韩国英 张过秋
石家庄工程职业学院 河北省石家庄市 050000
摘要：目前随着我国高校教育的快速发展，各类教学资源的投入不断扩大，如何实现当前教学环境的智能化，使得各类教学设备能够得到高效利用，是相关部门应关注的重点问题。当前现有的智慧教室系统结构属于分布式系统，对网关设备软硬件具有较高要求，实际维护与建设成本较高，在现阶段智慧教室设计中融入物联网技术，使得各类网关设备通信能力不断增强，不需要通过协议与后端服务器进行通信，从而降低网关设备软硬件要求，节约系统建设与维护成本。
关键词：物联网技术；智慧教室；设计；实现途径
一、引言
随着信息技术融入教育教学业务，智慧教育学习环境(如智慧教室)建设成为高校教学资源投入的新方向。将云计算引入教育领域将显著地加快信息技术促进教育变革的进程，云智慧教室环境的搭建为信息技术与课程整合创新提供了非常有利的条件，为教与学提供了人性化、智能化的互动空间，顺应了“互联网+”教育的发展趋势。
二、基于物联网技术的智慧教室功能需求分析
智慧教室就是能突出智慧功能的教室，通过应用各类先进的软硬件设施，对教室采取智能化管理，对各类资源进行获取，这样能够为实现智慧教室提供技术支持。基于物联网技术建立的高校智慧教室就是在高校日常教学过程中依据教学要求对教学资源进行访问，当前基于物联网技术的高校智慧教室功能需求主要由以下几点构成。例如在智慧教室中需要安装视频监控摄像头，对智慧教室基本情况进行远程视频监控，其中主要有教室环境信息、活动情况、课堂实录等。
除此之外，在教室中安装传感器，可实现对智慧教室温度、光照、湿度等基本信息进行全面收集，然后能够对教室设备进行远程智能化控制。还可以对设备进行编号，通过射频识别技术对设备基本信息以及报修情况进行智能化管理，这样便于对资产进行管理。
三、基于物联网技术的智慧教室架构设计
为了全面适应新时期高校智慧教室个性化发展要求，通过物联网技术建立高校智慧教室时，可以借助分层架构设想，选定相应的连接端口，确保设计功能的可拓展性。目前架构主要可以划为不同层，每层都具备相应功能。终端层主要是在应用终端设备基础上对客户基本需求进行分析，然后对教学资源进行收集，这样根据教学任务随时对各类教学资源进行访问。应用层就是通过系统集成平台以及智慧教室设备进行远程管理控制，确保教学网站以及资源库等能够进行连接，这样便于进行远程管理以及对设备运行状态进行监控。服务层是通过对信息数据进行收集，然后进行大数据处理、云计算等为上层结构提供多项服务，能够对智慧教室实际工作中各类数据进行计算与处理等，确保教学活动能够稳定进行，这样能够提升数据连接的安全性。网络通信层主要是为了确保智慧教室网络连接的稳定性，能够保障各类教学数据的稳定传输，使得不同层次之间能够实现高效化的网络通信，能够为后续各项教学活动的开展奠定良好基础。
最后是基础设施层，本层是由不同教学管理设备构成的，例如智能空调、电源、电动门窗、监控设备、无线访问点等。其中生物特征读取器能够通过应用传感器对智慧教室室内变化情况进行检测感知，从而对智慧教室中温湿度、光照度、灯光基本亮度等进行远程控制，实现智能化调节控制。
四、智慧教室系统网络架构设计和实现
基于物联网技术的智能教室系统的终端可以利用多重网络来实现数据的交互。本文所介绍的智能教室系统根据不同模块的作用和功能之间的差异性，将系统设置为展示模块、数据仓储模块、数据传输模块和数据采集模块。
通过对智能教室的实际需求进行分析，我们可以将智能教室系统的网络构架分为以下几个层次：无线数据节点、无线数据传输网络、数据路由器。
(1)无线数据节点：这一层次主要是通过设置传感器来对智能教室系统运行过程中，教室内部相关的数据进行收集和传输，其中主要包括教室内部的温度、湿度、光照强度以及污染物等；(2)无线数据传输网络：这一层次主要是用来设置互联网和局域网，并用来进行数据传输的；(3)数据路由器：智能教室系统中数据的主要来源于分布在教室内部的各个传感器，而数据路由器的主要功能就是将这些不同来源的数据提供到统一的接口，然后将这些数据集中传输到系统的数据处理模块，数据处理模块会将这些收集到的数据进行统一的分析和处理，最终给出相应的控制指令。
五、智能教室系统功能模块分析
5.1教学模块
智能教室系统中的教学模块主要的硬件设备包括：音响、投影仪、问答器以及麦克风等。通过智能教室系统的统一控制，使得这些设备代替传统的黑板和粉笔的教学模式，这样一来可以有效的避免教师和学生受到粉尘的危害，有利于促进教师和学生的身体健康。另外，在该系统当中，教师在进行课堂教学的过程中还能够摆脱传统黑板的制约，可以自由的在任何区域内进行教学，从而有效的增强师生之间的交互性，使得课堂教学的效率得到进一步的提升。
5.2 LED现实模块
在智能教室系统当中的LED显示模块通常是采用多块LED面板组成的，其主要功能为显示教室内环境的基本参数以及教学活动中的各项公告和信息。
5.3室内环境智能感知模块
智能教室系统当中的室内环境智能感知模块是该系统当中的核心模块，其中主要包括：数据传输、数据处理以及传感器。能够为系统的正常运行提供数据支持。简单来说该模块的功能就是利用传感器收集教室内部的相关数据，然后通过网络传输到系统的数据处理中心，最后由控制中心根据数据的分析结构发出相应的指令，从而实现对教室内各个设备的智能化控制。
5.4空调或换气扇智能化调整
良好、舒适的教室室内环境能够为教师的教学和学生的学习提供优质的教学条件，从而提升教学和学习的效率和质量，因此，在智能教室中为了能够确保教室内环境的优良性和舒适性，在目前很多的学校教室中都备有空调或者是换气扇。而智能教室系统可以对教室内的空调和换气扇进行智能化调控，智能系统的传感器能够采集到教室内的温度和湿度等相关信息，当室内温度过高或过低时，智能控制系统能够对教室内的空调或换气扇的运行情况进行智能化的调节，确保室内温度的舒适性，从而为教师和学生提供一个良好的教学和学习的环境。
5.5教室环境质量评价和系统工作状态显示
智能教室系统中的教室环境质量评价和系统工作显示模块的主要功能就是对教室内部环境的相关数据进行检测和反馈，并对其进行评价，然后通过LED模块将教室内部环境状况显示出来，从而让教师和学生能够时刻的了解到教师内部的环境状态。另外，在该模块中还可以将班级人数情况、值日情况、教师信息以及课程安排和班级公告等信息也显示在上面，从而帮助学生更好的安排自己的学习计划，提升学生的学习效率。
六、结语
构建智慧教室可以更好的弥补传统教育存在的不足，并且为学生的学习提供一个优质的场所。对于智慧教室环境的构建还需要进行探索，并且需要资金和人力作为资源支持，相信未来智慧教室的不断完善将会为学生和教师提供感触更好的学习与工作环境。
参考文献
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