景 琪

(山西工程科技职业大学，山西 晋中 030619)

0 引言

智慧教室是日后教学领域的发展趋势，通过对智慧教室系统的构建，将极大地提高教学效率与管理水平，为现代化教育理念落实奠定基础。新时期，考虑到无线网络技术方案成熟，将无线传感网技术与智慧教室系统结合起来，充分发挥智慧教室系统的使用性能具有可行性。鉴于此，有必要对智慧教室系统进行说明，并做好系统设计与优化。

1 智慧教室与智慧教室系统简述

1.1 智慧教室

智慧教室是通过先进的无线传感技术，将学习空间、信息技术与教学资源整合起来，为学生营造便利化的学习环境。在智慧教室的建设中，也考虑探究式学习、混合学习、翻转课堂、远程教学模块，对系统功能进行深度开发，构建集中管理、交流与互动为一体的教学系统。

1.2 智慧教室系统

智慧教室系统也需要以内容优化作为核心，对教育资源获取途径进行拓展，并做好教学环境管理，满足学生实时沟通交流需求。在实际的教学过程中，教师应利用智慧教师，提高学生情感体验度。目前，在教学领域使用的智慧教室模式，能够提供视觉、听觉两种感受，通过对各种智慧化方案的应用，能够显著提升教学工作开展水平，增加学生对信息化技术的理解能力[1]。

在教学环境的管理中，基于智慧教室系统的应用，能够对教室环境信息进行主动识别，并根据现有技术方案，做好数据信息的交互与处理。在对智慧教室系统进行设计时，需要充分考虑大数据技术与智慧管理平台的应用价值。在对教学环境资源进行管理时，与需要明确系统的构成要素，通过做好各种软件与硬件设施的升级。在智慧教室系统的设计中，重点关注应用层、网络层与管理层，通过对集中管理平台的应用，实现对各种设备与教学环境资源的优化，为智慧化教室系统的可靠应用奠定基础。

2 智慧教室系统设计原则

2.1 先进性与实用性

在智慧教室系统设计中，应使用先进无线传感网技术，并增加计算机存储技术应用，做好服务端设计。系统应提供课堂视频录制功能，在前端设计中，需要增加编码器，并充分考虑系统开发成本和实际应用价值。在设计过程中，也需要确保系统方案符合计算机网络视频传输协议，将最新的网络通信技术与视频交互技术应用在系统模块中，使得系统功能更加先进完善。

此外，系统设计需要符合教学实际要求，为系统配置最新的设备与管理方案，并对系统之间的搭配方案进行优化，以确保系统开发具有良好的经济效益[2]。在设计中，应将管理智能化技术、录播技术、数据网络技术应用在集中管控中，以减少对不同模块的多次操作，使得系统操作更加便利，降低系统使用成本。

2.2 兼容性与可拓展性

在系统模块的设计中，有关人员需要充分考虑其兼容性。例如，在视频点播功能的设计上，要求系统支持各种PC浏览器，同时能够在Android与IOS系统终端中应用，为相关人员的及时查看提供便利。系统应最大限度支持各种视频编码种类，使得前端音频设备的兼容性良好，能够在多种场景模式下应用。

对系统功能进行设计时，有关人员考虑了日后系统扩容需求，关注网络与视频技术的发展，并预留了5G应用场景，使得系统具有较强的可拓展性。在系统设计中，相关概念、技术与方法的应用，不仅关注设备自身的结构与性能要求，而且对技术的日后发展趋势进行预测，并做好相关更新与优化，使得系统能够顺利通过更新，提升智慧化教室系统运行流畅度。

2.3 灵活性与可靠性

设计的智慧化教室系统能够支持多种类型网络，并且操作系统界面布置简单，自动化程度较高，能够为系统使用人员带来较强的应用体验度。系统具有较强的可靠性，能够在正常使用条件下，满足用户提出的功能请求，并且系统的安全性与稳定性良好，可实现7×24小时全天候工作。系统故障率较低，相关人员对其进行维护与管理十分方便。

3 无线传感网技术在智慧教室系统中的应用

3.1 开发智慧教室操作系统与任务接口

本次智慧教室方案的落实中，设计人员对传感器节点设计方案进行优化，使得硬件处理能力获得提升。在系统功能设计上，选取CC2530F256方案作为核心，通过ZigBee协议，对节点密度进行管理，由此完成对数据的高速处理。基于上述方案的应用，也提升了数据负荷管理水平。为确保系统应用可靠性，利用ADC0809转换器将数据信息进行转换，通过对ZigBee数据终端的使用，也将数字量及时传递到控制平台上，实现了数字量传输的预期目标。

在网关节点数据的分析中，重点做好数据信息的汇总，并以帧的方式完成数据控制，为智慧教室技术应用提供支持。此外，针对智慧教室系统而言，有关人员可通过无线网对节点信息进行整合，通过对典型技术框架的建设，能够更好提供服务，满足多种工作模式[3]。

随着无线传感网技术发展，对智慧教室进行优化设计成为可能。目前，在智慧教师开发中，使用较为广泛的操作系统为TinyOS2.0。操作系统有美国加州大学伯克利分校开发，可将其应用在基于事件驱动的多种工作条件中，该系统使用nesC编写，可支持多种硬件平台，其中包括mica2，intelmote2，eyesIFXv2，tinynoe等等。nesC语言是以C语言作为基础的开发方案，可支持C语言所有的词法和语法。然而，值得注意的是，为提升系统应用可靠性，在该开发方案中增加了组件Component与接口interface，能够对关键字进行定义，并对各接口性能进行提升，使得操作系统更加流畅，为教学设计提供技术支持。

目前，在智慧教室的操作系统中，使用了任务接口模型，通过该接口方案，可拓展针对各类型业务的语法和语义。一般情况下，任务接口包括一个post命令、一个run事件，对不同函数的具体声明，将由接口模型决定，实例证明如下：

Interface TaskParameter{async error_t command p-

ostTask(uint16_param)；

event void runtasak(unit16_param)；}

对其进行调用的方式如下：Call TaskParameter.postTask(34);//抛出任务

在任务接口模式下，任务执行是完整的，能够做到各业务传输同步，任务之间不抢占端口。

在TinyOS操作系统中，存在众多广播通信接口，使用accessor和mutator方可对其进行连接访问，相关的接口形式如Packet与AMPacket等接口。其中基本的通信接口为AM类型，相关类型和以太网中帧类型租用存在相似性。在系统操作中，AMsenderC为用户提供了虚拟广播，确保每个用户可利用该模块对教室智慧系统进行优化。

3.2 对系统工作模式进行优化

通过无线传感网对智慧教室系统进行设计的关键是优化工作模式，并建立与智慧教学模式作为核心的工作方案，为智慧课堂形成提供支持。目前，由于开发端口的多样性，使得智慧教室系统工作模式具有高度选择性。通过对不同数据接口的调取与应用，能够对教学场景进行优化，为教学信息资源的共享提供技术保障。现阶段，可使用工作模式包括通用型、协作型、远程型与多屏互动。

在通用型工作模式下，相关人员可将教育终端设备与多个云平台连接起来，并利用单双投影的教学方式，对智慧教学系统方案进行布置，为教学工作效率提升奠定可靠的技术支持。协作型工作模式下，教师通过对智慧教室的应用，可落实小组教学方案，使得学生能够参与到课堂实践活动中，极大地提升了学生之间的互动性与合作性。为确保教学效果达到满意标准，教育工作者应对PBL教学模式融到课堂中，使得智慧教室方案更加丰富。在实际教学阶段，教师也使用了分享型教学模式，基于无线传感网技术，对系统开发方式进行完善，使得多屏互动、数据共享在课堂教学中得以实现，极大提升教学水平。

3.3 关注系统构成与功能实现

本方案设计的智慧教室系统包括教学系统、设备管理系统、录播系统、智慧考勤、学情分析与环境控制。在具体的应用过程中，通过对系统功能模块的优化，能够提升数据信息的处理能力，并且能够根据教学目标的变化，对智慧化教室系统进行完善，使得系统功能的适用性良好。例如，在某校智慧教室系统设计中，考虑到学生考试需求，对教室环境进行智慧化控制，将传感器应用在系统方案中，根据教室环境变化，对空调运行模式进行调整，实现对室内温度、湿度条件的控制，为学生营造舒适良好的考试环境。

在智能化教学系统的实现中，采取了多点触控、高清液晶显示方案，并对系统进行集成化控制，重点做好数据交互管理，利用任务接口模式，对数据进行可靠传输与共享，使得教学资源得到高效应用。在系统功能的实现中，也对板书、PPT演示和课堂提问等多个环节进行优化，并设计学生参与模块，使得学生能够积极主动参与到课程实践中，使得智慧化教学目标实现。在学生课堂参与模块，设计了画面投屏、动态演示与在线批注等多种演示功能，由此构建具有现代化特征的教室，使得学生的学习积极性获得提升。

通过智慧教室系统，教室能够对课堂内容进行录制，并根据学生实际需求，对板书内容、交互学习场景进行调整，实现对教学资源的有效调度，相关教学方式的应用，能够为课堂教学效率提升提供帮助。在课堂内容录制中，系统也提供反思与评价模式，方便教师全面掌握课堂教学成果。

在智慧考勤模块，利用无线传感网对系统功能进行升级，构建以深度学习算法为主要依据的考核方案。在实际考核与管理中，使用无线网连接技术与信息识别技，对课堂考勤进行了全面优化。例如，在教室出勤管理中，使用人脸生物识别技术，完成对学生考勤情况记录。教师可根据考勤结果提出针对性改进方案，使得教室日常管理水平获得提升。

在智慧学情分析上，使用智能监控系统，对学生的课堂行为进行捕捉。通过做好学习情况分析，能够帮助教师找出学生成绩落后的课堂因素，并设计个性化解决方案，强化了最新技术在教室管理中的应用价值，为多元化、个性化教学拓展提供支持。

目前，在教室各种设备的管理中，使用了智慧设备管控系统，在无线传感网技术的支持下，开发了集中管理平台。平台功能包括远程管理、信息收集、数据分析、状态监控与故障报警。通过对上述功能的应用，使得教室管理朝数字化与智能化方向发展[4]。在对设备进行管理的过程中，有关人员也利用大数据平台对教室信息设备的运行情况进行管理，并做好设备检修记录，对关键技术的应用效果进行评估，并构建设备管理与维护的数据库。

在智慧教室方案的实现中，有关人员应用光线感应元件与温度、湿度传感器，对系统方案进行优化，构建了智慧化教室管理系统。在该方案下，系统能够根据获取的参数值，对空调运行工况进行调整，并做好教室温度与湿度条件统计工作，使得教师的环境质量达标，为学生营造了良好的学习环境。例如，在空气环境质量的管理上，有关人员充分利用CO2智能感知模块，对空气中有害颗物质、PM2.5进行检测识别，并根据检测结果，对环境条件进行调整，以最大程度发挥智慧教室系统的应用价值。此外，在系统的应用过程中，也使用智慧护眼模式，对教室内的光源进行调整，并根据外界明暗程度对光源的亮度进行调整，由此为学生提供优质教师环境条件。

3.4 应用智慧化设计思路

在构建智慧教室系统中，需要对系统工作环境进行优化，将传感器模块应用在系统设计中，实现智能化管理的目标。具体设计思路如下：对智慧教室系统方案进行调整，关注教学环境资源可靠性，设计光线识别系统，根据室内光线的明暗程度，判断是否需要启动照明装置。同时将温度感应装置应用在环境质量检验中，当系统识别到室内湿度条件与实际要求不符合时，会自动控制空调装置。

此外，在系统开发设计中，利用生物识别技术，在无线传感网的技术框架内，优化了人脸识别技术，由此完成对教师职工与学生考勤情况的记录，并根据相关数据完成考核。采用人脸识别技术对智慧教室系统进行优化后，也显著提升了安全管理能力，可对进出教室的人员进行控制。基于上述技术手段的应用，使得智慧教室系统的应用性能提升，不仅能够实现无线传输目标，而且为信息资源的高效处理奠定基础，使得新时期教室智慧化管理成为可能。

3.5 做好智慧化系统的维护与管理

为充分发挥智慧化教室系统的应用价值，确保系统运行稳定性，有关人员需要利用最新的技术手段，对系统进行维护与管理。例如，将无线传感网技术应用在管理实践中，构建以无线网为核心的系统维护方案，对其中存在的系统漏洞与安全隐患进行识别，并做好处理，使得系统安全性得以提升。在教室智慧化管理的过程中，对温度传感装置进行维护，对存在的识别不灵敏、错误指示相关问题进行调整。同时，也对智慧教室系统的数据传输方案进行优化，对教室的环境资源进行可靠分析，优化了环境处理模式，使得教室系统的应用性能达到满意标准。

同时，系统的操作环境进行了优化，使得操作更加流畅。在实际优化操作中，在标准的TinyOS操作系统中，对各节点进行了优化。例如，在通信节点上，设置了JAVA环境变量，并构建PC与传感器之间的网络通信桥梁。在操作系统的优化方面，也对串口数据格式进行严格要求，利用MIG工具对串口数据进行了处理。经过优化后的数据串口，能够满足多个程序模块同时运行的需求，即操作人员打开一个系统功能链接，可使多个应用程序同时经过TCP/IP Stream，并建立起与应用程序之间的可靠连接关系。

通过对系统软件与硬件环境的优化，能够提升系统的应用性能，使得智慧教室模式的应用更加安全可靠。在实际的使用环节，有关人员应不断关注技术发展趋势，最新的技术方案应用在系统维护中，以切实提升智慧化教室应用能力。研究指出，目基于无线传感网对系统进行构建，产生的效果显著，能够最大程度发挥智慧教室应用效果。

4 结语

综上，本文总结了无线传感网技术在智慧教室中的应用思路，以智慧教室系统的构建作为研究出发点，说明在智慧教室系统构建中，需要坚持实用性、兼容性与可拓展性原则。通过做好操作系统开发、任务接口与工作模式优化等多种途径，使得系统应用性能良好。