物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育中的應(yīng)用

1國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展信息采集是基于網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。它主要通過傳感器和電子標(biāo)記簽署，即基于傳感器技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)和基于rfid（輻射識別技術(shù)，也稱為電子標(biāo)記簽署）技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。(1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作原理基于傳感器技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)又稱為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)。傳感器是一種可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號,并按一定規(guī)律將其變換成電信號等形式輸出,以滿足信息的傳輸處理、存儲顯示、記錄控制等要求的檢測裝置。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以各種方式在被感知對象內(nèi)部或者附近部署節(jié)點(diǎn),通過自組織方式實(shí)時感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中的信息,并通過多跳網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)經(jīng)接收器傳送到遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行操控?；趥鞲衅骷夹g(shù)的物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于采集類的業(yè)務(wù)網(wǎng),如對視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集,對冰箱、微波爐等家用電器的數(shù)據(jù)采集和適度控制等。(2)基于rfid技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)RFID是20世紀(jì)90年代興起的一種利用射頻信號通過空間耦合產(chǎn)生磁場實(shí)現(xiàn)無接觸傳遞信息并將信息用于自動識別的技術(shù)。該類物聯(lián)網(wǎng)由EPC(ElectronicProductCode,電子產(chǎn)品代碼)標(biāo)簽、閱讀器、Savant中間件、ONS(ObjectNamingService,對象名解析服務(wù))服務(wù)器和EPCIS服務(wù)器(EPCInformationService,又稱為PhysicalMarkUpLauguageServer,產(chǎn)品代碼信息服務(wù))服務(wù)器組成。EPC標(biāo)簽可在遠(yuǎn)距離、不接觸、多標(biāo)簽、高速運(yùn)動中穿透性反復(fù)讀寫,有很強(qiáng)的抗水、抗油污能力和耐磨性,與閱讀器組成RFID系統(tǒng),用于識別、跟蹤和定位物體。Savant中間件、ONS服務(wù)器和EPCIS服務(wù)器組成信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),進(jìn)行信息的存儲、查詢和共享。基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:物流管理、門禁安防系統(tǒng)、電子支付、身份標(biāo)識等。短距離、小規(guī)模的應(yīng)用可使用本地應(yīng)用程序服務(wù)器實(shí)現(xiàn)ONS和EPCIS服務(wù)器的功能。2智能識別網(wǎng)絡(luò)隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟與硬件成本的不斷降低,其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用前景也越來越受到人們的重視。在高校現(xiàn)有的校園網(wǎng)基礎(chǔ)上,利用射頻識別、傳感器、無線數(shù)據(jù)通信、計算機(jī)等技術(shù),構(gòu)造一個比校園網(wǎng)現(xiàn)有應(yīng)用更加廣泛的校園物聯(lián)網(wǎng)。在這個網(wǎng)絡(luò)中,系統(tǒng)可以自動的、實(shí)時的對物體進(jìn)行識別、定位、追蹤、監(jiān)控,觸發(fā)相應(yīng)事件。通過它可以突破以往校園區(qū)域范圍內(nèi)的信息應(yīng)用和管理的模式,使數(shù)字化、智能化校園獲得更加長足的發(fā)展。(1)用特殊的傳感器記錄學(xué)生的使用過程中出現(xiàn)的問題課堂互動反饋是教學(xué)中的重要環(huán)節(jié),有助于教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況,調(diào)節(jié)教學(xué)進(jìn)程。傳統(tǒng)教學(xué)中常采用察言觀色、課堂提問或課堂練習(xí)等方式來檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)情況。這些方式存在猜測成份較重、不能顧及全體、工作量大與反饋不及時等問題?？梢酝ㄟ^給學(xué)生佩戴一些特殊的傳感器記錄學(xué)生的腦電圖、血壓、體溫等生理信息及眼動、手部輕微移動等運(yùn)動信息,引入心理學(xué)相關(guān)測試技術(shù),得出學(xué)生的緊張程度、注意力狀況、動腦情況等。教師根據(jù)這些反饋信息可以調(diào)整教學(xué)計劃和教學(xué)活動,對典型學(xué)生點(diǎn)名提問來發(fā)現(xiàn)問題,或?qū)€別表現(xiàn)異常學(xué)生進(jìn)行輔導(dǎo),從而進(jìn)一步提高學(xué)生注意力和參與度,促進(jìn)師生間交流。教師也可因材施教,定制教學(xué)并進(jìn)行教學(xué)評價。(2)缺乏感性認(rèn)識高校中很多學(xué)科都需要通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行研究和驗(yàn)證,有些實(shí)驗(yàn)往往要持續(xù)觀察很長時間,有些實(shí)驗(yàn)可能因?qū)W生操作太過危險、實(shí)驗(yàn)器材數(shù)量不夠等原因?qū)е虏糠謱W(xué)生不能親自動手做而缺乏感性認(rèn)識,進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)的枯燥和乏味,影響學(xué)習(xí)的積極性。教師可將各類傳感器安裝在實(shí)驗(yàn)器材上,實(shí)驗(yàn)人員通過遠(yuǎn)程控制這些實(shí)驗(yàn)器材來實(shí)時采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(如溫度、壓強(qiáng)、液體濃度等),所測取的數(shù)據(jù)通過校園網(wǎng)及時發(fā)布給實(shí)驗(yàn)人員使用,并上傳至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行存儲。這樣可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的長期持續(xù)獲取,既保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的全面性、真實(shí)性和有效性,也實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變,增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源有限的問題,節(jié)省了各類經(jīng)費(fèi)。(3)“以人為本”的學(xué)習(xí)支持服務(wù)的必要性泛在學(xué)習(xí)(U-Learning),顧名思義就是指無時無刻的溝通,無處不在的學(xué)習(xí),是一種任何人可以在任何地方、任何時刻獲取所需的任何信息的方式。泛在學(xué)習(xí)的目標(biāo)就是創(chuàng)造讓學(xué)生隨時隨地、利用任何終端進(jìn)行學(xué)習(xí)的教育環(huán)境,實(shí)現(xiàn)更有效的學(xué)生中心教育。在泛在學(xué)習(xí)的環(huán)境下,學(xué)習(xí)支持服務(wù)將更加人性化,通過對學(xué)習(xí)者的相關(guān)記錄進(jìn)行綜合分析,為他們提供個性化的支持服務(wù),真正體現(xiàn)“以人為本”的理念。校園物聯(lián)網(wǎng)可以更好地支持泛在學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn),學(xué)習(xí)者可以隨時隨地利用終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)連接,實(shí)現(xiàn)任何時間、地點(diǎn)和任何人與資源的連接。泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)可為學(xué)習(xí)者提供智能化學(xué)習(xí)服務(wù),通過傳感器自動操控各類學(xué)習(xí)輔助工具和實(shí)驗(yàn)設(shè)備,使學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)生天翻地覆的變化。(4)無線射頻rf模塊在校的大學(xué)生手中,幾乎人手一部手機(jī),這就為實(shí)現(xiàn)校園的信息化和智能化建立了設(shè)備基礎(chǔ)。通過在原有手機(jī)的SIM卡芯片中集成無線射頻(RF)模塊,學(xué)生使用這種特制的RFID-SIM卡刷卡后即可完成身份識別、消費(fèi)支付和信息交互等功能。如:門禁認(rèn)證、出勤登記、圖書借閱、校內(nèi)日常餐飲服務(wù)、洗浴服務(wù)、復(fù)印打印服務(wù)、上網(wǎng)服務(wù)、學(xué)費(fèi)交轉(zhuǎn)等。(5)圖書方位信息的上傳隨著各大高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大,其藏書量也在逐年增加,加之圖書存在歸架錯誤等問題,傳統(tǒng)圖書條碼查找的方式會浪費(fèi)大量時間。通過在圖書上粘貼RFID標(biāo)簽,在館藏范圍設(shè)置多個閱讀器,由閱讀器坐標(biāo)確定圖書的方位信息并傳送給定位服務(wù)器,讀者和管理員用客戶機(jī)或手機(jī)登錄定位服務(wù)器查詢圖書信息,也方便了新書上架、圖書歸架及亂架圖書的整理工作,提高了尋找丟失書籍和盤點(diǎn)文獻(xiàn)資料的效率。還可以利用自助還書機(jī)設(shè)備對粘貼有RFID標(biāo)簽的圖書進(jìn)行掃描、識別和歸還處理,有利于幫助讀者進(jìn)行自助式圖書的歸還、續(xù)借操作,避免排隊(duì)現(xiàn)象的發(fā)生,甚至可以實(shí)現(xiàn)“拿走即借、放回即還”的高度RFID化物流管理模式,從而有效提升圖書管理效率、簡化圖書管理流程、降低圖書管理人員的勞動強(qiáng)度,為讀者提供更加便利快捷的圖書借還書、查詢等服務(wù)。(6)設(shè)備的管理管理會通過設(shè)置rfid標(biāo)簽或安裝傳感器進(jìn)行統(tǒng)一管理高校里大量的教學(xué)儀器和設(shè)備存在著分布離散、管理難度大、無專人管理和保養(yǎng)等情況。通過給各類設(shè)備粘貼RFID標(biāo)簽或安裝傳感器,分配專人管理,可以進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度,有效防止儀器設(shè)備的丟失。當(dāng)儀器出現(xiàn)高溫、斷電等問題時,傳感器可以自動報警通知專人處理。(7)教室及空調(diào)等設(shè)備控制學(xué)習(xí)環(huán)境(如溫度、光線強(qiáng)度等)可以從很大程度上影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。通過在教室里布置傳感器節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)測教室各角落的溫度和光線等情況,并根據(jù)事先設(shè)定的閾值自動調(diào)節(jié)教室內(nèi)照明燈亮度,自動調(diào)節(jié)空調(diào)溫度,根據(jù)室外光照強(qiáng)度調(diào)整窗簾高度等,這樣可以給學(xué)生提供一個舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境,促進(jìn)學(xué)生更好地學(xué)習(xí)。另外,教室和實(shí)驗(yàn)室的燈光、空調(diào)、電腦等設(shè)備可以根據(jù)人員進(jìn)入或離開自動控制電源開關(guān)。學(xué)生宿舍的供電負(fù)荷也可以通過校園物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控,迅速發(fā)現(xiàn)電負(fù)荷的劇烈變化,防范火災(zāi)、觸電等人身傷害事故,實(shí)現(xiàn)對電量的有效監(jiān)管,從而節(jié)約能源。(8)利用校園物聯(lián)網(wǎng)目前,很多高校都有好幾個校區(qū),校區(qū)和校區(qū)之間相隔較遠(yuǎn),學(xué)生生病就醫(yī)不太方便,每個校區(qū)都建一所醫(yī)院投入太大,也不太現(xiàn)實(shí)。因此,可以借助簡易實(shí)用的醫(yī)療傳感設(shè)備,對在校生病學(xué)生的生理指標(biāo)進(jìn)行自測,將生成的生理指標(biāo)數(shù)據(jù)通過校園網(wǎng)傳送到校醫(yī)院,遠(yuǎn)程診治學(xué)生。利用校園物聯(lián)網(wǎng),可以創(chuàng)建校內(nèi)120服務(wù)、醫(yī)療問診服務(wù)、師生健康檔案管理服務(wù)等。尤其針對高危傳染疾病時,如類似非典、甲流等高傳染性疾病,可以使醫(yī)務(wù)人員無須進(jìn)入高危隔離區(qū),進(jìn)行日常對隔離人員的相關(guān)項(xiàng)目檢測,有效地保護(hù)醫(yī)療人員。(9)校園危險區(qū)域的自動監(jiān)控、存儲和管理現(xiàn)在的高校校園面積都比較大,師生人數(shù)眾多,安保管理非常復(fù)雜。媒體上經(jīng)常會曝出一些高校出現(xiàn)的安全事故,給師生的人身財產(chǎn)安全造成損害,也會在一定程度上影響高校的聲譽(yù)。利用校園物聯(lián)網(wǎng)就可以對高校校園的安全管理進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控,突破時間、空間的限制,實(shí)現(xiàn)全天候、全地域智能安保。比如:將分散在校園各處的獨(dú)立的圖像采集點(diǎn)聯(lián)網(wǎng),實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān)控,對學(xué)生安全進(jìn)行監(jiān)管,實(shí)現(xiàn)對校園安全統(tǒng)一監(jiān)控、存儲和管理;在校園的一些危險區(qū)域,如水邊、頂樓、施工場所等或者校園的一些治安死角架設(shè)RFID讀取器,當(dāng)學(xué)生處于這些區(qū)域時識別出學(xué)生身份并自動發(fā)出語音警示,并配合校方監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視現(xiàn)場狀況進(jìn)行及時處理;在學(xué)校的教學(xué)區(qū)、學(xué)生宿舍等限制外來人員進(jìn)出的區(qū)域安裝多個感應(yīng)節(jié)點(diǎn),當(dāng)外來人員進(jìn)入時會自動語音報警并通知安保人員及時處理;在學(xué)校內(nèi)部的機(jī)動車上安裝RFID標(biāo)簽,在各個校門口識別并控制機(jī)動車的進(jìn)出,將?？繒r間、準(zhǔn)確?？康攸c(diǎn)等信息與管理平臺及個人手機(jī)綁定;在學(xué)校人員比較集中的區(qū)域,如教室、實(shí)驗(yàn)室、宿舍、圖書館、體育館等安裝密集的傳感器節(jié)點(diǎn),監(jiān)測自身周圍溫度和煙霧濃度等參數(shù)變化,一旦出現(xiàn)異常,即可啟動噴淋系