智慧教室建設(shè)解決方案
一、系統(tǒng)概述
1.1 智慧教室建設(shè)背景
在學(xué)校，課堂教學(xué)環(huán)節(jié)是學(xué)生接受系統(tǒng)教育最重要的一環(huán)，做好教學(xué)互動環(huán)節(jié)，是掌握好教學(xué)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，提高教學(xué)水平的關(guān)鍵?，F(xiàn)行的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的簽到環(huán)節(jié)、疑問確認(rèn)環(huán)節(jié)、提問互動環(huán)節(jié)、課堂小測試環(huán)節(jié)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(xiàn)象，結(jié)果不便于教師統(tǒng)計(jì);提問互動環(huán)節(jié)和課堂小測試的環(huán)節(jié)中，教師給出簡單選擇后，學(xué)生舉手或者口頭回答，不能獲得準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，教師只能根據(jù)大體情況來判斷是否進(jìn)行教學(xué)，沒有準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，更不能考慮后期的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化教學(xué)的需要，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集智慧教學(xué)、人員考勤、資產(chǎn)管理、環(huán)境智慧調(diào)節(jié)、視頻監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制于一體的新型現(xiàn)代化智慧教室系統(tǒng)在逐步的推廣運(yùn)用。智慧教室作為一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學(xué)手段，給教育行業(yè)帶來了新的機(jī)遇。
1.2 智慧教室主要用途
智慧教室設(shè)備能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的三個層次(應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層)，運(yùn)用傳感器、射頻識別(RFID)等技術(shù)，使信息傳感設(shè)備實(shí)時感知任何需要的信息，按照約定的協(xié)議，通過可能的網(wǎng)絡(luò)(如基于WIFI的無線局域網(wǎng)、移動通信、電信網(wǎng)等)接入方式，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接，實(shí)現(xiàn)對物品的智慧化識別、跟蹤、監(jiān)控和管理。 同時，智慧教室還能滿足學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論、傳感器原理及應(yīng)用、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用、RFID技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)與中間件技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)需要，并為學(xué)生或教師的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目開發(fā)提供平臺。
使學(xué)生通過智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺，能掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)理論、物理信息系統(tǒng)標(biāo)識與感知、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)和數(shù)據(jù)分析與信息處理技術(shù)等知識，具備通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)等信息領(lǐng)域?qū)拸V專業(yè)知識，具備一定的工程應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)、實(shí)踐能力和科學(xué)研究能力。
二、智慧教室實(shí)驗(yàn)平臺方案
智慧教室以物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)平臺為基礎(chǔ)，以云服務(wù)管理平臺為核心，構(gòu)建融合ZigBee短距離無線傳感器網(wǎng)、WiFi無線局域網(wǎng)、移動通信網(wǎng)為一體的網(wǎng)絡(luò)模式，覆蓋整個智慧教室，通過教室內(nèi)架設(shè)的交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由器，建立融合有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵部分——網(wǎng)絡(luò)層。各種傳感器通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)/WiFi網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)平臺，形成物聯(lián)網(wǎng)的前端感知部分——傳感層。數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)通過架設(shè)的以太網(wǎng)或移動通信網(wǎng)絡(luò)接入云服務(wù)器部署的管理平臺，為用戶提供各種傳感器信息查詢、控制、編輯的應(yīng)用接口，形成物聯(lián)網(wǎng)的用戶應(yīng)用終端——應(yīng)用層。
2.1 智慧教室云服務(wù)管理平臺
1. 平臺簡介
物聯(lián)網(wǎng)云平臺的應(yīng)用服務(wù)部署在服務(wù)器虛擬化云計(jì)算平臺，向下提供物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的接入、存儲、計(jì)算服務(wù)，向上為用戶提供物聯(lián)網(wǎng)B/S構(gòu)架軟件服務(wù)。通過該服務(wù)可以提供現(xiàn)場的監(jiān)測點(diǎn)網(wǎng)關(guān)信息查看、現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)查看和存儲以及歷史數(shù)據(jù)查看和報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)曲線展示等功能。用戶可在登陸該服務(wù)平臺后，通過該應(yīng)用方便地查看現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時作出決策。
2. 平臺構(gòu)成
物聯(lián)網(wǎng)云平臺是指基于傳感器設(shè)備（ZigBee傳感器、WiFi/BT傳感器、有線傳感器）、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)平臺、物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺（簡稱云平臺）等軟、硬件所構(gòu)成的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。
整個系統(tǒng)的運(yùn)行可簡單的理解為“通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)將現(xiàn)場傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_，用戶訪問云平臺并獲取數(shù)據(jù)的過程”。
3. 物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)平臺服務(wù)器
為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)平臺的統(tǒng)一管理、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備等管控、以及開展功能復(fù)雜的綜合設(shè)計(jì)和科研項(xiàng)目，在智慧教室的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜里配置一臺服務(wù)器。
該服務(wù)器安裝系統(tǒng)軟件，及物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)的服務(wù)器端軟件，提供本地、或遠(yuǎn)程訪問服務(wù)，并實(shí)施對物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)的監(jiān)控和設(shè)備管理。
三、智慧教室系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
智慧教室基于云服務(wù)管理平臺為核心，建成一個綜合型的物聯(lián)網(wǎng)共享平臺，所有的設(shè)備系統(tǒng)均可以通過標(biāo)準(zhǔn)模塊ZIGBEE設(shè)備無線接入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)平臺，通過服務(wù)器的系統(tǒng)軟件統(tǒng)一管理前端系統(tǒng)設(shè)備;同時，我們提供教室智慧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理圖，開放足夠多的端口和豐富、完善的接口函數(shù)以及二次開發(fā)包，為教師、學(xué)生提供了一個開放的環(huán)境平臺去學(xué)習(xí)和研究。
