面向智慧校园的多媒体教室融合服务实践与探索
时间：2023-06-16 08:55:04 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
章志国
南通大学信息化中心， 江苏 南通 226000
智慧校园是围绕教学科研、网络学习、校务治理和校园文化生活等领域而开发建设的智慧教育环境，是教育信息化发展的主题与潮流[1]。智慧校园建设逐步成为高等教育改革创新驱动发展的新引擎，融入了“互联网+”、大数据、人工智能和物联网等时代价值[2]，是国家数字发展战略的有机组成部分。本质上，智慧校园建设的根本目的在于为教育教学、科学研究、管理服务的协调发展，实现信息技术与教学、科研、管理和服务的深度契合，创建教育强国与智慧融合新生态。
多媒体教室是高校教学的主要场所，也是师生互动、教学相长的重要平台。近年来，面向智慧校园的多媒体教室服务的研究成为热点，认为智慧校园是服务于资源共享、灵活创新的教学环境的载体[3-5]，研究多侧重于教与学的环境升级与教学方式改革。刘志文[6]认为，充分利用智慧校园无线网和云桌面等新兴技术，在有限投入的情况下提升、优化现有的多媒体教室。桑吉草[7]认为，教室管理需要多方共同参与、协调统一、相互配合。项丽[8]认为，以人为本，从使用者、维护者、管理者多角度出发，应建立健全透明化的多媒体教室管理信息系统。张伟等[9]认为，建设智慧校园环境下的多媒体教室并加强管理十分必要和紧迫，管理措施包括提高管理的数字化和精细化、加强日常管理和建立时效性评价体系等。
据2021年12月发布的《中国高校信息化发展报告(2020)》[10]显示，多媒体教室依旧是构成高校教学场所的主体，使用多媒体教室开展教学的平均课程占比达71%之多，是高校教育信息化的主要实践场域。2018年发布的《智慧校园总体框架》[11]中，对作为智慧教学环境的应用平台层的多媒体教室，在总体架构、功能要求和分级方面做了详细定义，其中智能感知、智能控制和智能管理为必选功能。2021年江苏省高校智慧校园建设指标体系[12]要求多媒体教室应具备与学校其他应用系统融合的功能。
基于此，文章以多媒体教室与智慧校园的融合共建服务、探索服务创新为研究主题，从两者之间的关系出发，分析多媒体教室融合服务的特征，探索服务创新的设计与实践，以期提升教师在多媒体教室使用方面的获得感和幸福感。
智慧校园建设目标是打造业务共融、数据互通、综合集成、服务感知的新型校园生态，是教育教学、科学研究、学科建设、管理服务联动发展的有力支撑。
2019年发布的《中国教育现代化2035》[13]指出，面向教育现代化的第八大战略任务是“建设智能化校园，统筹建设一体化智能化教学、管理与服务平台”。由此可以看出，智慧校园是上层建筑，是多媒体教室建设的“大环境”。智慧校园相关的信息化建设、运维和管理制度、统一的数据标准规范和信息技术标准，为多媒体教室相关建设及应用保驾护航。
另一方面，高等学校应设计改造物理学习空间，支持与应用系统间的信息联通和数据融合[14]。多媒体教室在统一控制、资产管理、智能运维和统计分析等方面的建设，既满足了教学需求，也为智慧校园建设打下良好基础[15]。
智慧校园与多媒体教室，都是以师生为中心，以完善整合各种应用服务资源、构建便捷智能的服务体系为原则。融合服务、优化管理、效率提高、科学决策、与时俱进，这些智慧校园的评价体系，同样适用于多媒体教室。总之，智慧校园为多媒体教室提供了完善的制度保障，多媒体教室是智慧校园内在竞争力的体现。
3.1 智慧校园生态融合建设是基础
在尹合栋等通过德尔菲法所确立的智慧教室评价指标体系中[16]，基础设施综合指数排名第一，其他指标包括教学和资源平台、软硬件工具、移动互联和智能管控与感知等。高速稳定的校园基础网络是多媒体教室互联的基础，是各类教学资源共享、利用和创新的桥梁。智慧校园已有基础数据库和数据交换系统，能够为教室服务集成融入各类业务应用，与其他系统积极融合、互联互通。
在先期规划环节，两者统一由信息化建设职能管理机构协调推进。硬件方面，多媒体教室可以充分利用智慧校园云存储、云计算、数据库服务，统筹数据库服务和备份。网络安全方面，则需要梳理信息资产，对于具备远程管理的终端设备，如信息发布屏、电子班牌等应得到重点保护。数据中心则明确数据标准、数据交换内容和时效，如教师、课表和教室资源的统一标准，教室管理所关注的普通型、录播型，都须转化为数据中心视角的房产统一编号。
3.2 高效集成推动服务融合
多媒体教室系统提升与其他系统融合，有助于构建各构成要素和谐共存的教与学环境[17]。多媒体教室设备开启多采用刷卡方式；
但随着校园卡的发展，高校已普遍采用动态二维码作为虚拟卡。为适应这种管理模式，教室通过增加二维码识别摄像头，由中控设备负责解码，转化为教师统一编号，验证是否符合使用条件。
对于整体建设的智慧教学型或录播教室，需要保护教室内部的全部设备，加装门禁设施，接入校园安防系统，结合课表数据授权任课教师开启权限。教室查询是校园服务必备内容之一，如通过课表数据可查询空闲教室，并进一步结合多媒体教室提供的设备占用状态，查询即时空闲信息。以上跨领域之间的合作与融合，提高了服务的高效集成，改善了用户体验。
3.3 创新应用是关键
有调研[18]发现，高校的教室排课平均使用率为46%～80%。受制于教师资源、教室资源以及学生空余时间，人工排课占比仍然较多，甚至需要电话反复联系任课教师及来回确认时间，无法做到一盘棋考虑，未来只有人工智能等创新技术的介入，才能实现智能排课，科学合理配置，从而提高教室的利用率。
目前，通过建立智能教室管理系统，最大限度地降低成本并提高管理效率，已成为必须研究的问题[19]。在跨系统综合数据融合利用角度上，教室使用历史记录、教室使用报修与设备型号之间的关系、设备维修记录等鲜有案例。或通过教室无线AP提供的热点图，结合自习课表和教室中控设备占用状态，监测不合理的异常现象，赋能教室智能安全管理。
3.4 以人为本是宗旨
智能化的多媒体教室服务，应以人为本，弘扬人文精神，让教师专心于知识讲授，让教师有真正的服务获得感[20]。教室中控设置根据课表安排，自动开启教室，可以免去教师在设备开启过程中无谓的等待。采用校园卡开启模式，存在同一教室相邻节次不同教师使用的情况，而上一节次的教师在取走校园卡的同时，教室中控关闭导致一定时间的待机保护，给下一节次的教师造成一定困扰。使用虚拟卡则完全规避了这个问题。
以人为本不仅体现在面向教师的体验，还体现在面向学生的服务，因为教室既是承担课堂教学活动的场所，也是学生自习、辅导答疑、讲座、竞赛等的场所。教室管理者既要提高管理人员的服务意识，也要让教室管理可控可知。
4.1 可视化数据同步工具的设计利用
课表数据、教师信息和校园卡数据等是教室系统自动开启的依据，课表数据同步有数量大、类型多、实时性和准确性要求高的特点，为了满足课表数据同步能够灵活应对临时性采集、周期变更、学期和校区等信息，该文选取SSIS作为数据同步工具。Microsoft SQL Server Integration Services(SSIS)是一款高效易上手的ETL工具，通过可视化设计即可完成大多数课表的配置。结合部署工具可以轻松部署到SQL Server环境，通过代理工具新建作业，配置为周期性运行即可。其源/目标助手的设计以向导模式配置ODBC、平面文件、HDFS等数据源；
对于合并联接、数据转换、聚合等均通过拖曳图标进行配置；
针对Oracle数据库，微软提供了Microsoft Connector for Oracle，无须ODBC配置，直接应用Oracle数据。需要注意的是，通过Visual Studio设计时，应关注Run64BitRuntime是32位还是64位，以搭配SQL Server的dtexec版本。如图1为南通大学课表同步数据流运转图，大多数通过可视化配置即可，如须筛选校区可采用条件语句(DT_I4)CAMPUSID==1?TRUE:FALSE，筛选学期用SUBSTRING(TRIM(TERM),1,9)==“2021—2022”?TRUE:FALSE。
图1 用SSIS开发课表数据同步示意图
4.2 面向教室感知的服务开发
多媒体教室的系统集成，主要围绕设备和教学软件。直接外购或委托外单方式的软件开发难以体现与智慧校园的便捷融合理念，这就需要校方整合力量、自主研发。
以南通大学为例，围绕教室感知主要完成了两点：第一点为基于B/S模式的教室信息管理与控制，弥补原C/S模式不适用移动互联时代的缺点。主要功能是教室属性、设备型号、IP和软件安装信息，以及基于中控管理接口(杭州得实电子技术)实现的教室开启、关闭等功能。因中控需要通过Socket发送数据包，故基于PHP的stream_socket_client函数实现UDP数据发送，数据包构造由sprintf打包，IP用ip2long转换后，再用pack函数N格式数据封包。第二点为零星多媒体设备的借用审批，经管理员审核后同步至课表数据库，再下发至教室中控设备，以便于借用人直接开启多媒体设备。
4.3 面向对外数据共享的开发
对外数据共享总结为一线一面。一线为教室所使用的记录库，通过各校区教室使用的历史日志，匹配相应的人事、课程和房产标准后，经ETL工具收集合并，由数据中心进行采集利用。一面为多媒体教室的设备状态输出。该功能的实现基于Socket接口，接收方通过UDP发起轮询后，另外开启TCP端口接受信息并解析数据包。文章通过PHP+EasySwoole实现，EasySwoole为基于Swoole(PHP异步网络通信引擎)封装的便捷开发框架，如图2所示。充分利用其控制台、定时器、触发器和日志处理模块，可以轻松应对后端服务开发，承担数据包的定时发送、接收以及数据利用对外服务。
图2 用EasySwoole开发基于Socket的Web服务流程
由于返回的数据区用了4个字节集中表示一个教室的编号、状态和各设备细节信息，需要采用PHP的unpack函数，应用v和C格式，结合偏移量得到相应的数据，再进行位运算符计算得到各设备状态，教室空闲/占用/故障再通过设备状态综合计算得出。完整代码发布在https://github.com/dakcom/ntu- ds-server上，以供交流。
4.4 跨界增值服务方便教师教学
教师通常使用移动存储或邮箱来存储相关课件，接受学生作业的提交。通过智慧校园专属云盘服务，教师可直接在云盘实现实时存储和备份备课资料，彻底告别U盘，避免潜在病毒和文件损坏的困扰。基于教研组实现公共教学资源的团队共享和协同编辑，演示时无须本地Office环境，浏览器直接播放教师课件，课后一键分享课件；
面向学生收集作业、作品都可通过云盘完成。以上这些场景，使得教师的教学体验更具愉悦感。
近年来，线上线下混合教学已然成为教师必备技能之一。为了让教师有一个更好的授课环境，多媒体教室的云桌面升级为2.0版本，实现教室桌面成为多点远程办公场景的延伸。这样，在利用云桌面解决教室管理端计算机管理与维护的同时，教师的电脑不再是孤立的办公机器，而是基于统一工作空间的备课、授课和代码演示环境，它拥有更优质的校园带宽，是随身携带、随时在线的工作环境，切实增进教师的信息化应用便利。在网络安全方面也解决了对未经授权的诸如向日葵、Teamviewer等远程控制软件的管控，使远程行为有据可查、网络安全更为可靠。
文章中数据同步工具、面向教室感知和数据共享的开发完成于2019年12月，在两年多的服务中，为学校四个校区近500个多媒体教室提供及时准确的课表数据，教室感知管理和数据共享功能运转良好。通大云盘开通两年来，已成为全体教师日常好用工具之一。云桌面历经一年多的考验，是教室管理者的好帮手，也是教师线上线下融合教学的常态化利器。
为了进一步了解应用效果，研究人员设计了匿名调查问卷，将二维码发放到相关QQ群，并张贴在教室讲台显眼处，以期得到真实的用户反馈。问卷为教师和学生设计了不同的调查内容，问题设计以精炼、简单易懂为原则，以免影响受访者作答状态，从而降低数据质量。问题内容以该文相关服务内容(课表准确性、多媒体教室管理、设备借用、数据对外共享、各项跨界增值服务)的满意程度、重要性和表现展开。满意程度采用四级评分单选，按正态分布规律以100分、80分、60分、40分赋分。重要性和表现采用矩阵量表，通过1～5分表示不重要到非常重要、表现不好到非常好。以四象限图作为满意度评价模型，并获得多媒体教室融合服务问题关键。另外，研究人员增加NPS量表用于了解教师对增值服务的主动推荐意愿情况，以评价忠诚度，分值低于6分为贬损者，高于8分为推荐者，中间值为被动者。
问卷调查共发放问卷200份，回收有效问卷198份，有效率为99%。结果显示，满意度得分为82.93(赋分100)；
对增值服务的主动推荐意愿情况平均分为9.15(赋分10)，NPS值100%。四象限图采用SPSSAU数据科学分析平台计算得出，如图3所示。
图3 多媒体教室融合服务重要性与满意程度四象限图
图3中右上区域为第一象限优势区，所包含指标皆为该文中融合服务建设成果，应继续保持。第二象限为左上改进区，该区指标服务感知低于第一象限，说明教室的硬件基础设施是最基本的服务能力，方便易用是永恒的话题，需要持续关注。而通大云盘的意外入选，说明该项服务虽“功能强大”，但易用性和服务潜力有待开发。左下为第三象限低优先级区，该区域指标与教师关联度低，故关注度也不高。第四象限为供给过渡区，可适当降低对其中指标的关注。
研究人员继续采用用户访谈法，邀请教室管理者、各学科教师、老中青教师以及部分学生代表以进一步了解融合服务效果，采用非结构化访谈，重点收集用户反馈信息。访谈围绕真实场景、真实使用体验展开，不使用专业术语，不使用带有指向性的话语，不评价被访谈对象的回答，全程注重聆听，线下访谈时不流露赞成或反对的言行，对主要结论采取二次提问的方式进行确认，允许用户展开话题讨论，以获取更多的细节和真实的结果。
访谈主要结果如表1所示。
综合分析访谈结果，所有用户认为多媒体融合服务是富有成效的。从整体来看，教师管理者、教师、学生三方面的评价分值均较高，我们设计的评价分值满分为10分，认为整体受益最大的是教室管理者，认为使用效果较好的主要是中青年教师和学生，这个结果符合研究人员的调研预期，反映的也是服务对象的真实情况。
在访谈中，还有部分教师代表反馈意见围绕教学需求展开，包括线上教学所需的摄像头、高拍仪、手写板，甚至包括补光灯、背景布等，特别是许多老教师习惯了粉笔加黑板，看着笔记本那小圆孔摄像头弯腰驼背甚为不便。针对这种情况，已建议教师协调相关管理部门在教室部署移动式会议型摄像头。考虑个别教师更看重传统教学方式，结合其他教师诉求，对教室的基础设施投入持续跟进建设。教学资源平台、自主学习平台、课中互动课后延伸、基于教室的赛事服务也是师生关注的话题，这也反映了多媒体教室与智慧校园共建的基本关系。
因为智慧教室受制于建设维护成本高、座位容量小以及需要相应配套设施[21]，故多媒体教室在未来很长一段时间仍然是高校教学的主要场所，是展现教师教学魅力和个人风采的平台，是学生“和而不同”多元发展的舞台。从学校自身的基本条件和真实需求出发，把多媒体教室建设融入智慧校园规划，积极进行教室感知服务项目的开发，有利于教室的管理和数据治理，围绕数据互通、智能管控和人性化增值服务等开展的多媒体教室的融合服务，既保护了原有的教室投资基建，也为基于Socket的接口转化为Web服务提供了一种思路，是多快好省开展智能时代新基建的有益探索。总之，在智慧校园的建设大潮中，应统筹推进多媒体教室的互联互通、协调联动，让多媒体教室建设和管理不仅实现可控化、网络化，而且要追求服务的智能化、精细化，让面向师生的信息化服务更便捷、更高效，体验更愉悦。
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