程 敏

（華僑大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心，福建泉州 362021）

信息化環(huán)境中智慧教室的構(gòu)建

程 敏

（華僑大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心，福建泉州 362021）

隨著信息技術(shù)與教育融合創(chuàng)新發(fā)展，以智慧教室為代表的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的設(shè)計(jì)與應(yīng)用已得到廣泛關(guān)注。文章通過對智慧教室概念的研究，闡述了智慧教室區(qū)別于以往多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)化教室的主要特征；同時(shí)，根據(jù)智慧教室的設(shè)計(jì)思路和注意事項(xiàng)，設(shè)計(jì)出智慧教室的總體架構(gòu)。文章認(rèn)為，結(jié)合高校的實(shí)際情況，可從硬件環(huán)境和軟件環(huán)境兩個方面協(xié)同實(shí)現(xiàn)智慧教室。

信息化；環(huán)境；智慧教室；軟硬件；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”思維下，高校如何進(jìn)一步促進(jìn)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變、進(jìn)一步促進(jìn)教育信息化的發(fā)展，是時(shí)代賦予我們將信息技術(shù)與教育融合創(chuàng)新發(fā)展的機(jī)遇。因此，構(gòu)建學(xué)習(xí)環(huán)境是實(shí)現(xiàn)教與學(xué)方式變革的基礎(chǔ)，智慧學(xué)習(xí)環(huán)境是信息技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，對教與學(xué)有著革命性影響[1]；智慧教室是教室信息化建設(shè)的最新形態(tài)，是一種典型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境[2][3]；構(gòu)建智慧教室是教育信息化背景下學(xué)生對學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)展的訴求，是實(shí)現(xiàn)教與學(xué)方式變革的支撐條件，也成為各學(xué)校促進(jìn)教學(xué)發(fā)展的新理念、新模式、新趨勢。

一 智慧教室的概述

1 傳統(tǒng)多媒體教室的弊端

隨著多媒體教學(xué)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，多媒體教室越來越普及，雖然對提高教學(xué)水平發(fā)揮了一定的作用，但早期規(guī)劃設(shè)計(jì)的瓶頸在使用、管理和維護(hù)方面暴露出的問題也日漸突出，嚴(yán)重影響了正常的教學(xué)秩序。傳統(tǒng)多媒體教室普遍存在著以下弊端：①建設(shè)場地多，需要統(tǒng)一平臺集中管理；②設(shè)備操作缺乏防護(hù)，造成設(shè)備損壞；③設(shè)備存在被盜的安全隱患；④多媒體教室運(yùn)行狀況得不到及時(shí)反饋；⑤多媒體教室缺乏可視化管理；⑥重管理輕服務(wù)的模式，難以為師生提供完善的信息服務(wù)；⑦缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和全面的整體建設(shè)規(guī)劃，不利于可持續(xù)發(fā)展。

由此可見，傳統(tǒng)多媒體教室已不能滿足信息化教學(xué)的需求。隨著智慧地球、智慧城市等概念的提出和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，教室信息化建設(shè)應(yīng)從頂層設(shè)計(jì)理念出發(fā)，著重考慮以人為本、面向服務(wù)、信息互通、數(shù)據(jù)共享，能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、高效、隨時(shí)隨地向全校師生提供跨部門管理業(yè)務(wù)的信息化服務(wù)。為此，以信息化、個性化、智能化等為特征的智慧教室孕育而生。

2 智慧教室的概念

國外從2003年開始、國內(nèi)自2008年之后，研究者就開始對智慧教室從不同角度進(jìn)行界定和描述，然而他們對智慧教室的概念認(rèn)識存在的共同點(diǎn)是利用新興技術(shù)構(gòu)建教與學(xué)的環(huán)境，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)和相關(guān)技能的提高。本文認(rèn)為智慧教室是基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和泛在網(wǎng)絡(luò)等新興信息技術(shù)，構(gòu)建一個以互動為核心，提供個性化師生服務(wù)、進(jìn)行智能化管理、實(shí)現(xiàn)多元化交互教學(xué)的物理環(huán)境與虛擬環(huán)境相融合的學(xué)習(xí)環(huán)境。

3 智慧教室的特征

區(qū)別于以往多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)化教室，智慧教室的主要特征體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）教材多媒體化：提供智能和豐富的學(xué)習(xí)教材，開發(fā)學(xué)生潛力，并提高學(xué)習(xí)效果。

（2）資源共享化：建立泛在的學(xué)習(xí)資源環(huán)境，有效拓展學(xué)習(xí)時(shí)空，并且與校內(nèi)外資源系統(tǒng)無縫整合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通、資源共享、個性化推送等，突破傳統(tǒng)課堂邊界。

（3）教學(xué)多樣化：提供便捷、自然、友好的人機(jī)交互以及高效的信息獲取，實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為主體的多種教學(xué)模式，從而提高學(xué)習(xí)、討論和協(xié)作的效率。

（4）學(xué)習(xí)個性化：提供方便、快捷的學(xué)習(xí)支助服務(wù)和學(xué)習(xí)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)線上和線下、正式學(xué)習(xí)和非正式學(xué)習(xí)的結(jié)合，為每個學(xué)習(xí)者提供個性化學(xué)習(xí)。

（5）活動協(xié)作化：學(xué)生在課堂上不僅能聽、能看，更能與老師和同學(xué)進(jìn)行互動、交流，使學(xué)生有更強(qiáng)的參與感，使教學(xué)活動更具有協(xié)作化，充分調(diào)動整個課堂的活躍氣氛。

（6）網(wǎng)絡(luò)泛在化：泛在網(wǎng)絡(luò)將信息空間與物理空間實(shí)現(xiàn)無縫的對接，實(shí)現(xiàn)任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物都能順暢地通信，都能通過合適的終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，獲得前攝性、個性化的信息服務(wù)[4]。

（7）管理智能化：對物理環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、捕獲、分析和處理，管理人員通過可視化界面查看運(yùn)行狀況和進(jìn)行管理操作，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)過程的全方位“實(shí)施感知、動態(tài)控制和智慧管理”。

（8）環(huán)境和諧化：構(gòu)建智慧教室的目標(biāo)就是建立一個“堅(jiān)持以人為本，使教育的各因素相互依存、相互促進(jìn)、協(xié)調(diào)合作，形成完美的教學(xué)生態(tài)，從而促進(jìn)學(xué)生自我激勵、自我成長、自我完善”的和諧環(huán)境[5]。

二 智慧教室的設(shè)計(jì)

1 智慧教室的設(shè)計(jì)思路

智慧教室的構(gòu)建，總體上遵循“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、整合資源、共享信息”的指導(dǎo)思想，一方面保障系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、易用性和可維護(hù)性；另一方面保障系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可伸縮性、可管理性和服務(wù)支持能力。

在設(shè)計(jì)上還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①從技術(shù)設(shè)計(jì)和空間設(shè)計(jì)兩方面入手，構(gòu)建一個各構(gòu)成要素（技術(shù)、環(huán)境、人、資源和方法等）和諧共存的教與學(xué)環(huán)境；②根據(jù)學(xué)校的性質(zhì)和學(xué)科的特點(diǎn)，使智慧教室適用于不同教學(xué)應(yīng)用模式；③與學(xué)?，F(xiàn)有的一卡通系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、教學(xué)資源以及校外的資源進(jìn)行對接，實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通和共享利用；④利用云中心平臺，有助于解決教育信息化中普遍存在的“資金難籌措”、“應(yīng)用難推進(jìn)”、“共享難實(shí)施”等重大問題；⑤將其進(jìn)行模塊化，以便進(jìn)一步完善智慧教室的功能，并提高教學(xué)效果。

2 智慧教室的架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于對智慧教室的定位、特征和設(shè)計(jì)思路的探討，構(gòu)思出智慧教室的總體架構(gòu)：在基礎(chǔ)硬件設(shè)施上，依托云中心平臺的支持和保障，建立可視化綜合管理平臺，打造出一個信息化公共支撐環(huán)境，實(shí)現(xiàn)課程學(xué)習(xí)個性化、教學(xué)模式多樣化、優(yōu)質(zhì)資源公開化和設(shè)備管理智能化。將智慧教室的總體架構(gòu)再細(xì)化，從低到高分為四個層次，如圖1所示。

圖1 智慧教室總體架構(gòu)

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層：為智慧教室提供必要和完善的硬件環(huán)境。主要包括：教室基礎(chǔ)設(shè)施、多媒體教學(xué)系統(tǒng)、互動錄播系統(tǒng)、視頻會議系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)、服務(wù)器集群和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施等。

（2）應(yīng)用支撐層：智慧教室架構(gòu)的核心層，主要通過云中心平臺，整合各種軟件系統(tǒng)，促進(jìn)應(yīng)用系統(tǒng)的貫通與集成，形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)環(huán)境的智能信息平臺；負(fù)責(zé)智慧教室的設(shè)備與設(shè)備之間，設(shè)備與人員之間，人員與資源之間，人員與管理、服務(wù)之間的運(yùn)行控制和分析計(jì)算，總控智慧教室的各項(xiàng)應(yīng)用和服務(wù)；將現(xiàn)有的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，為智慧教室提供計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)安全等服務(wù)，實(shí)現(xiàn)信息資源的按需分配；實(shí)現(xiàn)智慧教室與學(xué)校的教學(xué)類系統(tǒng)、教務(wù)類系統(tǒng)、一卡通類系統(tǒng)、安防類系統(tǒng)、資源類系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通和信息共享[6]。

（3）綜合管理層：依托應(yīng)用支撐層提供全面的支撐和保障，通過統(tǒng)一門戶、統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一權(quán)限管理的可視化綜合管理平臺，為智慧教室的環(huán)境、服務(wù)、管理和資源等方面提供全新運(yùn)行模式，并且具有強(qiáng)大的移植性和伸縮性，可為良好的綜合教學(xué)信息化提供保障。

（4）綜合服務(wù)層：不同的用戶可以采用臺式電腦、平板電腦、智能手機(jī)、自助終端等設(shè)備，在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，通過任何通信方式訪問教學(xué)資源和處理教學(xué)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)良好的交互。

此外，信息標(biāo)準(zhǔn)化體系和信息安全與運(yùn)行維護(hù)體系有利于保障整個智慧教室的建設(shè)、運(yùn)營及管控。

三 智慧教室的實(shí)現(xiàn)

為了給全校師生營造一個技術(shù)先進(jìn)、功能全面、使用便捷的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，在華僑大學(xué)（下文簡稱“我?！保﹥尚^(qū)各篩選了一批聲、光、溫等環(huán)境因素符合國家標(biāo)準(zhǔn)的教室進(jìn)行構(gòu)建智慧教室的試點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)智慧教室的各項(xiàng)功能還有賴于軟、硬件的運(yùn)用，而且兩者相輔相成、缺一不可。因此，將智慧教室環(huán)境分為硬件環(huán)境和軟件環(huán)境——硬件環(huán)境主要由智慧教室架構(gòu)中的基礎(chǔ)設(shè)施層構(gòu)成，軟件環(huán)境主要由智慧教室架構(gòu)中的綜合管理層構(gòu)成。同時(shí)，學(xué)校已建成的教室控制中心、校園有線無線網(wǎng)和數(shù)據(jù)中心，為智慧教室的構(gòu)建提供了如基礎(chǔ)平臺、泛在網(wǎng)絡(luò)和云中心平臺等強(qiáng)有力的軟、硬件支持。

1 硬件環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

首先，從新技術(shù)植入和空間布局兩方面入手，將各種先進(jìn)技術(shù)（設(shè)備自動化控制、多屏顯示、無線投影、課堂教學(xué)錄播、遠(yuǎn)程互動教學(xué)等）和空間布局（分布式空間布局、動態(tài)課桌椅組合、多樣的色彩調(diào)節(jié)等）與智慧教室的教室端進(jìn)行融合；以“注重互動、按需搭配”為準(zhǔn)則，根據(jù)學(xué)科的特點(diǎn)和學(xué)生的特征，通過各個設(shè)備間的組合和搭配，使智慧教室營造出小組討論、研究性學(xué)習(xí)、互動交流、精品課程錄制和遠(yuǎn)程互動教學(xué)等多形態(tài)交互的教學(xué)模式，形成常規(guī)和特色相協(xié)調(diào)的教學(xué)體系。

接著，物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)在智慧教室的使用，不僅實(shí)現(xiàn)了本地的智能控制，還為遠(yuǎn)程的管理和維護(hù)提供了硬件支持，如藍(lán)牙適配器實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自動考勤，CO2、溫濕度、光照等傳感器和控制終端實(shí)現(xiàn)環(huán)境的智能控制，光照傳感器實(shí)現(xiàn)投影機(jī)燈泡使用時(shí)間的記錄，特高頻標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)設(shè)備的資產(chǎn)管理，Wifi攝像頭實(shí)現(xiàn)教室的遠(yuǎn)程監(jiān)控等。

然后，校園有線無線網(wǎng)的覆蓋，使信息空間與物理空間進(jìn)行無縫對接，實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生可以在任何時(shí)間和地點(diǎn)、通過合適的終端設(shè)備與任何人與物順暢地通信。

最終，將智慧教室的教室端（如圖2、圖3所示）通過網(wǎng)絡(luò)接入校園網(wǎng)，完成智慧教室硬件環(huán)境的構(gòu)建。

圖2 智慧教室教室端主要設(shè)備連接圖

圖3 智慧教室教室端空間布局

2 軟件環(huán)境的實(shí)現(xiàn)

為了更好地發(fā)揮硬件設(shè)施的作用，加強(qiáng)教學(xué)資源積累，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升，并且為教師、學(xué)生和管理者提供多方位的應(yīng)用和服務(wù)，本研究基于數(shù)據(jù)中心提供的云中心平臺作為技術(shù)支撐，通過可視化綜合管理平臺將全新的運(yùn)行模式注入到智慧教室的環(huán)境、服務(wù)、管理和資源等要素中，建立統(tǒng)一認(rèn)證、統(tǒng)一接口、統(tǒng)一權(quán)限管理的軟件環(huán)境，并對可視化綜合管理平臺進(jìn)行層次化和模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將其分為9個系統(tǒng)，如圖4所示。

圖4 可視化綜合管理平臺

（1）智能化管理系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)對各個教室中多媒體設(shè)備、互聯(lián)教學(xué)設(shè)備、環(huán)境控制設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)群控、聯(lián)動管理和可視化管理，并實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警、故障診斷、資產(chǎn)使用等情況的智能分析，從而達(dá)到教學(xué)過程的全方位“實(shí)施感知、動態(tài)控制和智慧管理”，為良好的教學(xué)環(huán)境提供保障。

（2）云桌面系統(tǒng)

在使用上，不僅實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的快速加載和數(shù)據(jù)信息的安全防護(hù)，而且還支持教師和學(xué)生無論在何時(shí)何地都可以使用任何終端設(shè)備通過統(tǒng)一的身份賬號訪問個人的云桌面；在管理上，云桌面支持遠(yuǎn)程可視化管理和協(xié)助，提高計(jì)算機(jī)管理的能力，節(jié)約教室維護(hù)的成本。

（3）錄播管理系統(tǒng)

利用錄播管理系統(tǒng)，不僅能夠完成全自動常態(tài)化高清視音頻的采集和錄制，還可以實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)多畫面的輕課件錄制功能，可根據(jù)我校的自身教學(xué)特點(diǎn)展開資源共享、教學(xué)評估等工作，將資源、教學(xué)結(jié)合到一起，達(dá)到資源的高效利用。

（4）遠(yuǎn)程互動教學(xué)系統(tǒng)

信息技術(shù)手段打破了時(shí)空限制，也能充分利用高質(zhì)量的教育資源，建立區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)互動網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)平臺，為開展遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、教研和培訓(xùn)提供技術(shù)支撐，提高教育信息化的應(yīng)用水平。

（5）教務(wù)支持系統(tǒng)

教務(wù)支持系統(tǒng)通過云中心平臺與學(xué)校的教務(wù)系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)和身份認(rèn)證系統(tǒng)的對接，創(chuàng)建一個智慧感知的、自決策化的教務(wù)管理和服務(wù)信息化體系，實(shí)現(xiàn)師生考勤的智慧感知、電子課表智能推送、多維教學(xué)評估、教務(wù)消息通知發(fā)布等教務(wù)工作的智能服務(wù)。

（6）學(xué)習(xí)資源系統(tǒng)

學(xué)習(xí)資源系統(tǒng)主要包括多媒體課件、教學(xué)案例、試題試卷、媒體素材和電子文獻(xiàn)資料等資源，無論教師、學(xué)生還是社會人員，只要在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，都可以共享這些優(yōu)質(zhì)的資源。

（7）數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)

數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)主要用于錄播數(shù)據(jù)、軟件服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、各類人員上傳的數(shù)據(jù)（如學(xué)習(xí)、討論、交流等）和基礎(chǔ)業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)（如維護(hù)管理、監(jiān)控錄像、教務(wù)數(shù)據(jù)等）的存儲和管理。

（8）MOOC系統(tǒng)

MOOC系統(tǒng)是通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)拓展的學(xué)習(xí)場域，學(xué)習(xí)者可以進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師可以開展翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，同時(shí)MOOC系統(tǒng)記錄的學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)及其分析有助于客觀科學(xué)地評價(jià)教學(xué)過程[7]。

（9）教學(xué)輔助APP

教學(xué)輔助APP滿足多系統(tǒng)、多終端、多對象的使用。無論是Windows/Android/IOS等主流操作系統(tǒng)，還是臺式電腦、筆記本、平板電腦、智能手機(jī)等多種終端設(shè)備，均可以方便、快捷地使用。通過APP，教師可以進(jìn)行測驗(yàn)、互動、觀摩和教學(xué)備課，學(xué)生可以點(diǎn)播、直播、互動和課后復(fù)習(xí)，管理者可以智能管控和維護(hù)，從而實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、管之間的交互服務(wù)。

硬件是軟件賴以工作的物質(zhì)基礎(chǔ)，軟件的正常工作是硬件發(fā)揮作用的唯一途徑?；谲浻布O(shè)施構(gòu)建的智慧教室，形成以可視化綜合管理平臺為中心、智慧教室為節(jié)點(diǎn)、滿足各類人群（教師、學(xué)生、管理者、家長和社會）不同業(yè)務(wù)（教、學(xué)、管理和服務(wù)）需求的智慧教室環(huán)境，以適應(yīng)當(dāng)前和未來課堂的教學(xué)改革、人才培養(yǎng)計(jì)劃的發(fā)展等需要，如圖5所示。

圖5 智慧教室環(huán)境

四 結(jié)束語

信息時(shí)代的學(xué)習(xí)將以智慧學(xué)習(xí)環(huán)境為基本依托，而智慧教室是智慧學(xué)習(xí)環(huán)境的典型代表之一，能夠適應(yīng)人們“任意時(shí)間、任意地點(diǎn)、任意方式、任意步調(diào)”的學(xué)習(xí)訴求，形成一個教與學(xué)，課前、課中、課后，教室內(nèi)外，老師、學(xué)生、家長、學(xué)校多維度的教學(xué)應(yīng)用生態(tài)[8]。因此，智慧教室是以信息化引領(lǐng)教育理念和教育模式的創(chuàng)新，可實(shí)現(xiàn)信息化服務(wù)學(xué)習(xí)、信息化服務(wù)教學(xué)和信息化服務(wù)教育。

[1]祝智庭.以智慧教育引領(lǐng)教育信息化創(chuàng)新發(fā)展[J].中國教育信息化,2014,(9):4-8.

[2]聶風(fēng)華,鐘曉流,宋述強(qiáng).智慧教室:概念特征、系統(tǒng)模型與建設(shè)案例[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2013,(7):5-8.

[3]黃榮懷,胡永斌,楊俊鋒,等.智慧教室的概念及特征[J].開放教育研究,2012,(2):22-27.

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[5]俞曉菊.和諧課堂——學(xué)生有效學(xué)習(xí)的主陣地[J].教育前沿(綜合版),2008,(9):37-38.

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[8]《2015中國智慧學(xué)習(xí)環(huán)境白皮書》項(xiàng)目成果發(fā)布會在北京師范大學(xué)舉行[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2015,(10):126.

Construction of Smart Classroom in Information Environment

CHENG Min
（Network and Educational Technology Center,Huaqiao University,Quanzhou,Fujian,China 362021）

With the fusion and innovative development of information technology and education,the design and application of smart learning environment represented by smart classroom has already attracted extensive attention.Main characteristics of smart classroom that were distinct from the traditional multi-media classroom and networked classroom were illustrated through the study on the concept of smart classroom.The overall architecture of smart classroom was designed according to the design thought and precautions of smart classroom.Collaborative implementation of smart classroom was achieved from two aspects,including the hardware and software environment,according to the practical conditions of our school.

informatization; environment; smart classroom; software and hardware; design and implementation

小西

G40-057

A 【論文編號】1009—8097（2016）02—0101—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.02.015

程敏，工程師，碩士，研究方向?yàn)楝F(xiàn)代教育技術(shù)，郵箱為ipod@hqu.edu.cn。

2014年11月28日