物聯網技術與教育裝備精細化管理前瞻

■艾倫 興喬 何智

物聯網技術與教育裝備精細化管理前瞻

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首先簡單介紹物聯網技術的發展與教育裝備精細化管理的需求，然后提出利用物聯網技術實現教育裝備精細化管理的解決方案。

物聯網；教育裝備；精細化管理

物聯網（Internet of things）技術的概念于1999年由美國MIT首次提出，此后在世界各國迅速發展。目前，物聯網技術已經不是停留在概念上的東西，它正在逐漸進入人們的生活，使得信息技術、互聯網技術的社會服務通過它而真正著實落地。就這一點上講，中國與世界發達國家在技術上處于同一條起跑線上。物聯網技術在中國的發展為教育裝備精細化管理創造了物質條件和技術條件，使教育裝備人不得不重新思考在教育裝備使用、管理和評價上的創新，讓工作更加有保障，更加有實效。

物聯網技術發展簡述

物聯網是在Internet互聯網基礎上發展起來的新興技術，它將無線傳感器網（WSN：Wireless Sensor Networks）、射頻識別（RFID：Radio Frequency Identification）、互聯網、智能運算等技術融合在一起，實現人與人、人與物、物與物（M2M：Machine-to-Machine）之間全方位的信息交換和處理，而在此之前的互聯網技術只能完成人與人之間的聯系[1]。圖1示出物聯網形成的結構。人類在了解社會時，只需要通過人自己的感覺器官（眼耳鼻舌身）感知基本上就可以了。但是在了解和控制物質的物理世界時，則必須借助各種儀器設備（望遠鏡、顯微鏡、機械手等）延伸自己的感官和肢體功能。通過物聯網可以使“任何人在任何時間、任何地點，以任何方式對任何事物的了解和控制”（5A）成為可能，即除人與計算機之外還實現一切必要設備的Internet的接入。

物聯網的關鍵技術是無線傳感器網和射頻識別。無線傳感器是為了實現對遠程設備的通信與控制，那些被選中的設備必須配備上各種特定的傳感器（溫度、濕度、壓力、全球定位、開關狀態等），以將其所處環境、電氣性能、工作狀態以及執行結果等信息進行采集、編碼和傳輸。無線傳感器網的一個典型應用是現在國內許多地方開始實行的智能電網系統，在這個系統中各家的智能電度表就是物聯網的終端設備。而射頻識別（稱為電子標簽）技術則是為每個需要了解的物品賦予一個唯一的ID號，這個ID號記錄在射頻IC芯片中，芯片則安放在物品上，并采用無線方式進行讀取和識別。這種電子標簽主要用于需要了解其存在狀態的物品，如物流中的貨品、貨架上的商品、借閱中的圖書等。

物聯網的另一個關鍵性的問題是標準化。2008年，中國提出的傳感網發展方向的頂層設計已被納入ISO/IEC SGSN總體技術中，自此中國在該領域與世界先進國家站在同一條起跑線上。ISO/IECJTC1 SC6的傳感網標準規定了無線空中接口、設備接口、中間件技術、計算技術、存儲技術、信息處理技術、管理協議、數據編碼和協議、應用層協議及其他[1]。

目前，物聯網也面臨一些發展中的問題，如網絡安全性問題、低成本傳感器芯片與低成本RFID芯片的開發生產問題等。這些基本問題不解決，物聯網的發展速度將受到限制。

教育裝備需要精細化管理

中國教學儀器設備行業協會會長、教育部教學儀器研究所所長王富同志對全國教育裝備人員多次明確提出“建、配、管、用”的工作任務，為教育裝備從經驗管理走向科學管理指明了方向[2]。從更宏觀的角度講，“建”與“配”也應該屬于“管”的范疇，而“管”的最終目的在于“用”，即教學的充分應用與科學應用。其中的“管”就是教育裝備的科學化管理（包括教育裝備論證、設計、采購、建設、配備、評價等）。教育裝備管理應迅速從經驗型管理轉變為科學化管理，并從粗放式管理轉變為精細化管理。

精細化管理（Delicacy Management）的概念源于被譽為科學管理之父的泰勒（美國）在1911年發表的《科學管理原理》一書，主要用于對企業生產的管理。第二次世界大戰以后，隨著企業規模的擴大，生產技術日趨復雜，產品更新換代周期縮短，對生產協作的要求越來越高，從而對企業經營者管理提出更加精細化的要求。企業精細化管理最成功的案例當屬零售業的沃爾瑪公司。沃爾瑪堅持精細化管理，專注于商品經營的每個細節，最終將小商品買賣做大，與微軟公司一決雌雄，坐上了世界500強第一把交椅，成為全球公認的零售業龍頭老大[3]。

企業經營追求的是商業利潤，教育裝備提倡精細化管理則是中國走教育現代化道路對教育裝備人提出的戰略要求。2010年制定的《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》中提出，到2012年全國教育經費投入將要達到全年GDP的4%的目標。2010年中國GDP約為40萬億，按照目前GDP的平均增長速率（年增長率為8%）計算，到2012年GDP將達到約45萬億，教育經費中央財政投入就會達到1.8萬億人民幣，加上地方財政投入，會使全國平均每個在校生在教育裝備上的經費數超過1萬元/年（全國約有2.5億在校生）。這么巨大的教育裝備數量對教育裝備管理人員提出更高的要求，教育裝備精細化管理刻不容緩。但是，目前全國教育裝備的配備情況與使用情況不容樂觀。各地配備的均衡性且不必說，僅過度配備、盲目追風配備、失諧配備（不匹配）的情況就非常嚴重[4]。而在使用方面也存在很多問題，教育裝備的效能沒有充分發揮，一些設備的配置過高而使用率偏低。更重要的是在管理中并沒有發現和無法如實地實時發現這些問題。采取精心化管理將是發揮裝備效能，提高教學效率，優化教學效果，產生教育效益的有效途徑。

基于物聯網技術的教育裝備精細化管理解決方案

從方法論的角度考慮，進行教育裝備的科學化和精細化管理需要包括決策理論、運籌學、系統工程、復雜系統在內的很多理論和操作方法。這些理論和方法注重定量分析與數學的應用，以及系統結構與整體的協調性。但是，讓所有的教育裝備管理人員都去掌握這些理論和方法是不太實際的?！皬碗s的事情簡單化，簡單的事情流程化，流程化事情定量化，定量的事情信息化”是一些在精細化管理中成績斐然的企業總結出的精細化管理的有效方法。信息時代，精細化管理的最終落腳點是信息化管理。還是那個前文提到的沃爾瑪，從2003年開始在貨箱和貨盤上使用RFID標簽，如今正在努力推進單品級RFID標簽的使用。一些研究表明，引入單品級RFID管理系統的門店，銷售額比非RFID門店提高14%，同時還能提供99%的店面庫存可見度（也減少了貨品丟失），并減少30%的勞動力和15%的庫存[5]。只此一項就使沃爾瑪每年可以節省83.5億美元，其中大部分是因為不需要人工查看進貨的條碼而節省的勞動力成本[6]。

圖2 物聯網校園設備管理示意圖

教育現代化需要教育裝備的現代化，教育裝備的現代化則主要體現在管理的現代化，教育裝備管理的現代化提出精細化管理的目標，而精細化管理則有可能通過物聯網技術實現。圖2示意出為滿足教育裝備精細化管理而設計的物聯網的拓撲結構，其中核心部件為物聯網路由器（圖中標有Cortex-M3的部分）。通過它就可以實現對校園中的各種設施、設備、儀器甚至人員進行遠程、自動化和智能化的數據采集與控制，例如：多媒體教室設備的使用狀態、使用時間、開關機的智能化監督；開放實驗室設備無人值守、登記、使用的智能化監控；實驗教學中學生操作能力評價的智能化監考；學生校園活動安全的智能化監護；等等。

為了實現上述功能，該物聯網路由器必須是一個多協議的無線網絡接入平臺，例如：應該兼容基于微型IPV6協議棧的6LoWPAN無線網絡協議；兼容基于ZIGBEE協議棧和IEEE 802.15.4的低速短距離2.4 G無線網絡協議；兼容基于802.11b/g的2.4 G WiFi網絡協議；兼容低于1 GHz的無線網絡協議；等等。不僅如此，目前它還應該兼容各種設備的有線電氣接口，如RS-232接口、RS-485接口、GPIB接口等。當然，追求的最終目標應該是無線傳感器網，即所有設備的接口都應該無線化。

物聯網的出現和其技術的快速發展為教育裝備的精細化管理提供了優越的條件，會使裝備管理工作更加科學、精準、真實而有效。抓住這個機遇，發展這個應用，必將推進教育裝備現代化的進程，從而實現中國教育的現代化、培養人才的現代化和科學技術發展的現代化。■

[1]黃濤.物聯網技術與應用發展的探討[J].信息通信技術,2010,4(2):9-13,20

[2]王富.貫徹落實2011年全國教育工作會議精神 認真做好教育裝備工作[J].中國教育技術裝備,2011(8):21

[3]范愛民.精細化管理[EB/OL].http://www.51topsuccess.cn

[4]艾倫.理性對待電子白板[J].中國教育技術裝備,2009(8):13-14

[5]劉勇.沃爾瑪：物聯網全程聯動[J].商界：評論,2010(6):84-85

[6]RFID[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/26303.htm

（作者單位：1 首都師范大學；2 中國教育技術裝備雜志社；3 北京市教育技術設備中心）

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.11.048