在智能教室做些什麼。
美國斯坦福大學的HoidnSabine對智能教室中的教與學進行了研究。研究發現智能教室不僅在教學者職業能力方面有提高，而且在技術、學習、社會與多元認知技能方面也有提高，而且，智能教室更能促進學習者向全班呈現他們的學習成果。土耳其Firat University的TuncaySevindik研究了智能教室對衛生學院學生學術成績的影響，他通過對66名大學生的調查分析，發現通過智能教室顯著增強了學生的學術成果，合理的應用智能教室可以作為面對面教育環境的一種替代和有益補充，形成一種有效的課堂環境。
英國Reading大學的Tu'lio、Tibu’rcio和EdwardF．Finch在2003-2004年進行了智能教室對學生交互行為的研究，研究目的主要是探討新型智能教室INTEGER(Intelligentand Green)能否影響學習者在新型學習環境中的行為。通過對兩個學校的案例研究發現新學習環境的移動性、靈活性、技術應用和交互等因素，能夠影響學習者的積極行為。
智能教室設備能夠體現物聯網的三個層次（應用層、網路層、感知層），運用感測器、射頻識別（RFID）等技術，使信息感測設備實時感知任何需要的信息，按照約定的協議，通過可能的網路（如基於WIFI的無線區域網、移動通信、電信網等）接入方式，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，實現物與物、物與人的泛在鏈接，實現對物品的智慧化識別、跟蹤、監控和管理。 同時，智能教室還能滿足學校物聯網技術專業開設的物聯網導論、感測器原理及應用、無線感測器網路及應用、RFID技術及應用、物聯網工程及應用、物聯網標準與中間件技術、物聯網應用系統設計等課程的實踐實訓教學需要，併為學生或教師的物聯網技術應用項目開發提供平臺。
使學生通過智能教室實驗平臺，能掌握物聯網技術基礎理論、物理信息系統標識與感知、電腦網路理論與技術和數據分析與信息處理技術等知識，具備通信技術、網路技術、感測技術等信息領域寬廣專業知識，具備一定的工程應用系統的開發、實踐能力和科學研究能力。
從對國內外現有的智能教室進行對比和梳理過程中，我們發現依據智能教室實現的技術條件，目前的智能教室類型主要包括三種類型：
第一種是基於硬體技術的，像國外許多大學和國內的一些教育信息化裝備企業將這類配有多媒體電腦、電腦網路、液晶投影、AV系統視頻展示台、擴音系統等設備的多媒體教室稱為智能教室，如UniversityofAlberta、UniversityofCalifornia、MahatmaGandhiUniversity等；
第二種是基於軟體技術實現的智能教室，這種類型的智能教室主要是藉助於網路實現的基於軟體形成的虛擬智能教室，能夠實現對學習者的學習支持，提供形式多樣的資源和學習形式、群體交流與合作手段等，如Classroom2000?、NASA的未來教室計劃等；
第三種則是綜合了前兩者的優點，既重視硬體技術的支撐，又藉助於軟體系統對硬體技術進行智能的集成控制，並對學習者的學習進行智能的跟蹤和記錄，還能實現現實教室與虛擬教室(面向遠程學習者)之間的信息互通及群體間的互動。如加拿大多倫多大學的智能教室項目、我國清華大學智能遠程教室項目?、NorthewesternUniversity的智能教室項目和華中師範大學教育信息工程中心的混合現實智能教室項等。
按實現功能類型劃分，智能教室可以分為基本智能教室、交互智能教室和雙向視頻智能教室(DanielNiemeyer2003)。
(1)基本智能教室(EssentialSmartClassrooms)——也就是我們目前所理解的多媒體教室，是由電腦、視頻、數據投影儀，集成控制面板、擴音系統等；(2)交互智能教室(InteractiveSmartClassrooms)——除具備基本智能教室的功能特征外，還更多地提供師生、生生以及學生與學習資源之間的交互；(3)雙向視頻智能教室(Two-WayVideoSmartClassrooms)——雙向視頻智能教室擁有基本智能教室的所有特征，還添加了電視攝像機和話筒，以便於進行遠程教學。
除此之外，還有按照智能教室的硬體配置及適用的空間來進行區分的，如美國Clarion University：智能教室分為基本型(Basic)、教學工作站類型(Teaching Station)、科學實驗室或有限空間類型(Science labs or limited space areas)、專用智能教室(Dedicated Smart Classroom)、大型場地席L堂(LargeVenue／Auditoria)和便攜移動的(R—Portable Cart)五種類型；Northen Colorado university將智能教室分為觸屏控制智能教室smart(touchpanelcontro1)、按鈕控制高技術教室(High—TechRooms)、移動平臺教室(Mobile PodiumRooms)、投影教室(Projector Rooms)和智能移動教室(SmartCart)。
智能教室建設可以用光載無線交換機構建WiFi無線區域網，覆蓋智能教室，加上教室的有線網路交換機、網路路由器，從而建立融合有線網路、無線區域網的物聯網關鍵部分——網路層，各種感測器件通過標準模塊WiFi設備伺服器（串口通信RS232轉WiFi無線網路）無線接入物聯網工程信息平臺，構成全面涵蓋物聯網三個層次的一個統一的物聯網工程實驗平臺。同時，其它內置WiFi模塊的各種手持設備（筆記本電腦、手機等）也能無線接入該實驗平臺，成為物聯網實驗設備的一部分；師生教學、科研實踐開發的其它感知模塊，通過與標準的WiFi設備伺服器連接，也能輕易接入該實驗平臺，完成測試、驗證。
智能教室基於物聯網技術，那就可以搭建成一個物聯網應用場景，既可以用於學生進行創新實驗研究，也方便教師開展科學研究。可以通過智能教室裡面的人員考勤系統來判斷教室內是否有人員，如果教室內無人，則教室內所有系統處於關閉狀態；反之，則處於工作狀態。
智能教室主要包括以下九個系統：
1、教學系統
教學系統由內置電子白板功能的觸控投影機一體機、功放、音箱、無線麥克、拾音器、問答器和配套控制軟體構成。使用內置電子白板功能的觸控投影機代替傳統的黑板教學，實現無塵教學，保護師生的健康，可在投影畫面上可以操作電腦，在每個桌位上配置問答器，實現師生互動式課堂教學。
2、LED顯示系統
LED顯示系統由LED面板拼接而成，安裝在教室黑板頂部，用於顯示正在上課的課程名稱、專業班級、任課教師、到課率、和教室內各感測器採集的環境數據（室內溫濕度、光照度、二氧化碳濃度等）。
3、人員考勤系統
人員考勤系統由RFID考勤機、考勤卡和配套控制軟體構成。在教室前後門各安裝一個RFID考勤機，採用RFID標簽（校園一卡通）對學生進行考勤統計，對進入教室的人員進行身份識別，對合法用戶進行考勤統計，對非法用戶進行告警。同時可通過WiFi無線覆蓋，在遠程對考勤情況的監控，統計以及存檔列印等。
4、資產管理系統
資產管理系統由特高頻RFID讀卡器、紙質標簽、抗金屬標簽和配套控制軟體構成。
在教室前後門各安裝一個特高頻讀卡器，對教室內的實驗儀器、設備等資產（貼有RFID標簽，標簽上存儲有設備的詳細信息）進行出入教室的監控與管理，對未授權用戶把教室內資產帶出教室進行告警，方便設備管理人員對教室設備的統一管理。
5、燈光控制系統
燈光控制系統由燈光控制器、光照感測器、人體感測器、窗帘控制系統和配套控制軟體構成。首先通過人體感測器來判斷教室內對應位置是否有人，此位置無人，則燈光控制系統及窗帘控制系統處於關閉狀態；反之，處於工作狀態。
6、空調控制系統
空調控制系統由中央空調電源控制器、溫濕度感測器和配套控制軟體構成。通過溫濕度感測器監測室內溫度，通過分析數據，根據軟體預設值，當室內溫濕度高於最高門限值時自動開啟空調。當室內溫濕度低於最底門限值時自動關閉空調，實現室內溫濕度的自動控制。
7、門窗監視系統
門窗監視系統由窗戶門磁模塊及配套軟體組成。窗戶門磁模塊用於檢測門和窗戶的開關狀態，並將狀態信息及時上傳至伺服器。同時設置敏感時段，實施對窗戶的自動監視和報警。
8、通風換氣系統
通風換氣系統由抽風機、CO2感測器和配套監控軟體構成。通過CO2感測器監測室內的CO2濃度，通過分析數據，根據軟體預設值，當室內CO2濃度高於軟體門限值時自動開啟抽風機來進行換氣，通過補充室外空氣來降低室內CO2的濃度。
9、視頻監控系統
視頻監控系統由WiFi無線攝像頭和配套監控軟體構成。視頻監控可為安防系統、資產出入庫、人員出入情況提供查詢依據。在教室前後門口各安裝一個WiFi無線攝像頭監控人員出入和資產的出入庫情況，在教室內安裝一個WiFi無線攝像頭監控教室內部實時情況，所採集的影像經由遠端射頻單元傳送至終端管理電腦，提供實時的監控數據。
智能教室既已搭建成一個物聯網的應用場景，那學生在裡面學習相關課程也可以方便進行一些列實驗課程：
1、人員考勤系統
高頻RFID應用實驗；人員考勤系統設計實驗。
特高頻RFID應用實驗；貨物盤點系統設計實驗。
3、智慧照明系統
物聯網智慧燈光控制系統應用實驗；物聯網智慧燈光控制系統開發實訓。
4、視頻監控系統
物聯網視頻監控應用實訓；物聯網視頻監控系統開發實訓。
5、空調控制系統
實驗室空調控制系統應用實訓；物聯網空調控制系統開發實訓。
6、嵌入式實驗
溫濕度感測器數據採集實驗；光照度數據數據採集實驗；溫濕度感測器數據通信實驗；光照度數據通信實驗。
智能教室實現的功能方面，主要包括課堂筆記的自動化、課堂實錄以及電氣設備控制的集成化、自動化、智能遠程教學等幾個方面。
(一)課堂筆記的自動化
傳統課堂上往往會出現這樣的一種情況：學生忙著抄錄教師的板書內容，而沒有時間去仔細思考內容本身，這顯然對課堂學習的效率是不利的。DePauw大學的DEBBIE項目針對這個問題研發了一個系統”。該系統在課堂的每個課桌和講臺上安裝了一個聯網的平板電腦，教師通過筆在講臺上的平板電腦上進行板書，通過軟體的支持其筆跡會被分發到每個學生的平板電腦上，在那裡這些信息可以連同學生自己書寫的文字一起被記錄，從而免去了每個學生抄錄教師板書的重覆勞動。
FXPAL的Denoue和Chiu則考慮另外一種場景，他們考慮到將來無線聯網手持設備的廣泛運用，學生將使用自己的便攜手持設備來記筆記，但由於手持設備的輸入能力的有限，學生輸入一個詞或短語就比較費時。他們為此開發了一個軟體，把其中一個學生已經輸入的詞或短語，通過網路傳輸到其他學生的設備上，併在其他學生的輸入界面的候選詞列表中出現這些詞或短語，這樣其它學生可以直接按整詞或整個短語的方式輸入，無需逐字輸入。通過共用課堂中每個學生的勞動成果，學生在手持設備上記筆記的效率就大大提高了。
(二)記錄課堂教學過程
課堂教學實錄是比筆記記錄更廣的一個概念，教師的板書、演示講義、現場視音頻和一些其它與教學相關的線活動都可以被記錄下來，並且回放。學生可利用它複習課堂內容或補學錯過的課程。與此相關的研究項目包括GeorgiaTech的Classroom2000”’、加拿大McGill大學的Intelligent Classroom、Cornell大學的Lecture Browser。儘管它們實現的手段可能有所不同，但都屬於這一類研究項目。
(三)促進協作學習
智能教室的環境是一個無線泛在的網路接人環境，學生可以利用無線終端進行互聯，可以根據學習的需要進行小組討論和合作學習，學習終端可以與交互顯示終端進行連接，也可以與遠程的學習者或專家進行互動，便於教室內學習個體，或與教室外遠程學習個體的協作學習。如ArizonaStateUniversity的智能教室則是利用PDA、情境感知中間件(Context—SensitiveMiddleware)基於泛在計算和網路技術，實現小組之間的交流和合作學習”。
(四)教室中電氣設備控制的集成化、自動化
加拿大McGill大學的IntelligentClassroom的另外一部分功能是在教師需要演示一個講義時，自動準備好房間的環境並連接和配置好所需的設備。比如，放下電動屏幕和窗帘、調節燈光、打開投影機並切換到合適的視頻源等等。而Northwestern大學有一個相同命名的項目，他們則考慮在教室中錄製課堂錄像時，自動化選取攝像機角度。通過電腦視覺方法，安裝在電動雲臺上的攝像機鏡頭能夠始終跟蹤教師的位置變化，或者教師也可以用手勢指引攝像機聚焦於某個區域。
(五)智能遠程教學
如清華大學電腦系人機交互與媒體集成研究所正在進行一個samrtclassroom研究計劃，即在智能教室中引入交互空間的概念，把一個普通的教室空間增強為一個教師和遠程教育系統的交互界面，在這個空間中，教師可以擺脫鍵盤、滑鼠、顯示器的束縛，而用語音、手勢甚至身體語言等傳統的授課經驗來與遠程學生進行交互。現場的課堂教育和遠程教育的界限被打破了，教師可以同時對現場和遠程的學生進行授課。多倫多大學KnowledgeMediaDesignInstitute的ePresence項目?，目標也是讓遠程的學生可以實時地參與到一個現場課堂教學中，但目前在這個系統中遠程學生如果想在課堂中發言，只能通過文本交談(Chat)的方式，而在清華大學的系統中現場交互的方式要豐富的多。
- 陳衛東,葉新東,張際平.智能教室研究現狀與未來展望[D].遠程教育雜誌.2011.4
