一种基于物联网的智慧教室体系结构研究

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摘要：随着物联网技术的高速发展，如何将其应用于教育领域，成为教育科研工作者关注的热点之一。本文从智慧教室的功能分析入手，详细探讨了基于物联网智慧教室的整体架构、运用的关键技术以及软硬件结构，可以为智慧教室的设计提供参考。本人提出了一种基于物联网技术的智慧教室结构方案，可以用于智慧教室的构架和设计，从而提高学校的教学和管理水平，使之成为智慧校园的一个组成部分。

关键词：智慧教室 物联网 体系结构

中图分类号： TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）11-0000-00

随着物联网技术的发展，起来越多的应用被冠以“智慧”的名称，如：智慧城市、智慧医疗、智慧校园、智慧的交通等。如何将物联网技术应用到教育领域，减小教学成本，提高教学质量，已成为很多国家教育科研人员关注的热点问题，政府、企业以及科研院所投入大量的人力物力进行智慧教室的研究和开发。

1 智慧教室的概念及功能

智慧教室是为了促进学生构建学习知识而搭建起来的智慧学习空间，它运用了传感技术、云计算技术、无线通信技术、物联网技术和智能技术等。在这个学习空间中，实现了物理空间与智慧数字技术的结合，本地运用与远程教育的结合，从而改善学习者和学习环境之间的关系，大大提升学习者的交流、协作和共享，有效地促进开放式学习、个性化学习和泛在式学习。

智慧教室功能主要体现在环境、工具、交互、学习支持等方面。

（1）从环境上看，能够根据环境的温度、湿度等自动进行教室温度、湿度、照明等调节，提高学生的学习舒适性 ；

（2）从人际关系上看，能够实现师生的和谐与平等，师生之间、生生之间能够进行有效地交流和共享；

（3）从资源环境的利用上看，要能够实现学生个性化需求信息的推送和资源共享，从而消除信息孤岛；

（4）从交互功能上看，要能够实现友好、简单、自然的人机交互，提高学习者学习知识、讨论问题和协作交流的效率；

（5）从学习支持的角度看，要能够实现线上和线下学习地结合，正式学习方式和非正式学习方式地结合，为每个学习者提供方便快捷的学习支持服务，从而实现真正意义上的个性化学习。

2 智慧教室的体系结构

2.1智慧教室整体构架

智慧教室紧密结合物联网技术，从物联化、集成化、智慧化出发，提高人与人、人与物、物与物的互联度，实现三者之间的实时感知，促进学校教务管理的高效运行，智慧教室已成为智慧校园的一部分。

智慧教室作为一个整体系统，从控制区域来看，主要包括：

（1）本地智能控制部分：通过本地传感器及网络实现教室设备（灯光、空调、门禁、、窗帘、电脑、投影仪等）的自动感知与控制；

（2）远程智慧化管理部分：通过远程网络，配合和学校教学等管理系统系统，实现教室设备的智慧化管理和控制；

从组成构件来看，主要包括：

（1）智能控制及智慧教学硬件设备：主要包括各类传感器、感知模块、传感网关、控制模块、中控智能主机、控制器/控制模块、智能控制设备等；实现本地/远程网络管理、教室设备和装置的控制，配合环境感知传感器，实现教室智慧控制；

（2）物联网信息系统软件平台：包括网络系统软件、智慧控制系统软件、设备管理软件、智慧教学软件、各类终端客户端软件等，提供智慧教室网络接入、设备控制、设备管理、教学管理、教学资源共享与分发、教学互动与设备交互等。

2.2智慧教室运用的关键技术

在设计智慧教室的过程中，为了促进和支持学习者的学习和发展，将现代技术有效地运用于实际的教学环境和教学活动中，搭建科学合理的智慧教室架构，使传统教室真正地充满智慧，一直是教育工作者和研究开发人员重点关注的问题。目前的智慧教室设计中，应用了许多信息技术，包括无线通信接入、分布式伺候、多点触控、泛在计算技术、云计算技术、情境感知、物联网等技术。其中ZigBee协议和嵌入式Linux是开发与设计中经常用到的技术。

ZigBee是低功耗的局域网协议，基于IEEE802.15.4标准。ZigBee协议从下到上依次为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE 802.15.4标准的规定。根据这一标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低功耗、、低数据速率、低复杂度、自组织。特别适合用于自动控制和远程控制领域，尤其是各种嵌入设备。因此，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术，是一种低速短距离传输的无线网络协议。

2.3智慧教室硬件结构

智慧教室主体功能模块包括：智能教学系统、设备管理系统、灯光控制系统、空调控制系统、窗帘控制系统、智能安防系统以及门禁系统等。

2.4智慧教室的软件管理系统

智慧教室的系统软件必须能够实现传感网络的正常链接，设备的智能控制和运转等，主要包括各类终端客户端软件、智慧控制系统软件、设备管理软件、智慧教学软件、物联网基础共享远程平台软件等，提供智慧教室网络接入、设备控制、设备管理、教学管理、教学资源共享与分发、教学互动与设备交互、以及基础实验和创新实验的学习与开发。

3结语

自从2009 年8 月总理提出“感知中国””以来，物联网技术得到了很大的发展。物联网相关技术的不断发展和成熟，对教育领域的发展产生了广泛影响，基于物联网的“智慧”教育成果不断涌现。本人提出了一种基于物联网技术的智慧教室结构方案，可以用于智慧教室的构架和设计，从而提高学校的教学和管理水平，使之成为智慧校园的一个组成部分。

参考文献

[1]张亚珍，张宝辉，韩云霞.国内外智慧教室研究评论及展望[J].开发教育研究，2014，20（1）：81-91.

[2]车向东.基于物联网技术的智慧多媒体教室优化设计与实现[J].自动化与仪器仪表，2015，8（159）：136-138.

[3]孙建梅，刘丹.GoAhead和ZigBee在智能教室系统中应用[J].信息技术，2014，1：162-166.