هوشمند سازی مدارس چیست؟

با گسترش تکنولوژی، آموزش نیز مانند دیگر مسائل مهم دچار تغییرات اساسی شده است. استفاده از روش های نوین آموزشی به عنوان یک راه حل برای همگام نمودن مدارس با دنیای جدید شناخته میشود. علاوه بر تغییر روش های آموزشی، تغییرات محیط نیز میتواند در بهبود عملکرد و شکل آموزش در مدارس تاثیر بسزایی داشته باشد. از همین رو هوشمند سازی مدارس یکی از مسائلی است که میتواند مدارس را به محیطی امن، مجهز، قابل کنترل و مدیریت بهتر و مکانی فوق العاده برا آموزش تبدیل کند. در این مقاله خانه های هوشمند به بررسی مدارس هوشمند، نحوه هوشمند سازی و اجزای آن ها میپردازیم.

هوشمند سازی چیست؟

هوشمند سازی به صورت کلی به معنی اعمال تغییراتی در اشیا و وسایل و ماشین ها است که از طریق آن بتوانند عملکرد های خود را به صورت اتوماتیک و بدون دخالت انسان انجام دهند. از ویژگی های مهم دیگر هوشمند سازی این موضوع اس که این اتوماسیون و خودکار سازی همراه با درک اشیا از محیط و اعمال پاسخ های مناسب در هر لحظه است. در هوشمند سازی، از علوم مختلفی استفاده میگردد. IoT یا اینترنت اشیا به عنوان بستر اولیه هوشمند سازی شناخته میگردد. هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی و کلان داده ها یا BigData نیز از علوم جدیدی است که هوشمند نمودن را میسر کرده است. با هوشمند شدن یک ساختمان میتوانیم علاوه بر کنترل و نظارت دائمی بر روی تجهیزات مختلف، به وسیله سناریو نویسی عملکردهای مختلف در یک ساختمان را به صورت اتوماسیون خودکار انجام دهیم.

ویژگی های مدرسه هوشمند

مدرسه‌های هوشمند با بهره‌گیری از فناوریهای نوین، کیفیت آموزش را به‌طور چشمگیری ارتقا میدهند و از طریق ایجاد محیطی ایمن و نظارتی دقیق، آرامش روانی را برای دانش‌آموزان، اولیا و کادر آموزشی فراهم میکنند. افزایش ضریب ایمنی و امنیت در این مدارس با استفاده از سیستم‌های هوشمند نظارتی مانند دوربین‌های پایشِ، دستگاه‌های کنترل تردد و سنسورهای تشخیص خطر محقق میشود. این نظارتِ همه‌جانبه نه‌تنها بر ساختمان و دانش‌آموزان، بلکه بر عملکرد معلمان، محتوای آموزشی و شیوه‌های تدریس نیز اعمال میگردد تا فرایند یادگیری بهینه شود.

اجزای مدارس هوشمند

مدارس، همچون سایر سازه‌های ساختمانی، از اجزای متعددی مانند سیستم‌های روشنایی، گرمایش و سرمایش، امنیتی، ارتباطی و تجهیزات آموزشی تشکیل شده‌اند که همگی قابلیت یکپارچه‌سازی با فناوری‌های هوشمند را دارند. حتی در مدارس قدیمی نیز میتوان با به‌کارگیری پروتکل‌های استانداردی مانند KNX (سیستمی مبتنی بر سیم‌کشی اختصاصی برای کنترل یکپارچه‌ی تجهیزات) یا راهکارهای بیسیم مانند SHS (سیستم خانه‌ی هوشمند) و دیگر فناوریهای مبتنی بر اینترنت اشیا (IoT)، عملیات هوشمندسازی را اجرا کرد. این سیستم‌ها با اتصال اجزای مختلف ساختمان به یک پلتفرم مرکزی، امکان مدیریت هوشمندِ روشنایی، تنظیم دما، نظارت بر مصرف انرژی، کنترل دسترسی و حتی پایشِ وضعیت سلامت سازه (مانند تشخیص نشت گاز یا آتش‌سوزی) را فراهم میسازند. برای مثال، پروتکل KNX با یکپارچه‌سازی سیستم‌های مختلف در بستر سیم‌کشی واحد، امکان برنامه‌ریزی سناریوهای خاص (مانند خاموشی خودکار چراغ‌ها در ساعت پایان کلاس‌ها) را میدهد، در حالی که سیستم‌های بیسیم با حذف نیاز به تغییرات گسترده در زیرساخت‌های قدیمی، انعطاف پذیری بیشتری برای نصب در مدارس موجود ارائه میکنند. در ادامه به بررسی اجزای مدرسه هوشمند و نحوه هوشمند سازی مدارس میپردازیم.

نور هوشمند

نور شاید مهمترین مسئله در میزان دلچسب بودن یک محیط است. همچنین اگر یک محیط از نور مناسبی برخوردار نباشد میتواند باعث کسلی، بی حوصلگی، خستگی و کاهش راندمان افراد گردد. به علت استفاده های خاص کلاس های درس و لزوم نور مناسب مطالعه در آن، هوشمند سازی نورپردازی در آن ها بسیار مهم میباشد. نور پردازی هوشمند در کلاس ها میتواند نور مناسب فعالیت اصلی در کلاس های درس را به خوبی تامین کند. کلیدهای هوشمند میتوانند در زمان هایی که لازم است نور محیط را کم یا زیاد نماید. این کنترل میتواند از طریق اتوماسیون نویسی به وسیله استفاده از یک سنسور سنجش میزان روشنایی محیط انجام پذیرد. همچنین معلم یا مدیر بر آن نظرات نماید. روشنایی هوشمند به معنی داشتن یک محیط استاندارد به لحاظ شدت و کیفیت نور محیط میباشد.

تهویه هوشمند

تهویه و سیستم های تهویه در بالا بردن آسایش دمایی نقش اصلی را ایفا میکنند. سیستم تهویه کلاس های درس از هر نوعی که باشد قابل اتصال به سیستم مرکزی خانه های هوشمند بوده و از طریق آن میتوان میزان رطوبت و دما را اندازه گیری کرده و با توجه به فصل و نوع فعالیت سیستم تهویه را خاموش یا روشن کند. همچنین این سیستم میتواند حضور یا عدم حضور دانش آموزان در کلاس را تشخیص داده تا در زمان های مناسب روشن گردد. از این طریق به کاهش مصرف انرژی نیز کمک نماید. تهویه هوشمند میتواند انواع سیستم های سرمایش و گرمایش را به صورت هوشمند کنترل نماید و نظارت دائمی بر روی آن وجود دارد.

پرده هوشمند

به خاطر نیاز به نور مناسب، تمامی کلاس های درس استاندارد باید پنجره داشته باشند. از همین رو، نور خورشید میتواند برای دانش آموزان بسیار آزار دهنده باشد. پرده هوشمند با تشخیص میزان روشنایی به صورت خودکار در موقعیتی قرار میگیرد که بیشترین میزان آسایش را برای افراد حاضر در کلاس به همراه داشته باشد. در یک ساختمان هوشمند تمامی اجزا با کمک یکدیگر در افزایش میزان آسایش محیطی و همچنین رضایت مندی از فضا نقش آفرینی میکنند.

امنیت و ایمنی هوشمند

ایمنی و امنیت در کلاس های درس نیز میتواند به وسیله سیستم های هوشمند ساختمانی تامین گردد. استفاده از انواع سنسورهای نشت دود، آتش سوزی و یا گازهای سمی، سنسورهای حرکتی، در و پنجره و … دوربین های نظارتی، قفل های هوشمند و … از تجهیزاتی است که با کمک دیگر اجزای ساختمان هوشمند، امنیت و ایمنی حداکثری را برای ساختمان تامین مینماید. همچنین سنسورهای کیفیت هوا میتوانند در هر لحظه میزان اکسیژن و دی اکسیدکربن محیط را سنجش کرده و در صورت کاهش میزان اکسیژن اعلانات مختلفی را ارسال نماید.

کلاس درس هوشمند چیست؟

یکی از مهمترین خدمات در هنگام هوشمند سازی مدارس، تجهیز کلاس های درس به وسایلی هوشمند است. کلاس هوشمند یک کلاس درس عادی است  که اجزای مختلف آن عملکردهای بهتر، دقیق تر و مناسب تری دارند. در یک کلاس هوشمند علاوه بر مسائل ذکر شده مانند نور و تهویه و … تخته، سطل زباله ها، سیستم های صوتی، ویدئو پروژکتورها، نحوه حضور و غیاب و … هوشمند است. در یک کلاس هوشمند، مدرسین یک دستیار همیشگی دارند که میتوانند با توجه به خلاقیت آن ها در تمامی امور به آن ها کمک نمایند.

تخته هوشمند

دیگر زمان استفاده از تخته های گچی یا وایت بوردهای ماژیکی تمام شده است. تخته های هوشمند، یک صفحه نمایشگر لمسی بزرگ هستند که معلم میتواند نکات آموزشی را روی آن نمایش دهد یا یاد داشت کند. این نکات آموزشی به صورت خودکار ذخیره میگردند تا هیچ دانش آموزی بخشی از درس را فراموش نکند. تخته آموزشی میتواند فیلم، عکس، جزوه ها و مسائل مختلف را با بالاترین کیفیت به نمایش بگذارد. تخته های هوشمند در سایز های مختلفی وجود داشته که مدیران مدارس با توجه به ابعاد کلاس درس میتوانند اندازه مناسب را انتخاب و تهیه نمایند.

حضور و غیاب هوشمند

روش های سنتی حضور و غیاب سال هاست که در مدارس عالی منسوخ گردیده است. تجهیزات مخصوص حضور و غیاب میتواند به وسیله کارت یا اثر انگشت و حتی سیستم های تشخیص صورت کار کند. والدین میتوانند در هر لحظه از حضور فرزند خود در مدارس باخبر گردند. در حضور و غیاب هوشمند سیستم میتواند به صورت مرکزی تمامی دانش آموزان را کنترل نماید.

آزمایشگاه ها و کارگاه های هوشمند

آزمایشگاه‌ها و کارگاه‌های هوشمند با تجهیزات هوشمند طراحی میشوند که ایمنی، دقت و کارایی را همزمان تأمین میکنند. برای نمونه، اجاق‌های القایی هوشمند جایگزین اجاقه‌ای گازی سنتی میشوند تا با حذف شعله‌ی آشکار و امکان تنظیم دقیق دما، خطر آتشسوزی یا سوختگی را به حداقل برسانند. این تجهیزات میتوانند به سنسورهای تشخیصِ حضور مجهز شوند تا در صورت عدم استفاده‌ی طولانی، به‌صورت خودکار خاموش گردند. همچنین، ابزارهای دقیق آزمایشگاهی مانند پیپت‌های خودکار، ترازوهای دیجیتالی با قابلیت اتصال به نرم‌افزارهای تحلیل داده، و میکروسکوپ‌های هوشمندِ قابل اتصال به نمایشگرها، خطای انسانی را کاهش داده و نتایج آزمایش‌ها را با دقت بالاتری ثبت میکنند.

از جنبه‌ی ایمنی، شیرهای برقیِ کنترل گاز و آب که با حسگرهای نشتی آب یکپارچه شده‌اند، بلافاصله در صورت تشخیص نشت، جریان را قطع میکنند و از بروز حوادثی مانند انفجار یا آب‌گرفتگی جلوگیری مینمایند. افزون بر این، سنسورهای تشخیص دود و گرما در ترکیب با سیستم اعلام حریقِ هوشمند، امکان واکنش فوری به حادثه را فراهم میسازند. این تجهیزات ایمنی محیط را تضمین میکنند و داده‌های عملکردی مانند مصرف انرژی، مدت زمان استفاده از دستگاه‌ها و نتایج آزمایشها را به‌صورت خودکار در فضای ابری یا سرور مدرسه ذخیره مینمایند. این داده‌ها برای تحلیل روندهای آموزشی، بهینه سازی فرآیندها و حتی ارائه‌ی بازخورد به دانش‌آموزان قابل استفادهاند.

آشنا کردن دانش‌آموزان با این سیستم‌ها، فرصتی استثنایی برای آموزش مفاهیمی مانند اتوماسیون صنعتی، اینترنت اشیا و برنام‌هنویسی کنترلرها فراهم میکند. برای مثال، دانش‌آموزان میتوانند با نوشتن کدهای ساده، عملکرد یک شیر برقی یا تنظیمات سنسورها را تغییر دهند یا داده‌های ذخیره‌شده‌ی آزمایشها را با نرم‌افزارهایی مانند Excel یا Python تحلیل کنند. این تجربه‌های عملی، علاوه بر تقویت مهارتهای فنی، علاقه‌ی آنها را به رشته‌های نوینی مانند رباتیک، هوش مصنوعی و مهندسی مکاترونیک افزایش میدهد. در نهایت، آزمایشگاه‌های هوشمند محیطی امن برای یادگیری فراهم میکنند و با شبیه سازی فناوریهای مورد استفاده در صنعت، دانش‌آموزان را برای آینده‌ی شغلی در دنیای دیجیتال آماده میسازند.

روش های آموزشی هوشمند

روش‌های آموزشی هوشمند، به ویژه در پی همه‌گیری کرونا، به‌عنوان یکی از ارکان اصلی تحول نظام آموزشی مطرح شدند. آموزش از راه دور با استفاده از پلتفرم‌هایی مانند ادوبی کانکت، اسکای روم و نرم‌افزارهای مبتنی بر هوش مصنوعی، نه‌تنها جایگزین کلاس‌های حضوری شد، بلکه به‌مرور به روشی پایدار و تکمیلی تبدیل گردید. این شیوه‌ها تنها به برگزاری کلاسهای آنلاین محدود نمیشوند؛ بلکه شامل استفاده از ربات‌های آموزشی برای تقویت مهارت‌های عملی در درس‌هایی مانند علوم و ریاضی، اسباب بازی‌های هوشمندِ برنامه‌پذیر برای پرورش خلاقیت کودکان، و نرم‌افزارهای شبیه‌ساز تعاملی برای درک مفاهیم پیچیده میگردند. به‌عنوان مثال، ربات‌هایی که با کمک دانش‌آموزان کدنویسی میشوند یا اسباب بازی‌هایی که از طریق اپلیکیشن، مفاهیم پایه‌ی الکترونیک را آموزش میدهند، تجربه‌ی یادگیری را ملموس‌تر و جذاب‌تر میکنند.

آموزش بر بستر اینترنت نیز با امکاناتی مانند کلاس‌های معکوس (Flipped Classroom)، آزمون‌های آنلاینِ تطبیقی و سیستمهای مدیریت یادگیری (LMS) تکامل یافته است. در این روش‌ها، محتواهای آموزشی به‌صورت ویدئوهای کوتاه، بازی‌های آموزشی یا واقعیت افزوده (AR) در اختیار دانش‌آموزان قرار میگیرد تا پیش از کلاس، مطالب را فراگیرند و زمان حضور در کلاس (حتی مجازی) به بحث، حل مسئله و فعالیت‌های گروهی اختصاص یابد. یک مدرسه‌ی هوشمندِ پیشرو، با مجهز بودن به زیرساخت‌های فنی مانند سرورهای پرسرعت، شبکه‌ی اینترنت پایدار و تجهیزات صوتی-تصویری باکیفیت، میتواند این کلاسها را با کمترین اختلال و بالاترین سطح تعاملی برگزار کند. همچنین، یکپارچگی این سیستم‌ها با سامانه‌های مدیریت مدرسه، امکان تحلیل داده‌های آموزشی (مانند مدت زمان تمرکز دانش‌آموزان یا نقاط ضعف درسی) را فراهم میسازد تا معلمان با دقت بیشتری به رفع مشکلات یادگیری بپردازند.

این تحولات نشان میدهد که آموزش در آینده، ترکیبی از روش‌های سنتی و فناورانه خواهد بود؛ جایی که هوشمندسازی به محتوا، شیوه‌ی تدریس و حتی ارزیابی دانش‌آموزان نفوذ میکند و محیطی پویا برای پرورش نسلی آشنا با علوم دیجیتال ایجاد مینماید.