宋平平，王 鈞，孫曉雷

(1.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 教學(xué)督導(dǎo)與質(zhì)量監(jiān)檢處，安徽 蕪湖 241003；2.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息化建設(shè)與管理處，安徽 蕪湖 241003；3.蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241003)

0 機(jī)遇、問題與挑戰(zhàn)

在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分發(fā)展的信息時代，智慧教室應(yīng)是一種“能優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)、便利學(xué)習(xí)資源獲取、促進(jìn)課堂交互開展、達(dá)成數(shù)據(jù)采集分析、高度智能化的新型教室”[1]。智慧教室建設(shè)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在學(xué)校需多部門協(xié)同，包括教學(xué)管理部門、二級學(xué)院、基礎(chǔ)建設(shè)部門、信息化建設(shè)部門、教育技術(shù)部門等。從參與的廠家公司角度看，因為學(xué)校需求模糊不一，公司投入方向與推進(jìn)戰(zhàn)略有太多的不確定性，蜂擁而上、貪大求全都會給未來埋下風(fēng)險；如何在復(fù)雜的智慧教室系統(tǒng)中實現(xiàn)共建共享，亟需達(dá)成共識。

智慧教室建設(shè)頂層設(shè)計需堅持開放性、系統(tǒng)性、體驗性以及擴(kuò)展性，納入智慧校園大平臺設(shè)計與數(shù)據(jù)服務(wù)體系，應(yīng)包含教學(xué)大平臺設(shè)計建設(shè)，并植入“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，在有效的服務(wù)過程中生成各類數(shù)據(jù)。師生的認(rèn)證和教學(xué)過程數(shù)據(jù)都應(yīng)依托并融入學(xué)校數(shù)據(jù)中心，同時尊重互聯(lián)網(wǎng)時代的學(xué)習(xí)規(guī)律。全網(wǎng)資源的共享性，學(xué)習(xí)平臺的開放性、擴(kuò)展性都提出了云服務(wù)的要求，在這個大趨勢背景下，理清并解決云校接口問題，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)架構(gòu)。下面主要從開放性方面研究解決各類問題。

1 智慧教室與智慧校園

黃榮懷等認(rèn)為，智慧校園具有環(huán)境全面感知、網(wǎng)絡(luò)無縫互通、海量數(shù)據(jù)支撐、開放學(xué)習(xí)環(huán)境、師生個性化服務(wù)等特征[2]。智慧校園在為師生提供各類服務(wù)的過程中，自動生成數(shù)據(jù)，支持教學(xué)過程分析、評價和學(xué)校治理決策。甘容輝等研究國外智慧校園建設(shè)最新進(jìn)展時，觀察到斯坦福大學(xué)正致力于建設(shè)決策科學(xué)、可持續(xù)發(fā)展、基于大數(shù)據(jù)分析的智慧校園[3]。綜合以上觀點，智慧校園的核心是服務(wù)、數(shù)據(jù)和分析，智慧教室作為智慧校園的一部分，與學(xué)校其它信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)一樣，其設(shè)計、建設(shè)、管理需納入智慧校園數(shù)據(jù)服務(wù)統(tǒng)一框架內(nèi)，實現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)服務(wù)，通過開放的接口、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以及多維度數(shù)據(jù)服務(wù)體現(xiàn)智慧教室系統(tǒng)的開放性、兼容性，促進(jìn)智慧教室建設(shè)步入快速、規(guī)范發(fā)展階段。智慧校園開放性數(shù)據(jù)服務(wù)框架圖如圖1所示。

2 智慧教室系統(tǒng)的開放性

2.1 系統(tǒng)組成

聶風(fēng)華等構(gòu)建了智慧教室系統(tǒng)“iSMART“模型，他們提出智慧教室系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)感知、 可視管理、 增強(qiáng)現(xiàn)實、 實時記錄和泛在技術(shù)六大子系統(tǒng)組成。[4]從實際應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)角度看，智慧教室系統(tǒng)包括教學(xué)平臺、顯示系統(tǒng)(含黑板、多屏調(diào)度)、中控系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、身份門禁系統(tǒng)、人臉識別系統(tǒng)、用電管理系統(tǒng)等子系統(tǒng)以及環(huán)境改造項目。智慧教室主要系統(tǒng)(設(shè)備)拓?fù)鋱D如圖2所示。通過子系統(tǒng)連接功能設(shè)計和統(tǒng)一的集成要求與標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)成各子系統(tǒng)主流廠家的兼容與系統(tǒng)功能的有效銜接，實現(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)、擴(kuò)展的開放性。從單個子系統(tǒng)角度看，很多子系統(tǒng)功能已非常成熟，問題主要在數(shù)據(jù)集成、功能邊界的設(shè)計以及新技術(shù)、新產(chǎn)品的融合，下面就當(dāng)前主要困擾問題研究探討。

圖1智慧校園開放性數(shù)據(jù)服務(wù)框架圖

圖2 智慧教室主要系統(tǒng)(設(shè)備)拓?fù)鋱D

2.2 功能設(shè)計

從學(xué)校管理和教師使用需求兩個角度實現(xiàn)教室和設(shè)備的精準(zhǔn)管理，只需通過一卡通刷卡認(rèn)證，便可實現(xiàn)對場地和設(shè)備的授權(quán)控制，通過與一卡通系統(tǒng)和教務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步，實現(xiàn)教室使用按課表信息精準(zhǔn)提供。

智能控制中心是智慧教室中的核心設(shè)備，需支持設(shè)備管控、電源管理、音視頻管理等功能，并通過管理平臺展現(xiàn)全部教室的設(shè)備情況，包括設(shè)備類型、使用狀態(tài)、故障告警、報表統(tǒng)計等內(nèi)容，并能實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

教學(xué)平臺與錄播系統(tǒng)需有效銜接，教學(xué)平臺在工具欄中添加開啟錄播功能，需支持通過接口控制的形式自定義推流地址，實現(xiàn)錄播的視頻與課程綁定，課程結(jié)束，錄播自動結(jié)束。通過調(diào)用接口獲取地址和token，錄播和直播的視頻可傳輸?shù)降谌揭曨l云服務(wù)商或本地存儲，課后，錄播視頻顯示在學(xué)生的聽課列表里，學(xué)生可回放觀看。

黑板作為傳統(tǒng)的教學(xué)媒介在教學(xué)中仍有不可替代的作用，將黑板數(shù)字化、智能化是智慧教室建設(shè)的重要內(nèi)容。板書內(nèi)容同步實時數(shù)據(jù)化，實時傳輸?shù)浇虒W(xué)平臺，同時可以通過投影、顯示屏、手機(jī)微信、網(wǎng)頁等載體獲得黑板書寫內(nèi)容。板書內(nèi)容可以融入到PPT教學(xué)過程中，實現(xiàn)課堂中重要的兩個元素(PPT與板書)以及老師電腦屏幕等同步展示、留存、回看。

教師授課過程中需實現(xiàn)包含黑板、教師屏、小組屏、學(xué)生終端屏(電腦、手機(jī)、平板)的多屏互聯(lián)，達(dá)成即思、即寫、即顯示的體驗，教師和學(xué)生設(shè)備可主動發(fā)起連接，支持全局廣播投屏和多終端投屏，高效分享信息，遠(yuǎn)程教學(xué)的屏幕分享功能可通過教學(xué)平臺的模擬全場景視頻功能模塊實現(xiàn)。

學(xué)校管理人員通過統(tǒng)一認(rèn)證并授權(quán)后，可訪問錄播子系統(tǒng)，實時查看各教室授課情況，并可進(jìn)行多角度巡視(教師、學(xué)生、黑板等)，通過每間教室畫面輪循，掌控全校課堂情況，實現(xiàn)在線巡課、督導(dǎo)。完全線上教學(xué)場景下，在線巡課、督導(dǎo)功能可在教學(xué)平臺中設(shè)計實現(xiàn)。

2.3 集成

2.3.1 集成要求

智慧教室子系統(tǒng)眾多，統(tǒng)一的集成標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范至關(guān)重要；集成包括身份、門戶和數(shù)據(jù)三方面內(nèi)容，集成后各子系統(tǒng)的WEB訪問將經(jīng)由智慧校園網(wǎng)上服務(wù)大廳CAS方式實現(xiàn)單點登錄。各子系統(tǒng)需從學(xué)校數(shù)據(jù)中心人員信息中間表中讀取出用戶信息，并將用戶信息轉(zhuǎn)換成自身的用戶信息和用戶角色信息格式數(shù)據(jù)，在校驗完數(shù)據(jù)正確性后保存到子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。各子系統(tǒng)從學(xué)校數(shù)據(jù)中心課程信息中間表中查詢出課程數(shù)據(jù)，并將課程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為自身的課程信息格式數(shù)據(jù)，然后更新本子系統(tǒng)中已存在的課程數(shù)據(jù)。

教學(xué)基本信息需實現(xiàn)同步共享，包括教學(xué)班、學(xué)生、教師、教室、課程、課表等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流向為教務(wù)排課完成后從教務(wù)系統(tǒng)同步至主數(shù)據(jù)平臺，再通過數(shù)據(jù)交換平臺同步至各子系統(tǒng)；各子系統(tǒng)將運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過ETL工具定時同步至主數(shù)據(jù)平臺。對于不方便開放的第三方數(shù)據(jù)庫，在主數(shù)據(jù)平臺開放API接口，采用web Service數(shù)據(jù)服務(wù)共享方式直接調(diào)用，滿足按需、實時訪問的需求。

2.3.2 集成實現(xiàn)

各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的集成實現(xiàn)可按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，由各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中間表作為集成數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源，通過ODI實現(xiàn)對數(shù)據(jù)加載與集成，并按照規(guī)定的執(zhí)行頻率實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動抽取、轉(zhuǎn)化以及寫入。 加載數(shù)據(jù)與集成數(shù)據(jù)主要代碼如下。

加載數(shù)據(jù)：

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集成數(shù)據(jù)：

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2.4 教學(xué)平臺的開放性

教學(xué)平臺的開放性應(yīng)當(dāng)從平臺服務(wù)架構(gòu)、第三方廠家服務(wù)和資源互聯(lián)、功能模塊設(shè)計三方面實現(xiàn)。

服務(wù)教學(xué)全過程且能有效銜接上下游服務(wù)、基于B2B2C的云教學(xué)平臺服務(wù)架構(gòu)應(yīng)是面向未來的選擇。學(xué)校部署私有云節(jié)點與教學(xué)云平臺對接，實現(xiàn)教學(xué)大數(shù)據(jù)的本地化存儲、管理、應(yīng)用和數(shù)據(jù)對接，達(dá)成公有云與私有云之間的教學(xué)大數(shù)據(jù)的實時或準(zhǔn)實時同步，滿足本地化檢索、管理、分析、展示并集成到學(xué)校數(shù)據(jù)中心。云教學(xué)平臺需從學(xué)校端同步各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括師生基本信息、院系、專業(yè)班級、課程、課表等基本數(shù)據(jù)，實現(xiàn)線上課堂與線下課堂的規(guī)范統(tǒng)一。教學(xué)平臺開放服務(wù)框架圖如圖3所示。

圖3 教學(xué)平臺開放服務(wù)框架圖

黃榮懷等認(rèn)為教育教學(xué)要回答好“學(xué)什么”“在哪學(xué)”“怎么學(xué)”“學(xué)怎樣”等基本學(xué)習(xí)問題。[5]教學(xué)平臺須在功能設(shè)計上開放性地回答好、解決好這些問題。教學(xué)平臺包括教務(wù)處理、資源管理、教學(xué)管理、數(shù)據(jù)分析、評教評學(xué)等模塊，教師教學(xué)功能主要圍繞”課前—課中—課后“三個場景，實現(xiàn)教學(xué)全周期數(shù)據(jù)分析，達(dá)成大數(shù)據(jù)時代智慧教學(xué)。當(dāng)前教學(xué)平臺應(yīng)用已進(jìn)入井噴爆發(fā)期，但其設(shè)計建設(shè)仍需從功能系統(tǒng)性、體驗友好性、模型科學(xué)性等方面持續(xù)優(yōu)化。

基于以上視角， 平臺需采用松耦合的模塊設(shè)計，支持用戶多元化需求，并能根據(jù)需求實現(xiàn)第三方服務(wù)的調(diào)用，通過開放的接口、主流廠家合作共贏實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，達(dá)成學(xué)校、師生可持續(xù)使用價值的最大化。

3 結(jié)語

基于以上分析，智慧教室建設(shè)的開放性體現(xiàn)在四個方面。一是智慧教室系統(tǒng)應(yīng)融入智慧校園大平臺，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來自統(tǒng)一平臺，生成數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)中心；二是智慧教室系統(tǒng)應(yīng)有開放的框架、總線與接口，并可根據(jù)用戶訂制需求，可增可減，體現(xiàn)彈性設(shè)計；三是智慧教室系統(tǒng)在對不同廠家產(chǎn)品應(yīng)有良好的兼容性，應(yīng)建立統(tǒng)一接口、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；四是教學(xué)平臺、黑板、中控、錄播、環(huán)控等智慧教室子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)在合理的策略下，實現(xiàn)最大程度的開放共享，最終實現(xiàn)高校智慧教室建設(shè)可預(yù)期、可掌控、可持續(xù)快速發(fā)展，系統(tǒng)不斷完善，數(shù)據(jù)項不斷拓展優(yōu)化，通過數(shù)據(jù)服務(wù)與分析為師生創(chuàng)造價值，為學(xué)?，F(xiàn)代化治理提供支撐。