智慧教室是充分應用人工智能技術，構建多功能的智慧教室。它包含：多媒體智慧教學系統、遠程教學系統、遠程同步課堂系統、遠程會議系統、智能化精品課堂錄播系統、智能化課堂考勤系統、智能化課堂學情分析系統、電子班牌系統、教室教學設備遠程控制及智能故障診斷系統、教室輔助設備（ 燈光、空調等）遠程控制系統、教室環境（空氣、用電等）自動監測系統，在學校管理中心和教育局可構建物聯網管控中心，實現對所有智慧教室的統一控制和管理。在互聯網雲端可進行智慧教室精品課堂的直播、點播功能。

這些先進的功能充分體現了現代教學和教學管理，現代教室和教室管理的真實需求，是較為完善的“未來教室”。

AI—智慧教室，雖然系統功能很多，但系統的集成高，可靠性高，設備簡單，造價低。既可作為多媒體智慧教室、精品錄播教室、遠程教學教室、遠程會議教室等，也可作為未來普通教室之用，是智慧校園的标準教室。

二、智慧教室的系統架構及主要設備

AI-智慧教室系統架構圖

主要設備：

• 物聯網操作主機：采用英特爾X86芯片及其他輔助器件組成的一台物聯網主機（配套顯示器），承擔智慧教室各種軟件的服務工作及信息傳輸交換、聲音功放等功能。
• 遠程控制電腦：采用普通的工作站或專用服務器，承擔遠程控制及部分課堂信息的處理功能和精品課堂的資料庫。
• 其他設備：智慧教室的攝像機、拾音器、電子屏、展台等采用通用設備。
• 教育局管控中心：采用大屏顯示，配若幹小屏輔助。可承擔所有智慧教室的設備控制管理及各類應用信息、課堂錄像的顯示功能，該系統可選配。
• 雲端直播、點播系統：租用公有雲的方式實現遠程直播、點播功能，配有網絡加速功能，确保應用效果，該系統選配。

1. 采用AI識别技術，提取課堂闆書；

從教師機位的錄像中，提取四塊移動小黑闆的内容合成一個完整的闆書，比傳統的錄播系統節省了二個機位，合成闆書效果更好。

AI闆書提取（節省兩個機位） 傳統黑闆闆書提取

1. 采用AI識别技術，将課堂實境進行三畫像合成；

看教師寫的内容，聽教師說的内容，并且，保留課堂實境，是專業化課堂錄播的基礎思路。本系統通過智能識别教師闆書、老師電腦的内容，智能地從闆書、電腦畫面、教師實況和學生實況等四畫面中取三個畫面并合成專業化精品課堂畫面，讓畫面的内容與教師講課的内容相匹配，有利于學生的學習，克服了傳統錄播畫面内容與教師講課内容不匹配的缺點。

合成方式二（闆書畫面）

合成方式一（電腦畫面）

1. 采用AI識别技術，診斷教學設備的故障情況。

自動打開教室的教學設備，播放定制的視頻；通過攝像機和拾音器将錄制的音視頻進行智能識别，能準确地診斷教學設備（包括主機、大屏、功放、拾音器等）的故障情況，并及時通知相關人員檢修和停用，克服了用傳統的通信方式診斷系統故障，不能準确診斷大屏、功放、拾音器等設備故障的缺點。

1. 采用AI技術，識别課堂學生出勤情況，能節省教師上課點名時間。

利用學生走過門口的攝像點視頻，或者學生就坐後，采用帶雲台的攝像機錄制的學生視頻，進行智能識别，能較準确地識别課堂學生的姓名和數量，實現智能化點名功能。

1. 采用AI技術，識别課堂學生上課狀況。

在上課過程中，通過學生攝像機的視頻能較準确地識别每個發言學生，并且通過間隔（5分鐘）拍攝課堂照片，真實展現聽課的情況，用于課堂的學情分析，防止學生上課趴桌現象。

每隔五分鐘拍攝課堂照片

1. 通過一體化設計，用一台教室主機支持多個應用軟件服務。系統的集成度高、可靠性高、造價低。

采用英特爾X86芯片研制的智慧教室主機，體積小，功能強，能夠支持多媒體教學，課堂闆書識别，三畫面合成，所有物聯網設備的控制管理，傳統教學中控的功能，網絡交換功能及音頻功放的功能。一台主機替代了傳統技術的三台主機，是目前國内最先進的智慧教室主機。

1. 智慧教室的各類應用軟件，通過一體化設計，統一操作界面，便于用戶操作，具有标準化的數據接口和應用大數據接口，确保系統的兼容性和可升級性。

1. 智慧教室與物聯網管控中心和雲端直播、點播（加速）服務系統，進行一體化設計，大大提升了系統的先進性。

将多個智慧教室對接一個物聯網管控中心（放于教育局或學校管理中心）實現對所有智慧教室的控制和各類應用信息管理。大大提高了對智慧教室的管理水平，促進各智慧教室有效使用。同時，将各智慧教室錄制的精品課堂在雲端直播、點播，有利于優質教師資源共享。從智慧教室、物聯網管控中心到雲端直播、點播服務系統的一體化設計，實現了智慧教學和管理系統的完整性，是智慧校園的标準方案。

智慧教室的一體化設計，不但大大提高了産品質量，而且也可以與未來建設的智慧校園對接，是未來智慧校園的一部分。

學校智慧教室的建設目标主要分為：

1. 實現教學功能的多樣化：包括多媒體廣播教學，課堂反饋式測試，互動式小組讨論、遠程教學和遠程會議等功能。
2. 實現精品課堂資源的共享：把各智慧教室的精品課堂資源通過互聯網雲端讓廣大師生、家長點播。
3. 實現智慧教室環境的現代化：包括遠程設備控制和設備故障診斷，智能化（無感）考勤和學情分析，教室電子班牌，教室空氣、用電等環境檢測等。
4. 實現智慧教室的統一管理：通過教育局端（或學校管理中心）的物聯網管控中心，可控制所有的智慧教室的設備，統計和分析各智慧教室的應用信息，存儲有用的教學資源，督促各智慧教室的有效應用，确保國家的投資真正為教學服務。從更高層面實現對智慧教室的科學管理。

學校和教育局在建設智慧教室的過程中，應遵循總體規劃、分步實施的基本思路，結合自身的需求，分步制定實施方案。本文從科技發展的角度，提供如下建設方案：

智慧校園是教育信息化的最終目标。智慧校園的建設就是實現一體化和智能化。而智慧教室是智慧校園的重要組成部分，應該在智慧校園的總體框架下進行規劃建設。

物聯網管控中心不但體現了對整個校園（包括整個教育局系統）的教育設備和教育資源的控制和管理。也是智慧校園的總體規劃标準。按照總體規劃、分步實施的思路，應優先建設物聯網管控中心，然後，逐個建設智慧教室和其他智慧校園子系統，自然就實現了智慧校園的一體化，反之，就很難實現智慧校園的一體化，甚至會重複投資。

一個完美的智慧教室不但要有先進的教學功能，還要設備的集成度高、可靠性高、結構簡單和可升級性。智慧教室的主機，不但能滿足各種先進的教學和管理的功能，而且，采用AI圖像處理技術和英特爾X86的GPU資源，一台主機承擔了傳統方案的三台以上的設備功能，是先進技術在智慧教室中的充分應用。

同時，在智慧教室的建設規劃中，盡量配套較為完善的教室輔助設備（例：AI考勤、物聯網設備控制等）。或者預留控制接口，逐步配套輔助設備。

在智慧教室建設不斷增加的同時，就要建設精品課堂資源的雲端直播、點播系統，将優質的教學資源讓廣大師生共享。

智慧教室的建設應該先建設物聯網管控中心，再分批建設智慧教室，然後，建設雲端的精品課堂直播、點播系統，是智慧教室建設較為科學的思路。同樣，對于智慧教室的建設也應該結合學校的需要，有側重、有計劃地進行規劃建設。AI—智慧教室采用先進的AI技術，從教學和管理的功能上，産品質量上構建了較為完善的智慧教室。學校在建設過程中，可結合自身的需要，選擇合适的方案。推薦方案如下：

實用型，就是突出教學功能，具體方案如下：

包含多媒體教學系統，智能化錄播系統和校園網精品課堂直播、點播系統，校園網直播會議系統，電子班牌系統，教學設備遠程控制和故障診斷系統。該系統充分應用AI技術，功能先進，設備簡單，可靠性高，可适用于精品錄播教室、多媒體智慧教室、遠程教學會議室及普通的智慧教室之用。具體設備布局如下：（以下電子屏也可采用投影機方式）

在實用型的基礎上，增加六塊小組讨論的電腦大屏，是具有小組讨論特色的多功能智慧教室。

在實用型或互動型智慧教室的基礎上，增加課堂管理和教室輔助設備的控制和管理，包括：智能考勤系統，課堂學情分析系統，門禁（自動）控制，窗簾（自動）控制，燈光（自動）控制，空調（開關）控制，教室用電檢測，教室空氣溫度、濕度和質量等檢測，這些設備的控制，基本不用重新布線，主要采用無線控制。

物聯網控制主機已配置了完整的控制功能。在學校建設時，可一次性建設到位，使教室變得更高檔。也可以先建設實用型智慧教室，再升級成高檔型。

1、實用型AI—智慧教室的主要設備和功能列表

（1）多媒體智慧教學軟件：包含多媒體廣播教學，電子白闆，各類教學工具，課堂學生提問信息反饋及個人用戶的遠程教學功能，随堂反饋式測試等功能。

（2）課堂錄播及信息采集軟件：具有課堂闆書AI提取，課堂三畫面智能生成及物聯網接口信息采集處理功能。

（3）校園課堂直播、點播及資源管理系統：在校園網内可實現對本課堂直播和課後點播功能，并且，對被錄制的精品課堂按課程表統一管理。

（4）教室操作主機：将電腦、精品錄播、功放、中控及物聯網各類接口等集成一體。

（5）教室大屏（或投影機）：采用通用的教室顯示屏（不用帶電腦模式）；标配：高清LED觸摸顯示屏，尺寸：86。

（6）攝像機：采用兩台高清IP網絡攝像機；标配：207萬像素，1/2.8英寸高品質CMOS傳感器，20倍光學變焦，f=5.5～110mm。

（7）其他教室設備：音箱：采用通用音箱設備，教室操作主機直接驅動；标配：無源式音箱，額定功率：30W；最大功率60W；頻率響應：90-20KHz。展台：通用高清壁挂式或台式展台，标配：500w像素，最大畫幅A4/A5，具有補光功能。

（8）遠程控制電腦：标配：I7 8700/32G/4T電腦，用于遠程控制、錄播課堂的直播、點播及資源管理。如果直播、點播用戶超200人，電腦的配置還需提高。

（9）電子班牌系統：标配：白色21.5寸高清觸摸屏，帶打卡模塊及電子班牌軟件。

（10）遠程（同步）課堂軟件：支持跨班級、跨校際或跨區域的師生實時雙向互動教學，實現遠程同步課堂、雙師課堂及名師直播的教學應用。

（11）遠程會議軟件：為教師提供視頻會議的支持，實現教室與教室、教室與個人之間的實時音視頻交流、讨論及文件分享，支持各類終端同時接入會議，滿足學校的遠程會議需求。

2、交互型智慧教室的主要設備和功能列表

在實用型智慧教室的基礎上添加以下主要設備：

（1）小組讨論軟件：實現分組協作互動式教學，包括：小組内協作制作課件，點播式小組讨論、示範教學等功能。

（2）小組讨論屏：包含大屏及配套電腦組件。

3、高檔型智慧教室的主要設備和功能列表

在實用型或交互型智慧教室的基礎上添加以下主要設備：

（1）智能考勤軟件：支持利用攝像頭進行人臉識别考勤、課堂内無感知考勤、進出教室考勤及課堂學情分析等功能。

（2）智能門禁軟件：支持通過課表聯動實現教室門禁開、關等管理。

（3）其他教室輔助控制設備：包括門禁開關、燈光自動控制器、PM2.5溫濕度監測儀、光照儀、空調控制開關、電動窗簾導軌等設備。

4、物聯網控制中心的主要設備和功能列表

（1）中央物聯網管控平台軟件：支持對各學校智慧教室的管控；實現遠程巡考、遠程巡課、校園巡視、精品課程等功能。

（2）拼接單元屏及輔助設備：采用通用拼接顯示屏，搭建管控中心電視牆。标配：55寸LG液晶面闆，無縫拼接，物理分辨率 ≥1920x1080。

5、精品課堂雲端直播、點播平台的主要設備和功能列表

（1）互聯網信息管理軟件：支持将應用軟件部署于互聯網或教育局，可進行用戶管理、校園公共信息交互、個人空間、互聯網收費等。

（2）公有雲服務：基于阿裡、華為雲提供服務器、數據庫等基礎設施服務，提供CDN、IPV6轉換、負載均衡、直播推流等服務。

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