智慧教室项目可行性报告

智慧教室项目建设可行性研究报告XX大学

2020年10月目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章概述 3\o"CurrentDocument"项目背景 3\o"CurrentDocument"响应政策要求，提倡教学信息化建设及教学革新 3\o"CurrentDocument"新技术发展应用，智慧教室建设迎来发展新机遇 3\o"CurrentDocument"教学管理创新，教学质量和学校实力的有力保障 4\o"CurrentDocument"高校教室教学环境现状 4\o"CurrentDocument"传统教室/多媒体教室：课堂教学难突破 4\o"CurrentDocument"录播教室/专递教室：操作复杂、难普及 5\o"CurrentDocument"智能教室/信息化教室：信息化带来新难题 5\o"CurrentDocument"项目概述 5\o"CurrentDocument"第二章项目建设必要性 6\o"CurrentDocument"建设的必要性 6\o"CurrentDocument"2.1.1智慧教室建设是教育信息化发展的必然趋势 6\o"CurrentDocument"2.1.2智慧教室建设是实现教育现代化的重要步骤 7\o"CurrentDocument"2.1.3智慧教室建设满足XX大学发展改革的需求 8\o"CurrentDocument"2.2建设的可行性 8\o"CurrentDocument"第三章项目需求分析 9\o"CurrentDocument"总体发展需求 9\o"CurrentDocument"功能应用需求 9\o"CurrentDocument"第四章项目建设思路 13\o"CurrentDocument"建设理念 13\o"CurrentDocument"建设目标 14\o"CurrentDocument"建设策略 16\o"CurrentDocument"建设特色 16\o"CurrentDocument"新技术的使用 164.4.2面向用户的建设原则 21第一章概述项目背景响应政策要求，提倡教学信息化建设及教学革新《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》对教育信息化十年发展做出了方向性的指导，规划纲要明确指出：加快教育信息基础设施建设。信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视。《国家教育事业发展“十三五”规划》鼓励教师利用信息技术提升教学水平、创新教学模式，利用翻转课堂、混合式教学等多种方式用好优质数字资源，形成线上线下有机结合的网络化泛在学习新模式。政策要求把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，将信息技术作为提高教学质量的重要手段，提倡在教学活动中广泛采用信息技术，逐步实现教学及管理的网络化和数字化。新技术发展应用，智慧教室建设迎来发展新机遇以物联网、云计算、大数据、泛在网络等为代表的新一代信息技术的快速发展，为突破教育信息化发展瓶颈、提升教育系统整体智慧提供了重要机遇。智慧教育是信息技术与教育发展高度融合而产生的新型教育模式，是国际教育信息化发展的新方向，也是全球教育发展的新趋势。通过新技术升级以服务教学为核心，构建更符合现代化教育理念的教学空间环境、新型教学理念和教学管理模式，让教学质量精准分析、现代教学模式应用、教学环境智能管控、数据可视化呈现等基于技术创新应用的教学需求得以实现。发展技术普及为管理者、教师、学生建立了智能、开放的智慧教育教学环境。教学管理创新，教学质量和学校实力的有力保障推动管理信息化与教育教学创新的深度融合，在提高教育管理效能的基础上，实现决策支持科学化、管理过程精细化、教学分析即时化，充分释放教育信息化的潜能，更好促进教学质量提升和教学管理模式升级。高校教室教学环境现状教室作为高校师生开展教学活动的核心场所，为课堂教学提供了最基础的空间环境，是保障教学内容高效传递、教学活动有序开展的重要空间场域。然而在高校，不同类型教室教学环境、教学教育模式持续革新、师生教学需求不断涌现，当前的教室环境难以满足实际的教学需要，也暴露出了种种缺陷和不足：传统教室/多媒体教室：课堂教学难突破传统教室/多媒体教室中，教学设施相对陈旧，大部分教师还是沿用往常的授课模式开展教学，没有更好的教学设施设备支持教师尝试应用新的教学模式。老师在讲台上讲，学生在底下被动接受，老师讲得辛苦，学生听得无趣，教学效果并不好，教学质量难以评价。录播教室/专递教室：操作复杂、难普及课堂录播操作复杂，老师不敢用、不愿用，优秀课堂无法沉淀共享，录播设备往往成为摆设。在使用录播教室教学时，需要专门的技术人员支持进行设备调试，甚至需要配合进行控制操作，门槛高不便利。老师自己使用录播设备时，面对复杂的操作界面和流程，往往无从下手，录播教师无法被普及使用起来。智能教室/信息化教室：信息化带来新难题大多数学校新建的智能教室，信息化设备更丰富，功能更齐备，却让使用变得更复杂，集成拼凑的解决方案难以符合实际的教学需求，设备管理和维护也变得更加困难。教师在教室上课时，往往需面对不同种类、多样化的终端电子设备的开启、设置和控制，一碰到故障设备就无法正常开始授课，教室维护人员还需要花费更多精力定位问题、处理问题和解释操作步骤、流程，教室让教学变得更复杂了。项目概述按实际需求第二章项目建设必要性建设的必要性智慧教室建设是教育信息化发展的必然趋势信息化是将信息作为构成某一系统、某一领域的基本要素，并对该系统、该领域中信息的生成、分析、处理、传递和利用所进行的有意义活动的总称。信息社会的高度发展要求教育必须改革以满足培养面向信息化社会创新人才的需求。教育信息化是将信息作为教育系统的一种基本构成要素，并在教育的各个领域广泛地利用信息技术，促进教育现代化的过程。经过20多年的发展，我国的教育信息化从无到有、从弱到强，呈现出发展速度快、使用效率比较低、教育信息资源管理分散和信息化人才队伍与优质资源比较短缺的特点。有鉴于此，在《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中，国家将把教育信息化纳入国家信息化发展整体战略，超前部署教育信息网络。到2020年，基本建成覆盖城乡各级各类学校的数字化教育服务体系，促进教育内容、教学手段和方法现代化。智慧教室是借助于普适计算技术、物联网技术、云计算技术和智能技术构建起来的促进学生构建知识的智慧学习空间。其中学习空间是物理空间与数字空间的结合，本地与远程的结合，改善人与学习环境的关系，在学习空间实现人与环境自然交互，利于交流、协作和共享，促进个性化学习、开放式学习和泛在学习。随着信息技术的发展，学习环境必将改革，智慧教室必将成为今后的主流，也将促进学生更好地学习。2・1・2智慧教室建设是实现教育现代化的重要步骤当今世界各国，以经济和科技实力为基础的综合国力的竞争日趋激烈，而且将长期存在。这种竞争在很大程度上决定于人才的数量和质量，而人才竞争的实质是教育的竞争。教育要与我国经济社会发展的战略目标和战略步骤相适应，才能为我国社会主义现代化建设提供足够的人才支持。为了实现这一目标，就必须深化教育改革，更新教育观念，改革教育内容和方法，逐步建立适应21世纪经济社会发展和现代化建设需要的新的教育体系。因此，教育事业发展的根本出路在于改革。改革的内在动力，一方面来源于现代信息技术在教育领域的渗透和应用，大大地改变了教育的技术手段和方式；另一方面是来自社会经济发展的迫切要求。其中以信息技术在教育领域的全面运用为核心的教育信息化为推动教育的改革和发展提供了有利的时机和条件。智慧教室主要利用新兴技术创建教与学的环境，促进资源个性化呈现、教学交互多元化，实现学习者的学习和相关技能的提高。未来课堂是颠倒的课堂，教育者赋予学生更多的自由，把知识传授过程放在教室外，让大家选择最适合自己的方式接受新知识，而把知识内化的过程放在教室内，以便同学之间有更多的沟通和交流。2・1・3智慧教室建设满足XX大学发展改革的需求XX大学提出以五大教学改革为抓手，加快应用型人才培养体系建设，培养适应社会需求的应用型人才。智慧教室建设的实施，有利于推动教育信息化的发展，有利于形成灵活多样的教学和学习方式，有利于培养高素质人才，有利于提高办学水平和优化学校管理，智慧教室的建设和发展能够适应学校管理、教学改革等方面的需要。2・2建设的可行性1） 智慧教室建设符合国家、区域及文理学院的规划目标和部2） 智慧教室基础资源配置能够满足未来教育信息化发展的需要。3）智慧教室建设使用的技术成熟，原有教学资源能得到充分利用。第三章项目需求分析总体发展需求智慧教室建设的目的是为了满足XX大学的教育发展需求，在学校营造一个整体、高效、智能的数字化教学环境，构建新型的教与学的关系，实现信息技术与教育教学的深度融合。满足教学内容、教学方式、考核评价方式、公共课、毕业论文（设计）五个方面的改革需求。五大教学改革中“改革教学方式”要求：一是通过教学方式改革促进学生学习方式的转变。改变教师讲学生听的被动式学习方式，形成“教师导学＋学生自主学习+师生合作研讨”的学习方式。二是采用探究教学、案例教学、模拟教学、项目教学、现场教学、专题讲座、讨论辩论和自主学习等多样化的教学方法。三是采用问题主导型教学模式、体验—反思型教学模式、专项技能训练模式等教学模式，推进理论主导型教学模式向理论与能力并重型教学模式转变。功能应用需求那么我们本次智慧教室建设方案需按照以上要求，分别在课前、课中、课后通过相应的技术手段来实现智慧教学：课前：教师可以轻松通过PC、笔记本电脑或智能平板进行课程创建和课前备课，可以嵌入视频、PPT、电子图书、试题测验等资源。学生在课前进行有引导的预习，并进行相应自测练习和小组讨论。学生可以在上课前提前学习课程资源，学习中提前发现自己不懂的知识点，课中带着问题学习，从而真正的提升学习效率。课中：多种教学互动场景与功能推动探究式教学模式、启发式教学模式、讨论式教学模式等创新型教学理念的研究与实现，并同时支持多种教学终端（电子白板、智能平板、智能手机、PC、笔记本电脑等）老师教学简单方便：一键上课、一键录播、一键下课，对于任何一个老师都能很方便的使用智慧教室软件，主持与指导学生进行探究式小组教学活动。老师可以选择一位学生进行师范，学生可以手持PAD等智能设备讲解，讲解的同时，可以实时同步到互动大屏及学生和老师的手持PAD等智能设备上，达到思维可视化示范技术。在上课过程中，老师能够通过授课PC,与学生的学习终端（手机或PC）形成同步和即时反馈。即老师能够第一时间感知学生对所讲授课件的理解情况，以及对测验题目的回答情况，通过这些数据反馈，老师能够及时的调整自己的教学节奏和方式。老师和学生在课堂上通过无线局域网流畅的进行师生多屏互动（带分屏功能）、小组讨论多屏互动等。多屏互动模块与师生身份认证系统无缝对接，教师可以在课堂上灵活的对学生、小组讨论的互动权限进行管理。老师可以在课堂上有针对性的对重点、难点进行课堂测验，可以选取之前在备课系统中的试卷，也可以临时出题，学生在纸上答题后可拍照投屏，实现自带纸质答案0秒钟电子化。一键录课快捷操作，教与学过程记录，完整重现课堂细节，数据记录更客观，帮助教师沉淀课堂教学精华、方便学生课后复习。对于实验室，学生可以提前预约实验室，预约成功后，其可以获得对应实验室的门禁权限，可以打开门，进入实验室，如果该实验需要电脑，则自动分别电脑开机，让学生能正常开展实验，更好的提高实验室的使用体验。课后：自动生成教案，老师可进行简单编辑后形成自己课程的教案，减轻老师编写教案的负担。直观的课堂教学数据分析，有针对性的改善教学环节，帮助老师真正的提升教学质量。老师能够针对课堂数据进行精细化分析，通过出勤率、课件理解情况、知识点掌握情况、以及课堂评价等维度的分析，有针对性的改善相应的教学环节。另外，系统给学生提供在线学习数据分析，帮助学生更好的进行学习改进。智慧教室系统平台能提供智慧统计分析，包括：系统帮助老师分析课程中是否还有需要改善的地方，系统帮助学生分析该课程是否有挂科风险、是否有需要巩固和复习的知识点，等等。总之，结合《五大教学改革》要求，智慧教室平台系统应是一个与学校各系统平台无缝对接的，以服务教学为核心，以支撑教学、优化管理、提升质量为主要理念，智慧教室软硬件整体解决方案，延伸了课前和课后教学全场景，同时采用一体机硬件（模块化）+统一系统平台软件的整体构建思路，有效整合看课堂教学互动、录播集成及物联管控，为学校在智慧教室功能扩容和教学价值发掘应用上提供了扩容空间，有效避免高校在智慧教室建设上推倒重建、资源浪费的情况产生。同时也更好的解决了教学、管理、数据应用分布于不同的业务系统，数据割裂、应用断层难以整合应用形成教学价值的局面。第四章项目建设思路建设理念所谓“智慧教室”，是以建构主义学习理论为依据，利用大数据、云计算、物联网等新一代信息技术打造的智能、高效的课堂环境(教室)。其实质是基于动态学习数据分析和“云+端”的运用，实现评价反馈即时化、交流互动立体化、资源推送智能化，全面变革课堂教学的形式和内容，构建大数据时代的信息化课堂教学模式。纵观整体，XX大学的教育信息化建设也历经了多媒体化、网络化、数字化以及正向目前倡导的智慧化过渡等一系列发展过程，信息化建设水平已有很大进步，但由于各方面的原因所致，信息化建设还存在以下几个问题：各类教学资源相对独立，缺少共享机制。缺少一个统一的教学资源共享平台，不能很好的与其他院校共享优质的教学资源，“信息孤岛”的现象仍然比较严重。信息化技术水平相对较低。教室信息化发展还处在由多媒体化向数字化过渡的阶段，很多校园里教室的配置还处于“三机一幕”的“老三样”阶段，教室信息化的水平还严重滞后于目前的信息化发展。信息化系统分散建设，缺少统一的管控平台。教学信息化建设多是单系统分散建设，缺少互联机制，不能进行集中管理，存在重复建设情况，资源不能得到充分利用，系统功能没有得到充分发挥。缺少多样化的应用服务体系。目前大部分的信息化系统，已经跟不上教学、管理过程中的实际业务需求了，系统平台的开放性程度不高，不能很好的实现按需提供多样化的服务，满足广大师生的迫切需求。基于以上这些普遍的问题，结合目前教育信息化建设的现状以及未来教育信息化建设的发展趋势，借鉴国内外具有代表性的智慧教室建设经验，提出现代化“智慧教室”的建设理念。智慧教室建设的过程不能简单地认为是信息机器、信息技术的引入过程。智慧教室建设的过程是教育思想、教育观念转变的过程，是以信息的观点对教育系统进行分析认识的过程。在这样的基础上指导教学改革，才是真正的智慧教室。智慧教室是一个整体的教学管理和应用平台，其建设思想主要以服务教学为中心，覆盖范围包括：教学管理、教学过程、教学评价等方面。建设目标依据国家、政府的战略定位和政策导向以及教育行业信息化发展趋势，结合XX大学的特色和教育发展现状，借鉴国内外智慧城市建设的成功经验，目标就是将学校的智慧教室建设成为以大数据、云计算、物联网技术为依托的智能、高效的教学环境（教室），构建便捷的教室管理、高效的教学过程和智能的教学评价三大功能应用体系，从内容呈现、环境管理、资源获取、及时互动、情境感知五大维度把教室打造成现代化的智慧教室，最终构建智能、高效的智慧校园。概括起来就是“两个平台，三大体系，五个维度”。1） “两个平台”智慧教学平台、智慧管理平台。2） “三大体系”便捷的教室管理体系：记录教室环境参数数据包括温度、湿度、PM2.5、光亮度等时序数据；实现对灯光、窗帘与教学设备智能控制、空调智能开启与调节和教学用显示屏状态监控等功能。提供了智慧教室设备（包括录制设备、显示设备、环境感知设备等）的定位、故障预警、远程管控的功能。高效的教学过程体系：通过在线学习、智能课堂等平台，实现学生课前在线预习、课中分析讨论、课后在线复习的创新性教学方式。并且多样的教、学工具，满足不同老师的多样化教学方式需求。智能的教学评价体系：通过教学全过程数据收集及教室设备数据收集，通过无感知数据获取，有针对性帮助教师提高教学质量，也能对学生进行针对性指导，以帮助其提高学习效率。支持远程进入课堂，同步教学全过程数据，能进行教学健康度分析，帮助教学管理者更直观的了解课程教学的运行情况，通过实时监测课堂教学动态，获取教学动态和运行情况，更准确、可量化的感知师生的教、学质量。“五大维度”智慧教室的“智慧性”涉及教学内容的优化呈现、学习资源的便利获取、课堂教学的深度互动、情景感知与检测、教室布局与电气管理等方面的内容，可概括为内容呈现(Showing)、环境管理(Manageable)、资源获取(Accessible)、及时互动(Real-timeInteractive)、情境感知(Testing)五个维度。建设策略智慧教室若进行常态化建设普及，规模大，工期长，涉及的应用系统多。结合学校方的实际需求，对于项目的整体建设过程，将遵循以下总体指导方针：统筹推进，分步实施。样板教室先行，注重实效。统一标准，资源共享。建设特色新技术的使用随着信息与通讯技术的不断发展,新技术层出不穷，在教育中应用越来越普遍，产生的效果也越来越明显，越来越受到教育界的重视。云计算、物联网、虚拟现实技术、流媒体、触控技术及网络技术使教育达到了更新的高度，构建出一体化的、适应变化和发展的学校教育组织新体系，实现以教师和学生的发展为核心价值的有机教育信息生态系统。教学云计算云计算(cloudcomputing)，是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需提供给计算机和其他设备。“云”其实是网络、互联网的一种比喻说法。云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户按需服务。提供资源的网络被称为“云”。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。云计算的特点：首先，云计算提供了最可靠．最安全的数据存储中心，用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。其次，云计算对用户端的设备要求最低，使用起来也最方便。此外，云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。智慧教学系统中云计算的应用：云计算系统可用来构建普及计算环境，用于大规模的客户机需要安装大量常用软件的场景。非常适合用于智慧教学环境中构建全局计算环境，教学用计算机部署等应用，可充分利用现有设施的潜能，满足师生在教学科研中的实际需求，大大提升智慧教学的应用和管理水平。教学系统开发支持在云计算环境下，需要构建支持网络学习的“云计算”服务，学生通过Web浏览器或手机等移动设备，获得互动性、体存储与处理－浏览器一客户端用户服务与数据验性，移动性和存储服务。服务和数据町以在最大范围内共享，避免了教育信息系统的重复开发。构建网络学习环境，提高学习效率云计算技术允许人们随时随地从任意终端访问信息及其它服务，增强了嘲络学习的灵活性和敏捷性，能够实现学习资源和学习工具的“按需而用、即需即用、快速聚合”，降低Web学习资源与服务的成本与难度，创建灵活敏捷的学习方式，从而有助于提高学习生产力，最终提高学习效果。建立云计算安全平台云计算给系统提供了最可靠、最安全的数据存储中心。我们不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。云计算严格的权限管理策略可以帮助你放心地与你指定的人共享数据。同时，数据的集中存储更容易实现安全监测：通过将信息存储在一个或者若干个数据中心，对应的管理者可以对数据进行统一管理，负责资源的分配、负载的均衡、软件的部署、安全的控制，并有效降低使用者的成本。数据共享院系联合和应用教育信息资源共建和共享现有设备的多样化和复杂化，考虑到不同设备的数据同步方法种类繁多，操作复杂。比如要在这许多不同的设备之间保存和维护最新的一份联系人信息，需要为此付出难以计数的时间和精力。这时，我们就可应用云计算来让一切都变得更简单。在云计算的网络应用模式中，数据只有一份，保存在“云”的另一端，你的所有电子设备只需要连接系统，就可以同时访问和使用同一份数据。这样可以达到数据更深一层次的共建共享。共同应用云计算扩展性非常强，各院系可以将现有的硬件资源共同加入到一个云中，减少单院校的资金和时间上的投入，并实现真正意义上的资源共享。（2） 教室物联网物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英文名称是“TheInternetofthings”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网获识别物体采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息，并且将信息传递出去。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。教室物联网是在传统教室信息化的基础上，以信息网络为依托，利用数字化手段借助物联网技术对教室环境（包括灯光、电脑、空调等）、资源（如讲义、课件等）、活动（包括教学、管理等）等各个方面和环节进行综合管理。在该平台里，在硬件、网络基础上运用丰富的软件信息系统，高效便捷地实现学校的教学、科研、管理和服务等活动的全部过程，从而达到提高学校教学质量、科研水平和管理水平。（3） 节能教室节能教室是通过实时监控室温、光线强度、空气质量等，并结合教室实际人数自动控制教室电灯、空调、风扇等，起到自动节能作用，同时远程控制管理功能更加提升了教室设备管理易用性和便利性。1）上课模式在此模式下，防盗系统、人体检测模块不工作，光照传感器、温度传感器工作，此时不对教室中的人数进行检测，在此模式下系统根据温度、空气质量控制风扇的开关，通过光照控制灯的开关。2）自习模式在此模式下防盗系统不工作，人体检测模块、光照传感器、温度传感器工作，此时将对教室中的人数进行检测，并根据人数、空气质量和温度来控制对应灯和风扇的开关，起到节能健康的作用。3）远程控制管理管理人员可以通过web管理平台或移动客户端，查看每间教室的设备开关情况。并且可以远程控制教室内每个设备的开关状态。面向用户的建设原则面向校方/教学