時間：2023-05-29 17:40:09
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇教室設計，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
在創(chuàng)新校園文化建設，打造溫馨教室的活動中，學生在“設計?應用”學習領域可以大有作為。每年這個時候，學校專職的美術教師很忙，忙于完成校園文化，忙于協(xié)助教室布置……這學期，我想了個“偷懶”的辦法：如何通過這次美化教室的活動給學生一個展現(xiàn)自我的平臺，從而提升我們美術老師的地位和價值，讓美化教室為美術教學服務。
一、整體設計
“設計”在古漢語中，最早是“計謀”的意思。“設計”的行為從人類生活
開始就有了。而作為專業(yè)術語，“設計”一詞來源于法文“dessins”，原是“畫”的意思，是工業(yè)革命之后才產(chǎn)生的。德國包豪斯把“設計”推到了極致，“設計”成了造型藝術中的專有名詞。
設計應該是“形而上”的。有這樣一段微博：內衣秀，美；牡丹花，美；內衣繡牡丹，也美；但牡丹花下曬內衣，卻是大煞風景的。
這里強調的是美的“和諧統(tǒng)一”，對于教室文化而言，就是整體性。
教室文化首先要有明確主題，滲透環(huán)保理念，變廢為寶；其次要根據(jù)各個年段學生美術素養(yǎng)和每個班學生實際情況及班主任老師素質和特長來確定主材料；最后還要要注重展示效果，將局部統(tǒng)一到整體中來。
二、巧用材料
“美術語言”對“美術”框架統(tǒng)攝下的“設計”具有絕對的“話語權”，美術語言包括造型元素和造型原理。
造型元素有：點、線、形狀、色彩、結構、明暗、空間、材質、肌理……
造型原理有：多樣統(tǒng)一、比例、對稱、平衡、對比、和諧……
將生活中的某些物質材料如一次性杯、碟片、蛋糕盤、碎布等通過合理想象，鑲嵌、拼貼成新的形象，就構成了一幅幅有趣的工藝貼畫。用來制作工藝貼畫的實物材料，不外乎“點”、“線”、“面”三種存在形式。巧用它們的固有特征來表現(xiàn)相應的物象，手工制作與藝術表現(xiàn)完美結合，賦予普通材料以藝術的生命力。
“點”對表現(xiàn)形象、豐富紋樣的作用很大。通過點的質感、大小、疏密、深淺的不同組合，可以獲得不同的效果。貴重的“點”，如珍珠，平凡的“點”，如沙子，還有五花八門的植物的種子。規(guī)則排列，成線成面，不規(guī)則排列，因物象形，隨類賦色。
“線”在工藝貼畫中運用廣泛，凡描繪形象結構、豐富形象層次、分隔形象塊面等都可以用線來表現(xiàn)。“線”有粗線、細線、虛線、實線和規(guī)則、不規(guī)則之分。不同的材料給人以不同的感受，金屬絲的剛毅、冷峻，絲織品的柔順、親切，植物莖的淳樸、自然……可曲可直，可折可剪，看似信手拈來，實則獨具匠心。
“面”的表現(xiàn)范圍更為廣泛，材料也隨處可見。廢棄的布頭，過時的掛歷，秋天的落葉，瓷片、玻璃、易拉罐，乃至造型別致的小石塊，各種顏色的蛋殼……既可以以圖選材，也可以以材選圖，取其形，取其紋，取其色，全在于奇思異想，妙手偶得。
經(jīng)過學生之手，進行生活中常見的廢棄材料進行藝術化的加工，給孩子們一個想象的空間和靈感的來源，教教親自參與其中，一起感受“生活中不是缺少美，而是缺少發(fā)現(xiàn)”，培養(yǎng)孩子們的創(chuàng)新和審美能力。
三、有效組織
我選擇了1到3年級來規(guī)劃部署，實施我的“懶人”計劃。
101班：卡紙上的青花瓷花瓶。學習花瓶的對稱剪法及用藍色記號筆描繪自己的二方連續(xù)、單獨紋樣、花紋在花瓶上創(chuàng)意性地展現(xiàn)（圖1）。
102班：戲劇人生。讓學生了解國粹――京劇及京劇臉譜的知識，從中感受
中國優(yōu)秀的傳統(tǒng)文化。并讓學生親身去制作自己的臉譜，用抽象的色彩來表達自己對京劇臉譜的感知（圖2）。
103班：碎布拼貼。讓學生知道布這種材料的可塑性、可能性，利用布的柔軟性和本身材料的紋理、花紋進行創(chuàng)造性的拼貼（圖3）。
201班：盤子上的青花瓷紋樣。讓學生用藍色記號筆在盤子畫二方連續(xù)和合適的紋樣（圖4），展現(xiàn)中國青花瓷的獨特魅力，把教室塑造成一個充滿文化的氛圍。
202班：盤子上跳舞的小紅人（圖5）。給我們學校剪紙社團一個獨特的展示平臺，讓學生用剪刀在不干膠紙上自由地散步，剪出抽象、意象的人物，體現(xiàn)孩子的藝術童心，用剪紙來表達自己的語言，整個教室有一股濃重的藝術氛圍，采用黑、白、紅獨特的色彩。
203班：一次性紙杯的利用（圖6）。
301班：“秋韻”。在大樹上展現(xiàn)我校的線描教學特色，每個學生一片樹葉，每一片樹葉一幅線描作品（圖7），打造秋天詩意的班級氛圍。
302班：一次性杯子主題創(chuàng)意。采菊東籬下，用杯子來塑造詩人的意境（圖8）。
303班：碟片的利用。讓學生用廢棄的光盤經(jīng)過藝術性的加工，展現(xiàn)材料本身的美感（圖9）。教室實用與學生學習的結合是布置的亮點。
知之者不如好之者，好之者不如樂之者。有了“樂”，學生就會動手，就會發(fā)現(xiàn)問題，并設法解決問題。我們做個“旁觀者”，讓學生自己興致勃勃“嚼饃”，比“越俎代庖”強上一百倍。
關鍵詞： 排課系統(tǒng) 輔助功能 教室安排算法 教師安排方式 數(shù)據(jù)庫
一、關于網(wǎng)絡環(huán)境下高校教室安排與管理系統(tǒng)
自動排課系統(tǒng)是教育信息化的一項重要內容。特別是高校自動排課系統(tǒng)，由于約束條件繁多、教學資源要求復雜，涉及上課時間、教室、教師、學生，目前，自動排課系統(tǒng)很難達到由計算機自動排出課表，需要一定程度的人工輔助完成自動排課。通常情況下，自動排課系統(tǒng)分為課程的時間安排子系統(tǒng)和教室安排子系統(tǒng)兩個部分。課程的時間安排子系統(tǒng)完成課程的上課時間安排任務，教室安排子系統(tǒng)完成課程的教室分配任務。
本文描述了網(wǎng)絡環(huán)境下高校教室安排與管理系統(tǒng)（Classroom Allocation and Management System，CAMS）中的教室安排算法。目前，高校教育具有一些新的特點，如招生人數(shù)不斷增加、課程種類繁多、教學資源緊張、教學計劃頻繁變動，人工安排容易出現(xiàn)錯誤和教室沖突現(xiàn)象。大多數(shù)高校也已經(jīng)廣泛實行選課制，進行網(wǎng)上選課，但是自動排課系統(tǒng)的功能仍不完善。CAMS正是為了解決這些問題而提出的，它能為已經(jīng)確定上課時間的課程合理地分配教室，提高課程安排的靈活性和高效性，實現(xiàn)自動化的教室管理。
同時，目前很多高校分布多個校區(qū)，這給自動排課系統(tǒng)提出了特殊的要求。本文實現(xiàn)了一種網(wǎng)絡環(huán)境下的高校自動排課系統(tǒng)中教室安排功能。
二、CAMS中的教室安排算法設計
1.CAMS系統(tǒng)總體設計
自動排課系統(tǒng)由四大模塊構成，分別是輸入模塊、排課模塊、查看模塊和打印模塊，自動排課系統(tǒng)運行體系圖（如圖1所示）。
圖1
（1）輸入模塊
輸入模塊包括輸入教師信息、班級信息、教室信息、課程信息、制訂開課計劃、綁定合上班等信息。其中，教師信息寫入數(shù)據(jù)庫的教師信息表中，班級信息寫入班級信息表中，教室信息寫入教室信息表中，課程信息寫入課程信息表中，開課計劃寫入教學計劃表中，綁定合上班信息寫入總課程表中。
（2）排課模塊
排課模塊是自動排課系統(tǒng)的核心部分，分為自動排時間子模塊和自動排教室子模塊。此模塊主要是應用一系列規(guī)則、約束條件進行排課。
（3）查看模塊
可按照班級、教室、系、教師和總課程表查看各科課程表。
（4）打印模塊
可按班級、教室、系、教師和總課程表打印課程表。
2.CAMS中的教室安排算法設計
教室安排算法是CAMS的核心，算法設計的優(yōu)劣影響教室安排結果的合理性和系統(tǒng)運行效率的高低。
（1）CAMS中教室安排算法的設計圖（圖2）
圖2
（2）CAMS中教室安排算法描述
①對課程信息表分類
（1）算法中四類教室安排方式
根據(jù)選課人數(shù)和教室容量的排序方式，算法中存在四類不同的教室安排方式，如表1所示四類教室安排方式。
表1 算法中四類教室安排方式
第Ⅰ類安排方式先安排選課人數(shù)少的課程，從待安排課程的教室集合中搜索第一個符合要求的教室。第Ⅱ類安排方式先安排選課人數(shù)多的課程，同樣從待安排課程的教室集合中搜索到第一個滿足條件的教室。兩類安排方式的教室集合中按教室容量升序排列。第Ⅲ類安排方式先安排選課人數(shù)少的課程，從待安排課程的教室集合中搜索第一個不滿足條件的教室，將前一個教室安排到該課程。第Ⅳ類安排方式先安排選課人數(shù)多的教室，搜索方法和第Ⅰ類，第Ⅱ類相同。兩類安排方式的教室集合中按教室容量降序排列。
（2）四類安排方式的合理性比較和效率分析
表（2）中的數(shù)據(jù)是根據(jù)某高校中一學院2006—2007年下學期課表安排所選出的數(shù)據(jù)。
①課程上課時間沖突不明顯情況下合理性和效率分析
第Ⅰ、Ⅱ兩類教室安排方式合理性比較理想，安排過程中需要比較的次數(shù)多，算法效率低；第Ⅳ類教室安排方式結果中容易出現(xiàn)選課人數(shù)少的課程安排到大容量教室，造成教室資源浪費，需要比較的次數(shù)多，合理性和算法效率都不理想。
②課程上課時間相互沖突情況下合理性比較和效率分析
對Ⅰ、Ⅱ兩類教室安排方式比較和分析。從合理性角度分析，對已安排課程，第Ⅰ類安排結果中教室平均利用率為64.1%，第Ⅱ類安排結果中教室平均利用率為75.1%（如表2教室利用率），第Ⅱ類合理性優(yōu)于第Ⅰ類；對于未安排課程，第Ⅰ類安排結果中未安排課程選課人數(shù)多，人工安排困難，而第Ⅱ類教室安排方式的結果中未安排課程選課人數(shù)相對較少，容易人工安排，第Ⅱ類優(yōu)于第Ⅰ類；第Ⅱ類教室安排方式缺點是容易出現(xiàn)選課人數(shù)少的課程安排到大容量教室的現(xiàn)象（如表2安排結果）。從算法效率角度（比較次數(shù)）分析，兩類安排方式比較次數(shù)相差較少（如表2比較次數(shù)），都需要比較22次，算法效率相同。
表2 課程上課時間相互沖突下四類安排方式結果比較和效果分析
第Ⅰ、Ⅲ兩類教室安排方式比較和分析。從合理性角度分析，兩類安排方式的教室利用率均為64.1%（如表2教室利用率），利用率低；未安排教室的課程選課人數(shù)多，合理性較差。從算法效率角度（比較次數(shù)）分析，第Ⅰ類需要比較22次，第Ⅲ類需要比較21次，比較次數(shù)增多（如表2比較次數(shù)），算法效率降低，第Ⅲ類安排方式優(yōu)于第Ⅰ類。
第Ⅱ、Ⅳ兩類教室安排方式比較和分析。從合理性角度分析，對于平均利用率，第Ⅱ類安排方式結果中教室平均利用率未75.1%，第Ⅳ類教室平均利用率為72.7%，平均利用率相當；對于每個教室利用率，第Ⅱ類教室利用率波動范圍大，第Ⅳ類波動較小，第Ⅳ類合理性優(yōu)于第Ⅱ類。從算效率角度（比較次數(shù)）分析，第Ⅳ類比較25次，第Ⅱ類比較22次，比較次數(shù)增多（如表2比較次數(shù)），算法效率降低，第Ⅱ類優(yōu)于第Ⅳ類。
從合理性角度分析，第Ⅳ類教室平均利用率高，每個教室利用率穩(wěn)定，合理性較好；第Ⅰ、Ⅲ兩類合理性最差；第Ⅱ類教室平均利用率高，缺點表現(xiàn)為選課人數(shù)少的課程容易安排到大容量教室，每個教室利用率波動范圍大，合理性劣于第Ⅳ類。從算法效率角度分析，第Ⅰ類算法效率高；第Ⅳ類效率較低[14][15]。
（3）CAMS中教室安排算法的安排方式選擇
通常情況下，選擇第Ⅰ類或第Ⅱ類作為教室安排方式比較理想；第Ⅲ類教室安排方式比較次數(shù)多，算法效率低；第Ⅳ類教室安排方式容易造成教室資源沖突和浪費。
CAMS中針對實際選課數(shù)據(jù)和教室資源數(shù)據(jù)情況，選擇第Ⅱ類作為教室安排方式，安排結果中未安排課程的選課人數(shù)少，人工安排和處理容易實現(xiàn)。
4.系統(tǒng)算法的實現(xiàn)
（1）程序的設計及實現(xiàn)
由于CAMS系統(tǒng)還存在一些缺陷，因此，需要建立一個算法，才能使這個系統(tǒng)更加完善。首先，給出運用LINDO軟件編寫所需要的一些數(shù)據(jù)。本程序的編寫是根據(jù)線性規(guī)劃的數(shù)學模型進行編寫的。
表三 待排的課程
表四 待排的教室
應用LINDO軟件，對已經(jīng)安排好上課時間的課程進行教室安排，其主要因素有2個，即教室容量RONG和上課人數(shù)R。其目標函數(shù)是使該時刻教室的利用率達到最優(yōu)。這就類似于線形規(guī)劃中的指派問題。下表是一些數(shù)據(jù)準備：
其中，x1～x81是按照以行為順序定義的變量。
上表字體加粗部分即為教室達到最佳利用率的高校排課。
5.結論
自動排課系統(tǒng)一直是高校教務管理中難以解決的問題，涉及整數(shù)規(guī)劃、圖論、分支定界技術及模擬退化法等方法和技術，國內外很多研究人員仍在從事這方面的研究工作。
本文設計和實現(xiàn)了網(wǎng)絡環(huán)境下高校自動排課系統(tǒng)中的教室安排算法，對算法中四種不同類型教室安排方式的合理性和運行效率進行了比較和分析。CAMS已經(jīng)在某些高校的教學實踐中發(fā)揮了重要的作用。
關鍵詞：多媒體；遠程教育；視頻；音頻
隨著信息化社會的到來，人們獲取信息、接受教育的渠道日益多樣化，遠程教育就是在這樣的背景下產(chǎn)生的一種新型的教育方式，它極大地解決了教育時間與空間的限制問題，對于促進教育的公平也有重要意義。而遠程教育的開展離不開軟硬件設備的支持。多媒體遠程教室作為構建遠程教育體系平臺的主要組成部分之一，其規(guī)劃與設計的規(guī)范性與科學性直接關系到遠程教育系統(tǒng)功能的發(fā)揮。因此，加強對多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的研究不僅具有非常現(xiàn)實的意義，而且是網(wǎng)絡化背景下不斷完善遠程教育體系，拓展網(wǎng)絡教育平臺，加強網(wǎng)絡設施建設的重要步驟。
1 多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的基本原則與主要目標
多媒體遠程教室的建設是為了更好的服務于遠程學習者與高校教師的教學，因此其規(guī)劃與設計必須堅持一定的原則，不能偏離既定的目標
1.1 多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的基本原則
具體而言，多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的基本原則主要包括以下四個方面：
1）堅持開放性與標準性相結合。所謂開放性是指多媒體遠程教室在規(guī)劃與設計要具有很強的兼容性與延續(xù)性，具體的設計不能為產(chǎn)品或廠家所限，要有實時更新的空間。而標準性則主要是指多媒體遠程教室的規(guī)劃與設計要嚴格依據(jù)國際國內標準，而不能隨意設計與規(guī)劃。
2）堅持實用性與經(jīng)濟性相結合。一方面，多媒體遠程教室是為了方便廣大學習者學習，因而必須具有很強的實用性，才有其實際意義；另一方面，由于多媒體遠程教室的修建、管理與維護均耗資巨大，因而在規(guī)劃與設計時必須考慮到成本問題，要在確保實用性的基礎上節(jié)約成本，對于關乎遠程教室功能發(fā)揮的設備，不僅要有，而且要選擇高質量的材料或設施，對于可要可不要的，要堅決摒棄，這樣才能提高多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的實效性。
3）要具有很強的可操作性。在進行多媒體教室規(guī)劃和設計的過程中，不能一味的為了追求先進而運用過于復雜的技術，而是要考慮到操作上的便利，要方面學習者的學習與教師的教學，如在界面系統(tǒng)方面，盡量使用中文系統(tǒng)，而不能為了追求原版而弄成英文版的。第四，堅持穩(wěn)定性與可調整性相結合。多媒體遠程教室規(guī)劃和設計必須堅持穩(wěn)定性的原則，如果教室軟硬件設施都不穩(wěn)定，長期有效的遠程教育勢必難以開展。同時，設計中也需要為其留出必要的調整與發(fā)展空間，這樣在遇到重大問題時，可以及時調整。
1.2 多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的主要目標
現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)的建設有其自身特點和要求，而我國也有自身的特殊情況，因此在多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的過程中要堅持以下具體的目標：
1）起點要高。一方面，在軟件系統(tǒng)方面，要保證先進性；另一方面，在硬件系統(tǒng)方面，也要保證穩(wěn)定性與延續(xù)性，這樣才能實現(xiàn)國內遠程教育的大接軌，才能與國際接軌，在不斷的探索與創(chuàng)新中獲得發(fā)展。
2）以實用、穩(wěn)定與先進為基本方針，根據(jù)實際教學的需求，在系統(tǒng)高度集成、總體優(yōu)化與安全穩(wěn)定可靠三方面下功夫。
3）性價比要高。在規(guī)劃與設計的過程中要把握住現(xiàn)代網(wǎng)絡電子技術的發(fā)展方向，充分考慮功能的擴容性和技術的升級性。
2 多媒體遠程教室的設計方案
為了推動多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的規(guī)范性，一般在開始投入建設前，都必須要有詳細的設計方案。這是實現(xiàn)多媒體遠程教室規(guī)劃和設計規(guī)范化與科學化的必要途徑。就設計方案而言，可以從整體設計、集體的系統(tǒng)設計以及系統(tǒng)訊號的處理三個方面著手：
2.1 總體設計
由于多媒體遠程教室中學習者面對的是屏幕，因此教師可以坐在控制臺前自由的操縱著各種設備，并通過擴音系統(tǒng)作一些必要的講解，教學過程生動、直觀，學生們注意力容易集中，理解的快，記憶更加深刻。而要達到以上效果，在總體設計上要求多媒體遠程教室必須具備以下功能：第一，投影視頻信號，主要用于播放錄像機、DVD 的相關內容。第二，投影計算機的數(shù)字信號。主要用來進行計算機教學、培訓與演示。第三，聲音與畫面輸入與采集系統(tǒng)，方便學習者與教師在網(wǎng)上面對面交流。
2.2 具體的系統(tǒng)設計
一般而言，為了使設計具體化，可以把多媒體遠程教室劃分為五個子系統(tǒng)：中央控制子系統(tǒng)、常規(guī)多媒體子系統(tǒng)、攝像和視頻切換子系統(tǒng)、網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)、燈光音響子系統(tǒng)。對于每一系統(tǒng)的設計都有其具體的要求：
2.2.1 中央控制子系統(tǒng)
中央控制子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)設計中心，是其他子系統(tǒng)得以運行的前提。一切媒體設備的調用、控制、管理等復雜過程都離不開高性能的中央控制系統(tǒng)。因此，在選擇控制系統(tǒng)時應該考慮到以下幾個方面:第一，穩(wěn)定第一。穩(wěn)定的中央控制系統(tǒng)能簡化操作，保證各種設備按部就班的工作。第二，要關注系統(tǒng)的開放性與兼容性。目前國產(chǎn)的中央控制系統(tǒng)大多穩(wěn)定性較差，建議可以采用國外的相關產(chǎn)品。
2.2.2 常規(guī)多媒體子系統(tǒng)
常規(guī)多媒體子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的基本組成部分，主要用于完成日常教學與講座。一般而言，這一子系統(tǒng)主要由投影機、電子白板、實物展示臺、計算機、RGB矩陣、RGB分配器等組成，并有筆記本電腦的相關接口。具體操作中，兩臺投影機分別顯示相關內容，投影機由中央控制系統(tǒng)通過串聯(lián)端口控制，電子白板通過RS—232 串聯(lián)端口連接到中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)負責控制白板在不同電腦間的切換。
2.2.3視頻切換子系統(tǒng)
視頻切換子系統(tǒng)一般包括攝像機、錄像機、監(jiān)視器和音視頻矩陣等設備，主要用來完成多路視頻的切換與選擇，錄制高清晰度的教學實況及教學內容，并進行網(wǎng)上直播、廣播與點播。具體而言，一般需要三臺攝像機拍攝教師教學與學生學習的場景，每臺攝像機需要配備變焦鏡頭與云臺，以通過云臺鏡頭控制器進行攝像控制。而音頻矩陣主要用來處理相關的音頻文件。
2.2.4 網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)
網(wǎng)絡傳輸子系統(tǒng)也是遠程教學不可或缺的組成部分。其主要功能在于實現(xiàn)教學實況與教學內容的遠程傳遞。一般而言，網(wǎng)絡傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方式分為硬件式(即配備視頻會議終端)與軟件式兩種。硬件式傳輸速率較快，圖像清晰度較高，但價格相對昂貴；而軟件式對圖像進行了大幅度的壓縮，速度、清晰度受到一定的影響，但其擴充性較好，靈活性較高，在實際的設計中，要根據(jù)具體情況而定。
2.2.5 燈光音響子系統(tǒng)
相對而言，燈光音響子系統(tǒng)是一個輔助系統(tǒng)，主要包括DVD、話筒、功放、調音臺、混響器和音箱等設備，其功能主要在于配合教學和與攝像。一般而言，燈光需要根據(jù)不同的實際情況(如投影教學、非投影教學、現(xiàn)場攝像等) 進行自由調節(jié)，以滿足不同需求情況下照度及色度的需求。
2.3 信號處理
信號包括圖像信號與聲音信號兩類。所謂的圖像信號即指的是計算機信號和視頻信號，其中視頻信號包括攝像機所拍攝的現(xiàn)場圖像信號，錄像機信號，以及實物展示臺信號。所謂的聲音信號指的是有線話筒、無線話筒信號，錄像機、有線電視等設備的音頻信號，計算機的音頻信號等。信號的處理渠道是多媒體遠程教室規(guī)劃和設計的重要工作。因此，在規(guī)劃與設計中，必須對信號的處理方式、信號的流動渠道進行必要的規(guī)范，這樣才能使整個多媒體遠程教室系統(tǒng)起到其應有的作用。
參考文獻：
關鍵詞：網(wǎng)絡協(xié)作；虛擬教室；協(xié)作學習設計
中圖分類號：G434 文獻標志碼：B 文章編號：1673-8454（2014）04-0068-04
一、虛擬教室的概念
虛擬教室（Virtual Classroom）是指“以計算機技術、多媒體技術、網(wǎng)絡通訊技術、數(shù)字壓縮技術等信息技術多學科、多領域融合交叉為基礎構建的網(wǎng)絡學習環(huán)境。它為教師和學生提供了一個交互式的教學環(huán)境，模擬了傳統(tǒng)課堂的教學功能，但又不受時間、空間、區(qū)域限制的網(wǎng)絡課堂學習環(huán)境。”[1]虛擬教室的目的就是為了創(chuàng)設一個使分布在不同地理位置的學習者能夠進行協(xié)同學習的模擬教室，一方面使得教育資源能夠實時共享，另一方面為學習者提供了一個更加便捷的、可交互的學習環(huán)境。
二、協(xié)作學習的含義
協(xié)作學習（Collaborative Learning）是指“一種通過小組或團隊的形式組織學生進行學習的策略。小組成員的協(xié)同工作是實現(xiàn)班級學習目標的有機組成部分。小組協(xié)作活動中的個體（學生）可以將其在學習過程中探索、發(fā)現(xiàn)的信息和學習材料與小組中的其它成員共享，甚至可以同其它組或全班同學共享。”[2]在協(xié)作學習的過程中，學習者之間采用對話、討論等形式對所要解決的問題進行充分論證，以期能夠獲取解決問題的最佳路徑，達到小組的預定學習目標。這樣不僅有利于提高學習者的學習成績和溝通能力，發(fā)展學習者的思辨能力，而且對學習者的創(chuàng)新性思維、對待學習的樂觀態(tài)度等都有顯著的積極作用。
協(xié)作學習主要包括四個基本要素[3]：（1）協(xié)作小組，即將學習者按照一定的策略劃分的小組；（2）成員，即按照一定的策略（如學習成績、認知策略、學習興趣、認知風格、知識結構等）分派到協(xié)作小組中的學習者；（3）輔導教師，在協(xié)作學習活動開展的過程中，教師對學習者進行適當?shù)妮o導，從而使學習者的學習效率、學習效果等得到有效的控制；（4）協(xié)作學習環(huán)境，主要指開展協(xié)作學習活動的空間環(huán)境（如教室、網(wǎng)絡環(huán)境等）、資源環(huán)境（如圖書館、互聯(lián)網(wǎng)等）、組織環(huán)境（學習者的組織結構）以及硬件環(huán)境（計算機等）。
三、虛擬教室在開展協(xié)作學習方面的優(yōu)勢
隨著各種新技術在教育中的應用，傳統(tǒng)課堂教學的自身缺陷愈加明顯：高校招生逐年擴大，學生數(shù)量急劇增多，師資力量相對緊缺；受時間、空間的局限，教學資源難以及時更新和共享等。虛擬教室的出現(xiàn)很好地彌補了傳統(tǒng)課堂教學的不足，而且在開展協(xié)作學習方面有著獨特的優(yōu)勢：
1.創(chuàng)造新鮮的協(xié)作學習環(huán)境，激發(fā)學習興趣，提高學習積極性
虛擬教室利用多媒體技術將傳統(tǒng)單調的、程序化的教材知識綜合處理，轉變?yōu)閳D文并茂的多媒體信息，形象地呈現(xiàn)在學生面前，有利于激發(fā)學生的學習興趣，充分調動其學習的主動性、積極性，加速對所學知識的意義建構，從而更加有效地提高學生的自主學習能力，提高課堂教學效率。
2.支持雙向交互，有利于協(xié)作學習的順利開展
虛擬教室能夠很好地模擬真實的教學情境，并且支持音頻和視頻的雙向交流，有良好的實時性和交互性。在虛擬教室環(huán)境下，學生之間、師生之間均可以就要解決的問題進行深入的交流和探討，每個學生都能得到教師的指導和幫助。同時，學生也可通過查詢、瀏覽、上傳、下載等方式與教學資源進行交互。這種交互性有利于提高學生的主體意識、參與意識和培養(yǎng)學生協(xié)作學習的能力。
3.降低了教學成本，增強了學生的協(xié)作意識
在虛擬教室教學環(huán)境中，只需要連接網(wǎng)絡就可以實現(xiàn)，學生通過構建學習共同體來展開學習活動，不僅需要經(jīng)常性地與教師交流互動，獲得教師的指導與幫助，而且更多地需要與同伴之間深入討論。這種互動交流是經(jīng)常性地在學生間發(fā)生，通過組成一個學習共同體的方式來完成知識的意義建構，有利于提高學生的學習效率和學習質量，同時增強了學生的協(xié)作意識，也減輕了教師的負擔。
四、基于虛擬教室的協(xié)作學習設計
1.協(xié)作學習前端分析
（1）學習者分析
學習者作為協(xié)作學習活動的主體，對其進行特征分析是基于虛擬教室的協(xié)作學習不可缺少的關鍵環(huán)節(jié)。學習者分析主要包括對學習者的認知發(fā)展特征、起點水平、認知結構變量、學習風格、學習動機、學習需要等進行分析。
（2）學習目標分析
“學習目標表征了學習活動結束后學習者應獲得的知識和技能，是學習活動的出發(fā)點、依據(jù)和歸宿，能夠指引學習活動的方向，也為最終的教師評價、同伴評價和小組評價提供依據(jù)。”[4]因此，基于虛擬教室的協(xié)作學習必須要有適當?shù)膶W習目標導向，結合具體的學習內容，完成言語信息、智力技能、認知策略、動作技能、態(tài)度[5]等目標。
（3）構建學習共同體
學習共同體（learning community）是“由學習者及其助學者（包括教師、專家、輔導者等）共同構成的團體，他們彼此之間經(jīng)常在學習過程中溝通交流，分享各種學習資源，共同完成一定的學習任務”，[6]“它從共同愿景出發(fā)，強調真實生活的學習情境，重視知識意義的社會建構，鼓勵學習者之間的經(jīng)驗交互與對話協(xié)商，關注學習者在社會文化中的成長”。[7]基于虛擬教室的協(xié)作學習是在一個學習共同體中進行的，所以教師必須創(chuàng)建一個基于虛擬教室的活躍的學習共同體。教師在構建學習共同體時應注意共同體的范圍、學習者“共同體意識”的增強、各小組的合作方式等問題。
2.基于虛擬教室的協(xié)作學習環(huán)境設計
“學習環(huán)境設計，是面向知識時代的教學設計框架建構的重心，是一種正在興起和發(fā)展的教學隱喻，是教學設計范例正在發(fā)生轉變的重要標志。”[8]基于虛擬教室的協(xié)作學習環(huán)境設計主要包括：協(xié)作學習資源環(huán)境設計和協(xié)作學習工具設計。
（1）協(xié)作學習資源環(huán)境設計
這里的學習資源主要包括：內部信息資源設計、外部信息資源設計和人力資源設計。內部信息資源設計是指虛擬教室本身提供的學習材料，如多媒體課件、相關課程案例等；外部信息資源是指由教師提供或者學生自主搜集的與所學知識有關的網(wǎng)絡資源；人力資源即專家、教師、學生等。
（2）協(xié)作學習工具設計
主要包括認知工具、交流協(xié)作工具、評價工具。
①認知工具的有效使用能夠提高學習者的學習績效。在協(xié)作學習過程中能夠促進學習者意義建構的工具、資源等都可被認為是認知工具。如利用搜索引擎幫助學習者收集資源；教師提供的案例幫助學習者擴充原有認知結構等。
②協(xié)作交流工具。基于虛擬教室的協(xié)作學習是以小組為單位來協(xié)同合作共同解決問題的，其中幫助學習者交流、對話、協(xié)作的各種工具就是協(xié)作交流工具。交流工具可分為同步交流和異步交流。同步交流工具主要有QQ、MSN、微信、飛信等，異步交流工具主要以郵件、貼吧、論壇等為主。
③評價工具主要是為評價學習者的協(xié)作學習績效而制定的評價量規(guī)。
3.基于虛擬教室的協(xié)作學習策略設計
主要包括分組策略、協(xié)作策略、組織策略、評價策略。
（1）分組策略
分組策略是為各學習小組能夠形成有機的整體而使用的策略，可根據(jù)學習者的學習風格、學習成績、原有認知水平、學習興趣等方法進行分組。
（2）協(xié)作策略
協(xié)作策略是為提高學習者之間、學習者與教師之間的協(xié)作能力，構成一個真正意義上的協(xié)作小組。在基于虛擬教室的協(xié)作學習環(huán)境中，常用的協(xié)作策略有角色扮演、伙伴、競爭、協(xié)同等。
（3）組織策略
組織策略是為了使學習者能夠有效地組織在一起而選擇的策略，使學習者能夠形成高效、科學的協(xié)作學習共同體，協(xié)作完成學習目標。主要反映在協(xié)作小組的劃分，協(xié)作小組與學習目標的有機結合，學習共同體的動態(tài)創(chuàng)建等。
（4）評價策略
評價策略是依據(jù)學習目標和協(xié)作學習過程來設計的評價方法。主要的評價方式有自我評價、小組評價、過程評價和總結性評價或這些評價方式的結合使用。
4.基于虛擬教室的協(xié)作學習模塊設計
基于虛擬教室的協(xié)作學習模塊設計共分為三部分：同步協(xié)作學習模塊、協(xié)作學習、異步協(xié)作學習模塊、管理模塊。各模塊的內容及關系如下圖所示。
（1）一個核心
協(xié)作學習：在基于虛擬教室的協(xié)作學習活動中，虛擬教室只是作為我們協(xié)作學習的環(huán)境，最終的歸宿還是協(xié)作學習。
（2）三個模塊
①同步協(xié)作學習模塊：即通過實時的通訊設施實現(xiàn)的實時協(xié)作學習，包括教師指導和學生協(xié)作學習兩個環(huán)節(jié)，使得身在異地的學生可以通過視頻、語音實時地接受教師的指導幫助，與其他異地的學生進行同步協(xié)作、交流學習。
②異步協(xié)作學習模塊：是指教師的指導與學生的協(xié)作學習不同時進行，首先教師以學習者為中心，對教學資源庫中的學習資源進行科學的編排，以便提供給學生開展協(xié)作學習。教學資源主要包括：課件庫、題庫、課程庫、案例庫、媒體資源庫等。然后學生依據(jù)學習目標，選擇教學資料在小組內開展協(xié)作學習，并將遇到的困惑、疑難問題以留言、郵件、FAQ（Frequently Asked Question）等形式反饋給老師。
③管理模塊：包括注冊管理和資源管理。注冊管理系統(tǒng)包括教師和學生的注冊管理，如賬號、密碼、授權、認證等；資源管理包括對學習資源的管理，如課件庫、媒體素材庫、題庫、案例庫等。
（3）三個入口
①學生入口：在基于虛擬教室的個性化學習中，學生是主體，協(xié)作學習是核心。學生在教師的輔助下，運用虛擬教室所提供的良好學習環(huán)境進行協(xié)作學習。
②教師入口：在基于虛擬教室的協(xié)作學習中，教師是指導者，利用虛擬教室所提供的良好學習環(huán)境精心設計協(xié)作學習所需的教學資源，適時地為學生提供指導和幫助。
③管理員入口：在基于虛擬教室的協(xié)作學習中，管理員負責管理教師和學生的信息，主要是對進入虛擬教室的訪問者進行身份驗證，并根據(jù)其身份賦予一定的權限，如學生可以查詢成績卻不能進行修改。同時管理員還負責管理虛擬教室中的各種資源。
5.基于虛擬教室的協(xié)作學習活動設計
學習者在進行基于虛擬教室的協(xié)作學習時，首先要對學習者進行分析，確定學習者的學習動機、學習興趣、認知發(fā)展水平等，分析學習目標明確所探究的問題，制定出學習方案。然后收集資源、分析資源、構建協(xié)作學習環(huán)境，最后綜合評價，得出結論，完成學習目標，交流協(xié)作學習成果，其中也有教師的適當指導。
具體而言，基于虛擬教室的協(xié)作學習過程設計主要應考慮：
（1）總體進程設計：給出學習者完成學習目標的時間、學習方式、探究的任務以及要提交的成果。
（2）活動框架設計：在分析學習者最終問題解決方案的路線的基礎上，設計出問題解決活動的中間狀態(tài)和最終成果的基本要求。以構成學習者協(xié)作學習的路標，指引協(xié)作學習活動的進行。
（3）工具設計：特定的協(xié)作學習任務需要學習者進行某些具體的認知操作活動。恰當?shù)恼J知工具可以幫助學習者更方便地完成特定的協(xié)作學習任務，將更多的精力放在更高的思維上。
（4）策略指導：針對特定的任務給學習者提供具體指導，以提高學習者協(xié)作學習的績效。
6.基于虛擬教室的協(xié)作學習評價設計
協(xié)作學習評價是“對學習者的協(xié)作學習活動質量作出客觀衡量和價值判斷的過程，主要關注的是學習者個體和協(xié)作小組在學習活動中的行為表現(xiàn)”。[9] 協(xié)作學習評價是對學習者在整個協(xié)作學習活動中所有行為的一個總結。
主要評價方法有：
（1）文件夾評價：文件夾評價是當前國外比較流行的一種評價模式，具有過程性與發(fā)展性相結合的優(yōu)點。文件夾評價將學習者在虛擬課堂協(xié)作學習過程中所參與的學習活動加以總結并整理成個人文件夾的形式，作為學習者成長和進步的記錄。“學生在創(chuàng)建文件夾的過程中挑選、提煉、評價自己的工作樣本，是自己成果和進步的積極評定者。積極思考、評價他們自身的學習歷史，是一個強有力的學習機會，會使學生充滿成就感和自豪感”。[10]
（2）自我評價：學習者對自身進行評價的一種方法。一般由教師預設評價方法，然后由學習者進行自我評價，也可由教師給出多種評價方法供學生自由選擇。
（3）小組評價：小組評價是以協(xié)作小組為主體，對小組、成員和其他小組進行評價。此過程需要學習者學習處理組員間、組間的復雜關系。
五、結語
時下，盡管虛擬教室的發(fā)展初見成效，但將協(xié)作學習理念與虛擬教室技術相結合，需要更多、更高素質的人才配備，尤其是對管理員和教師的信息素養(yǎng)提出了更高要求。隨著國家高校教育信息化的飛速發(fā)展，加之虛擬教室自身的強大優(yōu)勢，基于虛擬教室的協(xié)作學習必將會越來越受到遠程教育工作者的青睞，成為推動我國教育信息化事業(yè)不斷向前的重要力量。
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一、制圖專業(yè)化教室的結構
(一)三視圖投影訓練區(qū)
此區(qū)域的功能在于掌握三視圖的形成過程及掌握九字投影規(guī)律。三視圖的形成是制圖學習的基本功，也是學生學習的難點之一，一部分學生往往學到此處由于缺乏空間想象力而放棄對本學科的學習，學生對三坐標投影面體系不感興趣，拒絕繼續(xù)學習。我們所設計的三視圖投影訓練采取三維立體的燈箱投影，學生走N~JI練區(qū)，可以自行將零件或模型放置在指定范圍之內，打開投影機，零件或模型將隨著光束自行投射到屏幕上，形成三面投影。學生可以根據(jù)投影特征完成零件或模型的三視圖投影的拼圖，然后將投影面打開，形成三視圖，并通過投影的位置關系，尋找其投影規(guī)律，完成相應部分的訓練作業(yè)。
(二)公差配合訓練區(qū)
此區(qū)域的功能在于學生進入此區(qū)域時可以學會查閱公差表，認識動、靜、過渡三種常見的配合形式，通過多媒體了解常見的位置公差。在此區(qū)域中設置大尺寸的公差表的活頁，以便于學生的查閱與小組之間的學習與討論，有已加工好的配合零件(動、靜、過渡配合)；有相應的視頻(動、靜、過渡配合的應用)；有公差帶學習的動畫以及三種配合的加工案例分析。此區(qū)域的另一功用在于幫助實踐經(jīng)驗缺乏的教師與學生共同學習。
(三)典型零件的繪圖區(qū)
此區(qū)域的功能在于幫助學生根據(jù)專業(yè)方向，完成典型零件的視圖的繪制，使學生認識本專業(yè)零件的結構特點，幫助學生盡快地了解工作崗位圖紙，同時，此區(qū)域還設置零件的測繪區(qū)，使學生學會測量工具的使用。此區(qū)域可稱其為多功能區(qū)，可以根據(jù)本學校的特點進行設置，例如數(shù)控專業(yè)典型零件區(qū)、模具專業(yè)典型零件區(qū)、機電專業(yè)典型零件區(qū)。每一區(qū)域具有本專業(yè)的特點，如數(shù)控專業(yè)以軸類零件與箱體類零件的加工為主，其中軸類零件又分為軸類與盤類零件，箱體類零件又分為孑L系類零件結構、各種不同腔體類零件的結構以及各種不同輪廓零件結構；而機電專業(yè)的特點在于如何從裝配圖中拆分零件圖，這樣學生根據(jù)本專業(yè)的特點，在進行典型零件繪圖的過程中了解零件特征及相應繪圖方法，為以后的專業(yè)圖紙的識讀打下良好的基礎，此區(qū)域設置多個繪圖座椅以方便學生使用。此區(qū)域的另一功能為零件測繪區(qū)，分為兩個測繪階段，分別為基礎測繪區(qū)與典型零件測繪區(qū)。其中基礎測繪區(qū)是針對關于游標卡尺與千分尺不熟悉的學生，具體的做法是將正確的尺寸封在零件的表面上，學生測完零件尺寸后，打開封條可以自行判斷尺寸的正確與否，出現(xiàn)錯誤后，尋找原因完成零件尺寸的測量過程，同時配有尺寸正確測量的視頻及動畫，以糾正學生握尺與讀數(shù)的錯誤，幫助學生正確使用檢測工具。典型零件測繪區(qū)，在基礎檢具的前提下增設高度尺、數(shù)顯尺、表頭尺、塊規(guī)、螺紋環(huán)規(guī)等其他檢測工具，但此區(qū)域的典型零件均為金屬件，已確保零件尺寸測量的準確性，此區(qū)域為學生準備手繪圖紙與正規(guī)圖紙以及軟件尺寸標注檢測及相應學習提示，以確保學生尺寸標注的正確性。
(四)圖紙識讀區(qū)
此區(qū)域的功能在于綜合運用所學過的制圖知識完成企業(yè)圖紙的識讀過程。此區(qū)域共分三部分：基礎讀圖區(qū)、圖紙完善區(qū)與企業(yè)圖紙識讀區(qū)。同時針對不同專業(yè)學生設置數(shù)控學習區(qū)、模具學習區(qū)與機電學習區(qū)。第一部分基礎學習區(qū)的特點是圖形線條少，學生通過搭建積木的方式讀懂圖紙，使其建立空間概念。第二部分圖紙完善區(qū)是在讀懂圖紙的基礎上，完成三視圖的補圖的全過程。在此區(qū)域內準備大量的模型以供學生選擇，通過訓練使學生能夠根據(jù)圖紙快速找出模型，最后達到直接補圖的能力訓練。第三部分是企業(yè)圖紙的識讀，此部分分兩個階段：第一階段為第三角投影的識讀，此部分訓練的目的在于企業(yè)的崗位需求，正常學校的制圖教學采用的是第一角投影法，但在企業(yè)生產(chǎn)加工中，由于設計軟件的引入，很多的工程圖紙全部采用第三角投影，因此，剛畢業(yè)的學生極不適應。但此項的訓練可以縮短學生的崗位適應的周期；第二階段為企業(yè)圖紙的識讀，主要收集生產(chǎn)崗位常見的圖紙，進行相應訓練，可以采用問答過關的方式進行自主學習。
總之，四大訓練區(qū)完成學生圖紙識讀的全過程，同時解決教學中的難點問題，包括投影概念的建立、常用檢具的正確使用、尺寸的標注的方法以及企業(yè)圖紙的認識，通過動手解決學生的空間概念的形成問題，最關鍵的點在于可以在短時間內解決學生在課堂中無法解決的問題，同時提高學生的團隊合作意識。
二、專業(yè)化教室的使用
在傳統(tǒng)的教學過程中，機械制圖的授課采用的是理論課與繪圖室授課相結合的方式，教師為了提高學生的空間想象能力采用橡皮泥等輔助工具進行授課，在現(xiàn)今裝備制造業(yè)高速發(fā)展的時期，其已無法適應企業(yè)的崗位需求。而制圖專業(yè)教室的開發(fā)則是依據(jù)企業(yè)的需求，以提高學生的讀圖能力以及量具的使用能力為主要目的，學生可以在專業(yè)教室中用較短的時間，完成讀圖能力的綜合訓練。為了更好地利用專業(yè)教室，使其發(fā)揮更大的作用，在專業(yè)教室使用時應注意：
(一)專業(yè)教室是以實踐為主體的“理實一體化”教室
學生需要具有一定的理論鋪墊后才能走進專業(yè)化教室，例如制圖課的概述部分師生可以走進專業(yè)化教室進行課程認識訓練，在投影訓練后共同學習i視圖的概念及九字投影規(guī)律。基本形體的i視圖部分可以采用教室授課，但采用制圖專業(yè)教室之后，制圖學科的授課方式，可以采用做中學的形式。
(二)學生的自主學習是專業(yè)化教室的一大特色
為了更好地配合學生的自主學習，專業(yè)化教室的導航應通俗易懂，學生進入專業(yè)化教室之后，能夠各取所需，自主學習，同時，多功能的座椅可以使學生更方便進行學習與討論。值得注意的是，學生在使用專業(yè)化教室時要養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)，應按照企業(yè)的6s管理制度，建立物品、工具使用記錄，保持學習場地的整齊潔凈等。
(三)學生的質量評價應引起教師的關注
進入專業(yè)化教室之后，學生的質量評價點可設置在：零件尺寸的檢測、典型零件的測繪、典型零件圖的繪制及尺寸標注、第三角投影的正確使用、企業(yè)圖紙的識讀，同時，不可忽視的是6S管理的執(zhí)行程度。
(四)必要的課后作業(yè)不容忽視
學生在專業(yè)化教室的學習效果是可以通過適當?shù)淖鳂I(yè)來檢測的，因此，教師切不可忽略學生的課后作業(yè)以及完成作業(yè)的質量，如果放松了學習質量的跟蹤，制圖專業(yè)化教室的使用將事倍功半，無法收到良好的效果。
氣壓傳動與控制是一門具有較強的專業(yè)性、實踐性的課程。在介紹傳統(tǒng)教學方式在本門課程講授過程中存在的問題的基礎上，針對氣壓傳動與控制課程理論講授與實驗課程脫節(jié)的現(xiàn)象，探索并實踐了活化教室的教學模式。活化教室具有開放性、自主性和探索性，本文從課堂布置、內容安排和課堂效果幾個方面對活化教室在在氣壓傳動與控制教學中的應用進行了研究，并取得了良好的教學效果。
[關鍵詞]氣壓傳動與控制;活化教室;教改研究
[中圖分類號]G642.423[文獻標志碼]A[文章編號]1005-4634（2015）02-0074-04
0引言
大學生這個群體是一個特殊的群體，教學對學生綜合素質的培養(yǎng)具有非常重要的作用。所謂綜合素質是良好學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力、調控能力和團隊精神的集中表現(xiàn)。如何將人才培養(yǎng)的模式從專業(yè)技術工程人才轉變?yōu)椤皩I(yè)素質+綜合素質”的高級工程技術人才，也是在教學改革中需要探究的一個問題。
1傳統(tǒng)教學方式的特點
1.1“填鴨式”教學
在傳統(tǒng)的教學方法中，多數(shù)采用灌輸式或者填鴨式的教學方法，即教師在講臺授課，學生在臺下聽課。往往一名教師要給三四十人甚至一百多人授課，每個學生的基礎參差不齊，學生對課程的興奮點也各不相同，因此，很難調動所有學生的學習興趣和學習積極性。不同類型的學生學習方式有不同，調查發(fā)現(xiàn)80%的學生屬于視覺學習型，即主要依靠視覺來獲取、理解和記憶信息;15%的學生為聽覺學習型;還有5%的學生屬于觸覺學習型[1]。不同學習型的學生學習的注意力和接觸的信息量是不同的，傳統(tǒng)教學方法中單純教授的教學方式很難同時調動這三類學生的學習積極性。何種教學方式能滿足不同學習方式學生的需求，并能夠最大限度的調動學生的學習積極性，在有限的時間內，讓學生接受最多的信息，激發(fā)他們的學習興趣，使學生對所學內容主動地進行深入的思考，這些都是傳統(tǒng)課堂亟待解決的問題。
1.2理論與實踐脫節(jié)
從教學內容體系方面來講，傳統(tǒng)的教學主要是理論論證，很難加入實踐環(huán)節(jié)，或者理論與實踐環(huán)節(jié)為分開的兩部分課程。由于授課教師的不同，學
習時間的不連續(xù)，使得學生不能夠將理論課和實驗課有機的結合起來，達到理論與實踐相互融合、相互促進的作用，很難調動學生的積極性。比如，在傳統(tǒng)的《氣壓傳動與控制》教學過程中，給學生講氣源、控制閥、氣缸時，大家對這些只是理論上的一個認識，至于這些元件的具體形狀、如何使用均沒有形象的認識。在后面的課程實踐中，所用到的實物也很難把課本知識與實物聯(lián)系起來，造成一種教學的脫節(jié)。
如何激發(fā)學生的興趣，讓學生變被動為主動學習？如何避免這種脫節(jié)的現(xiàn)象？針對《氣壓傳動與控制》這門課的特點，本文提出并實踐一種新的教學方法――活化教室，即將教學放到實驗室中，在學中做、做中學，改變教師主導的教學方法，建立問題庫，讓學生充分利用感覺、聽覺、觸覺，積極思考，尋找并獲得答案。
2活化教室的特點
“活化教室”是綜合互動教學方法的一種體現(xiàn)。它以項目任務為本，強化學生的思考能力，注重學生團隊能力的培養(yǎng)，深入挖掘學生的潛力。要求教師改變以往傳統(tǒng)式授課方式，加大實踐環(huán)節(jié)力度，利用多種教學方法靈活地把知識傳授下去。活化教室在教學過程中也要以學生為主體，以教師為導向，教師適當引導學生，激發(fā)學生興趣，以達到最佳的教學效果為宗旨[2]，從改變教學內容、創(chuàng)造課堂氛同、調整學生座位、變化講臺風格等多個方面去探索，實現(xiàn)教學改革中培養(yǎng)“專業(yè)素質+綜合素質”的高級工程技術人才的目的。
1） “活化教室”具有開放性。活化教室改變了自上而下的教師與學生的關系，讓學生變?yōu)橹黧w，組成一個團隊，學生之間可以交流彼此的想法與建議;教師引導學生，教師與學生是平等的[3]，師生關系是和諧，課堂氛圍是開放的，學生的座位順序是自由的。在《氣壓傳動與控制》教學中，打破傳統(tǒng)的“一對多”的自上而下的授受關系，將教室搬到實驗室里，理論課放到實驗室中教授，使理論課與實驗課有機的結合起來。學生在理論課的學習過程中可直接進行實驗演示，使學生對理論的理解更加深入，同時學生也可以對感興趣的理論課自行進行驗證，提高學生的學習興趣。
2） “活化教室”具有自主性。活化教室把教學過程看作是一種教與學統(tǒng)一的動態(tài)發(fā)展地交互影響和交互活動的過程。在這個過程中，師生之間進行的是一種教學主體與主體之間的交流與溝通[4]。《氣壓傳動與控制》教學過程中，活化教室可以使學生發(fā)揮主觀能動性，即學生可以對教師所講內容產(chǎn)生質疑，利用課堂的實驗資源親自動手驗證教師教授理論課程的正確性，掌握學習過程中的主動性。在此過程中，教師以啟發(fā)、提問的方式引導學生，激發(fā)學生的自主學習的內在動力，使學生多思考多參與，提高學生的學習自主性，充分調動學生學習的積極性和熱情。
3） “活化教室”具有探索性。在活化教室教學（見圖1）過程中，對學生團隊能力的培養(yǎng)，以及對學生潛在能力的深入挖掘是非常重要的。針對不同的課程內容、不同階段的學生，需要采取不同的方式，如理論性較強的課程和實踐性較強的課程，在教學過程中采取的教學方式就不能完全一樣。活化教室的教學方式要因人而異，因每堂課的內容不同而不同。《氣壓傳動與控制》的教學中，將課前準備、課中互動、課后反饋有機的結合到一起。其中，課前準備包括：貼近學生，了解學生學習情況和需求、學生類型和興趣，調整教學內容;課中互動包括：營造寬松愉悅的教學氛同、座位布置和教室布局更加自由、教學中學生可以參與教學過程，生生之間和師生之間可以交流互動[5，6];課后反饋包括：學生和教師對教學過程進行評價，然后將改進方案反饋給教師來改進和完善教學。這個過程是一個不斷改進、不斷完善的探索過程。需要學生與教師的共同努力。
圖1活化教室的內容
3活化教室在《氣壓傳動與控制》中應用
3.1《氣壓傳動與控制》課程介紹
《氣壓傳動與控制》是機電控制工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎課。它是機電一體化人才所需的有關流體傳動與控制知識結構的重要組成部分。本課
程的任務和目標是讓學生掌握氣壓傳動與控制技術方面的基本理論、基本原理及特點和應用方面的知識;啟發(fā)學生對氣壓傳動與控制技術的興趣，培養(yǎng)學生初步的氣壓傳動與控制實驗技能以增強實驗動手能力;培養(yǎng)學生知識創(chuàng)新和技術創(chuàng)新能力;并使學生具備一定的組織管理能力、較強的表達能力、人際交往能力以及在團隊中發(fā)揮作用的能力，初步具備交流、競爭與合作能力。表l所示為《氣壓傳動與控制》課程的能力矩陣。學生能力與活力的培養(yǎng)方式多種多樣，比如教室講述、ppt動畫演示、教室空間的變化、教師服飾的變化、課程中插入一些小項目和游戲、提問、獎勵環(huán)節(jié)等等。以多樣性的教學方式提高學生的能力。
3.2活化教室的課堂氛圍
“活化教室”主要體現(xiàn)在學生座位的變化，圖2展示了活化教室?guī)追N不同的座位布置方式如馬掌型、一對型、小組型、多功能型[7]。不同的座位布置方式適用于不同的課程內容。根據(jù)《氣壓傳動與控制》這門課程的特點，主要以多媒體教學為主，整個教室的布局圖如圖2（e）所示。教室中間為一方形課桌，學生座位按4-3-4的順序擺放。講臺在課桌正前方，講臺上有講課與投影用的講板。講臺右邊放置實驗臺，講課的過程中可以根據(jù)課堂需要，對所講內容進行實驗演示及指導學生操作。構建這種比較開放的課堂環(huán)境，能夠營造民主的課堂氛同，使學生一步入課堂就能被這種氛同所吸引，輕松愉悅的去聽課、學習。采用4-3-4的座位順序，方便學生在討論時與教師之間的互動，學生在聽課的過程中也能夠進行學生之間的相互交流，使學生從被動的聽課對象，轉變?yōu)橹鲃拥慕涣髦黧w。將實驗臺放在講臺旁邊，能夠幫助學生更好的理解所講內容。比如講“利用梭閥的控制回路”，回路如圖3（a）、（b）所示，教師在講該回路時，首先在ppt上將基本的原理與閥的職能符號講清楚，然后在實驗臺上搭建的實驗回路里的各元件介紹清楚，同時按動閥門動作，演示整個回路實現(xiàn)的動作與功能，加深學生對回路的理解。圖3（c）為教師的演示過程中的一張圖片。
3.3活化教室教學內容設計
在整個活化教室教學過程中，采用提出問題、分析問題、啟發(fā)思考、總結反饋的思路進行，整體內容安排如圖4所示。上課前，教師首先把握學生的總體情況，預設一些互動策略，調動學生積極性。
下文以其中一個氣動問題的分析為例。
1） 提出問題：如何實現(xiàn)在不同操作地點實現(xiàn)單作用缸手動操作回路。
2） 問題分析：介紹回路里面能用到的元件符號、元件實物、元件使用方法、使用注意事項;根據(jù)各元件的功能，介紹氣動回路原理圖如圖3（a）“不同地點操作單作用缸的手動操作回路”，學生清楚整個回路的動作過程后，演示事先搭好的氣動回路，演示過程師生共同參與，從而拉近師生的關系，加深學生對回路的印象，提高學生的興趣。
3） 啟發(fā)思考：在回路圖3（a）的基礎上如何實現(xiàn)兩點同時動作的單作用缸的手動操作？學生帶著問題去思考并討論。
學生在交流的過程中提出改進的方案，分析現(xiàn)有回路圖3（a）和所要設計的功能回路的不同，現(xiàn)場搭建回路圖3（b）并進行演示。在這個過程中，要求教師提高設問技術，激發(fā)學生思維興趣。通常采用引導、啟發(fā)的方式使學生積極的思考一些較為深入的問題，這樣不僅有利于發(fā)散他們的思維，更有助于創(chuàng)造性的發(fā)揮。在思考過后往往會產(chǎn)生懷疑，而這個懷疑正是改變教學模式所希望的，只有不斷地質疑才能使思維得到活躍。同時，在小組交流討論的過程中也能夠提高學生的自我表達能力和團隊合作能力，有助于學生綜合素質的提高。
4） 總結反饋：在每次課內容講述完成后，教師對此次課程做好總結，將內容整體概述講述一遍，使學生加深印象。學生概括自己對本次課程內容的理解并對課程改進提出意見。課后，教師對學生所提意見進行整理，思考改進方式，并嘗試將改進的方法應用到下次課堂的教學中。對課堂效果較好的方式保留，效果一般的方式繼續(xù)改進。因此，這也是一個不斷探索、完善的過程。
4結束語
“活化教室”是一種新穎的教學模式，目前在各個高校也是探索性的開展。不同的課程、不同的學習對象“活化教室”的實施方式也不盡相同。活化教室在《氣壓傳動與控制》這門課程中的應用，在提高學生學習積極性與創(chuàng)造力的同時，對學生理論聯(lián)系實踐的能力、團隊合作的能力等綜合素質也有很大提高，這不僅僅是“活化教室”教學所追求的目標，也是《氣壓傳動與控制》這門課程所需要達到的教學目的。對其它類似課程的改革具有一定的指導性和借鑒作用。
參考文獻
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關鍵詞：多媒體教室；教室管理；管理系統(tǒng)
中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）29-0011-02
在計算機技術、網(wǎng)絡技術、多媒體技術的迅速發(fā)展下，多媒體教學已成為當今先進教學手段。據(jù)調查統(tǒng)計，我國高校已普遍采用多媒體教學，與之密切相關的多媒體教室管理在高校中占據(jù)著至關重要的作用。近年來，高校的擴招，教室的使用率逐年上升，引發(fā)了設備在維護與管理等方面的一系列問題，多媒體教室的工作重心也從建設方面轉移到維護和管理方面。結合多媒體教室維護與管理實際，設計研發(fā)出基于校園網(wǎng)、功能完整、結構清晰的多媒體教室運維管理系統(tǒng)，有效地保證多媒體教室管理工作的質量，為多媒體教室的建設和維護等提供重要參考依據(jù)。
1 需求分析
多媒體教室管理工作主要包括非多媒體設備資產(chǎn)性的管理與設備日常維護、更換等記錄，以及對這些數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計等工作。但目前記錄這些信息大多還停留在紙質或Excel表格形式上，且各個教學樓的信息由不同的維護人員來記錄和更新，記錄格式不統(tǒng)一，信息不規(guī)范，數(shù)據(jù)易丟失，不利于各種數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計和修改，對設備的維護也不能及時地提供科學參考。根據(jù)以上存在的問題，研發(fā)一個多媒體教室運維管理系統(tǒng)是多媒體教室科學、規(guī)范化管理的首要任務之一。
結合多媒體教室日常管理工作事宜，該系統(tǒng)功能基本需求如下：
教室報修單的錄入、查詢、打印、統(tǒng)計等功能，其中教室報修項目包括投影機、中控、音箱、講臺、線路、功放、幕布等項目報修。
計算機報修單、日常維護記錄信息、燈泡更換記錄信息及設備更換記錄信息的錄入、查詢、打印、統(tǒng)計等功能。
2 總體設計
針對需求分析，對教室的運行與管理工作進行整理與歸類，以維護人員與部門主管兩個角色，為本系統(tǒng)的功能需求進行了詳細的設計，具體工作流程如圖1所示。
維護人員根據(jù)日常維護中出現(xiàn)的設備故障，如投影機、幕布、計算機、音箱、功放、線路，等故障，在系統(tǒng)中的教室報修或計算機報修模塊中報修，部門主管對故障進行審核、打印報修單，再派遣維修人員現(xiàn)場修理，保障多媒體教室的正常運行。同時維護人員將每日的任課老師故障電話接聽記錄、反饋意見等在日常維護記錄模塊中進行登記，便于部門主管實時了解教室設備使用狀況、任課老師的需求與意見，為日后設備更換、教室改造提供參考依據(jù)，也使得我們的服務更能滿足廣大師生的實際需求。此外，維護人員對投影機燈泡、設備更換及時在系統(tǒng)中作好記錄，方便日后查詢和統(tǒng)計，了解各設備的運行狀況。
3 功能模塊的實現(xiàn)
本系統(tǒng)開發(fā)基于B/S系統(tǒng)框架，采用ASP語言+ACCESS數(shù)據(jù)庫，操作簡單，易移植。主要包括用戶管理、教室報修、計算機報修、日常維護記錄、燈泡更換記錄、設備更換記錄等功能模塊，如圖2所示。
3.1 用戶管理
管理員可以在后臺添加、刪除普通用戶（維護人員）和管理員，設置用戶的初始密碼。用戶通過登錄界面進入系統(tǒng)后可自行修改密碼。登錄界面如圖3所示。
3.2 計算機、教室報修
維護人員在該模塊中可以填寫故障設備的報修單，需要填寫的內容包括報修項目名稱、儀器編號、儀器名稱、預計材料費、型號規(guī)格、單價、維修人工費、設備位置、購進日期、生產(chǎn)廠家、故障描述、報修人、聯(lián)系電話等項目。用戶可根據(jù)設備位置、儀器名稱、儀器編號、是否完成維修等項目對報修記錄進行查詢篩選，方便及時了解所有故障設備的報修狀態(tài)，以及可對報修記錄進行分析，為故障設備的更換提供依據(jù)。
3.3 日常維護記錄
維護人員在該模塊中記錄每天所接聽到的任課老師的求助電話，包括接聽時間、所在教室、故障類型、故障描述、解決方法、完成情況、教室電話等詳細信息。在我的維護記錄中可根據(jù)所在教室、完成情況、故障描述等進行模糊查詢、篩選、統(tǒng)計。部門主管可根據(jù)日常維護記錄了解維護人員的工作情況、設備故障率及常見故障類型，并對故障類型進行歸檔整理，有利于提高維護工作效率、管理工作質量。
3.4 燈泡、設備更換記錄
燈泡、設備更換是多媒體教室維護的常見工作，一般投影機燈泡使用到800～1 000 h左右就需要更換，多媒體設備故障率也很高。其中燈泡更換錄入信息包括投影機型號、編號、更換日期、燈泡使用時長、第幾次更換等，設備更換記錄包括原設備的型號、編號、存放位置、更換日期與新設備的型號、編號、原存放位置等信息。維護人員及時記錄各投影機的燈泡、設備更換情況，一方面可方便查詢燈泡、設備情況，為日后設備更新提供參考依據(jù)，另一方面有利于跟蹤設備的去向、設備資產(chǎn)管理。
4 結 語
該系統(tǒng)自運行一年以來，狀況良好。其中教室保修154項，計算機保修124項，燈泡更換123項，設備更換116項，日常維護記錄1084條。相比往年，設備故障率大幅度降低，接聽任課老師的故障電話次數(shù)明顯減少，該系統(tǒng)的應用有效地提高了多媒體教室管理工作質量，更好地保障日常教學的正常進行，從而大大提升了多媒體教室維護人員的服務水平。
參考文獻：
[1] 李淑春.高校多媒體教室運行中出現(xiàn)的問題及對策[J].實驗技術與管理，2007，（6）.
[關鍵詞] 物聯(lián)網(wǎng)技術；智慧多媒體教室；設計方法；完善措施
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2017. 03. 129
[中圖分類號] G420 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2017）03- 0231- 02
0 前 言
物聯(lián)網(wǎng)技術最早應用于交通、物流等領域，隨著技術理念和實踐的不斷發(fā)展，很多高校都擁有多個校區(qū)，校區(qū)內的教學點比較分散，而多媒體教室內的設備比較復雜，容易出現(xiàn)人工性操作失誤等問題，一旦出現(xiàn)故障，就會直接影響教學質量和效率。為此，需要結合物聯(lián)網(wǎng)技術，對多媒體教室的設計及應用方法進行分析，以提升多媒體教學的信息化和自動化，發(fā)揮設備的真正作用。
1 物聯(lián)網(wǎng)的組成及構架分析
物聯(lián)網(wǎng)技術指的是信息獲取、傳輸、存儲、處理及應用的過程，主要包括射頻識別、中間件Savant系統(tǒng)以及Internet系統(tǒng)三個部分[1]。簡單來說，射頻識別指的是一種非接觸式自動識別技術，該技術能夠實現(xiàn)對物品、數(shù)據(jù)的跟蹤和交換。中間件Savant系統(tǒng)指的是位于解讀器和Internet系統(tǒng)之間的一個傳輸物件，它是進行數(shù)據(jù)捕獲、監(jiān)控機傳送的工具。從架構上看，物聯(lián)網(wǎng)主要分為感知層、網(wǎng)絡層、應用層三個層，感知層位于系統(tǒng)的最下端，它具有感知現(xiàn)實世界各種信息的功能，同時還能夠與局部空間進行互動。網(wǎng)絡層指的是連接無線網(wǎng)絡、蜂窩移動網(wǎng)絡等網(wǎng)絡的連接工具，是完成信息融合和遠距離傳輸?shù)谋貍涔ぞ摺脤游挥谖锫?lián)網(wǎng)系統(tǒng)的最上端，它的主要任務在于服務應用者，按照他們的只是搜集或處理各類信息。
2 物聯(lián)網(wǎng)技術下智慧多媒體教室的設計方法分析
2.1 感知層的設計
感知層主要包括傳感器、RFID、GPS、攝像頭、無線通信等部分。首先，需要按照物聯(lián)網(wǎng)的運作要求，在高校不同校區(qū)內的多媒體教師中安裝RFID系統(tǒng)，此項系統(tǒng)的作用在于識別使用者的身份，教師或學生只有通過射頻IC卡確認身份后[2]，才能使用教室內的各個設備。其次，教室內需安裝攝像頭，采集多媒體設備運行中教師和學生的使用狀態(tài)，方便管理人員通過遠程監(jiān)控來發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，避免出現(xiàn)漏洞。第三，在多媒體設備中安裝檢測傳感器，目的在于提供計算機、投影儀、電動窗簾、電燈、音響及多媒體機柜等設備的信息，方便管理人員進行監(jiān)控和管理，儲存相應的信息。最后，為了防止儀器丟失，需在貴重設備上安裝GPS定位及防盜報警系統(tǒng)。
感知層能夠利用攝像頭、傳感器和RFID等，構建一個有效的多媒體教室監(jiān)管體系，并結合IC卡身份確認、攝像頭室內監(jiān)視等安全技術，明確設備的運行狀態(tài)及各個參數(shù)，實現(xiàn)對教學過程的全方位、動態(tài)性、智慧化的管理，有利于保證設備的運行狀態(tài)，同時維護教學過程的安全性。
2.2 網(wǎng)絡層的設計
網(wǎng)絡層屬于物網(wǎng)系統(tǒng)中的中間層，其作用在于將感知層中獲取的信息通過網(wǎng)絡傳輸工具傳輸?shù)较鄳慕K端設備中，以實現(xiàn)優(yōu)質計算、高校通信的目的。在網(wǎng)絡層的設計中，首先，需要選擇適當?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，以保障感知信息傳輸過程的安全性，目前，全球通用的協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，其核心在于IP，但是IPv4協(xié)議已經(jīng)基本分配完畢，由于用戶眾多，資源消耗嚴重，很容引起網(wǎng)絡癱瘓，影響教師和學生的使用體驗。如今，IPv6協(xié)議應運而生，其具有空間豐富、安全性高的特點，能夠進一步優(yōu)化校園網(wǎng)絡的使用速度和質量，符合智慧多媒體教室建設的要求。另外，IPv6協(xié)議還可以實現(xiàn)人機對話，其服務范圍包括了人類和硬件設備，能夠創(chuàng)造一個無處不在的寬帶網(wǎng)絡環(huán)境，這是多媒體教室運行的有力保障。
現(xiàn)有的通信網(wǎng)主要連接多媒體教室總控制室電話及技術人員的電話，完善通信網(wǎng)絡，能夠方便管理人員監(jiān)控和了解多媒體設備的運行狀況，避免出現(xiàn)大的故障，提高維修和保養(yǎng)效率。通信網(wǎng)和無線校園網(wǎng)融合后，能夠進一步提高多媒體教室內設備信息的傳輸和交換。
2.3 應用層的設計
應用層的作用在于設備控制、檢查機故障處理，由于高校多媒體教室設備大多比較復雜，連接的線路比較多，且連續(xù)使用的實踐很長，因此應用層的設計需要結合云計算技術，達到存儲、服務、處理資源過程的虛擬化。在云計算技術中，用戶可以進行軟硬件資源共享，真正將廣闊地域的計算機資源整合成為一個可統(tǒng)一調度的網(wǎng)絡。總的來說，基于云計算技術的應用層能夠促進資源節(jié)約型多媒體教室的建設，優(yōu)化教學環(huán)境，改善教學資源的利用效率。
云計算技術的特點在于虛擬化、高安全性、價格低廉、規(guī)模大、高擴展性等，其應用于應用層中能夠通過各種云技術，實現(xiàn)對多媒體教室的管理和數(shù)據(jù)處理，優(yōu)化信息共享、交換的過程，并通過總控制系統(tǒng)對教室內各類設備的參數(shù)、數(shù)據(jù)、故障等信息進行實時監(jiān)控，有利于提高故障出現(xiàn)后的維修速度，減少對師生造成的不良影響。
3 結 語
物聯(lián)網(wǎng)技術是21世紀影響力最大的技術類型之一，基于該技術創(chuàng)建的智慧多媒體教室，能夠實現(xiàn)多個校區(qū)和教學點的無間隙信息傳輸，提高對多媒體教室內部的監(jiān)控和管理體系，保證教學過程的順利進行，提高故障處理的速度和靈活性。
主要參考文獻
該控制系統(tǒng)可以根據(jù)教室里的人員多少及人員分布、自然光強、時間等因素，設計了用太陽能供電，集光強檢測、超聲波測距、紅外傳感檢測、時間控制等多功能于一體的分區(qū)，功率可調的教室燈光節(jié)電控制系統(tǒng)。
一、系統(tǒng)硬件設計
教室燈光節(jié)能系統(tǒng)設計的示意圖如圖1所示。下面對各個模塊加以介紹。太陽能電源模塊供給6V電壓給系統(tǒng)供電；紅外感應模塊利用菲尼爾透鏡感應是否有人存在；超聲波測距模塊主要用于當教室有人時，先對教室進行合理分區(qū)，通過測量的距離判斷人在教室哪個區(qū)域，進而分區(qū)控制燈光，做到人在燈開，人走燈滅；時間模塊可定時關閉教室燈光；功率調節(jié)模塊可根據(jù)光強調節(jié)燈光的開啟數(shù)量達到二次節(jié)電的目的；人工介入模塊可以在特殊需要的時候脫離系統(tǒng)控制，人為控制教室燈光。本系統(tǒng)可進一步擴展，控制對象不僅是教室的燈光，還可以是教室里的風扇、音箱、計算機等負載。
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圖1
1.太陽能供電模塊
本系統(tǒng)使用5V1.3W的太陽能光伏板作為電源。由于本系統(tǒng)是以發(fā)光二極管作為燈光演示，所以電源選用電壓較小的光伏板。
2.紅外感應模塊
紅外感應模塊主要判斷教室內是否有人。利用菲涅爾透鏡的特性紅外模塊對人體發(fā)出的波進行定向捕捉。從而判斷教室內是否有人。原理圖如圖2所示。PIR熱釋電紅外傳感器的輸出信號幅度小1mV，頻率約0.1～0.8Hz，檢測距離短，在PIR前加用一塊半球面菲涅爾透鏡，使范圍擴展成90度圓錐型距離大于5米的檢測面。集成電路內部含有二級運放、比較器、延時定時器、過零檢測、控制電路、系統(tǒng)時鐘等電路。PIR傳感器檢測到人體移動引起的紅外熱能之變化并將它轉換為電壓量，通過二級選頻放大比較輸入到控制電路中，由控制電路輸出過零脈沖觸發(fā)雙向可控硅導通。采用交流過零觸發(fā)能消除可控硅導通時浪涌電流，延長燈具的使用壽命。同時控制電路啟動了延時定時器，直至PIR傳感器在接收到信號后，觸發(fā)可控硅的信號關斷可控硅，做到自動關閉。
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圖2
3.超聲波測距模塊
根據(jù)教室大小，安裝2個或4個超聲波傳感器。超聲波模塊由兩個部分組成，一個發(fā)射端，一個接收端。首先將超聲波傳感器測量到的人與教室墻體的距離反饋到單片機，與設定的標準距離進行比較，判斷人處于教室哪個分區(qū)，控制該區(qū)域的燈打開，其他區(qū)域燈光關閉。單片機采用系統(tǒng)12MHz高精度的晶振，獲得較穩(wěn)定的時鐘頻率。用P2.7口輸出40kHz的方波信號，P3.5口監(jiān)測超聲波的返回信號。單片機接收到反回波后，向P3.5輸出一個低電平脈沖。超聲波一經(jīng)發(fā)出，單片機立即啟動計時器T0，P3.5接收到回波時，由高電平變馬上變?yōu)榈碗娖胶螅S機計時器停止計時。此時單片機對距離進行計算。繼電器的輸出端與非門相連接。當檢測的距離低于預設值距離小于預設值區(qū)域的燈（二極管代替）打開。反之，則大于預設距離的燈打開。電路原理圖如圖3所示。
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圖3
4.人工介入模塊
為了滿足對教室內的特殊要求，我們可以通過人工介入模塊將燈和節(jié)能系統(tǒng)脫離，從而切換到平常的模式進行控制。當人工開關打開時，教室燈光處于節(jié)能狀態(tài)。當人工開關閉合時，通過非門的控制，達到接環(huán)模式的目的。
5.時間控制模塊
為了達到教室燈光自動關閉的目的，本小組設計了燈光定時開關系統(tǒng)，即時間模塊。DS1302的RST端、SCLK端、/O分別與單片機的P2.0端，P2.1端和P2.2端相連。單片機與DS1302在數(shù)據(jù)交換時，要先將RST變?yōu)楦唠娢弧Ｔ赗ST保為高電位的同時，SCLK時鐘由低電位跳變到高電位的上升沿的同時，數(shù)據(jù)寫入時間芯片DS1302中。當定時系統(tǒng)啟動時，STC89C52單片機從時鐘芯片DS1302獲取時間，當系統(tǒng)時間與啟動時間相同時，單片機制繼電器閉合，系統(tǒng)時間與繼電器關閉時間相同時斷開。部分原理圖如圖4所示：
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圖4
二、部分軟件設計
首先主程序對系統(tǒng)環(huán)境進行初始化，然后設定時器0為計數(shù)，同時設定時器1為定時，設置位總中斷允許位EA，當運行主程序后，進行定時測距，當測距標志位為ec=1時，測量一次，在程序設計過程中，超聲波測距頻度是4～5次/秒。在測距間隔中，整個程序進行循環(huán)顯示測量結果的程序。在調用超聲波測距子程序后，先使單片機產(chǎn)生4個頻率為38.46kHz超聲波脈沖，加載的超聲波發(fā)送到頭上。當超聲波頭發(fā)送完超聲波后，就啟動內部計時器T0計時，為避免超聲波從發(fā)射頭直接傳送到接收頭引起的直射波觸發(fā)問題，應對單片機延時約1.5～2ms（也就是超聲波測距儀有最小可測距離的原因，稱為盲區(qū)值），運行單片機P3.5腳的電平判斷程序。在檢測到P3.5腳的電平由高電平轉為低電平時，停止T0計時。因為單片機采用的是12MHz的晶振，計時器每計一個數(shù)就為1μs，然后超聲波測距子程序檢測到接收成功的標志位后，對計數(shù)器T0的數(shù)（超聲波來回所用時間）進行計算，就可以得到被測物體與測距儀之間的距離。設聲速為340m/s，，T0是計數(shù)器T0的計算值。測出結果將通過十進制BCD碼方式送至LED顯示為0.5s，然后發(fā)超聲波脈沖重復測量過程。
當有人進入紅外模塊時進行判斷，將信號反饋到單片機進行處理，輸出信號送至超聲波測距模塊。當超聲波測距模塊接收到反饋信號后再將信號反饋到單片機，對測定距離與之進行比較，來控制某一區(qū)域燈的開關。超聲波測距軟件流程圖如圖5所示。
根據(jù)教室大小，安裝2個或4個超聲波傳感器。超聲波模塊由兩個部分組成，一個發(fā)射端，一個接收端。首先將超聲波傳感器測量到的人與教室墻體的距離反饋到單片機，與設定的標準距離進行比較，判斷人處于教室哪個分區(qū)，控制該區(qū)域的燈打開，其他區(qū)域燈光關閉。如圖6所示，在教室前后均有平行的兩個超聲波測距模塊將教室分成A區(qū)和B區(qū)兩個區(qū)域。以前半部分的超聲波模塊為例，現(xiàn)設定中間虛線到超聲波模塊的距離為L1。如果超聲波模塊測得距人的距離為小于L1的值則A區(qū)或B區(qū)的上半部燈光打開。如果測得距人的距離大于L1則A區(qū)或者B區(qū)的下半部燈光打開。教室后面的超聲波模塊亦如是。如果教室各個區(qū)域都有人，則教室燈光全部打開。
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圖5 圖6
三、節(jié)能預期
根據(jù)2個月的調查顯示，我校平均每天每間教室無人開燈小時數(shù)為2小時；僅有3人或以下人數(shù)教室開燈小時數(shù)為5小時。如果使用本小組設計的系統(tǒng)，可以為學校節(jié)省約40%的教室燈光照明電量。
節(jié)能減排要從我們的身邊做起。如果我們能自覺地關閉多余的燈，就為國家節(jié)能事業(yè)做出了自己的一份貢獻。我們的節(jié)能作品只起到輔助節(jié)能的作用，節(jié)電環(huán)保的根本在于我們的思想和行動。最后，我們衷心希望此設計能在起到節(jié)電作用的同時，也能讓節(jié)電節(jié)能的理念像教室的燈光一樣常伴大家。
參考文獻：
[1]王東峰，等.單片機C語言應用100例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.
[2]鐘富昭，等.8051單片機典型模塊設計與應用[M].北京：人民郵電出版社，2007.
[3]李平，等.單片機入門與開發(fā)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.
關鍵詞：多媒體教室；教學環(huán)境；計算機系統(tǒng)
中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2013）17-0082-03
一、引言
隨著我國高等教育以及現(xiàn)代教育技術的不斷發(fā)展，國內高校均廣泛采用現(xiàn)代化的多媒體教學設備進行授課，淘汰了傳統(tǒng)的單一教學模式，大力開展現(xiàn)代化的教學模式，使課堂教學變得有聲有色，現(xiàn)代化的教育離不開現(xiàn)代化的教學設備，因而教學環(huán)境的設計，可直接影響到教學過程是否能順利實施以及教學效果的好壞。基于多年來我們對多媒體教室設備的管理經(jīng)驗，合理設計計算機的軟硬件環(huán)境，則可大大降低多媒體教學過程中由計算機環(huán)境引起的教學事故率，從而提高多媒體教學質量和教師的教學效率。[1]
二、教學環(huán)境設計
國內每所高校都建設有大量的多媒體教室，教室的使用率高，且教師所教授的課程種類繁多，加上教師在多媒體教室上課時，基礎課和專業(yè)課教師對計算機教學環(huán)境的要求也各不相同，因而計算機教學環(huán)境的維護設計是至關重要的，必須科學合理設計多媒體教室計算機教學環(huán)境，以滿足教師對計算機教學環(huán)境的需求。
1.系統(tǒng)軟件設計
首先制作U盤啟動盤，下載電腦店U盤啟動盤制作工具V3.3軟件，一鍵制作啟動U盤。
然后設置多媒體計算機CMOS，將First Boot Device 設置為[Removable] ，保存退出。將啟動U盤插入多媒體計算機USB口，重新啟動計算機，進入安裝系統(tǒng)選項界面，選擇【運行電腦店Win03PE增強版】，進入電腦店裝機桌面。
第一步：點擊桌面【分區(qū)工具 Disk Genius】，然后進行“快速分區(qū)”，點選分區(qū)數(shù)目――3個分區(qū)，再確定。計算機硬盤被自動分成一個主分區(qū)（C：系統(tǒng)分區(qū)），兩個擴展分區(qū)（D：軟件分區(qū)、E：文檔分區(qū)），如圖1所示。
第二步：點選桌面【電腦店PE一鍵裝機V2.0.2.1】，進入電腦店智能快速裝機窗口，如圖2所示，選擇U盤中Ghost映像文件“U：＼windows.xp_Service.Pack（SP3）.iso”確定，進行系統(tǒng)自動安裝。
第三步：下載帶網(wǎng)卡版驅動人生drivethelife5_setup.exe運行，一鍵安裝主板、顯卡、聲卡、網(wǎng)卡等驅動程序。
第四步：進行電腦桌面顯示屬性的設置，先是為了同時滿足不同類型投影儀、顯示器以及教師課件對分辨率的要求，我們將電腦屏幕分辨率設置為1024×768像素，屏幕刷新頻率設置為75赫茲。再就是為了滿足教師在講課過程中，對電腦顯示畫面停頓的需求，我們取消屏幕保護程序，改變電源使用方案，將【關閉監(jiān)視器】、【關閉硬盤】、【系統(tǒng)待機】設置為“從不”。
2.常用軟件設計
當系統(tǒng)軟件安裝完成后，首先要安裝360安全衛(wèi)士和360殺毒軟件，然后運行360安全衛(wèi)士進行電腦的體檢及全面修復工作，再運行360殺毒軟件，進行全盤掃描，消除計算機威脅，以確保計算機處于健康工作狀態(tài)。
安裝教學常用基本軟件，如表1所示，以此滿足多媒體教學課件對運行環(huán)境的基本需求。
多媒體教室計算機操作系統(tǒng)為WindowsXP，安裝有360殺毒軟件、辦公應用軟件、視頻播放軟件、閱讀軟件、解壓軟件、Flas軟件及編程軟件等教學常用的基本軟件，通過教學軟件的規(guī)范安裝實現(xiàn)對多媒體教室計算機的科學管理，營造出良好的教學環(huán)境。
由于多媒體計算機是教學演示系統(tǒng)的核心，教學課件都要由它運行，而且在很大程度上決定教學演示效果的好壞，因而不僅要科學合理規(guī)范安裝好計算機教學軟件，同時還必須保護好多媒體教室計算機的教學環(huán)境。
三、系統(tǒng)保護設計
由于多媒體教室是一個相對開放的教學平臺，[2]為保障計算機系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，減少計算機軟件故障和病毒的入侵，所有多媒體教室計算機中均設計安裝系統(tǒng)還原軟件，對不同的多媒體教室計算機系統(tǒng)設計不同的保護方式。
1.專業(yè)課多媒體教室設計
專業(yè)課教室計算機設計為開機不還原系統(tǒng)的保護方式，以方便專業(yè)教師自行安裝教學所需的各類專業(yè)軟件，且能較長時間正常使用，只有當計算機受到病毒感染或系統(tǒng)崩潰時，教師可自行進行系統(tǒng)還原工作，在短時間內使計算機恢復正常工作，這樣可有效降低計算機軟件故障對教學的影響。
一鍵還原精靈裝機版V8.20軟件既可以滿足專業(yè)教師自行安裝教學軟件的需求，又可以很好地保護計算機系統(tǒng)的安全，因而我們在專業(yè)課多媒體教室計算機中安裝該保護軟件。
一鍵還原精靈具有方便、安全、快速等特點，運行setup.exe 進行安裝，安裝過程取消“我同意一鍵還原為主頁”和“安裝百度超級搜霸”選項，然后選擇開機引導熱鍵F11，默認方式安裝，重啟電腦繼續(xù)安裝，安裝過程中按下ESC鍵，取消自動安裝并進入高級模式界面，設置備份分區(qū)容量為8000M，以滿足備份數(shù)據(jù)對分區(qū)容量的需求，防止備份失敗，安裝完成，運行桌面“一鍵還原精靈裝機版”圖標，點擊【高級選項】進行熱鍵安裝，選擇安裝開機時所顯示的熱鍵F11鍵，【確定】重啟計算機，屏幕出現(xiàn)提示后，按下F11鍵自動備份系統(tǒng)至備份分區(qū)，該分區(qū)為隱藏分區(qū)，可確保備份系統(tǒng)的安全性。當需要還原系統(tǒng)時，只需在計算機啟動后，按下F11鍵，即可使系統(tǒng)還原至被保護前的狀態(tài)。
這種保護方式的設計不僅方便了應用，為專業(yè)教師開放了安裝應用軟件的權限，同時也保護了計算機系統(tǒng)，教師可根據(jù)需要隨時對系統(tǒng)進行恢復。
在學期結束時，進行計算機系統(tǒng)的恢復，將本學期中教師所安裝的專業(yè)軟件全部清除，系統(tǒng)恢復到被保護前的狀態(tài)，從而使新學期的多媒體教室計算機恢復到一個良好的教學環(huán)境。
2.基礎課多媒體教室設計
由于基礎課教室計算機中已安裝了常用的教學所需軟件，因而將教室計算機設計為開機還原系統(tǒng)的保護方式，我們選用格子啦一鍵還原工具，實現(xiàn)計算機系統(tǒng)的開機還原，安裝技巧方法如下：
首先將D盤名更改為“還原點備份盤”，E盤名更改為“教師文件備份用盤”。
第一步：安裝格子啦一鍵還原，勾選C、D、E盤作為保護的磁盤。按F11鍵可實現(xiàn)全盤還原。
第二步：運行格子啦一鍵還原，點擊桌面或狀態(tài)欄中右下角“格子啦一鍵還原”圖標。
第三步：創(chuàng)建還原點，點選【創(chuàng)建備份】，勾選C、D盤，創(chuàng)建還原點。
第四步：鎖定還原點，點選【高級功能】，進入【還原點管理】，鎖定還原點。
第五步：設置保護密碼，點選【程序設置】，啟用密碼保護，輸入軟件保護密碼，保存配置。
第六步：設置開機還原，點選【高級功能】，進入【開機還原】，選擇還原點，開啟開機還原，重啟計算機，完成開機還原C、D盤的設置。
教師可將課件備份至E盤，每次開機或重啟計算機時，系統(tǒng)即可還原至保護狀態(tài)。
這種保護方式的設計不僅可有效防止病毒對計算機教學環(huán)境的侵害，而且可以有效防止人為原因對計算機教學環(huán)境的破壞，開機自動恢復到被保護的計算機教學環(huán)境狀態(tài)。
四、結束語
按照上述方法所設計的多媒體教室計算機教學環(huán)境，經(jīng)過多年的多媒體教學應用，計算機系統(tǒng)能較長時間安全穩(wěn)定工作，從而在最大程度上保證了多媒體教學的正常實施，有效推動了多媒體教學效率和質量的提升。
參考文獻：
關鍵詞：多媒體教室；智能化管理
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）11-2634-03
1 前述
近年來，由于教育部加大了對于高校的公共基礎教學設備資金的投入，很多學校直接把原來建的舊教學樓中的普通教室全部安裝了多媒體教學設備，轉變成了多媒體教室，這樣一來使得多媒體教室數(shù)量急劇增加，再加上原來建的舊教學樓比較分散，使得學校改建成的多媒體教室分布即零又散。為了讓教師更方便地使用多媒體教學設備教學，為了教學管理部門更好地管理教學資源和監(jiān)督與評估教師教學情況，更好地為教學服務。因此，關于如何實現(xiàn)對多棟分散的教學樓中零散的多媒體教室實行集中智能化管理已經(jīng)成為現(xiàn)代教育技術行業(yè)的一個熱點問題。
2 現(xiàn)階段多媒體教室管理存在的問題（以海南大學海甸校區(qū)為例）
海南大學海甸校區(qū)多媒體教室的快速發(fā)展也就是近五年的時間（從2009年-2013年），由原來的39間多媒體教室增加到了276間多媒體教室，幾乎將過去所有的普通教室全部改裝成了多媒體教室，這樣一來使得多媒體教室數(shù)量急劇增加，再加上原來建的舊教學樓比較分散，而且同一棟樓中同一樓層分別設計了不同功能的教室，例如同一層樓有多媒體教室、普通教室、有畫室、有辦公室、有機房、有專業(yè)實訓室等等，使得學校改建成的多媒體教室分布即零又散。并且現(xiàn)階段對多媒體教室里的多媒體教室設備管理還停留在純人工的管理模式，造成大量的人力、物力和財力上的浪費，并且工作的效率低。
1）涉及多個部門和科室共同管理，造成教學資源調配難和教室管理難的問題。
2）服務和需求多元化，造成不能遵照學校規(guī)定的時間使用多媒體教室的問題。
3）純人工的管理模式管理多媒體設備，造成即耗時又耗力（人力、物力和財力）問題。
4）教室和教學設備使用情況無法監(jiān)督，造成教學設備使用數(shù)據(jù)無法統(tǒng)計，且不利于督導教學管理。
5）設備出現(xiàn)故障，排除故障和響應時間太慢。
6）多媒體教學設備缺少安防管理。
3 多媒體教室管理現(xiàn)狀與不足
1）采用基于控制主機-校園網(wǎng)-IP控制模塊-集中控制器（YXNEET500IP）-多媒體教學設備（授控設備）-被控設備傳感器數(shù)據(jù)采集-教學設備運行數(shù)據(jù)返回主控機數(shù)據(jù)庫技術，實現(xiàn)多媒體教室和設備進行分布式網(wǎng)絡化管理[1]。
2）由服務端（采用J2EE技術構建）與客戶端（采用以Android系統(tǒng)智能手機為依據(jù)開），采用面向對象的分析、設計與實現(xiàn)方法，通過移動終端進行控制管理多媒體設備、查閱教室相關信息[2]。由此可見多媒體教室的管理也逐步向科學化、規(guī)范化、系統(tǒng)化和智能化的發(fā)展趨勢。
3）中央控制系統(tǒng)（簡稱中控主機），由于中控主機是通過發(fā)控制編碼的方式來實現(xiàn)對設備的控制，所以各種授控設備必需與中控主機存在物理上是連接。例如電腦遠程開機，需要連接電腦Power開關，人為因素改動計算機線路，引發(fā)計算機供貨商不再保修。
4）服務器控制端（總控端），只能用手工方式根據(jù)課程表遠程開設備，過程過于繁瑣、易出錯且費時。
5）監(jiān)督教室使用情況缺少視頻反饋管理。
4 系統(tǒng)總體設計
4.1 系統(tǒng)整體結構圖
首先，多媒體教室智能化管理系統(tǒng)通過校園網(wǎng)，定時訪問教務智能排課系統(tǒng)并獲取排課數(shù)據(jù)。其次，多媒體教室智能化管理系統(tǒng)借助校園網(wǎng)，通過智能多媒體中控將教務智能排課系中的排課數(shù)據(jù)存儲到各個多媒體教室電子鎖的存儲器中。接著，讀卡器根據(jù)排課信息，按照上課時間打開多媒體柜子鎖頭并觸發(fā)中控聯(lián)動控制機制（中控系統(tǒng)開、啟動計算機、啟動投影機、投影幕布放下）；最后，多媒體教室智能化管理系統(tǒng)每隔30秒對客戶端中控主機進行掃描返回設備運行狀態(tài)并將數(shù)據(jù)存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。
5.1 開發(fā)工具與技術
系統(tǒng)選用Delphi作為開發(fā)工具結合Microsoft Access數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)，Delphi是由Blrland公司推出的，它是一種Windows平臺上的程序開發(fā)工具，使用的是Object Pascal語法，是一種面向對象的程序開發(fā)語言，并且它使用了大量VCL（可視化組件庫），能更快地、高效地開發(fā)出基于Windows環(huán)境的各類程序，特別是在數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡應用方面，優(yōu)勢更為突出；
UDP協(xié)議（User Datagram Protocol）它是一種不可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它比較適用于高可靠低延時的局域網(wǎng)環(huán)境和應用于那些面向查詢-應答的服務而服務需要交換信息比較小環(huán)境；UDP的主要優(yōu)點傳輸速度快，缺點UDP數(shù)據(jù)包可能會出現(xiàn)丟失、重復和錯序等現(xiàn)象，而且發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送率可能會超過接收方的數(shù)據(jù)處理能力。由于UDP 是一個無連接協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前發(fā)起端和接收端不需要建立連接，當需要傳送數(shù)據(jù)時就簡單地將用程序數(shù)據(jù)，并盡可能快地把它扔到網(wǎng)絡上，并且發(fā)送端使用UDP 傳送數(shù)據(jù)的速度僅僅是受到應用程序生成數(shù)據(jù)速度、計算機能力和傳輸帶寬的限制。
5.2 中控系統(tǒng)IP模塊通訊協(xié)議
中控系統(tǒng)主機通過內置網(wǎng)絡模塊來接收指令，由中控主控芯片根據(jù)中控網(wǎng)絡控制接口協(xié)議，完成指令對應的操作發(fā)送至終端設備，指令數(shù)據(jù)均是十六進制數(shù)，例如接到fe，01，14，52，1，68，ff指令，根據(jù)中控網(wǎng)絡控制接口協(xié)議，fe表示起始碼，01代表電腦（控制碼總控電腦發(fā)過來的），14代表開關類模塊，52表示執(zhí)行開流程，1表示執(zhí)行的端口（如繼電器端口號），68代表校驗碼，用于判斷指令是否有效，它的值等于（發(fā)送器件地址+接收器件地址+操作指令+操作數(shù)據(jù)） mod 100即（01+14+52+01）mod 100=68；，ff表示數(shù)據(jù)傳送完畢，該指令表示的意義為：通過總控室電腦遠程控制中控系統(tǒng)開流程。
5.3.7 完成數(shù)據(jù)寫入電控鎖管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)開鎖觸發(fā)中控聯(lián)動。
多媒體教室智能化管理系統(tǒng)借助于中控主機硬件上的遠程控制技術和IC卡網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，結合電子教室管理軟件中的遠程軟件管理技術來實現(xiàn)智能化開啟和監(jiān)控教室設備，并運用教室安裝的攝像頭得到的監(jiān)控視頻圖像，來觀察和判斷教室情況及設備運行狀態(tài)，來實現(xiàn)多媒體教室的智能化管理。
6 結束語
系統(tǒng)的實現(xiàn)不但很好地解決了以上陳述的問題，而且還能在舉辦各種考試時，加強考場、考紀、考風的監(jiān)督作用，特別是在分布式的人工管理模式轉向智能化管理模式，使得多媒體教室的日常管理更規(guī)范化，管理部門組織體系更趨于完善，人員配備更為合理，職責定位更加明確，技術服務更到位，既提高了教學質量，又提升管理水平，更好地為教學與教學管理服務。
參考文獻：
[1] 任柯.多媒體教室網(wǎng)絡管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2010.
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王鎮(zhèn)江，楊厚群
（海南大學 信息科學與技術學院，海南 海口570028）
摘要：根據(jù)現(xiàn)代多媒體教室管理需求，借助校園網(wǎng)應用多媒體教室智能化管理系統(tǒng)，通過MC900智能多媒體控制系統(tǒng)將教務智能排課系中的排課數(shù)據(jù)存儲到各多媒體教室電子鎖的存儲器中，讀卡器根據(jù)存儲器中的排課信息，按時開鎖并觸發(fā)中控聯(lián)動控制機制，實現(xiàn)多媒體教室智能化管理。
關鍵詞：多媒體教室；智能化管理
中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）11-2634-03
1 前述
近年來，由于教育部加大了對于高校的公共基礎教學設備資金的投入，很多學校直接把原來建的舊教學樓中的普通教室全部安裝了多媒體教學設備，轉變成了多媒體教室，這樣一來使得多媒體教室數(shù)量急劇增加，再加上原來建的舊教學樓比較分散，使得學校改建成的多媒體教室分布即零又散。為了讓教師更方便地使用多媒體教學設備教學，為了教學管理部門更好地管理教學資源和監(jiān)督與評估教師教學情況，更好地為教學服務。因此，關于如何實現(xiàn)對多棟分散的教學樓中零散的多媒體教室實行集中智能化管理已經(jīng)成為現(xiàn)代教育技術行業(yè)的一個熱點問題。
2 現(xiàn)階段多媒體教室管理存在的問題（以海南大學海甸校區(qū)為例）
海南大學海甸校區(qū)多媒體教室的快速發(fā)展也就是近五年的時間（從2009年-2013年），由原來的39間多媒體教室增加到了276間多媒體教室，幾乎將過去所有的普通教室全部改裝成了多媒體教室，這樣一來使得多媒體教室數(shù)量急劇增加，再加上原來建的舊教學樓比較分散，而且同一棟樓中同一樓層分別設計了不同功能的教室，例如同一層樓有多媒體教室、普通教室、有畫室、有辦公室、有機房、有專業(yè)實訓室等等，使得學校改建成的多媒體教室分布即零又散。并且現(xiàn)階段對多媒體教室里的多媒體教室設備管理還停留在純人工的管理模式，造成大量的人力、物力和財力上的浪費，并且工作的效率低。
1）涉及多個部門和科室共同管理，造成教學資源調配難和教室管理難的問題。
2）服務和需求多元化，造成不能遵照學校規(guī)定的時間使用多媒體教室的問題。
3）純人工的管理模式管理多媒體設備，造成即耗時又耗力（人力、物力和財力）問題。
4）教室和教學設備使用情況無法監(jiān)督，造成教學設備使用數(shù)據(jù)無法統(tǒng)計，且不利于督導教學管理。
5）設備出現(xiàn)故障，排除故障和響應時間太慢。
6）多媒體教學設備缺少安防管理。
3 多媒體教室管理現(xiàn)狀與不足
1）采用基于控制主機-校園網(wǎng)-IP控制模塊-集中控制器（YXNEET500IP）-多媒體教學設備（授控設備）-被控設備傳感器數(shù)據(jù)采集-教學設備運行數(shù)據(jù)返回主控機數(shù)據(jù)庫技術，實現(xiàn)多媒體教室和設備進行分布式網(wǎng)絡化管理[1]。
2）由服務端（采用J2EE技術構建）與客戶端（采用以Android系統(tǒng)智能手機為依據(jù)開），采用面向對象的分析、設計與實現(xiàn)方法，通過移動終端進行控制管理多媒體設備、查閱教室相關信息[2]。由此可見多媒體教室的管理也逐步向科學化、規(guī)范化、系統(tǒng)化和智能化的發(fā)展趨勢。
3）中央控制系統(tǒng)（簡稱中控主機），由于中控主機是通過發(fā)控制編碼的方式來實現(xiàn)對設備的控制，所以各種授控設備必需與中控主機存在物理上是連接。例如電腦遠程開機，需要連接電腦Power開關，人為因素改動計算機線路，引發(fā)計算機供貨商不再保修。
4）服務器控制端（總控端），只能用手工方式根據(jù)課程表遠程開設備，過程過于繁瑣、易出錯且費時。
5）監(jiān)督教室使用情況缺少視頻反饋管理。
4 系統(tǒng)總體設計
4.1 系統(tǒng)整體結構圖
圖1 目標實現(xiàn)原理圖
首先，多媒體教室智能化管理系統(tǒng)通過校園網(wǎng)，定時訪問教務智能排課系統(tǒng)并獲取排課數(shù)據(jù)。其次，多媒體教室智能化管理系統(tǒng)借助校園網(wǎng)，通過智能多媒體中控將教務智能排課系中的排課數(shù)據(jù)存儲到各個多媒體教室電子鎖的存儲器中。接著，讀卡器根據(jù)排課信息，按照上課時間打開多媒體柜子鎖頭并觸發(fā)中控聯(lián)動控制機制（中控系統(tǒng)開、啟動計算機、啟動投影機、投影幕布放下）；最后，多媒體教室智能化管理系統(tǒng)每隔30秒對客戶端中控主機進行掃描返回設備運行狀態(tài)并將數(shù)據(jù)存儲于系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。
4.2 系統(tǒng)目標圖
圖2 系統(tǒng)目標圖
5 系統(tǒng)實現(xiàn)
5.1 開發(fā)工具與技術
系統(tǒng)選用Delphi作為開發(fā)工具結合Microsoft Access數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)，Delphi是由Blrland公司推出的，它是一種Windows平臺上的程序開發(fā)工具，使用的是Object Pascal語法，是一種面向對象的程序開發(fā)語言，并且它使用了大量VCL（可視化組件庫），能更快地、高效地開發(fā)出基于Windows環(huán)境的各類程序，特別是在數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡應用方面，優(yōu)勢更為突出；
UDP協(xié)議（User Datagram Protocol）它是一種不可靠的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，它比較適用于高可靠低延時的局域網(wǎng)環(huán)境和應用于那些面向查詢-應答的服務而服務需要交換信息比較小環(huán)境；UDP的主要優(yōu)點傳輸速度快，缺點UDP數(shù)據(jù)包可能會出現(xiàn)丟失、重復和錯序等現(xiàn)象，而且發(fā)送方的數(shù)據(jù)發(fā)送率可能會超過接收方的數(shù)據(jù)處理能力。由于UDP 是一個無連接協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前發(fā)起端和接收端不需要建立連接，當需要傳送數(shù)據(jù)時就簡單地將用程序數(shù)據(jù)，并盡可能快地把它扔到網(wǎng)絡上，并且發(fā)送端使用UDP 傳送數(shù)據(jù)的速度僅僅是受到應用程序生成數(shù)據(jù)速度、計算機能力和傳輸帶寬的限制。
5.2 中控系統(tǒng)IP模塊通訊協(xié)議
通訊協(xié)議格式：“起始碼+源器件地址+目的器件地址+操作指令+操作數(shù)據(jù)+校驗碼+結束碼”；起始碼：＼xfe（254），表示一個新數(shù)據(jù)傳送的開始； 源器件地址：1-15共15個；目的器件地址：16-255共240個； 操作指令：一般一個指令碼；操作數(shù)據(jù)：指令碼對應的一個或多個數(shù)據(jù)；校驗碼：（發(fā)送器件地址+接收器件地址+操作指令+操作數(shù)據(jù)） mod 256；結束碼：＼xff（255），表示數(shù)據(jù)傳送完畢；
單擊系統(tǒng)中“中控開”按鈕代碼；
rocedure Tdemo.B1Click（Sender： TObject）；
begin
CmdBuf[1] ：= $01 ；
CmdBuf[2] ：= $14 ；
CmdBuf[3] ：= $52 ；
CmdBuf[4] ：= $01 ；
SendUDPcmd（CmdBuf， 4）； //發(fā)送fe，1，14，52，1，68，ff指令。
Sleep（100）；
end；
中控系統(tǒng)主機通過內置網(wǎng)絡模塊來接收指令，由中控主控芯片根據(jù)中控網(wǎng)絡控制接口協(xié)議，完成指令對應的操作發(fā)送至終端設備，指令數(shù)據(jù)均是十六進制數(shù)，例如接到fe，01，14，52，1，68，ff指令，根據(jù)中控網(wǎng)絡控制接口協(xié)議，fe表示起始碼，01代表電腦（控制碼總控電腦發(fā)過來的），14代表開關類模塊，52表示執(zhí)行開流程，1表示執(zhí)行的端口（如繼電器端口號），68代表校驗碼，用于判斷指令是否有效，它的值等于（發(fā)送器件地址+接收器件地址+操作指令+操作數(shù)據(jù)） mod 100即（01+14+52+01）mod 100=68；，ff表示數(shù)據(jù)傳送完畢，該指令表示的意義為：通過總控室電腦遠程控制中控系統(tǒng)開流程。
5.3 接口軟件自動下載排課數(shù)據(jù)
5.3.1 建數(shù)據(jù)庫
IC卡網(wǎng)絡管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫SoftData.mdb
5.3.2 建數(shù)據(jù)表
ClassroomData，存放教室名稱、編號、IP地址、端口等教室信息；
ClassTime，存放每天的課程時間信息；
Week，存放學期每周日對應的日期；
ClassTab，存放由教務系統(tǒng)轉換過來的課程數(shù)據(jù)，包括教室名稱、教室編號、教師名稱、教師編號、教師卡號、周次、星期、節(jié)次等信息；
KeTable，存放下載到教室IC卡的數(shù)據(jù)信息，包括教室名稱、教室編號、教師名稱、教師編號、教師卡號、刷卡時間等信息；
5.3.3 建立接口
由接口軟件、配置文件（*.ini）和IC卡網(wǎng)絡管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫SoftData.mdb三部分組成。
5.3.4 接口軟件初始化
IC卡網(wǎng)絡管理系統(tǒng)軟件CardReader清空所有教室的課表卡；
檢查或錄入ClassroomData表中的數(shù)據(jù)，主要是教室名稱、編號、IP地址、端口等；
檢查或錄入ClassTime表中的每天課程時間數(shù)據(jù)，時間格式為兩位的時和兩位的分，比如：“0850”表示8點50分；
檢查或錄入week表中的每周日對應的日期數(shù)據(jù)，日期格式為“年.月.日”，比如“2009.9.23”表示2009年9月23日；
準備ClassTab表；
清空KeTable表；
5.3.5 導入排課數(shù)據(jù)于KeTable表中
5.3.6 發(fā)送排課數(shù)據(jù)以中控網(wǎng)絡控制接口協(xié)議用UDP的傳輸方式發(fā)送
5.3.7 完成數(shù)據(jù)寫入電控鎖管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)開鎖觸發(fā)中控聯(lián)動。
多媒體教室智能化管理系統(tǒng)借助于中控主機硬件上的遠程控制技術和IC卡網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，結合電子教室管理軟件中的遠程軟件管理技術來實現(xiàn)智能化開啟和監(jiān)控教室設備，并運用教室安裝的攝像頭得到的監(jiān)控視頻圖像，來觀察和判斷教室情況及設備運行狀態(tài)，來實現(xiàn)多媒體教室的智能化管理。
6 結束語
系統(tǒng)的實現(xiàn)不但很好地解決了以上陳述的問題，而且還能在舉辦各種考試時，加強考場、考紀、考風的監(jiān)督作用，特別是在分布式的人工管理模式轉向智能化管理模式，使得多媒體教室的日常管理更規(guī)范化，管理部門組織體系更趨于完善，人員配備更為合理，職責定位更加明確，技術服務更到位，既提高了教學質量，又提升管理水平，更好地為教學與教學管理服務。
參考文獻：
[1] 任柯.多媒體教室網(wǎng)絡管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2010.
[2] 辛憲民.基于移動終端的高校多媒體教室管理秕設計與實現(xiàn)[D].上海：華東師范大學，2013.
[3] 肖景靈，黃鋒.多媒體教室智能化管理系統(tǒng)在數(shù)字化校園中的應用[J].數(shù)字技術與應用，2012（2）.
關鍵詞：教室用電；數(shù)據(jù)采集；上位機軟件；B/S架構
中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）08-0045-02
0 引 言
當前，各個學校都非常重視節(jié)約型校園建設，然而校園“常明燈”、“常流水”等現(xiàn)象時常發(fā)生。學生、老師離開教室后，未能及時關燈、關風扇、關空調，導致了用電的極大浪費。學校除了從制度上進一步規(guī)范，以及加強管理人員素質以外，更重要的是應該有一套能在線監(jiān)控各個教室的用電情況的系統(tǒng)，以達到精確定位的目的。目前，上位機軟件的設計可分為C/S架構和B/S架構，如文獻[1]使用了CGI技術和B/S架構實現(xiàn)了嵌入式Web服務器與現(xiàn)場設備的動態(tài)數(shù)據(jù)交互，文獻[2，3，4]分別使用了C/S架構完成了上位機開發(fā)。
1 上位機軟件系統(tǒng)結構
本文研究的教室用電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含現(xiàn)場采集設備、節(jié)點PC和中心服務器三部分，圖1所示是教室用電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結構圖。該現(xiàn)場采集設備由嵌入式設備設計而成，它是基于RS485的，可以通過串口將數(shù)據(jù)傳送至節(jié)點PC，但它是被動的，必須由節(jié)點PC發(fā)出指令后才會將所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至節(jié)點PC；節(jié)點PC則擔任發(fā)送指令至現(xiàn)場采集設備、從串口接收數(shù)據(jù)以及發(fā)送數(shù)據(jù)至中心服務器的任務；中心服務器負責接收各節(jié)點PC通過Internet發(fā)送過來的數(shù)據(jù)、還負責數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、管理和顯示等任務。最終，用戶只需登錄瀏覽器，輸入URL后即可觀察各教室的用電情況。
本文設計的上位機軟件包括節(jié)點PC和中心服務器上的軟件，整個結構是基于Java平臺和B/S架構的，前者是一個純粹的Java應用程序，后者是不僅包含Java應用程序，還采用了當前廣泛使用的SSH框架技術設計了一個基于Web的管理系統(tǒng)。
2 節(jié)點PC端軟件設計與實現(xiàn)
節(jié)點PC端的軟件主要負責完成三個任務，分別是：
（1）通過串口，以輪詢的方式向不同地址的現(xiàn)場采集設備發(fā)送指令；
（2）現(xiàn)場采集設備收到合法指令后，即會發(fā)送參數(shù)數(shù)據(jù)（電流、電壓及功率等）至節(jié)點PC，因此，節(jié)點PC需要從串口接收數(shù)據(jù)；
（3）節(jié)點PC將接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送至中心服務器。
結點PC軟件的詳細流程圖如圖2所示。
3 中心服務器端軟件設計與實現(xiàn)
3.1 中心服務器端軟件系統(tǒng)結構
中心服務器端軟件系統(tǒng)結構如圖3所示。從圖中可以看出，中心服務器端軟件由數(shù)據(jù)接收及存儲子系統(tǒng)和用電管理及數(shù)據(jù)顯示子系統(tǒng)組成。前者為后臺服務器程序，為Java應用程序；后者是基于SSH框架的B/S架構，用于管理和數(shù)據(jù)顯示。兩個子系統(tǒng)之間通過SQL Server數(shù)據(jù)庫共享數(shù)據(jù)并獨立運行。
3.2 數(shù)據(jù)接收及存儲子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)接收及存儲子系統(tǒng)主要作用包括：
（1）通過Internet網(wǎng)絡接收各個遠端節(jié)點PC發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，當節(jié)點很多時需要進行多線程處理；
（2）對接收到的數(shù)據(jù)進行解碼，得到相應的電力參數(shù)；
（3）將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。
數(shù)據(jù)接收及存儲子系統(tǒng)的詳細流程圖如圖4所示。
3.3 用電管理及數(shù)據(jù)顯示子系統(tǒng)
該子系統(tǒng)采用了基于SSH框架的B/S架構，充分利用了SSH三大框架的優(yōu)點，前臺使用了HTML語言和JavaScript語言，CCS進行布局和修飾。該子系統(tǒng)功能包括登錄管理、教室管理、教室用電數(shù)據(jù)顯示、歷史曲線、數(shù)據(jù)查詢等。
3.3.1 登錄管理
為確保系統(tǒng)安全，需要對登錄用戶進行分級管理，分為管理員和普通用戶。其區(qū)別是前者可以操作所有功能，而后者只能查看、下載、瀏覽數(shù)據(jù)。
3.3.2 教室管理
可對教室進行管理，包括添加、修改、刪除和更新。最后以樹狀結構顯示出來，其效果如圖5所示。
3.3.3 教室用電數(shù)據(jù)顯示
本文將采集到的數(shù)據(jù)以表格形式展示出來，其效果如圖6所示。點擊教室列表中的某個教室就會顯示該教室的所有數(shù)據(jù)。
3.3.4 歷史曲線
歷史曲線主要是針對某個教室，通過選擇某個教室后，即可瀏覽該教室的歷史曲線。其效果如圖7所示。
3.3.5 數(shù)據(jù)查詢
用戶可根據(jù)教室名稱、日期或者二者同時進行查詢教室用電相關數(shù)據(jù)。
4 結 語
本文通過使用Java平臺和B/S架構設計與開發(fā)的教室用電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上位機軟件。經(jīng)長時間運行測試發(fā)現(xiàn)，該軟件不僅運行穩(wěn)定，能夠準確及時接收到采集的數(shù)據(jù)，而且用戶操作也方便。因此，該軟件具有較強的實用性。
參 考 文 獻
[1]馮義飛，陳梅，李鑫. 基于Web的教室用電設備遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 儀表技術， 2006（6）：4-5.
[2]王國榮，熊義君，萬利華. 溫度檢測系統(tǒng)的上位機軟件設計[J]. 硅谷， 2010（19）：54.
[3]付麗君，周崇. 電梯群控系統(tǒng)的上位機軟件設計[J]. 數(shù)字技術與應用， 2011（12）：154.
