基于数字化信息管理系统的教学基础条件建设与应用研究

摘要：依据“需求导向、统筹规划、高效好用、分步实施”原则，面向教学模式创新切实需求，按照先框架基础后优化整合的思路，整体梳理规划智慧教室、智慧教学平台建设方案，打通教室教学设备，整合教学应用系统，提升师生及运维管理人员的使用体验，提升公共基础教学保障水平，推进学校教育信息化不断向纵深发展，契合学校“双一流”建设要求。

关键词：智慧教室；智慧教学；智慧教室整体规划；教室建设方案；教室设备集中管控。

一、引言

信息技术的变革与创新把人类社会带入了崭新的时代，网络技术和多媒体技术的迅猛发展，给教育领域也带来了巨大的冲击。技术的进步使教育的方式随之发生转变，越来越多的现代化教育手段被纳入传统的课堂中，使课堂的教学模式变得多样化，从当前教育发展趋势看，以碎片化、交互性、嵌入式为特征的“合作学习”、“移动学习”、“泛在学习”等新型学习方式逐渐兴起，逐渐搭建出未来教育的宏伟蓝图。

二、背景及问题

部分教室年久失修，多媒体设备已经超出使用年限，课件展示效果、收音扩声效果显著降低，教室摄像头为模拟信号，无法实现远程听查课、远程教学巡视等管理需求。各种系统也是“硬件随着厂家走、软件随着硬件走、数据随着软件走”、“设备一换，数据全无”，无法形成教学数据资源的积累，教育信息化每次都是从头开始。因为多种因素限制，学校无法全部采购同一厂商的多媒体教室设备。因此，学校每改造升级一批教室，就需要部署一套新的教室设备管理控制系统。由于各厂家设备与后台系统的差异性和互不兼容，在教室日常的管理和使用过程中，带来诸多问题：

相同功能在不同教室、不同厂商之间实现差异性较大；

各厂商提供的教室现场端操作界面不一致，造成老师学习和使用上的诸多不便，教师的学习成本高，使用效果不好。

每个厂商都提供一套多套教室管理平台，为也教室管理人员在管理和使用过程中造成诸多不便，教学服务保障的服务压力大。

多媒体教室、智慧教室的建设没有标准规范，只能跟着硬件厂商或者集成商提供的方案走，定制化特色需求与校级标准化建设的实现难度大。导致教室建得越多，问题越多，越不敢用！

软件随着硬件走，数据随着软件走。硬件厂商、集成商不能按需开发，项目建成、功能实现后，系统性应用提升的协同开发难度大，教学信息化行业的积累式发展动力不足。

厂商之间的硬件产品无法互联互通，导致各自的应用无法协同、数据无法共享，掣肘大数据时代下的教育信息化发展。

四、整体建设方案

（一）前期规划

为解决上述问题和理清后续建设思路，在2020年初请专业设计公司，按照“现状梳理、设定目标；顶层设计、标准先行；软硬分离、面向服务；分步实施、灵活调整”的思路，对国防科大“智慧教室”、“智慧教学”系统建设进行顶层设计、整体规划。

在规划设计上，以面向师生的教学环境、教学模式优化改进为中心，在对全校教学网络、设备、应用、资源等梳理摸底，结合国防科大“双一流”建设要求，从基础教学环境、教学模式支持、教学资源管理、教学评估改进、教学运行保障五个方面着手，形成全校“智慧教室”建设、“智慧教学”体系搭建的全景规划设计方案。

（二）整体框架

综合考虑整体资源环境，基于学校的计算资源、存储资源、网络基础建设资源，搭建教学过程全覆盖式的教学服务、教学保障、教学考评、教学资源以及教学支撑五大教学应用板块。从信息化服务的角度实现“教学管评”的体系优化。并基于这些教学应用资源，支撑线上线下网络教学空间和教室教学空间的教学工作，最终形成一个体系化的教学综合服务平台。学生、教室、教务人员等多种用户角色，通过设备终端和客户端服务即可访问自己角色权限下的教学资源，提升教师、学生以及相关教务人员以及教学工作领导在日常教学管理活动中的服务体验。

（三）逻辑结构

智慧教室建设不仅仅是对教室硬件设施环境的升级，更重要的是对教学模式、教学方法的一种提升和重塑。这种提升和重塑离不开教室的基础硬件设施以及教学应用软件系统的协同。为了更好的发挥新型智慧教室的功能和效用，通过物联网、大数据、人工智能等现代教育信息技术，构建功能实用、兼容融合、简便易用、创新领先的现代化教学支撑环境，集教室集中控制、教学督导巡视、智慧教学服务、教学数据资源、教学大数据分析等为一体的综合性教学公共服务平台。

（四）应用系统建设

1.功能架构

教学信息化核心有两个：教学指挥中心、教学数据资源平台。

前者实现对教学空间、教学秩序的集中统一管理，后者实现各类教学数据的收集整理，便于分析利用。

对教室设备，通过教室设备集中管控平台、教室时钟广播系统、教学服务管理系统等3个系统，实现对教室内外的所有与教学相关设备的状态监看、管理配置、远程控制等功能。

对教学服务，通过互动教学系统、网络学习空间、教学巡视督导系统等3个系统，完整覆盖教师、学生、教学督导三类人员的教、学、巡视需求，实现教、学、管、评的全过程覆盖。

所有在教学相关的数据，全部汇集到教学数据资源平台，形成全校统一的教学数据资源库。基于教学数据资源库，面向各类对象和各种教学场景，设定指标、维度和度量值，对学情、教情等进行数据分析，为教学改革、教学模式创新提供基础数据支撑。

2.各系统功能简介

（1）用户交互类系统

教学服务大厅是面向全校师生的教学类相关资讯、服务、应用、数据的统一门户。师生通过教学服务大厅（网站），统一访问各种教学资讯、在线教学服务、在线教学应用系统、各类教学相关数据。

教师可通过互动教学平台，实现课前备课、课中授课互动、课后在线答疑。

学生可通过APP/微信小程序/微信公众号等，与互动教学平台对接，实现课前资料下载、课堂中的交流互动、课后与老师的互动交流和作业提交等。

（2）核心业务类系统

提供五大类共10个教学应用系统，为师生、场馆保障、各级领导提供完整、全面的教学服务功能。

1、教学服务类：

互动教学平台：教学互动平台系统为教师课堂授课、工作科研提供统一的、一体化的、基础的工作环境。为教师课堂授课提供包括教学工具、课堂管理、教学互动等功能。

2、教学保障类：

教学设备集中管控平台：教室环境与设备的集中控制平台。基于物联网、视频技术、流媒体技术等技术，一体化管理和控制教学楼及教室的各类相关设备资源，实现对教学楼、教室中各类基础设施（门禁、灯光、空调、窗帘、时钟、监控摄像头等）、教学设备（中控、投影仪、幕布、智慧黑板、互动大屏、视频切换矩阵、无线投屏设备、录播主机、音响、麦克风等）的集中一体化管理和控制。

教学服务终端管理系统：提供各类教学服务终端设备的统一管理和控制，实现展示和发布内容的统一管理和控制，实现多类型的教学在线服务功能。教学服务终端包括：教室内的LED显示屏、教室门户的电子班牌、教学楼内的LED大屏、教学楼内的触摸交互一体机，以及其他各类教学服务的自助机具设备。

教学保障管理系统：为场馆保障人员提供日常工作信息化平台，建立一个网络化办公的环境。优化现有的管理组织结构，调整管理体制，在提高效率的基础上，增加协同办公能力，以及对设备的全生命周期跟踪管理，为教学服务提供保障，并对日常工作进行痕迹化管理，包括考勤、工作日志、采购申请、定期巡检、维修工单流转跟踪、专项工作记录、应急突发事件处置，以及在库、在用设备的设备资产管理等功能。

3、教学考评类

教学指挥中心系统：教室指挥中心提供基于教室监控、录播、PC桌面画面的的教室可视化的展示、交互、控制、管理功能，支持教室课前课中的可视化巡视。

教学巡视督导系统：教学巡视督导系统提供在线听评课，同时支持历史听查课，多人观摩，基于可评价指标，由督导人员设置评价模板，在听评课过程中进行评价。收集评价结果，并对评价结果进行统计分析，提高教学质量。

4、教学资源类

教学数据资源平台：数据资源平台对教学提供安全可靠、可扩展的资源管理服务，实现各类数字教学资源的汇集、加工、管理和一站式检索， 有效解决日常工作中数字资源的安全保存、快速查找、便捷分享等问题。打通底层教学数据资源平台，汇集全校数字资源，建立跨部门、跨系统、跨介质、跨平台的互联互通机制，实现数字资源在 校内快速、无缝、智能的流转与应用。

5、教学支撑类

教学基础支撑平台：基础支撑平台提供开发支撑框架、服务支撑框架和组件运行环境，供应用层的业务应用和功能组件运行。教学基础支撑平台主要分为教务数据、数据管理、接口设置、业务设置、系统设置等模块，为教学服务平台提供基础信息设置，系统管理员通过登录本平台设置接口数据、用户信息、教务信息等数据，为教学服务平台提供基础数据信息， 并提供工作流、接口管理、数据ETL等通用功能；实现与学校用户统一认证系统、信息门户系统、数据交换平台等的对接；实现与外部第三方系统的集成整合。

教学时钟广播系统：为教学提供准确的电子时钟显示、提供精准的电子打铃服务，提供背景音乐播放、实时语音广播功能。

（3）基础支撑类系统

内容管理：提供内容发布、内容集中管理功能。管理员可以通过内容管理功能，对平台中各类资讯（通知公告、新闻资讯等）实现集中统一管理。

多渠道接入：在面向师生服务的各个渠道、提供具体服务功能的后台应用系统、微信等互联网应用的第三方服务平台之间，建立一个统合渠道接入、统合服务接出、统合调用第三方服务的中间管控平台，使得多系统之间的交互关系从过去的“网状结构”优化为以多渠道接入为中心的“星状结构”，降低系统接入接出的复杂度、避免功能重复性建设，实现各渠道发布内容、服务功能、管理模式的一致性。

应用集成：为应用的互联互通提供基础协同平台，采用服务化思想来进行应用集成，通过灵活的服务接口和Adapter，方便新建应用和遗留应用的集成。

数据集成：定位于跨系统、异构系统之间的数据共享交换，通过数据集成实现异构数据源的ETL操作，更可以完成对数据集成过程中的模型进行管控、处理过程中的数据监控以及模型作业自动化等工作。

（4）外部协同系统

教学公共服务平台，需要与用户统一认证、信息门户、教务系统等校内系统，以及师生目前在用的“雨课堂”等对接，实现信息共享，业务协同。

五、建设成效及价值

（一）面向教师

1.提供了易于应用新型教学模式的场域：为教师提供更适合教学探索和尝试的硬件环节和软件服务，快速方便的设计线上、线下课程内容、开展教学活动，一改过往的陈旧教学方式，在全新的教学空间开展教学活动，教学变成了一场全新的体验，让教学活动更有成效。

2.数据分析，辅助教学决策，改善教学质量：以课堂为核心，延伸课前和课后的教学全场景，通过全方位、无感知、即时的教与学过程数据分析，辅助教师做出科学的教学决策，有针对性地优化教学环节和教学内容，进而改善教学质量。

3.教学工作更快捷高效：一键备课、丰富的课堂互动、在线布置和评判任务等，通过系统提供的这些功能，让贯穿课前、课中、课后的教学活动开展更快捷轻松。

4.快速沉淀精品课程：一键录播帮助教师快速构建沉淀优质课程，辅助申报精品课程。

5.智能物联技术应用，让管理更易用简单：教学设备状态即时反馈、故障即时告警，场景化控制和智能感应切换，让教学更智能，管理维护降低到最小门槛、提升效率。

（二）面向学生

1.全新的教室学习环境及课堂互动体验：让学生学习更积极主动，更好的学生学习潜力，激发学习兴趣。

2.全方位的泛在化学习，让课程学习更自由：跨终端（手机/平板/笔记本电脑）学习设备支持，不受空间、时间限制，随时随地、碎片化自主学习，让学生自由掌控学习节奏。

3.个性化的数据分析及学习建议：专业课程体系、职业岗位引导，学习各环节的数据分析引导，让学生清晰的了解课程学习方向和进度，让课程学习目标更明确。

（三）面向校方/教学管理者

1.提升信息化教学水平，形成应用示范：为学校提供一个利用信息化手段，构建基于信息化环境下的智慧教室空间和新型课堂教学模式的教学平台，助力院校的信息化教改，打造样板形成示范效应。

2.快速、低成本的铺开教学革新环境：一体化的硬件方案，可扩容、可升级、可兼容，快速实现常态化教室的低成本升级，让智慧教室、智慧教学能落地。

3.教学过程数据分析，辅助教学决策，改善教学质量：以课堂为核心，延伸课前和课后的教学全场景，通过全方位、无感知、即时的教与学过程数据分析，辅助教学管理者做出科学的教学决策，进而有针对性地改善教学质量。

4.让教学评估工作更省心省力、接地气：通过系统自动生成的教与学过程数据分析报告，结合快捷易用的学生评教、教师互评、督导远程评教，让教学评估工作更全面、高效、及时、客观（有据可依）。

5.激活录播价值，课程教学资源快速沉淀：帮助教师极简、智能、零门槛的打造精品课程教学资源，通过智慧教室录播一体化板块，一键录播功能，能快速构建学校的优质共享课程资源，形成线上线下结合的以专业课程体系为导向的校内专属慕课平台。

六、结束语

本文是结合三期智慧教室建设基础上进行撰写。

方案的整体设计，沿袭校训精神，借鉴实际使用中的经验教训，充分考虑个性化教育的特点，根据不同的教室功能，实现信息化系统“个性融入共性”的特性，构建“精准采集、精准督导、精准评价、精准帮扶”四位一体的智能化教学质量保障与监控体系，保障教学关键环节可控、可管，实现信息技术在学校教育教学过程中的深度应用。