智慧教室解决方案
发布时间：2019-08-21 浏览量：2547
智慧教室是借助校园教学云平台，基于智慧终端实现智慧教学、自动录播、远程互动、智能物联、校园电视、自由扩声、视频监控及远程管控于一体的新型现代化智慧教室系统，能够全面提升教室的信息化水平，为教师教学和学生学习创造更加良好的环境。
采用最新智能全融合技术，以“智慧终端”为核心，集多种硬件模块、系统应用于一体，凭借强大的接入能力，智能融合多种周边接入设备，为智慧教室使用提供无限应用，形成服务于课堂教学、教务管理、资源应用的新一代智能交互应用方案，达到提高教学质量、方便教学管理、提高设备使用效率、延长设备使用寿命、优化教师授课环境、便捷学生学习的使用效果。
系统组成
智慧教室方案由智慧终端、环境感知、环境控制、多媒体系统、智慧教室软件、智慧教学云平台等多种产品组成。
功能应用
方案优势：
智能全融合
智慧终端运用最新技术，将WiFi、物联、电源、音频、电脑、网络交换等多种模块智能融为一体，避免多种拼凑设备带来的融合问题，降低了建造成本，为智慧教室的打造带来了全新的技术理念。
智能全接入
智慧终端强大的接入能力，创造性得将互动录播、智能物联、常态化录播、智慧课堂、校园电视、信息发布等多种系统智能融为一体，为智慧教室的无限扩展提供无限可能。
智能全监测
集成多种环境传感器，对前端环境进行统一采集，为智能联动提供坚实的环境数据，有力的保障了用电设备的安全与稳定，为教室提供舒心愉悦的教学环境。
统一全掌控
后台集控强大的融合能力，可以对前端的设备实现统一的可视化、自动化管理，并实现远程监测、控制、干预，实现自动化管理，智能化教学。
课堂互动教学
互动课堂教学中可支持多种设备的接入，兼容多种系统，在研究性、科创性、示范性、讨论性、实训性、互动性强的课程授课方面，对于普通教室都具有不可比拟的优势。
全科资源
强大的配套资源库，授课前老师可轻松教案备课，授课中可通过动态交互的AR、互动软件、三维动画等新媒体技术开发的知识素材和题目素材，课后练习轻松批阅，为学习和教学提供多种资源。
方案各模块分项介绍
1、常态化录播系统
常态化录播系统采用高度集成化设计，支持教师、学生的全景和特写画面采集，支持板书特写、电脑PPT信号的同步采集，内嵌图像识别跟踪模块、导播切换模块、高清录播模块、直播、点播模块等，采用非云台摄像机即可实现画面自动跟踪、切换，融合了高清视音频处理技术、图像识别跟踪技术及网络直播技术，师生只需正常上课即可把课程过程录制下来并可实时直播、后期点播等，提高了老师课程视频的制作效率，为在线教育积累了宝贵的视频资源。
每个教室只需在教学电脑安装1套录播软件，并架设网络摄像机，通过校园网络，将教师特写、教师全景、学生特写、学生全景、教学电脑画面等多路音视频信号采集到教学电脑，即可实现自动录制、直播、导播、跟踪等功能；软件可根据需求实现电影模式、资源模式录制，录制后的文件上传至云平台服务器，通过资源平台软件对文件进行集中管理，可满足共享、发布、存储、点播、直播等需求；资源平台中还设置了个人空间等功能，可实现个人资料、文档管理，评课、巡课审阅等需求。
支持多种终端
可同时实现APP移动终端、PC端、教室端的录播功能，更加丰富的录播模式，不会受到场地的限制。
a.各种终端均支持录制；
b.各种终端录制均能够通过网络自动上传；
c.自动导播切换，即使是单机版录播软件，也可以实现自动切换。
多种导播切换策略
录播软件实现对教师、学生、教学计算机等课堂教学场景的智能切换、实时录制、课堂在线直播、网络点播等功能；系统提供丰富的配置规则，可根据手工拍摄导播的习惯, 系统能够自定义多种导播切换规则，自动剪辑录制场景画面，如：师生交互视频画面的智能切换、师生板书视频的智能切换、教学VGA智能切换、多媒体设备的智能切换,并同步实现导录播一体化录播软件。
2、互动录播
互动录播系统是建立一个教学环境，在教学电脑安装互动录播软件，通过校园网络，将教师特写、教师全景、学生特写、学生全景、教学电脑画面等多路音视频信号采集到教学电脑，通过互动录播软件即可实现在授课过程中本地教室与远程听课教室之间的同步授课，以及实时音视频互动交流，使不同班级甚至不同区域的学生同念一本书、同学一节课、同师不同校的共同学习、共同进步，授课过程中可将课堂实况进行同步录制或课堂直播，录制后的文件上传至云平台服务器，通过资源平台软件对文件进行集中管理，可满足共享、发布、存储、点播、直播等需求；资源平台中还设置了个人空间等功能，可实现个人资料、文档管理，评课、巡课审阅等需求，同时也支持上级领导、专家对于精品课程的远程观摩和点评、学术交流、教研等活动。
互动录播系统通过合理化的设计来满足区域内完整的录播与互动教学需求，在架构设计上，标准教室采用2台4K云镜摄像机进行拍摄，通过1080P图像识别技术进行教学场景人物跟踪，从而实现常态下的全自动课堂录制以及直播；在操作上，互动录播系统还为课室配备了可视化控制系统，上下课前只需一键操作，即可实现高清录播设备的启用，教师毫无设备操作负担，同时教师能实时观看直播画面，随时调整授课状态；在互动教学中，正常上课时，学生可以观看到老师的特写、全景、板书、学生发言的正常场景画面，在学生发言时，主讲教室的大屏上即可显示互动学生端的画面，学生端也能正常观看到主讲教室端的授课画面，其余听课教室端可同时观看到学生与老师互动的同屏画面，真实展现互动教学场景。
3、巡课评课
网络巡课评课系统是一种新型的课堂观察、记录、点评工具。通过网络化实时、非实时巡课评课工作，可以大幅提升督学效率，灵活安排巡课评课时间，避免现场巡课给师生上课带来的干扰，也能够做到长期巡查、监督课堂真实教学情况。
巡课系统
网络巡课系统通过教室在配备专用摄像机，也可以利用常态化录播、云录播、安防摄像机，来实现对教学视音频资源的采集。通过巡课平台软件对各个教室教学资源进行管理。
本校区内，所有通过网络连接的办公电脑、教学电脑，以及通过手机APP终端、PC云平台，均可以实现校区内本地、移动端远程巡课。
本系统特别支持多校区、异地间的跨校区巡课，特别适合集团化学校和区县教育管理部门使用。支持固定端和移动端跨校区巡课。
巡课屏幕采用多画面显示，学生画面和老师画面轻松切换或全屏观摩，满足多角度巡课的需求。可以实时巡课，也可以将教学视音频按照课表设置存储在云平台，以便需要时调用。
系统设计实时“喊话”功能，学校领导、班主任可以对指定教室实时喊话，及时下达通知和对教室秩序进行管理。尤其适合对学生自习课秩序的管理。
系统可建立中央巡课大厅，配置大屏幕电视墙，便于校方同时对多个教室乃至全部教室的集中巡课。
跨校区巡课示意图
APP巡课
平台巡课
评课系统
如同巡课系统，评课系统通过在教室配备专用摄像机，也可以利用常态化录播、云录播、安防摄像机，来实现对教学视音频资源的采集。通过评课平台软件对每位老师的教学资源进行管理。
本校区内，所有通过网络连接的办公电脑、教学电脑，以及通过手机APP终端、PC云平台，均可以实现校区内本地、移动端远程评课。
本系统特别支持多校区、异地间的跨校区评课，特别适合集团化学校和区县教育管理部门使用。支持固定端和移动端跨校区评课。
老师将录制后的课件上传至自己的空间，增加评课请求，邀请评课老师进行评课活动，管理员审批同意后，评课老师可以在线观摩并对课程进行评价打分，生成结论报告，通过平台在线对每个教学环节作出评比，并最终评出活动中的优秀课件，对优秀的教师给与奖励，有利促进教学的进步良性循环。
4、校园电视
电视系统是智慧校园的重要组成部分，是大专院校、职业学院、寄宿制学校必备的教学和娱乐设施。
传统校园电视系统：
传统的校园电视系统主要是采用有线电视网络，要么直接采用网络公司机顶盒，要么自建有线电视前端。这样的系统建设成本大，维护成本高，不能在校园内做大范围接入，利用率不高。
主要存在以下问题：
1、有线电视采用同轴电缆传输，不能与遍布校园的IP网络共揽共芯。施工量大，费用高。
2、接入有线电视信号，采用有线机顶盒，每年有一笔不小的收视费开支。
3、如果需要传输本校自办频道，必须建一个自办前端，设备费用也不低。
4、只有教室、食堂等少量场所能够收看电视节目。
IP电视系统：
IP网络已经遍布校园各个角落，以IP流方式传输电视节目，是校园电视传输的最佳手段。
主要优势：
1、以IP网络为传输线路，无须再建设新的网络，节省费用。
2、节目频道选用、频道数量设置由自己决定。网络带宽足够使用（千兆网络可以传输200套电视节目）。
3、便于自办节目、校园电视台信号接入。
4、接收设备多样化。办公电脑、教学电脑、教学一体机、电视机、移动终端、LED电视大屏均可以收看电视节目。
5、接收节点数量原则上不受限制。真正可以将电视节目传遍校园各个角落。
5、智能物联
智能物联系统，是以计算机网络、无线通信技术为基础，综合应用物联网技术、传感器技术、自动控制技术等，建立一个安全、绿色、智能化的教室环境。
本系统既可以与其它功能模块共同组成智慧教室整体系统，也可以单独作为一个子系统来构建。
智能物联系统，主要由教室设备控制、教学设备（多媒体设备）控制和环境感知三大模块组成。
高效管理
实现所有教室设备的互联互通，可对设备进行本地或远程控制，智慧化识别、跟踪、监控和管理，使设备管理更高效、便捷。实现一键式操作和管控，方便教学使用。
健康环境
教室环境感知及自动调节，实现环境智能化管理，为师生教学提供绿色、健康的教学环境。教学光照的自适应调节，有利于保护学生视力。
安全智能
支持无人值守，实时监控整个教室环境，及时发现安全隐患并迅速通知相关工作人员，确保人员和设备安全。
集中管控和系统运维功能，方便校区设备管理和维护。
便于集成
系统网关及设备终端全部采用ZigBee无线蜂窝通信方式，克服了有线中控系统带来的众多弊端。教室无须重新开槽布线，不改变教室原有弱强电线路布局，大大节省施工成本和施工时间，无须厂商专业人员施工，一般性人员就可轻松搞定。强电线路无须穿接 中控设备，保障师生人身安全。
部分功能介绍：
1、照度智能调节：
对教室灯具、窗帘电机通过ZigBee协议终端进行控制。自动感应教室照度，实现自动或人员遥控开关、定时开关、全开全关、延时关闭、场景切换等功能。
系统管理灵活，可设置各种场景模式，配置不同光源、照度、色温，打造最适合的光照环境。
接受远程控制指令，实现远程控制。通过手机APP终端、PC云平台，远程实现对教室的灯具开关、窗帘开合操作。智能自动控制，定时控制，根据季节灵活调整开关时间。
2、环境智能调节：
通过六合一传感器及烟雾报警器，实现对温度、湿度、PM2.5、二氧化碳、甲醛、照度及烟雾的感知。
将采集的数据与平台设置参数进行对比分析，实现统计及预警。通过联动红外遥控器和智能排插（插座）控制空调、新风、除湿器（加湿器）等设备，从而调节室内环境，为师生提供健康空间。
3、设备智能管控：
一种（或一类）教学设备配置独立的ZigBee协议终端，通过红外遥控、智能插排、智能开关来管理教室内所有设备。如投影仪、一体机、教室电脑、幕布、空调、电扇、灯具、窗帘、门禁、新风系统等。通过手机APP终端、PC云平台，可实现教室本地及远程集控，可以有效减少工作量，减轻设备维护管理负担，便于校方集中管控。
4、便捷管理：
鉴于智慧教室设备的多样性，为了便于操作、节省上课时间，我们设置了“一键”操作模式。
我们人性化地在控制界面上，集成了部分场景模式（上课、下课、投影、活动、自习、考试），老师在授课时可以选择相应的模式。不同的场景模式下，配置不同的设备状态，实现多台设备的联动控制。每个老师，都可以根据自己的喜好来进行设备配置。
5、能耗管控：
学校用电往往出现欠压、过压、超负荷情形；不合理的用电现象，威胁用电安全，造成设备损坏和火灾隐患。电力浪费、费用不清乱象，处处存在。使用中无法对实际的用电情况进行统计、分析、预警和管控，给后勤管理人员带来诸多不变。
我们设计了用能耗监测、管控功能，可以对单个支路、班级、年级、区域进行能耗监测预警，或生成天、月、年用电量报表。对于超载、设备故障、线路故障引起的用电隐患和事故进行实时跟踪和报警，对严重事态系统将自动断电保护。
7、门禁管理：
教室的管理使用中多出现无关外来人员使用电教设备进行盈利性培训、张贴小广告、破坏教室设备等问题，对于钥匙的管理也容易出现丢失、乱配、混乱等现象。
门禁管理系统可以实现授权门禁开关权限，可以通过管理端远程开关，授权时间内刷卡开门，或通过人脸、指纹识别控制门禁系统。
同时还可以记录某个时间段内的开门记录，可供实时查询，从而杜绝教室管理上的乱象。
6、智慧课堂
混合式设备支持
教师端既可以使用讲台上的windows大屏，也可以用移动平板，两个设备无缝切换使用；支持学生自带设备：Windows、安卓、iOS、Mac系统，手机、平板、笔记本电脑。
触控快捷工具条
系统启动后，屏幕右侧常驻显示触控快捷工具条，针对大屏触控操作优化，一键发起评测、微课、文件分发、学生示范、多屏监看、黑屏/取消黑屏、课件库、返回主界面、全体复位等功能。
随机点名
系统自动滚动显示所有学生的姓名，系统随机选取一名学生。
学生管控
学生黑屏：让学生聚精会神听教师讲课，平板不可操作；
学生锁屏：功能启用时，教师进行相关功能时系统自动解锁，当相应功能结束后，系统自动回复到锁屏状态。
允许/禁止投屏：允许/禁止学生主动投屏功能。
五屏互动
研讨型小组讨论
组员主动直接投屏到该组的大屏上，无需任何连接或额外的操作，并支持组员多人投屏对比；教师可以在小组研讨时，使用屏幕广播来补充说明，并切教师可以参与到某组的讨论中来，支持把多个小组的屏幕投到讲台主屏上，进行对比讨论和讲解。
双屏互动
双板显示：两个屏幕同时显示相同内容。
双板PPT: 两个屏幕同时显示不同内容，场景一.A屏幕上播放PPT，B屏幕上播放视频，场景二.A屏幕上播放PPT，B屏幕上播放图片。
文件跨屏打开，主屏选择文件拖动到工具栏上的按钮，即可在副屏打开文件，方便文件集中管理，无需在机器间重复拷贝文件。
课堂即时反馈
系统能按当前授课内容为评测题目，自动把当前授课内容发给学生作答，支持全屏截屏或区域截屏功能；学生答题方式支持选择题、判断题、主观题、抢答和写作题五种题型，主观题支持各种画笔功能；学生答题过程中，教师可以实际看到学生提交的情况；学生提交结束后，教师可以看到每个选项有哪些学生选择，对主观题可以放大某个学生的答案，支持电脑随机选取学生进行讲解，支持选择多达9个学生由全体学生来进行人气投票。
评测功能既能大大提高学生学习兴趣与参与感，又能帮助老师快速了解学生对于当前知识点的掌握情况。
7、行为分析
课堂行为分析服务器通过分析扫描抓拍的图片，利用人脸识别数据与丰富的学生行为数据可以分析出每堂课中每位学生的课堂专注度，还可以分析出班级的专注度指数，运用这些数据可以进行统计、对比、趋势和碰撞分析。可以识别分析出 7 种学生行为分析：阅读、书写、听讲、举手、起立、趴桌子、玩手机；管理平台通过汇总分析这些数据，可以实现学生行为的统计、对比和趋势分析。
各个班级在同一时间内的专注度指数展现在一个坐标里面，主要是用来发现“离群” 班级，该类班级明显偏离中位数，会提示值得特别关注。通过不断扫描抓取课堂中师生行为数据，汇总展示 3 种教师行为和 7 种学生行为数据，这些数据能够反应课堂气氛、教学效果。
通过将各个班级的数据整合在一起比较，可以看出各个班级之间的差异，表现在课堂气氛、违纪情况和师生互动等情况，这样的数据为“同课异构”分析提供基本的依据。
8、无感考勤
AI无感考勤系统以人脸识别技术为基础，学生人脸抓拍机在上课期间对学生进行扫描抓拍，课堂人脸比对服务器将扫描抓拍的图片与人脸库中的图片进行比对分析，自动得出考勤结果，整个过程无须人工参与，有效地解决代答、代签以及占用教学时间等问题。
多维数据 综合考勤报表
平台支持汇总显示多个维度的考勤数据，包括全校、各个班级课堂出勤统计值（到课率、出勤异常人次、旷课人次、迟到人次、早退人次）；各个班级出勤排名；支持以课表形式展示课堂出勤记录；支持查看学生出勤详情。 支持数据概况同步接入展示大屏， 供校方领导整体查巡课堂考勤整体情况。
考勤补签
由于人脸底图不清晰、学生长时间低头无法被抓拍等原因导致的考勤异常情况，支持通过管理平台手动补签，也支持学生通过 H5 页面主动发起补签申请，任课老师审核通过后即可变更考勤状态。
9、主控中心
通过原有的服务器和平台软件，建设后端集控管理平台，将在建的监控设备接入原有的监控系统中对整个系统进行集中管控；实现对所有前端设备的可视化管理，包括前端设备状态查看、远程控制等；并对前端采集的音视频资源进行管理、存储、调度、分发，自动生成课件资源。同时实现及各类教学数据的智能分析，全面统计参与者群体的状态数据和教育教学的过程数据。实现按时间趋势、对比分析、量化统计等多种方法分析，按课程、老师、学生、班级等多维度统计数据，按老师、管理员、校领导、督导员、巡课员等多角色智能推送，充分挖掘数据的价值。
采用网络技术，配合控制室端管理平台，通过光纤连接到中心机房，运用 TCP/IP 协议，使系统控制实现与网络的紧密连接，实现了系统控制的灵活性和多样性。基于校园网可以远程控制、管理所有教室的设备，如投影延时开关机、照明开关、窗帘闭合、电教设备的开断电等等，设备的管理支持自定义分级管理，可节约系统、设备的维护管理开销。当远程开关设备时，在主控中心网管平台开启多媒体教室设备时， 通过网络发送指令到智慧终端，智慧终端按顺序给设备加电启动，完成设备开启任务进入可使用状态。在平台关闭多媒体教室设备时通过网络发送指令到智慧终端，智慧终端按顺序设备关闭，窗帘打开、照明关闭，其中电脑、投影机实现软关机，投影机延时关闭电源，保证投影机灯泡的使用寿命。
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