智慧教育場(chǎng)景白皮書

前言目錄教育發(fā)展與演進(jìn)1.1全球教育市場(chǎng) 3.2平安校園 3.5小結(jié) 2.2VR/AR課堂 152.3全息課堂 2.4小結(jié) 4.6小結(jié) 5.1教育資源服務(wù) 41 5.6小結(jié) 智慧教育商業(yè)模式 開支已超過5萬(wàn)億美元，是軟件產(chǎn)業(yè)的8倍、媒體和娛樂產(chǎn)業(yè)的3倍。并預(yù)計(jì)全球教育支出將以每年8%的速度增長(zhǎng)，到2020年激下保持穩(wěn)定增長(zhǎng)，0~14歲人口始終保持在2億以上。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《國(guó)家人口發(fā)展規(guī)劃(2016-2030年)》顯示，2020年、2030年中國(guó)人口總數(shù)將分別達(dá)到14.2億和14.5億，總和生育率由2015年的1.55上升到2020年的1.80,并基本維持在1.80左右。2012年以來，國(guó)家財(cái)政性教育支出占GDP比例連續(xù)五年超過4%。2016年，中國(guó)教育經(jīng)費(fèi)總投入為3.9萬(wàn)億元，其中，國(guó)家財(cái)與典型發(fā)達(dá)國(guó)家同期教育支出占GDP的比例(美國(guó)6.0%、法國(guó)5.5%、英國(guó)5.3%)相比，中國(guó)教育經(jīng)費(fèi)投入仍有較大空間，預(yù)計(jì)到2020年中國(guó)教育經(jīng)費(fèi)支出將達(dá)5.2萬(wàn)億元。育的焦點(diǎn)。如美國(guó)制定了基礎(chǔ)教育階段STEM教育目標(biāo)；美國(guó)政府2015年STEM教育的財(cái)政預(yù)算為29億美元，比2014年以“三通兩平臺(tái)”為主要標(biāo)志的教育信息化1.0取得重大進(jìn)展為推進(jìn)落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》,2012年3月教育部發(fā)布《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011-2020年)》,開啟我國(guó)“教育信息化1.0”時(shí)代。2012年9月，國(guó)務(wù)院進(jìn)一步明確了“十二五”期間以92%,多媒體教室普及率達(dá)85%,網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間數(shù)量增至7100萬(wàn)個(gè)；教師信息技術(shù)應(yīng)用能力明顯提升，1000多萬(wàn)名中小學(xué)教師、實(shí)現(xiàn)了16.4%的增長(zhǎng)。教育信息化投入連年增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2020年將突破3800億元。以實(shí)現(xiàn)“三全兩高一大”為基本目標(biāo)的教育信息化2.0開啟智能時(shí)代教育新征程為深入落實(shí)十九大的“教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略，注重學(xué)生的個(gè)性化培養(yǎng)由于每個(gè)人擁有不同的智力水平和特點(diǎn)，傳統(tǒng)的統(tǒng)一化培養(yǎng)模式抹殺了人的個(gè)性，不利于發(fā)揮每個(gè)人的潛能。個(gè)性化培養(yǎng)可根據(jù)每個(gè)學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性教育培養(yǎng)，如學(xué)校和教師可通過大數(shù)據(jù)分析每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)傾向、進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源推送，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)輔導(dǎo)，自助化完成學(xué)習(xí)目標(biāo)等。教學(xué)模式從以教師為中心向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的以教師為中心的教學(xué)模式，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性。未來社會(huì)發(fā)展需要具備終身學(xué)習(xí)能力的人，要求培養(yǎng)學(xué)生的積極主動(dòng)學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)愿望。這必然要求教學(xué)模式向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變。同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)教育資源的極大豐富，人工智能將全面輔助學(xué)生課隨著人類社會(huì)邁入知識(shí)社會(huì)，要求人們不斷更新知識(shí)和能力，以滿足職業(yè)要求和社會(huì)發(fā)展需要，這將帶來終身學(xué)習(xí)的普及。而信息技術(shù)的發(fā)展也為人們終身學(xué)習(xí)提供了可能，如互聯(lián)網(wǎng)上豐富的教育資源為人們終身學(xué)習(xí)提供了條件，人工智能將成為人們終身學(xué)習(xí)的有力助手。傳統(tǒng)教學(xué)中，教師的主要作用是主導(dǎo)者和知識(shí)傳授者。但隨著信息技術(shù)特別是人工智能的應(yīng)用，混合式學(xué)習(xí)的日漸普及，學(xué)習(xí)更加以學(xué)生為中心，教師的角色和作用正在發(fā)生重大變化。教師隊(duì)伍日趨分為授課教師和輔導(dǎo)教師兩類，講課能力強(qiáng)、水平高、能契合學(xué)生需要的教師將主要擔(dān)當(dāng)授課教師角色，通過面授和互聯(lián)網(wǎng)等手段傳播滿足廣大學(xué)生的需要。而更多教師將承擔(dān)輔導(dǎo)教師角色，對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性輔導(dǎo)，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。教師將主要承擔(dān)學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)劃和引導(dǎo)的作用，而不是直接知識(shí)傳授?！鰧W(xué)校開始追求個(gè)性化的辦學(xué)模式隨著社會(huì)需要的變化和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，學(xué)校的辦學(xué)模式開始進(jìn)入追求個(gè)性的時(shí)代。如在教育基本普及情況下，人們更加期望選擇符合學(xué)生特點(diǎn)的個(gè)性化學(xué)校，要求學(xué)校向更加個(gè)性化的方向發(fā)展；隨著學(xué)生的培養(yǎng)更加個(gè)性化，學(xué)校的組織模式更加彈性靈活，學(xué)校將根據(jù)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需要采用更加個(gè)性化的教學(xué)和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能(Al)的逐步應(yīng)用，教育逐步從傳統(tǒng)教育向智慧教育變革，開啟了教育信息化新時(shí)代。智泛在化的教育新模式，通過個(gè)性化、精細(xì)化、沉浸式學(xué)習(xí)教學(xué)，提高課堂教學(xué)效果，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升圖1-4智慧教育總體架構(gòu)智慧校園人工智能等信息技術(shù)使能的智慧教育，涵蓋“課堂、校園、分析、管理”多個(gè)方面。如上圖所示，通過對(duì)校園智慧課堂：提供互動(dòng)、沉浸式教學(xué)課堂環(huán)境■互動(dòng)課堂。通過“互聯(lián)網(wǎng)+教育”,在實(shí)體課堂、在線課堂、云課堂上提供不同層次的互動(dòng)教學(xué)環(huán)境，如師生互動(dòng)、分組/分層VR/AR課堂。通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將傳統(tǒng)課堂VR/AR化，為學(xué)生提供沉浸式教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)身臨智慧校園：打造寬帶校園、平安校園、智聯(lián)校園環(huán)境■平安校園。通過校園360度無(wú)死角高清視頻監(jiān)控，全網(wǎng)智能識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)行為，自動(dòng)識(shí)別安全風(fēng)險(xiǎn)，保障校園師生人財(cái)物安全。11.3小結(jié)圖2-1實(shí)體互動(dòng)課堂錄摺系統(tǒng)錄摺系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)課件管理互動(dòng)教學(xué)分組管理用戶認(rèn)證在線互動(dòng)課堂由于不斷增強(qiáng)互動(dòng)和管理能力，被越來越多的家長(zhǎng)和學(xué)生所接受。其不僅適合一對(duì)一教學(xué)，也適合大規(guī)模教學(xué)。對(duì)于學(xué)生來說，只要網(wǎng)絡(luò)可達(dá)，就可隨時(shí)隨地接入，為教育資源不足地區(qū)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育提供了保障，同時(shí)也適合于在職教育、繼續(xù)教育等教云課堂通常由云課堂系統(tǒng)、主教室端、遠(yuǎn)程教室端、遠(yuǎn)程學(xué)生端或家長(zhǎng)端組成。云課堂系統(tǒng)部署在云端，提供所有的教學(xué)服務(wù)，包括用戶管理系統(tǒng)、互動(dòng)系統(tǒng)、課件系統(tǒng)、試題系統(tǒng)、學(xué)生積分系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)、視頻和預(yù)約調(diào)度系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)平臺(tái)等。云課堂可以通過專線或互聯(lián)網(wǎng)接入，教室端為保證良好效果通常采用云專線接入，學(xué)生端考慮便捷性通常采用互聯(lián)網(wǎng)接入；主教室端，教師在主課堂的話，采用與實(shí)體課堂相同的配置。如果教師不在主課堂，需要與在線課堂一致的單獨(dú)教師端；遠(yuǎn)程教室端與主教室端的區(qū)別在于系圖2-3云課堂圖2-3云課堂 互動(dòng)。云課堂適合大規(guī)?；旌鲜浇虒W(xué)，能解決教育資源不足問題，同時(shí)可以通過雙師課堂等形式，對(duì)在線學(xué)生進(jìn)行分組管理，能非常有效提--泛在課堂泛在課堂是廣義的課堂，泛指通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)的無(wú)處不在的課堂，學(xué)生可在任何時(shí)間和地點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入泛在課學(xué)習(xí)模型、智能陪練、學(xué)習(xí)教材、試題、課外讀本、考試測(cè)評(píng)、交流互動(dòng)等全方位學(xué)習(xí)服務(wù)。學(xué)生使用平入泛在課堂系統(tǒng)，進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)評(píng)和目標(biāo)設(shè)定，并基于能力泛在課堂學(xué)習(xí)是智能的學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)任務(wù)是根據(jù)個(gè)人的學(xué)習(xí)能力評(píng)估、學(xué)習(xí)目標(biāo)和投入時(shí)間綜合生成的。學(xué)習(xí)過程中練會(huì)不斷評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)情況，調(diào)整其學(xué)習(xí)內(nèi)容，如系統(tǒng)泛在課堂是虛擬的課堂，由網(wǎng)絡(luò)連接完成課堂的構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)智能終端的靈活接入，打破時(shí)間和空間的限制，使學(xué)習(xí)靈活；與數(shù)字圖書館、電子書包和外部教學(xué)資源平臺(tái)等對(duì)接，打破資源的局限，獲取更豐富的資源；與交流空間對(duì)圖2-4泛在課堂圖2-4泛在課堂2.1.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀互動(dòng)教學(xué)處于起步階段，率先在各大課外教育機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用分組互動(dòng)和雙師課堂等，在各教育機(jī)構(gòu)率先應(yīng)用起來，如好未來、新東方、高思等。K12教育中，以學(xué)區(qū)為單位的各學(xué)校智慧課堂也開始積極采用多媒體互動(dòng)教學(xué)應(yīng)用，如深圳龍崗區(qū)的云課堂互動(dòng)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)例行教學(xué)互動(dòng)、問答互動(dòng)、師生互動(dòng)。而個(gè)體學(xué)校發(fā)展相對(duì)緩慢，更多是采用錄播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)隨著互聯(lián)網(wǎng)+教育的推廣，未來互動(dòng)教學(xué)將迎來大發(fā)展2.1.3場(chǎng)景價(jià)值2.1.4承載需求時(shí)延3~4個(gè)/教室30~50個(gè)/教室1個(gè)/教室教室互動(dòng)課堂接入云專線≥50Mbps,根據(jù)具體學(xué)校情況云服務(wù)接入能力每課堂≥50Mbps,并發(fā)支持100以上課堂；每人4Mbps,并發(fā)支持3萬(wàn)人。智慧課堂作為VR/AR教育重要應(yīng)用的VR/AR智慧課堂，通過VR/AR技術(shù)構(gòu)建虛擬現(xiàn)實(shí)課堂環(huán)境，學(xué)生、老師配備VR眼鏡或AR終端等實(shí)現(xiàn)更為直觀的教學(xué)體驗(yàn)，提供現(xiàn)實(shí)世界中難以實(shí)踐、甚至不可能實(shí)現(xiàn)的課程和培訓(xùn)。通過將沉浸體驗(yàn)融入教育和培訓(xùn)，提升用戶對(duì)知識(shí)感知和保留度。教育市場(chǎng)細(xì)分場(chǎng)景眾多，當(dāng)前VR/AR智慧課堂主要在早教、K12教育、職業(yè)培訓(xùn)/高校教育應(yīng)用。AR早教因其生動(dòng)有趣的卡通3D形象備受孩子和家長(zhǎng)的青睞，成為VR/AR教育前期主戰(zhàn)場(chǎng)。主要應(yīng)用形式包括：■AR卡牌：通過AR技術(shù)讓平面圖片或卡牌“立體動(dòng)起來”,吸引兒童注意力?！鯝R書籍：AR書籍可視為多張卡牌的一個(gè)集合，但其包含的內(nèi)容多，相互之間關(guān)系密切，有故事有情節(jié)，猶如親身體驗(yàn)一般，對(duì)孩子產(chǎn)生極大吸引力。■AR游戲教學(xué)：將游戲與教育結(jié)合，孩子通過玩游戲?qū)W知識(shí)，離教于樂的方式提高兒童的專注力和知識(shí)吸收效率。面向K12教育，VR/AR課堂提供的課程包括科學(xué)、歷史、地理、生物、物理、化學(xué)、藝術(shù)等。通過VR/AR課件，幫助學(xué)生親身“體驗(yàn)”各種知識(shí)，“身臨其境”參與各類實(shí)驗(yàn)。如對(duì)歷史古跡、地形地貌、天體運(yùn)行的體驗(yàn)感知，對(duì)人體骨骼、關(guān)節(jié)、眼球、人體血液、心臟結(jié)構(gòu)及心跳呼吸變化等的全方位感知，“實(shí)操”生物、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等。面向職業(yè)培訓(xùn)/高校教育的VR/AR課堂2.2.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀全球虛擬現(xiàn)實(shí)》報(bào)告顯示，2018至2022年全球VR教育市場(chǎng)將以59.14%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，幾乎一半的美國(guó)教育機(jī)構(gòu)正在使2.2.3場(chǎng)景價(jià)值2.2.4承載需求時(shí)延30~50個(gè)/教室30~50個(gè)/教室30~50個(gè)/教室全息課堂是指將全息技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)課堂，學(xué)生、老師使用全息屏、全息眼鏡、全息3D投影等產(chǎn)品，打造一個(gè)將3D形態(tài)與2D解析甚至抽象知識(shí)信息同步、對(duì)應(yīng)和交互的教學(xué)場(chǎng)景，引導(dǎo)學(xué)生充分將右腦的3D空間和形象思維與左腦的語(yǔ)言、數(shù)字和邏輯理解完美圖2-6全息課堂圖2-6全息課堂與VR/AR課堂相比，全息課堂更直觀、更生動(dòng)、更便利。除了提供強(qiáng)大的沉浸體驗(yàn)外，還具備超強(qiáng)的■全息課堂可以不需要佩戴頭顯，通過肉眼就能瀏覽到360度全方位3D影像，可以很好地保護(hù)視力?！鐾ㄟ^與課本同步協(xié)同，學(xué)習(xí)者在翻閱實(shí)體書時(shí)，可以聯(lián)動(dòng)全息影像，虛實(shí)一體，看到書本內(nèi)容對(duì)應(yīng)的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)3D形象，更形結(jié)合深度傳感器和圖像分析跟蹤技術(shù)，使得教學(xué)中師生能廣泛地進(jìn)行實(shí)時(shí)、多點(diǎn)虛實(shí)交互，提升教學(xué)效果。以全息成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)教師親臨現(xiàn)場(chǎng)，教材教具現(xiàn)場(chǎng)呈現(xiàn)的現(xiàn)場(chǎng)感，提升學(xué)生參與度和體驗(yàn)感，讓遠(yuǎn)程教育身臨其境，為所有學(xué)生提供同等教育平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教育公平。2.3.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀2.3.3場(chǎng)景價(jià)值2.3.4承載需求技術(shù)特點(diǎn)時(shí)延交互體驗(yàn)融合體驗(yàn)光場(chǎng)，全息22.4小結(jié)校元應(yīng)用校元應(yīng)用寬帶校園建設(shè)指的是校園網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和改造，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)校園寬帶網(wǎng)絡(luò)全接全聯(lián)接超寬校園：滿足教學(xué)和辦公需要，支持高峰期的群體并發(fā)訪問。圖3-1寬帶校園總體架構(gòu)協(xié)作辦公校園顯區(qū)網(wǎng)校園顯區(qū)網(wǎng)全場(chǎng)景無(wú)線覆蓋校園隨著校園移動(dòng)終端的多樣化，師生希望在校園內(nèi)隨時(shí)隨地接入網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和交流，校園移動(dòng)應(yīng)用越來越多，全場(chǎng)景Wi-Fi覆蓋校園已來規(guī)劃、部署和維護(hù)的復(fù)雜；有線和無(wú)線兩張網(wǎng)絡(luò)可通過10GE/40GE匯聚交換機(jī)電組網(wǎng)和10GE全光POL(PassiveOpticalLAN統(tǒng)一通信融合提供即時(shí)消息、語(yǔ)音、多媒體會(huì)議等多種交流渠道，支持多終端隨時(shí)隨地接入，實(shí)現(xiàn)溝通無(wú)障礙。■視頻會(huì)議支持桌面終端和移動(dòng)終端接入高清智真會(huì)議，實(shí)現(xiàn)圖3-2辦公協(xié)作融合校園辦公協(xié)作場(chǎng)景協(xié)作通信流媒體錄制接入終端網(wǎng)絡(luò)行為可管校園校園有線、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一方面需要滿足“公安部82號(hào)令”和“公共非經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所無(wú)線上網(wǎng)安全管理?xiàng)l例”合規(guī)要求，對(duì)校園有線和無(wú)線用戶上網(wǎng)行為進(jìn)行安全審計(jì)，做到上網(wǎng)行為可溯源。同時(shí)，可提供綠色上網(wǎng)功能，通過統(tǒng)一上網(wǎng)管理系統(tǒng)，提供不健康極簡(jiǎn)易運(yùn)維校園可通過智能規(guī)劃部署、業(yè)務(wù)和策略自動(dòng)化、有線如可通過引入Wi-Fi智能網(wǎng)規(guī)工具，實(shí)現(xiàn)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)、高精度規(guī)劃。通過網(wǎng)規(guī)網(wǎng)優(yōu)工具，保障無(wú)線信號(hào)覆蓋最佳。通過引入智能管控平臺(tái)，支持離線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)劃2.業(yè)務(wù)隨行，策略自動(dòng)化校園移動(dòng)化使得用戶主機(jī)的IP地址經(jīng)常發(fā)生變化，而傳統(tǒng)基于IP地址來進(jìn)行用戶權(quán)限控制和體驗(yàn)保障的方法無(wú)法適應(yīng)這種變化。因基于用戶身份的安全組和業(yè)務(wù)策略規(guī)劃無(wú)需考慮用戶的接入位置和IP地址，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)策略與IP地址解耦，有效保和體驗(yàn)一致，極大簡(jiǎn)化規(guī)劃和配置工作量。同時(shí)，可通過自然語(yǔ)言矩陣式定義策略，策略部署時(shí)自動(dòng)翻譯轉(zhuǎn)換為網(wǎng)3.1.2場(chǎng)景價(jià)值智慧校園智慧校園圖3-3平安校園總體架構(gòu)校園監(jiān)控中心校園監(jiān)控中心校園信息發(fā)布視頻前端報(bào)警前端校園園區(qū)網(wǎng)校園樓宇消防控制器車輛道閘校門出入口及道路校園重要區(qū)域校園周界全場(chǎng)景高清視頻監(jiān)控在校園出入口及道路、校園周界圍墻、校園內(nèi)教學(xué)樓、辦公樓、圖書館、宿舍公離、校園室外、操場(chǎng)等地部署高清攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)校園無(wú)盲點(diǎn)監(jiān)控。根據(jù)不同監(jiān)控場(chǎng)景，選擇球機(jī)、槍機(jī)、卡口專用攝像機(jī)，動(dòng)靜結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人車綜合管控。同時(shí)采用紅外攝像機(jī)進(jìn)一步提升夜間監(jiān)控能力。視頻監(jiān)控存儲(chǔ)采用全網(wǎng)絡(luò)化、全數(shù)字化的高清系統(tǒng)。視頻存儲(chǔ)逐步從傳統(tǒng)的NVR(NetworkVideoRecorder,網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī))或存儲(chǔ)服務(wù)器存儲(chǔ)向云存儲(chǔ)演進(jìn)，便于擴(kuò)展及未來應(yīng)用。智能視頻分析智能視頻分析指通過前端和平臺(tái)智能分析，減少人為因素干擾，有效提高人防效率。事前與事后智能分析相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)事件的智能預(yù)警與事后的快速響應(yīng)?！銮岸酥悄芊治觯喊ㄈ肭謾z測(cè)、絆線檢測(cè)、物體遺留檢測(cè)、徘徊檢測(cè)等。■平臺(tái)智能分析：包括槍球聯(lián)動(dòng)、全景拼接、人數(shù)統(tǒng)計(jì)等。其中，全景拼接支持三槍全景拼接實(shí)時(shí)顯示，控制上墻，單畫面提供更多的信息，便于宏觀把控。周界安全及入侵報(bào)警在校園周界、校園重要區(qū)域部署入侵檢測(cè)系統(tǒng)，支持多種技防手段，支持與警號(hào)揚(yáng)聲器等物防手段相結(jié)合，形成對(duì)封閉區(qū)域周界的整體防護(hù)?！鲋芙绨踩涸谛@周界部署紅外對(duì)射、電子圍欄、振動(dòng)光纖等檢測(cè)系統(tǒng)。室內(nèi)入侵：在校園重要區(qū)域(如行政區(qū)域、實(shí)驗(yàn)室等),部署紅外微波入侵檢測(cè)、玻璃探測(cè)等檢測(cè)系統(tǒng)。3.2.2場(chǎng)景價(jià)值基于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)校園園圖3-4智聯(lián)校園總體架構(gòu)校園應(yīng)用校園應(yīng)用物聯(lián)終端物聯(lián)終端綠色智能校園基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建綠色智能校園，營(yíng)造舒適的教學(xué)和辦公環(huán)境，降低校園能耗費(fèi)用，節(jié)約能源，減少動(dòng)開關(guān)照明，如辦公區(qū)上班照明全開、午休期間自動(dòng)關(guān)燈，學(xué)生宿舍夜間據(jù)檢測(cè)的室內(nèi)空氣CO2、PM2.5、甲醛等參數(shù)自動(dòng)開啟調(diào)節(jié)空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)。通過運(yùn)動(dòng)傳感知和物體探測(cè)器，感知無(wú)人時(shí)把空和新風(fēng)調(diào)至節(jié)能模式。支持基于時(shí)間段調(diào)度策略自動(dòng)開關(guān)氣等能耗數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握能耗情況，提升能源利用率，有效實(shí)現(xiàn)下學(xué)時(shí)間。實(shí)時(shí)位置監(jiān)控：支持實(shí)時(shí)查看學(xué)生在校園內(nèi)的位置、分布狀況，及每個(gè)在校內(nèi)出現(xiàn)異常時(shí)，可借助歷史軌跡回放功能，實(shí)現(xiàn)3.3.2場(chǎng)景價(jià)值構(gòu)建智慧物聯(lián)校園，營(yíng)造舒適的校園教學(xué)和辦公環(huán)境校園大數(shù)據(jù)增值運(yùn)營(yíng)通過融合物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、校園一卡通管理等系統(tǒng)采集學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活數(shù)據(jù)，可為后續(xù)大數(shù)據(jù)分析運(yùn)營(yíng)提供數(shù)據(jù)來源。3.4承載需求3.4承載需求構(gòu)建高清校園Wi-Fi接入網(wǎng)絡(luò)，起步16Mbps滿足1080P高清承載，目標(biāo)100Mbps提供4K超清高體驗(yàn)承載，未來具備支持VR/AR承載。校園寬帶網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建全聯(lián)接超寬校園承載網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)干兆到桌面、超萬(wàn)兆匯聚上聯(lián)，超干兆校園園區(qū)網(wǎng)出口。時(shí)延桌面辦公基礎(chǔ)辦公≥10Mbps圖片瀏覽/視頻播放≥25Mbps1080P高清視頻會(huì)議1080P高清視頻監(jiān)控1080P視頻播放3.5小結(jié)3.5小結(jié)統(tǒng)計(jì)掘表分類存統(tǒng)計(jì)掘表分類存行為分折表情動(dòng)作別人臉識(shí)別王4.1.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀4.1.3場(chǎng)景價(jià)值智能分析學(xué)習(xí)行為分析系統(tǒng)構(gòu)成圖4-2學(xué)習(xí)行為分析作業(yè)分析教師家長(zhǎng)學(xué)習(xí)行為分析通常由學(xué)習(xí)行為Al智能分析系統(tǒng)，視頻、圖像、文本信息采集終端和客戶端應(yīng)用組成，終端和平臺(tái)間通過網(wǎng)絡(luò)連接。視頻信息采集端需在課堂部署高清攝像頭，對(duì)課堂進(jìn)行全方位覆蓋，根據(jù)課堂大小不同，可采用雙機(jī)、三機(jī)、四機(jī)或更多終端。攝像頭將采集的課堂信息通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上送到Al智能分析系統(tǒng)?！鰣D像、文本信息通過平板采集，單個(gè)教室涉及30~50終端接入?！鯝l智能分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)課堂學(xué)習(xí)、作業(yè)、考試等情況，分時(shí)、分類、分人統(tǒng)計(jì)呈現(xiàn)。■運(yùn)行在手機(jī)/平板/電腦的客戶端應(yīng)用供校長(zhǎng)、教師和家長(zhǎng)使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)的快速檢索和查看。學(xué)習(xí)行為分析應(yīng)用場(chǎng)景通過對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為的智能分析，實(shí)現(xiàn)的主要關(guān)鍵應(yīng)用包括：■對(duì)學(xué)生課堂行為分析，數(shù)據(jù)化學(xué)生課堂過程，在教師端、家長(zhǎng)端呈現(xiàn)。老師和家長(zhǎng)可根據(jù)相關(guān)信息對(duì)孩子學(xué)習(xí)進(jìn)行針對(duì)性的引導(dǎo)和幫助?！鰧?duì)學(xué)生作業(yè)、習(xí)題、考試情況分析，動(dòng)態(tài)評(píng)估其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，自/智適應(yīng)規(guī)劃學(xué)生學(xué)習(xí)路徑與內(nèi)容，避免題海戰(zhàn)術(shù)，使學(xué)習(xí)和練習(xí)更有針對(duì)性，效率更高，同時(shí)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。■對(duì)全體學(xué)生的學(xué)習(xí)行為分析，指導(dǎo)教師不斷優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，提升教學(xué)質(zhì)量?！鰧?duì)學(xué)生整體學(xué)習(xí)行為分析，可促進(jìn)線下和線上教育有機(jī)結(jié)合的混合式教育的發(fā)展?；趯W(xué)習(xí)行為分析和智能規(guī)劃，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)內(nèi)容的預(yù)測(cè)分析和個(gè)性化的教學(xué)輔導(dǎo)，提高線下教學(xué)效率、優(yōu)化線上教學(xué)效果。4.2.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀4.2.3場(chǎng)景價(jià)值相對(duì)于智能感應(yīng)分析，視頻分析適用范圍更廣，可同時(shí)識(shí)別分析多種運(yùn)動(dòng)類型，對(duì)這些運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，如起坐等；識(shí)別運(yùn)動(dòng)是否存在偷懶，如跑步中走捷徑、跑道邊休息；識(shí)別一些運(yùn)動(dòng)行為是否有危害，也可以識(shí)別一些違規(guī)但由于智能視頻分析對(duì)視頻和模型技術(shù)要求高，實(shí)現(xiàn)難度大，如需要有各種精確的視頻識(shí)別模型，尤其在大量人員情況出極大挑戰(zhàn)。當(dāng)前往往會(huì)借助手環(huán)等設(shè)備輔助分析，如利用手環(huán)定位學(xué)生位置、路徑軌跡、心率等數(shù)據(jù)，根據(jù)識(shí)別的運(yùn)動(dòng)類型、個(gè)人基本信息(年齡、體質(zhì)、體重、疾病等),并結(jié)合心率數(shù)據(jù)可以幫助做精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)管理，識(shí)別是否存在運(yùn)動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)等。兩種分析方法可獨(dú)立使用，也可結(jié)合使用。不管采用哪種方法，所有視頻數(shù)據(jù)、感應(yīng)數(shù)據(jù)和手環(huán)數(shù)據(jù)都上送到云端，基于Al進(jìn)行智能分析和監(jiān)控。如云端識(shí)別運(yùn)動(dòng)活動(dòng)為跑步，會(huì)自動(dòng)結(jié)合手環(huán)心率等數(shù)據(jù)，再根據(jù)個(gè)人基本信息(如個(gè)人體質(zhì)和歷史運(yùn)動(dòng)信息),判斷個(gè)人運(yùn)動(dòng)是否過量，當(dāng)接近個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)邊際時(shí)立即上報(bào)，同時(shí)在運(yùn)動(dòng)行為分析應(yīng)用場(chǎng)景運(yùn)動(dòng)行為分析，除了可監(jiān)控學(xué)生運(yùn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偷懶，避免運(yùn)動(dòng)過量。還可用于運(yùn)動(dòng)考核測(cè)量。圖4-3運(yùn)動(dòng)行為分析圖4-3運(yùn)動(dòng)行為分析統(tǒng)計(jì)報(bào)賣分類存儲(chǔ)運(yùn)動(dòng)繼運(yùn)恐測(cè)量運(yùn)動(dòng)人驗(yàn)識(shí)別運(yùn)動(dòng)監(jiān)控場(chǎng)景由攝像頭或感應(yīng)探頭/終端、手環(huán)和云端Al系統(tǒng)組成。操場(chǎng)或場(chǎng)館內(nèi)部署多個(gè)攝像頭或感應(yīng)探頭/終端，實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)識(shí)別和監(jiān)控。攝像頭可自動(dòng)識(shí)別運(yùn)動(dòng)類型，感應(yīng)探頭或終端可以感應(yīng)運(yùn)動(dòng)位置變化，但運(yùn)動(dòng)類型需要配合其頻圖像、感應(yīng)信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳到云端系統(tǒng)分析，對(duì)體育課上的學(xué)生運(yùn)動(dòng)行為進(jìn)行防偷懶運(yùn)動(dòng)監(jiān)控方便教師對(duì)學(xué)生的監(jiān)督管理。4.3.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀4.3.3場(chǎng)景價(jià)值教學(xué)行為分析的理論依據(jù)是來自教學(xué)方法分析和教學(xué)效果分析。良好的教學(xué)方法不僅包括講、練、演示、板書，也包括配比例，如能做到精講多練；教學(xué)效果好壞也體現(xiàn)在學(xué)生互動(dòng)反應(yīng)，如是否積極思考、主動(dòng)發(fā)言。良好的教學(xué)效果意力集中、課堂氣氛活躍。因此，教學(xué)行為分析就是綜合考學(xué)生的課堂注意力(抬頭率、積極響應(yīng)率等)等進(jìn)行識(shí)別和分析。教學(xué)行為分析系統(tǒng)構(gòu)成圖4-4教學(xué)行為分析課堂抬頭率■教室部署的視頻終端和智能教學(xué)終端，實(shí)時(shí)采集課堂上教師和學(xué)生視頻與教學(xué)信息，通過網(wǎng)絡(luò)上傳到云端Al智能分■Al智能分析系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)分析，識(shí)別教師教學(xué)方析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)運(yùn)行在手機(jī)/平板/電腦的客戶端應(yīng)用供校長(zhǎng)、教導(dǎo)主任、教委領(lǐng)導(dǎo)等使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)行為分析數(shù)據(jù)的檢索和查看。教學(xué)行為分析應(yīng)用場(chǎng)景通過對(duì)課堂教學(xué)行為的智能分析，實(shí)現(xiàn)的主要關(guān)鍵智能分析系統(tǒng)識(shí)別并統(tǒng)計(jì)課堂教學(xué)中的講、練、演示、板書等行為，計(jì)算分配比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)程不同階段采用的教學(xué)方法都會(huì)有差異，教學(xué)方法評(píng)價(jià)需要結(jié)合具體課程設(shè)計(jì)進(jìn)行。課堂效果評(píng)價(jià)智能分析系統(tǒng)通過重點(diǎn)分析課堂教學(xué)中學(xué)生的抬頭率和舉手率，完成對(duì)教師課堂教學(xué)效果的評(píng)價(jià)。其中，抬頭率可體現(xiàn)教師講課的吸引力和關(guān)注度，舉手率可體現(xiàn)學(xué)生課堂互動(dòng)情況。4.4.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀4.4.3場(chǎng)景價(jià)值4.5承載需求4.5承載需求單教室30~50個(gè)PAD接入。時(shí)延3~4個(gè)/教室30~50個(gè)/教室1個(gè)/教室6個(gè)/操場(chǎng)30~50個(gè)/班云專線接入≥50Mbps,根據(jù)具體云服務(wù)接入能力1000攝像頭并發(fā)接入44.6小結(jié)■智能分析是學(xué)生智慧教育的大腦，通過大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，進(jìn)行課堂行為析，給教學(xué)指明了改進(jìn)方向?！鲋悄芄芾碇械男袨榉治鰧儆谛屡d的內(nèi)容，也越來越受教育行業(yè)的認(rèn)可，在未來的發(fā)展中，必然質(zhì)量提升和學(xué)生體質(zhì)改進(jìn)上發(fā)揮著重要作用。智慧教育特征是開放、共享、交互、協(xié)作。教育資源服務(wù)通過對(duì)教育資源的開放，讓更多的教育資源自助學(xué)習(xí)資源教育資源服務(wù)，通過構(gòu)建智慧化教育資源服務(wù)平臺(tái)，提供資源中心、教育資訊、教育網(wǎng)盤等服務(wù)。面向教師提供備課授管理、智能題庫(kù)等服務(wù)；面向?qū)W生提供自助學(xué)習(xí)資源、在線作業(yè)、答疑中資源中心匯聚校內(nèi)外各種優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，包括教案、學(xué)案、課件、試卷、作業(yè)等，可服務(wù)于課前、課中、課后各線授課使用。智能題庫(kù)5.1.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀還很少有平臺(tái)部署在公有云上。隨著教育信息化2.0的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺(tái)戰(zhàn)路的推進(jìn)，未來必然是走向云化、智能化，更好5.1.3場(chǎng)景價(jià)值教務(wù)管理服務(wù)面向教職工、學(xué)生和家長(zhǎng)提供全方位的教學(xué)管理服務(wù)，方便教職工辦公，學(xué)生走班選課，家長(zhǎng)對(duì)學(xué)校教務(wù)績(jī)信息的獲取。教育管理服務(wù)，通過構(gòu)建智慧化教育管理服務(wù)平臺(tái)，提供行政辦公、教務(wù)考務(wù)、后勤管理等服務(wù)。面向教師提供辦公/排課、檔案管理、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等服務(wù)；面向?qū)W生提供選課、檔案/成績(jī)管理、綜合評(píng)價(jià)等服務(wù)。圖5-2教務(wù)管理服務(wù)成績(jī)、檔案管理綜合評(píng)價(jià)教師5.2.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀5.2.3場(chǎng)景價(jià)值智慧管理智慧管理圖5-3教育空間圖5-3教育空間學(xué)生空間教師空間教師空間包括教學(xué)管理、師生互動(dòng)、個(gè)人空間等服務(wù)。教學(xué)管理涵蓋教師任教課程情況、任教課程資源、學(xué)生作品展區(qū)、成績(jī)冊(cè)等管理；師生互動(dòng)面向師生提供互動(dòng)討論社區(qū)；個(gè)人空間包括教師信息，個(gè)人日志、微博、相冊(cè)等。學(xué)生空間學(xué)生空間包括學(xué)生個(gè)人信息、學(xué)習(xí)管理和個(gè)人空間等服務(wù)。學(xué)習(xí)管理涵蓋作業(yè)、學(xué)習(xí)過程記錄、課程信息、實(shí)踐信息和成長(zhǎng)記錄等；個(gè)人空間包括分享個(gè)人心得和感悟的日志、微博、相冊(cè)等。家長(zhǎng)空間家長(zhǎng)空間構(gòu)建了家長(zhǎng)與學(xué)校的互動(dòng)交流平臺(tái)。通過家?；?dòng)，家長(zhǎng)可及時(shí)了解孩子在學(xué)校的出勤、學(xué)習(xí)、生活、運(yùn)動(dòng)等情況，如孩子進(jìn)出校門、校內(nèi)表現(xiàn)、考試測(cè)評(píng)、身體健康等，以及學(xué)校的各種教學(xué)信息、計(jì)劃安排和動(dòng)態(tài)新聞，并能通過平臺(tái)與學(xué)校互動(dòng)交流。5.3.2產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀隨著三通兩平臺(tái)建設(shè)的推進(jìn)，作為三通之一的教育空間平臺(tái)已在各地區(qū)得以建設(shè)，但目前大都部署在私有云或在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，還很少有平臺(tái)部署在公有云上。隨著教育信息化2.0的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺(tái)戰(zhàn)略的推進(jìn)，未來必然是走向云化、智能化，更好地提供教育服務(wù)。5.3.3場(chǎng)景價(jià)值教務(wù)空間方便師生互動(dòng)、家?；?dòng)，使教師、家長(zhǎng)、學(xué)生都參與到學(xué)生的學(xué)習(xí)管理中，有利于基于學(xué)生個(gè)體進(jìn)行精準(zhǔn)規(guī)劃和指導(dǎo)，提升教育質(zhì)量和服務(wù)水平。5.4成長(zhǎng)檔案5.4成長(zhǎng)檔案圖5-4成長(zhǎng)檔案綜合價(jià)學(xué)習(xí)檔案運(yùn)動(dòng)檔案形成動(dòng)態(tài)成長(zhǎng)檔案。包括以記錄學(xué)習(xí)成績(jī)、成長(zhǎng)過程為主的學(xué)習(xí)檔案，以記錄體驗(yàn)成績(jī)、課外運(yùn)動(dòng)為主的運(yùn)動(dòng)檔