ai智能教室设计（AI-智慧教室建设方案）

一、智慧教室简介

智慧教室是充分应用人工智能技术，构建多功能的智慧教室。它包含：多媒体智慧教学系统、远程教学系统、远程同步课堂系统、远程会议系统、智能化精品课堂录播系统、智能化课堂考勤系统、智能化课堂学情分析系统、电子班牌系统、教室教学设备远程控制及智能故障诊断系统、教室辅助设备（ 灯光、空调等）远程控制系统、教室环境（空气、用电等）自动监测系统，在学校管理中心和教育局可构建物联网管控中心，实现对所有智慧教室的统一控制和管理。在互联网云端可进行智慧教室精品课堂的直播、点播功能。

这些先进的功能充分体现了现代教学和教学管理，现代教室和教室管理的真实需求，是较为完善的“未来教室”。

AI—智慧教室，虽然系统功能很多，但系统的集成高，可靠性高，设备简单，造价低。既可作为多媒体智慧教室、精品录播教室、远程教学教室、远程会议教室等，也可作为未来普通教室之用，是智慧校园的标准教室。

二、智慧教室的系统架构及主要设备

AI-智慧教室系统架构图

主要设备：

• 物联网操作主机：采用英特尔X86芯片及其他辅助器件组成的一台物联网主机（配套显示器），承担智慧教室各种软件的服务工作及信息传输交换、声音功放等功能。
• 远程控制电脑：采用普通的工作站或专用服务器，承担远程控制及部分课堂信息的处理功能和精品课堂的资料库。
• 其他设备：智慧教室的摄像机、拾音器、电子屏、展台等采用通用设备。
• 教育局管控中心：采用大屏显示，配若干小屏辅助。可承担所有智慧教室的设备控制管理及各类应用信息、课堂录像的显示功能，该系统可选配。
• 云端直播、点播系统：租用公有云的方式实现远程直播、点播功能，配有网络加速功能，确保应用效果，该系统选配。

三、产品的系统特点1、采用AI技术，大大提升了智慧教室的先进性。

1. 采用AI识别技术，提取课堂板书；

从教师机位的录像中，提取四块移动小黑板的内容合成一个完整的板书，比传统的录播系统节省了二个机位，合成板书效果更好。

AI板书提取（节省两个机位） 传统黑板板书提取

1. 采用AI识别技术，将课堂实境进行三画像合成；

看教师写的内容，听教师说的内容，并且，保留课堂实境，是专业化课堂录播的基础思路。本系统通过智能识别教师板书、老师电脑的内容，智能地从板书、电脑画面、教师实况和学生实况等四画面中取三个画面并合成专业化精品课堂画面，让画面的内容与教师讲课的内容相匹配，有利于学生的学习，克服了传统录播画面内容与教师讲课内容不匹配的缺点。

合成方式二（板书画面）

合成方式一（电脑画面）

1. 采用AI识别技术，诊断教学设备的故障情况。

自动打开教室的教学设备，播放定制的视频；通过摄像机和拾音器将录制的音视频进行智能识别，能准确地诊断教学设备（包括主机、大屏、功放、拾音器等）的故障情况，并及时通知相关人员检修和停用，克服了用传统的通信方式诊断系统故障，不能准确诊断大屏、功放、拾音器等设备故障的缺点。

1. 采用AI技术，识别课堂学生出勤情况，能节省教师上课点名时间。

利用学生走过门口的摄像点视频，或者学生就坐后，采用带云台的摄像机录制的学生视频，进行智能识别，能较准确地识别课堂学生的姓名和数量，实现智能化点名功能。

1. 采用AI技术，识别课堂学生上课状况。

在上课过程中，通过学生摄像机的视频能较准确地识别每个发言学生，并且通过间隔（5分钟）拍摄课堂照片，真实展现听课的情况，用于课堂的学情分析，防止学生上课趴桌现象。

每隔五分钟拍摄课堂照片

2、通过一体化设计，大大提升了系统的集成度、稳定性、简单化及低造价等产品的质量。

1. 通过一体化设计，用一台教室主机支持多个应用软件服务。系统的集成度高、可靠性高、造价低。

采用英特尔X86芯片研制的智慧教室主机，体积小，功能强，能够支持多媒体教学，课堂板书识别，三画面合成，所有物联网设备的控制管理，传统教学中控的功能，网络交换功能及音频功放的功能。一台主机替代了传统技术的三台主机，是目前国内最先进的智慧教室主机。

1. 智慧教室的各类应用软件，通过一体化设计，统一操作界面，便于用户操作，具有标准化的数据接口和应用大数据接口，确保系统的兼容性和可升级性。

1. 智慧教室与物联网管控中心和云端直播、点播（加速）服务系统，进行一体化设计，大大提升了系统的先进性。

将多个智慧教室对接一个物联网管控中心（放于教育局或学校管理中心）实现对所有智慧教室的控制和各类应用信息管理。大大提高了对智慧教室的管理水平，促进各智慧教室有效使用。同时，将各智慧教室录制的精品课堂在云端直播、点播，有利于优质教师资源共享。从智慧教室、物联网管控中心到云端直播、点播服务系统的一体化设计，实现了智慧教学和管理系统的完整性，是智慧校园的标准方案。

智慧教室的一体化设计，不但大大提高了产品质量，而且也可以与未来建设的智慧校园对接，是未来智慧校园的一部分。

四、智慧教室的建设思路

学校智慧教室的建设目标主要分为：

1. 实现教学功能的多样化：包括多媒体广播教学，课堂反馈式测试，互动式小组讨论、远程教学和远程会议等功能。
2. 实现精品课堂资源的共享：把各智慧教室的精品课堂资源通过互联网云端让广大师生、家长点播。
3. 实现智慧教室环境的现代化：包括远程设备控制和设备故障诊断，智能化（无感）考勤和学情分析，教室电子班牌，教室空气、用电等环境检测等。
4. 实现智慧教室的统一管理：通过教育局端（或学校管理中心）的物联网管控中心，可控制所有的智慧教室的设备，统计和分析各智慧教室的应用信息，存储有用的教学资源，督促各智慧教室的有效应用，确保国家的投资真正为教学服务。从更高层面实现对智慧教室的科学管理。

学校和教育局在建设智慧教室的过程中，应遵循总体规划、分步实施的基本思路，结合自身的需求，分步制定实施方案。本文从科技发展的角度，提供如下建设方案：

1、优先建设学校或教育局的物联网管控中心。

智慧校园是教育信息化的最终目标。智慧校园的建设就是实现一体化和智能化。而智慧教室是智慧校园的重要组成部分，应该在智慧校园的总体框架下进行规划建设。

物联网管控中心不但体现了对整个校园（包括整个教育局系统）的教育设备和教育资源的控制和管理。也是智慧校园的总体规划标准。按照总体规划、分步实施的思路，应优先建设物联网管控中心，然后，逐个建设智慧教室和其他智慧校园子系统，自然就实现了智慧校园的一体化，反之，就很难实现智慧校园的一体化，甚至会重复投资。

2、智慧教室的建设要有前瞻性。

一个完美的智慧教室不但要有先进的教学功能，还要设备的集成度高、可靠性高、结构简单和可升级性。智慧教室的主机，不但能满足各种先进的教学和管理的功能，而且，采用AI图像处理技术和英特尔X86的GPU资源，一台主机承担了传统方案的三台以上的设备功能，是先进技术在智慧教室中的充分应用。

同时，在智慧教室的建设规划中，尽量配套较为完善的教室辅助设备（例：AI考勤、物联网设备控制等）。或者预留控制接口，逐步配套辅助设备。

3、有了先进的智慧教室，就应该把精品课堂资源广泛共享。

在智慧教室建设不断增加的同时，就要建设精品课堂资源的云端直播、点播系统，将优质的教学资源让广大师生共享。

五、智慧教室的几个建设方案

智慧教室的建设应该先建设物联网管控中心，再分批建设智慧教室，然后，建设云端的精品课堂直播、点播系统，是智慧教室建设较为科学的思路。同样，对于智慧教室的建设也应该结合学校的需要，有侧重、有计划地进行规划建设。AI—智慧教室采用先进的AI技术，从教学和管理的功能上，产品质量上构建了较为完善的智慧教室。学校在建设过程中，可结合自身的需要，选择合适的方案。推荐方案如下：

1、实用型智慧教室

实用型，就是突出教学功能，具体方案如下：

包含多媒体教学系统，智能化录播系统和校园网精品课堂直播、点播系统，校园网直播会议系统，电子班牌系统，教学设备远程控制和故障诊断系统。该系统充分应用AI技术，功能先进，设备简单，可靠性高，可适用于精品录播教室、多媒体智慧教室、远程教学会议室及普通的智慧教室之用。具体设备布局如下：（以下电子屏也可采用投影机方式）

2、交互型智慧教室

在实用型的基础上，增加六块小组讨论的电脑大屏，是具有小组讨论特色的多功能智慧教室。

3、高档型智慧教室

在实用型或互动型智慧教室的基础上，增加课堂管理和教室辅助设备的控制和管理，包括：智能考勤系统，课堂学情分析系统，门禁（自动）控制，窗帘（自动）控制，灯光（自动）控制，空调（开关）控制，教室用电检测，教室空气温度、湿度和质量等检测，这些设备的控制，基本不用重新布线，主要采用无线控制。

物联网控制主机已配置了完整的控制功能。在学校建设时，可一次性建设到位，使教室变得更高档。也可以先建设实用型智慧教室，再升级成高档型。

六、智慧教室的系统主要设备和功能列表

1、实用型AI—智慧教室的主要设备和功能列表

（1）多媒体智慧教学软件：包含多媒体广播教学，电子白板，各类教学工具，课堂学生提问信息反馈及个人用户的远程教学功能，随堂反馈式测试等功能。

（2）课堂录播及信息采集软件：具有课堂板书AI提取，课堂三画面智能生成及物联网接口信息采集处理功能。

（3）校园课堂直播、点播及资源管理系统：在校园网内可实现对本课堂直播和课后点播功能，并且，对被录制的精品课堂按课程表统一管理。

（4）教室操作主机：将电脑、精品录播、功放、中控及物联网各类接口等集成一体。

（5）教室大屏（或投影机）：采用通用的教室显示屏（不用带电脑模式）；标配：高清LED触摸显示屏，尺寸：86。

（6）摄像机：采用两台高清IP网络摄像机；标配：207万像素，1/2.8英寸高品质CMOS传感器，20倍光学变焦，f=5.5～110mm。

（7）其他教室设备：音箱：采用通用音箱设备，教室操作主机直接驱动；标配：无源式音箱，额定功率：30W；最大功率60W；频率响应：90-20KHz。展台：通用高清壁挂式或台式展台，标配：500w像素，最大画幅A4/A5，具有补光功能。

（8）远程控制电脑：标配：I7 8700/32G/4T电脑，用于远程控制、录播课堂的直播、点播及资源管理。如果直播、点播用户超200人，电脑的配置还需提高。

（9）电子班牌系统：标配：白色21.5寸高清触摸屏，带打卡模块及电子班牌软件。

（10）远程（同步）课堂软件：支持跨班级、跨校际或跨区域的师生实时双向互动教学，实现远程同步课堂、双师课堂及名师直播的教学应用。

（11）远程会议软件：为教师提供视频会议的支持，实现教室与教室、教室与个人之间的实时音视频交流、讨论及文件分享，支持各类终端同时接入会议，满足学校的远程会议需求。

2、交互型智慧教室的主要设备和功能列表

在实用型智慧教室的基础上添加以下主要设备：

（1）小组讨论软件：实现分组协作互动式教学，包括：小组内协作制作课件，点播式小组讨论、示范教学等功能。

（2）小组讨论屏：包含大屏及配套电脑组件。

3、高档型智慧教室的主要设备和功能列表

在实用型或交互型智慧教室的基础上添加以下主要设备：

（1）智能考勤软件：支持利用摄像头进行人脸识别考勤、课堂内无感知考勤、进出教室考勤及课堂学情分析等功能。

（2）智能门禁软件：支持通过课表联动实现教室门禁开、关等管理。

（3）其他教室辅助控制设备：包括门禁开关、灯光自动控制器、PM2.5温湿度监测仪、光照仪、空调控制开关、电动窗帘导轨等设备。

4、物联网控制中心的主要设备和功能列表

（1）中央物联网管控平台软件：支持对各学校智慧教室的管控；实现远程巡考、远程巡课、校园巡视、精品课程等功能。

（2）拼接单元屏及辅助设备：采用通用拼接显示屏，搭建管控中心电视墙。标配：55寸LG液晶面板，无缝拼接，物理分辨率 ≥1920x1080。

5、精品课堂云端直播、点播平台的主要设备和功能列表

（1）互联网信息管理软件：支持将应用软件部署于互联网或教育局，可进行用户管理、校园公共信息交互、个人空间、互联网收费等。

（2）公有云服务：基于阿里、华为云提供服务器、数据库等基础设施服务，提供CDN、IPV6转换、负载均衡、直播推流等服务。

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