? 智慧教室：指融合教學(xué)互動(dòng)、教學(xué)管理為一體的高度集成化學(xué)習(xí)環(huán)境，包含了空間設(shè)計(jì)，軟硬件一體化設(shè)備，無(wú)感知數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，環(huán)境管控等多種為教學(xué)活動(dòng)提供服務(wù)的支撐設(shè)備和系統(tǒng)。
? 研討型智慧教室：指提供多個(gè)學(xué)習(xí)分組，且每個(gè)學(xué)習(xí)分組可以進(jìn)行受控和自由研討的互動(dòng)型教室，該教室應(yīng)該提供全場(chǎng)景高清錄播（過(guò)程記錄及傳遞），多小組多屏幕互動(dòng)，多設(shè)備接入（手機(jī)、平板、筆記本等），分小組記錄等多種支撐系統(tǒng)，為就一個(gè)和多個(gè)課題進(jìn)行分組研討和分享提供支持。
? 跨校區(qū)互動(dòng)智慧教室：指提供由一個(gè)主講教室?guī)Ф鄠€(gè)遠(yuǎn)程聽(tīng)課教室進(jìn)行統(tǒng)一教學(xué)的互動(dòng)教學(xué)模式，該教室應(yīng)該提供多教室高清音視頻和學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)多向互動(dòng)，多設(shè)備接入（手機(jī)、平板、筆記本等）等支撐系統(tǒng)，為多校區(qū)、甚至校內(nèi)外互動(dòng)教學(xué)提供支持。
第1章 解決方案
1.1 現(xiàn)狀分析
教室作為高校師生開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)的核心場(chǎng)所，傳統(tǒng)教室和多媒體教室中，教學(xué)設(shè)施以相對(duì)陳舊，對(duì)教學(xué)活動(dòng)的支撐也比較基礎(chǔ)。常見(jiàn)的方式還是老師在臺(tái)上講、學(xué)生在臺(tái)下聽(tīng)，管理者對(duì)教學(xué)過(guò)程的監(jiān)控和管理也缺乏有效手段。
1.1.1 集成度低穩(wěn)定性差
之前的多媒體教室的多種設(shè)備和系統(tǒng)歸屬于不同的廠家，之間無(wú)法互聯(lián)互動(dòng)，老師在使用教室過(guò)程中需要學(xué)習(xí)多套設(shè)備。多種設(shè)備又導(dǎo)致教室環(huán)境非常復(fù)雜，偶爾由于某一個(gè)小部件的問(wèn)題導(dǎo)致整個(gè)教學(xué)過(guò)程受阻。
1.1.2 終端兼容性差
很多的多媒體室或者多功能室只能采用教室內(nèi)公用PC授課，對(duì)于自行攜帶電腦的支持往往存在接口和兼容性問(wèn)題，學(xué)生的手機(jī)、Pad、筆記本等設(shè)備更加難于用于課堂互動(dòng)。
1.1.3 分組研討支持度低
由于多屏幕互動(dòng)技術(shù)的約束，更多的教室只能由教師主屏幕和部分學(xué)生終端組成，無(wú)法進(jìn)行學(xué)生分小組的討論，也不提供給小組討論的分屏，老師無(wú)法組織分主題探究教學(xué)活動(dòng)。
1.1.4 跨校區(qū)授課支持度差
受限于高清音視頻的傳輸和壓縮技術(shù)，跨校區(qū)、甚至跨區(qū)域內(nèi)外的互動(dòng)無(wú)法完成，更多的錄播教室只能提供單向的視頻流，更談不上將遠(yuǎn)端的學(xué)習(xí)情況即時(shí)同步到主講教室。
1.2 總體框架
總體上來(lái)說(shuō)，中視天威構(gòu)建了一個(gè)從設(shè)備到數(shù)據(jù)全面打通，從教學(xué)活動(dòng)到數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)全面融合的整體框架，為高校提供一站式的整體解決方案，其主要包含的部分有：
? 集成化教學(xué)設(shè)備：能融合、連接和管理構(gòu)成智慧教室的各種設(shè)備；
? 創(chuàng)新型教學(xué)空間：將教學(xué)的空間從單一的課室外延到樓梯間、走廊等多種空間，從設(shè)計(jì)、座椅、wifi等多個(gè)角度搭建多元學(xué)習(xí)空間；
? 信息化教學(xué)環(huán)境：構(gòu)建能支持大班授課、小班研討和跨區(qū)域互動(dòng)的信息化互動(dòng)環(huán)境；
? 互動(dòng)化教學(xué)活動(dòng)：為課堂的教學(xué)活動(dòng)提供互動(dòng)，并將互動(dòng)的全部數(shù)據(jù)無(wú)感知的記錄；
? 一體化教學(xué)系統(tǒng)：為各種數(shù)據(jù)、互動(dòng)提供承載的平臺(tái)，提供給老師、學(xué)生可以隨時(shí)訪問(wèn)和使用的管理系統(tǒng)和學(xué)習(xí)空間。
? 數(shù)據(jù)化教學(xué)評(píng)價(jià)：通過(guò)留存的多樣本、形成性的大數(shù)據(jù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)，讓教學(xué)效果的評(píng)估和評(píng)價(jià)更加準(zhǔn)確。
1.3 整體優(yōu)勢(shì)
1.3.1 低功耗高集成智慧教室媒體終端主機(jī)
軟硬件全嵌入式設(shè)計(jì)，擁有多項(xiàng)技術(shù)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，精巧的機(jī)身設(shè)計(jì)。高集成度，單板卡集成視頻編碼、屏幕廣播、分組教學(xué)、實(shí)時(shí)導(dǎo)播、同步錄制、音頻處理、圖像跟蹤、電子云鏡等功能。低功耗的主機(jī)能24小時(shí)無(wú)障礙工作，靜默開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)數(shù)據(jù)的同步。
1.3.2 滿足BYOD（自帶設(shè)備辦公）需求
系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，老師和學(xué)生移動(dòng)終端可以自己攜帶，可以使用Android、iOS、windows操作系統(tǒng)，廣泛支持各種品牌的平板、手機(jī)和電腦，適應(yīng)各種大小的屏幕和分辨率。
1.3.3 動(dòng)態(tài)全高清多屏互動(dòng)
系統(tǒng)采用高清視頻矩陣解決學(xué)校智慧課堂多屏互動(dòng)的方案，實(shí)現(xiàn)高清音視頻任意主屏和分屏、分屏與分屏之間的切換。并且多屏的控制與教師端的教學(xué)活動(dòng)、音視頻流程完美結(jié)合。教師只需要按照教學(xué)的需要選擇小組展示或小組競(jìng)賽等活動(dòng)，教室中的大屏將會(huì)依據(jù)師生的活動(dòng)進(jìn)行教學(xué)信息智能化展示。
1.3.4 多場(chǎng)景小組研討
學(xué)生通過(guò)掃碼或驗(yàn)證碼可快速加入小組討論，進(jìn)行畫(huà)面投屏、動(dòng)態(tài)預(yù)覽、動(dòng)態(tài)批注等活動(dòng)，還可對(duì)演示畫(huà)面和討論過(guò)程進(jìn)行自主錄制為視頻。除了受控的分組研討方式，我們還支持自由研討，可以滿足將研討教室開(kāi)放給學(xué)生進(jìn)行自由主題探究。
1.3.5 簡(jiǎn)單易用的功能
為降低師生使用智慧教室的門(mén)檻，設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單易用的功能，老師上手快，學(xué)習(xí)易，限度地支持老師專(zhuān)注于教學(xué)活動(dòng)。
1.3.6 高清音視頻處理技術(shù)
采用全高清視頻處理，在遠(yuǎn)端限度還原主講教室的情況，提高遠(yuǎn)程教育的臨場(chǎng)感，讓學(xué)生和老師互動(dòng)起來(lái)更自然。
1.3.7 動(dòng)態(tài)批注
可以動(dòng)態(tài)的在中屏和大屏上對(duì)討論內(nèi)容（包含圖片和視頻）進(jìn)行批注，并可以將批注的書(shū)寫(xiě)過(guò)程同步到所有小屏幕。
1.4 應(yīng)用場(chǎng)景
現(xiàn)在更多的高校進(jìn)行教室智慧化改造的過(guò)程中會(huì)把一層教學(xué)樓或者整棟教學(xué)樓進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，旨在為學(xué)生提供更多樣的學(xué)習(xí)空間，中視天威在設(shè)計(jì)改造的基礎(chǔ)上打造了包含常態(tài)標(biāo)準(zhǔn)智慧教室、研討型智慧教室、跨校區(qū)協(xié)作智慧教室、階梯智慧教室、智慧梯廊、集中控制室等整體解決方案。
? 標(biāo)準(zhǔn)智慧教室：能組織各種類(lèi)型的培訓(xùn)、講座活動(dòng)。通過(guò)全程參與式、體驗(yàn)式的活動(dòng)和游戲、演講實(shí)踐、模擬面試、團(tuán)隊(duì)合作能力訓(xùn)練等活動(dòng)，提高教師綜合素質(zhì)。
? 研討型智慧教室：能組織各種類(lèi)型的培訓(xùn)、講座活動(dòng)，特別是基于多屏互動(dòng)的分組研討型教學(xué)活動(dòng)。通過(guò)全程參與式、體驗(yàn)式的分組研討及團(tuán)隊(duì)合作能力訓(xùn)練等活動(dòng)，提高師生綜合素質(zhì)。
? 跨校區(qū)協(xié)作智慧教室：能組織各類(lèi)大型培訓(xùn)、講座、通識(shí)類(lèi)大課。該室同時(shí)支持智慧教學(xué)、多校區(qū)互動(dòng)及與實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行互動(dòng)。
? 智慧梯廊：將與各智慧教室連接的樓梯間、走廊進(jìn)行智慧化改造，提供靈活的小型研討空間，可為臨時(shí)和零散的交流提供支持。
? 智慧巡課室：可以提供給老師、管理者進(jìn)行教學(xué)觀摩，教學(xué)在線巡視的空間，教學(xué)法教師可通過(guò)觀摩大屏對(duì)正在進(jìn)行的師范生模擬授課進(jìn)行直播觀摩。教學(xué)咨詢室同時(shí)可作為一線教師的工作室，提供學(xué)生與一線教師直接面對(duì)面溝通的研討環(huán)境。
1.5 建設(shè)價(jià)值
智慧教室的整體改造旨在為學(xué)校、老師和學(xué)生打造面向未來(lái)，服務(wù)過(guò)程的“教”與“學(xué)”支撐系統(tǒng)。為學(xué)校提高數(shù)據(jù)化決策能力、信息化治理能力終實(shí)現(xiàn)教育現(xiàn)代化提供有力支撐。為學(xué)校提升整體教學(xué)效果，落實(shí)人才培養(yǎng)計(jì)劃提供支持；為學(xué)?？茖W(xué)評(píng)價(jià)教學(xué)過(guò)程，信息化管理課堂提供支持；為學(xué)校數(shù)據(jù)化分析教學(xué)能力，便利地進(jìn)行督導(dǎo)巡課提供支持；為廣大老師探索新型教學(xué)模式（分組研討），開(kāi)展新型教學(xué)活動(dòng)（跨區(qū)授課）提供技術(shù)手段；為老師細(xì)致掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和學(xué)習(xí)效果提供技術(shù)手段；為老師逐步實(shí)現(xiàn)“因材施教”提供技術(shù)手段；為所有學(xué)生分組研討互動(dòng)，促進(jìn)師生互動(dòng)和生間互動(dòng)提供智慧環(huán)境；為學(xué)生自由分享，即時(shí)討論，泛在學(xué)習(xí)提供智慧環(huán)境；為學(xué)生課程復(fù)習(xí)，研討過(guò)程回看提供智慧環(huán)境；
第2章 研討型智慧教室
2.1 技術(shù)架構(gòu)
2.1.1 分組研討系統(tǒng)
在教室內(nèi)部署一臺(tái)中視天威智慧教室媒體終端和一臺(tái)高清音視頻矩陣，以實(shí)現(xiàn)主題分發(fā)、演示對(duì)比、小組投屏、動(dòng)態(tài)預(yù)覽、動(dòng)態(tài)批注、視頻錄制和下載等分組教學(xué)活動(dòng)。
2.1.2 高清精品錄播系統(tǒng)
? 五機(jī)位精品錄播
五機(jī)位智能錄播系統(tǒng)包括了音視頻采集系統(tǒng)、自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)播系統(tǒng)、課程錄制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)等，各個(gè)子系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)課件錄制、直播、點(diǎn)播、攝像智能跟蹤定位、智能導(dǎo)播等功能模塊。一體化智能錄播系統(tǒng)支持多路高清視頻源同步錄制，同時(shí)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同步直播課件、提供學(xué)生課后學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)，而且為后期老師聽(tīng)課評(píng)課，提供了很好的課件資源。另外，通過(guò)資源管理平臺(tái)，可以很好的解決教學(xué)以及管理中的時(shí)間、空間、課件長(zhǎng)期安全保存以及網(wǎng)上點(diǎn)播、重復(fù)利用等實(shí)際問(wèn)題。
2.1.2.1 視頻采集
構(gòu)建精品錄播系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)的搭建，能智能實(shí)現(xiàn)課堂實(shí)況自動(dòng)拍攝的功能，真實(shí)完整還原教師講解、學(xué)生聽(tīng)課、提問(wèn)等各個(gè)環(huán)節(jié)的授課情況。精品教室構(gòu)建簡(jiǎn)單，能將日常的教師授課優(yōu)質(zhì)錄制。
通過(guò)高清攝像機(jī)，拍攝老師畫(huà)面與學(xué)生畫(huà)面并傳輸?shù)街腔劢淌颐襟w終端，同時(shí)接入老師電腦信號(hào)，經(jīng)導(dǎo)播控制平臺(tái)進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)導(dǎo)播處理，實(shí)現(xiàn)高清圖像視頻的錄制。
2.1.2.2 音頻采集與擴(kuò)聲
智慧教室媒體終端實(shí)現(xiàn)錄播功能，配置專(zhuān)業(yè)拾音吊麥或者隱藏式拾音麥，教師和學(xué)生的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)拾音話筒拾取，并經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)音頻處理器進(jìn)行去噪、混音、回聲消除等處理，在錄制的同時(shí)可以將老師演講的聲音、學(xué)生回答的聲音擴(kuò)聲出來(lái)，拾音的同時(shí)擴(kuò)聲，教室內(nèi)只需要一套擴(kuò)聲系統(tǒng)，老師講臺(tái)或者腰間再也不用帶擴(kuò)聲話筒或者無(wú)線擴(kuò)聲器了。
隱藏式拾音擴(kuò)聲系統(tǒng)
吊麥?zhǔn)耙魯U(kuò)聲系統(tǒng)（錄播拾音、老師講課拾音再也不要講臺(tái)座麥或者無(wú)線擴(kuò)音器了）
所有的視頻傳送到智慧教室媒體終端中進(jìn)行編碼處理、所有音頻進(jìn)入專(zhuān)業(yè)音頻處理器處理后進(jìn)入智慧教室媒體終端，然后進(jìn)行編解碼，可通過(guò)中視天威大數(shù)據(jù)智能綜合管理平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)直播。同時(shí)會(huì)生成標(biāo)準(zhǔn)MP4文件，保存在智慧教室媒體終端自帶的2T監(jiān)控級(jí)硬盤(pán)中，也可直接上傳到資源管理平臺(tái)進(jìn)行大面積點(diǎn)直播。
2.1.2.3 全自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)
智慧教室媒體終端內(nèi)嵌圖像識(shí)別智能跟蹤技術(shù)，錄播主機(jī)內(nèi)置跟蹤分析模塊。高清攝像機(jī)自帶定位功能，老師和學(xué)生定位跟蹤后所拍攝的畫(huà)面作為圖像傳輸?shù)絻?nèi)嵌在主機(jī)內(nèi)的跟蹤分析模塊，通過(guò)主機(jī)內(nèi)跟蹤功能模塊進(jìn)行跟蹤分析，并發(fā)出控制指令，控制攝像機(jī)的拍攝以及多鏡頭的切換。
2.1.2.4 智能管控
智慧教室是信息化技術(shù)集成的教室，所涉及的設(shè)備多。為方便授課老師能夠輕松開(kāi)展教學(xué)，系統(tǒng)采用圖形化液晶觸摸控制屏來(lái)完成本地與遠(yuǎn)程的操作。多種類(lèi)型的電教設(shè)備、環(huán)境控制、音響系統(tǒng)調(diào)節(jié)、分組討論時(shí)顯示內(nèi)容切換、與遠(yuǎn)端教室的交互連接等集中在控制屏上。老師在整個(gè)授課過(guò)程中不需要進(jìn)行復(fù)雜的鼠標(biāo)、鍵盤(pán)操作控制互動(dòng)布局，無(wú)需額外人員配合授課，大大減輕了授課老師的上課負(fù)擔(dān)。
2.1.2.5 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)播
遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)播平臺(tái)基于B/S架構(gòu)設(shè)計(jì)，支持使用IE、360、chrome等瀏覽器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接訪問(wèn)導(dǎo)播平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程導(dǎo)播。授課老師除了在教室內(nèi)可以開(kāi)關(guān)錄播系統(tǒng)進(jìn)行課程錄制外，管理員可通過(guò)課程錄播界面對(duì)智慧教室錄播設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制管理，實(shí)時(shí)查看錄制狀態(tài)等。
?支持遠(yuǎn)程開(kāi)啟、暫停、停止課堂錄制；
?支持單畫(huà)面、兩分屏、多分屏、畫(huà)中畫(huà)模式；
?支持自動(dòng)導(dǎo)播、半自動(dòng)導(dǎo)播、手動(dòng)導(dǎo)播三種導(dǎo)播方式；
?可遠(yuǎn)程控制攝像機(jī)；
?可根據(jù)課表內(nèi)容顯示當(dāng)堂課的任課教師、班級(jí)、人數(shù)；
?可全屏顯示錄播監(jiān)控畫(huà)面；
?通過(guò)支持服務(wù)器流媒體協(xié)議，實(shí)現(xiàn)教室直播；
3.1.3核心主機(jī)
智慧教室媒體終端是業(yè)內(nèi)推出的一款嵌入式架構(gòu)智慧課堂終端主機(jī)，作為整個(gè)智慧教室系統(tǒng)的核心部分，能夠有效杜絕病毒侵害，為智慧課堂的順利開(kāi)展提供穩(wěn)定的技術(shù)支撐；超高穩(wěn)定性的嵌入式架構(gòu)硬件支撐，可以降低學(xué)校的運(yùn)維成本。
