物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用研究

韓海曉

（廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院 廣州學(xué)院，廣東 廣州510640）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)代表了下一代信息發(fā)展技術(shù)，發(fā)展的目標(biāo)是將世界上任何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來， 具有廣泛的應(yīng)用前景和深刻的社會意義。2008 年第一屆物聯(lián)網(wǎng)國際會議（IOT2008）在瑞士蘇黎世舉行，物聯(lián)網(wǎng)使互聯(lián)網(wǎng)延伸至物理世界，涉及眾多技術(shù)，包括RFID、短距離無線通信、實時定位、傳感網(wǎng)絡(luò)。 物聯(lián)網(wǎng)作為普適計算的一種實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)類型，實現(xiàn)了物理設(shè)施與數(shù)據(jù)中心的有機(jī)融合。物聯(lián)網(wǎng)主要通過在各種物體中嵌入的感應(yīng)器、傳感器節(jié)點來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作，并將采集到的數(shù)據(jù)通過信息承載平臺發(fā)送給后臺服務(wù)設(shè)施，由后臺管理人員按照一定的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析和處理。 物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對感興趣區(qū)域、期間的實時監(jiān)控， 使得人們可以更加方便和動態(tài)的調(diào)整相應(yīng)的管理措施。

1 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵及技術(shù)原理

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵及特征

物聯(lián)網(wǎng)的特征包括連通性、技術(shù)性、智能性和嵌入性。 其中，連通性是物聯(lián)、網(wǎng)的本質(zhì)特征之一。具體是指任意時間的連通性，任意地點的連通性，任意物體的連通性。 技術(shù)性是指射頻識別（RFID）技術(shù)、傳感技術(shù)、納米技術(shù)和智能嵌入技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)具有智能化感知性，它可以感知人們所處的環(huán)境，最大限度地支持人們更好地洞察、利用各種環(huán)境資源以便做出正確的判斷。物聯(lián)網(wǎng)的嵌入性表現(xiàn)在兩個方面，一是，各種各樣的物件本身被嵌入在人們所生活的環(huán)境中；二是，由物聯(lián)網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將被無縫地嵌入到人們?nèi)粘９ぷ髋c生活中。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)原理

信息采集是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，目前主要采用傳感器和電子標(biāo)簽等方式完成。 傳感器用來感知采集點的環(huán)境參數(shù)，電子標(biāo)簽用于對采集點的信息進(jìn)行標(biāo)識，因此傳感器和電子標(biāo)簽技術(shù)構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng)的兩種主要技術(shù)。

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)。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，通過自組織方式實時感知、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。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)易于部署，節(jié)點廉價，靈活性、觀察精度性和性價比較高；具有大量冗余節(jié)點，部分節(jié)點失效后可自組織通信，不會影響整個系統(tǒng)功能；具有計算能力，可以相互協(xié)作；基于傳感器技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)主要應(yīng)用于采集類的業(yè)務(wù)網(wǎng)，隨著技術(shù)的不斷成熟與硬件成本的降低，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用前景也不可忽視。

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 標(biāo)簽、 閱讀器、Savant 中間件、ONS 服務(wù)器和EPCIS 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PLM 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)器實現(xiàn)ONS 和EPCIS 服務(wù)器的功能。 這種模式減少了技術(shù)的開發(fā)難度，應(yīng)用也較廣。

2 物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用

當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已非常的廣泛，與我們的日常生活也密切相關(guān)。 通過傳感器、RFID 技術(shù)的運(yùn)用，物聯(lián)網(wǎng)可將各種物件互聯(lián)并實現(xiàn)智能化的數(shù)據(jù)傳遞和通信，完成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)物體的識別、管理和應(yīng)用等操作。 結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的教育應(yīng)用現(xiàn)狀及相關(guān)研究，物聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用可分為課堂教學(xué)、實驗教學(xué)和教育管理三個方面。

2.1 利用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建智能化課堂教學(xué)環(huán)境

基于物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)環(huán)境下的教學(xué)模式與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，具有更加開放和創(chuàng)新的特征。利用物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)大的物質(zhì)和信息資源優(yōu)勢來建立基于物聯(lián)網(wǎng)的科學(xué)探究模式。 在該模式中，學(xué)生可以最大限度地利用物聯(lián)網(wǎng)資源，并在發(fā)掘物聯(lián)網(wǎng)信息的同時促進(jìn)高級思維能力的發(fā)展該模式能引導(dǎo)學(xué)生在知識建構(gòu)、剖析、探討和問題解決的同時進(jìn)行反思、總結(jié)和提煉有價值的內(nèi)容，并在物聯(lián)網(wǎng)上與其他同學(xué)共享。 傳統(tǒng)課堂教學(xué)的物理環(huán)境所包含的教學(xué)資源比較有限，虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境又缺乏與現(xiàn)實世界的交互。利用物聯(lián)網(wǎng)，不但能全現(xiàn)實世界的物品互連，而且實現(xiàn)了現(xiàn)實世界與虛擬世界的互聯(lián)，能夠有效地支持人機(jī)交互、人與物品之間的交互、人與人之間的社會性交互。 物聯(lián)網(wǎng)的引入使得物理教學(xué)環(huán)境的每個物件都具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化特性，可以與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行無縫整合，可以即時地捕捉、分析師生的教與學(xué)的需求信息，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，為師生提供智能化的教學(xué)環(huán)境與教學(xué)資源。

2.2 利用物聯(lián)網(wǎng)豐富實驗教學(xué)

實驗教學(xué)可以幫助學(xué)生形成概念，理解和鞏固所學(xué)知識，培養(yǎng)觀察、分析和解決

問題的能力，并掌握一些基本技能。 實驗操作中一旦有誤就會影響實驗結(jié)果，可能導(dǎo)致部分學(xué)生失去耐心而馬虎應(yīng)付、抄襲或猜測實驗結(jié)論， 或者因不能發(fā)現(xiàn)問題而影響學(xué)生對后續(xù)實驗的信心和興趣。物聯(lián)網(wǎng)的介入可以為實驗教學(xué)提供一個安全的、共享的、智能化的實驗教學(xué)環(huán)境，比如，部分實驗材料或儀器危險性較高，學(xué)生操作不當(dāng)可能會威脅生命安全。 通過讓學(xué)生佩戴傳感器手表等形式，教師可以記錄學(xué)生實驗過程，及時發(fā)現(xiàn)錯誤并給予正確指導(dǎo)，避免實驗過程中危險的發(fā)生。 每一種實驗器材都有數(shù)字化屬性與使用幫助信息，當(dāng)實驗器材使用不當(dāng)時會自動啟動報警系統(tǒng)，學(xué)生也可通過手中的傳感器向教師發(fā)送信號請求指導(dǎo)。實驗者可以遠(yuǎn)程控制異地納入物聯(lián)網(wǎng)的實驗器材， 實驗過程數(shù)據(jù)可以被實時采集并以適當(dāng)?shù)姆绞教峁┙o實驗者，實現(xiàn)實驗教學(xué)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。

2.3 利用物聯(lián)網(wǎng)支持教學(xué)管理

物聯(lián)網(wǎng)可以用于學(xué)校考勤管理、學(xué)校圖書管理、教學(xué)儀器設(shè)備管理、學(xué)校教育安全管理。 應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以將教育管理模式延伸至整個區(qū)域，如市、區(qū)等行政區(qū)，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)校校間的資源互補(bǔ)、教育部門對學(xué)生的統(tǒng)一管理，進(jìn)一步配合有關(guān)部門對學(xué)生的公共安全和公共服務(wù)管理，從而實現(xiàn)區(qū)域性的教育信息化管理。

2.4 利用物聯(lián)網(wǎng)支持實驗室管理

物聯(lián)網(wǎng)中的各種技術(shù)已應(yīng)用于實驗室管理中，目前應(yīng)用最為廣泛的還是RFID 技術(shù)(射頻識別)。 但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用方式目前還比較單一，尚未實現(xiàn)大規(guī)模的綜合性應(yīng)用，以真正實現(xiàn)便捷的、智能化的、實時的實驗室管理。 國外部分高校己慢慢開始利用RFID 技術(shù)對實驗用品的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、對實驗室過程等進(jìn)行相對全面的系統(tǒng)管理等，但從我國目前各大高校實驗室管理的了解情況而言，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用還十分有限。 就高校的實驗室管理現(xiàn)狀來看，現(xiàn)有的應(yīng)用案例還基本局限于某一領(lǐng)域的技術(shù)或設(shè)備簡單的橫向擴(kuò)展，而尚未注重實現(xiàn)更為緊密的縱向聯(lián)系。

3 結(jié)束語

我國物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展還處于初級階段，目前對物聯(lián)網(wǎng)的研究主要在物流管理、智能家居等領(lǐng)域，在教育領(lǐng)域的探討尚為鮮見，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟和人們關(guān)注程度的不斷提高，相信其在教育中的應(yīng)用將越來越廣泛。它將有助于優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富學(xué)習(xí)資源，改善學(xué)習(xí)方式，節(jié)省管理成本，提高管理效率，加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化進(jìn)程。

［1］朱仲英.傳感網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)展與趨勢[J].微型電腦應(yīng)用，2010（1）：1-3.

［2］王曉靜，張晉.物聯(lián)網(wǎng)研究綜述[J].遼寧大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010（1）：37-39.

［3］傅騫，魏順平，賀龍祥.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用研究[J].中國電化教育，2008(7):105-108.

［4］黃孝斌.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實踐[J].信息化建設(shè)，2009(11):21-22.

［5］吳功宜.智慧的物聯(lián)網(wǎng)[J].機(jī)械工業(yè)出版社，2010.