物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校多媒體教室管理中的應(yīng)用研究

牛曉強(qiáng)

摘要：近年來，多媒體工具的使用已成為現(xiàn)有教學(xué)系統(tǒng)的重要組成部分。隨著物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為大學(xué)校園多媒體教室提供了新的技術(shù)和信息管理方法。本文以贛南衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院為例，分析了多媒體教室管理存在的問題，并基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧多媒體教室功能需求分析，從三個(gè)層面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在多媒體教室管理中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，旨在促進(jìn)多媒體教學(xué)設(shè)備得到高效利用和有效管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)? 高校? 多媒體教室? 管理

近年來，物聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，使其在智能領(lǐng)域的應(yīng)用有了廣闊的前景，也給現(xiàn)代教育系統(tǒng)帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，高校將多媒體建設(shè)作為教育信息化的重要環(huán)節(jié)，通過建立信息化的多媒體教室，以增強(qiáng)教學(xué)效果，促進(jìn)教育發(fā)展改革。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為大學(xué)校園中多媒體教室提供了新的技術(shù)和信息管理方法，通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)智能多媒體教室，能提高多媒體信息管理水平，實(shí)現(xiàn)教室管理系統(tǒng)與現(xiàn)有智慧校園業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互發(fā)展。

一、相關(guān)概念和理論基礎(chǔ)

1.物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)在歐美被稱為IOT（The Internet of Things），強(qiáng)調(diào)了萬物互聯(lián)的觀念。物聯(lián)網(wǎng)根據(jù)約定的協(xié)議使用傳感器、射頻識(shí)別及其他信息工具，與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行連接，并交換被測(cè)物的各種信息，如聲音、光、熱、電、機(jī)械、化學(xué)、生物等信息。

（1）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)涵蓋了信息搜索、傳輸、存儲(chǔ)和處理等全過程，通過RFID射頻識(shí)別和傳感器等技術(shù)獲得信息，運(yùn)用通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，并使用多種智能計(jì)算技術(shù)來分析和處理大量數(shù)據(jù)與信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象的智能控制和管理。

（2）物聯(lián)網(wǎng)的組成

典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由三部分組成，即RFID系統(tǒng)、中間件Savant系統(tǒng)和Internet系統(tǒng)。其中，RFID系統(tǒng)代表射頻識(shí)別，可以快速跟蹤項(xiàng)目并交換數(shù)據(jù)，它主要由標(biāo)簽、讀取器和天線組成;Savant是解讀器和互聯(lián)網(wǎng)之間的中間件，是一種數(shù)據(jù)挖掘工具，用來捕獲、監(jiān)視和傳輸數(shù)據(jù)。

2.SQL Server簡介

SQL Server是Microsoft發(fā)布的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)產(chǎn)品，其功能是可以管理和組織所有數(shù)據(jù)，包括結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化文檔數(shù)據(jù)，并且可以即時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。同時(shí)，它具有強(qiáng)大的兼容性，允許用戶在Microsoft.NET和Visual Studio開發(fā)的自定義應(yīng)用程序中使用數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)時(shí)代，SQL Server為企業(yè)數(shù)據(jù)需求提供了重要保證，使企業(yè)能夠輕松訪問數(shù)據(jù)庫，尤其是其具有出色的系統(tǒng)安全性、可靠性和可伸縮性。

3.B/S結(jié)構(gòu)簡介

B/S結(jié)構(gòu)是指瀏覽器和服務(wù)器端，它的最大優(yōu)勢(shì)是客戶端不需要維護(hù)，適用于龐大的用戶群或客戶需求經(jīng)常變化的情況。對(duì)于較大的B/S體系結(jié)構(gòu)軟件單元，無論用戶有多大，有多少分支機(jī)構(gòu)，都不會(huì)增加維護(hù)工作量，所有用戶只需在服務(wù)器上執(zhí)行操作;如果沒有站點(diǎn)，用戶只需將服務(wù)器連接到專用網(wǎng)絡(luò)，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)，以及升級(jí)和共享。

二、贛南衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院多媒體教室管理存在的問題

目前，贛南衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院多媒體教室共有33間，且分布在不同樓層，管理和維護(hù)工作非常困難。由于班級(jí)數(shù)量的增加及多媒體教學(xué)工具的老化，導(dǎo)致多媒體教室管理變得復(fù)雜。

1.管理模式落后，效率低下

以教室的反饋信息與統(tǒng)計(jì)信息為例，管理人員仍然使用登記簿進(jìn)行記錄，一方面，容易造成管理方之間溝通不暢;另一方面，影響了正常的教學(xué)和績效管理效率。傳統(tǒng)的建設(shè)模式注重功能建設(shè)，忽略了系統(tǒng)運(yùn)行模式規(guī)劃，導(dǎo)致系統(tǒng)的運(yùn)行管理不同程度地依賴于管理人員的介入，高校教室數(shù)量眾多與管理人員少，服務(wù)力量之間不匹配。

2.教師使用方法不當(dāng)導(dǎo)致設(shè)備故障

由于多媒體設(shè)備操作困難，許多老教師不了解現(xiàn)代技術(shù)產(chǎn)品的操作方法，不能有效發(fā)揮多媒體技術(shù)的功效。當(dāng)他們遇到一些簡單的問題時(shí)，會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間與管理員聯(lián)系，以便解決問題。一些教師對(duì)操作過程不熟悉，而是在下課時(shí)立即拉動(dòng)鑰匙開關(guān)，以關(guān)閉設(shè)備的電源，這通常會(huì)損壞計(jì)算機(jī)和投影儀等設(shè)備，容易造成設(shè)備故障。

3.硬件損壞經(jīng)常發(fā)生

多媒體類設(shè)備的連接是復(fù)雜的，并且類型很多。在實(shí)際結(jié)構(gòu)中，多個(gè)設(shè)備是通過集中式中央控制模塊接口進(jìn)行連接和控制。但是，連接的設(shè)備越多，操作的復(fù)雜性就越高，工作中無法預(yù)料的條件也越多。一些教師不熟悉多媒體工具，操作經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致設(shè)備損壞現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，這不僅影響了正常的教學(xué)質(zhì)量，還增加了設(shè)備維護(hù)的成本。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在贛南衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院多媒體教室管理中的應(yīng)用

1.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能多媒體教室功能需求分析

智能多媒體教室旨在通過各種軟件和硬件設(shè)施為教室提供技術(shù)支持。當(dāng)前，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的多媒體教室的功能需求由以下幾部分組成：在多媒體教室中，通過物聯(lián)網(wǎng)中控連接控制平臺(tái)，以達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控教室的基本條件，還需要對(duì)空調(diào)、燈光等教室復(fù)數(shù)設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制功能，并使用射頻識(shí)別技術(shù)收集基本設(shè)備信息和維修狀態(tài)，通過平臺(tái)及時(shí)將信息反饋給檢修人員。

2.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在多媒體教室的架構(gòu)設(shè)計(jì)

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立智能多媒體教室時(shí)，高校可以通過分層架構(gòu)選擇合適的連接端口，確保功能可擴(kuò)展性。當(dāng)前的體系結(jié)構(gòu)可以分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。具體如下：

（1）感知層設(shè)計(jì)

如圖1所示，多媒體教室的感知層：安裝RFID系統(tǒng)，管理員可以通過遠(yuǎn)程處理看見問題;安裝適當(dāng)?shù)臋z測(cè)傳感器，以遠(yuǎn)程控制教學(xué)設(shè)備，如多媒體柜、計(jì)算機(jī)、投影儀等;安裝身份采集器（包括IC卡、二維碼讀取），管理員可以了解教室的使用人員。同時(shí)，通過與網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層動(dòng)態(tài)交互最終實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制的多媒體教學(xué)過程，提高教學(xué)工具的智能操作水平。

（2）網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)

如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)以太網(wǎng)與其他類型，如RS232、RS485、USB、DI/DO、ZIGBEE等不同介質(zhì)類型傳輸協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和上下行數(shù)據(jù)的通訊，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層以IBM Mosquitto MQTT消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議構(gòu)建基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)通訊平臺(tái)，由學(xué)校校園有線無線網(wǎng)、運(yùn)營商移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)組成。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還具備邊界計(jì)算功能，可以處理來自感知層的數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)邏輯和控制策略進(jìn)行智能化控制。

（3）應(yīng)用層設(shè)計(jì)

應(yīng)用層通過感知層數(shù)據(jù)以生成信息，構(gòu)建智能教學(xué)應(yīng)用程序平臺(tái)，如教室訪問和考勤系統(tǒng)、硬件設(shè)備控制系統(tǒng)、系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、移動(dòng)教育平臺(tái)和智能教學(xué)管理系統(tǒng)等。應(yīng)用層設(shè)計(jì)采用管理平臺(tái)數(shù)據(jù)庫貫穿體系，可以節(jié)省多媒體教學(xué)資源，以達(dá)到最佳的教學(xué)環(huán)境，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、警報(bào)、圖形和多媒體教室報(bào)告，控制多媒體教室教學(xué)工具的運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確說明多媒體教室設(shè)備故障的原因，實(shí)現(xiàn)故障的實(shí)時(shí)處理，協(xié)助教師完成多媒體教學(xué)工具的操作。

遠(yuǎn)程功能應(yīng)用是通過運(yùn)用視頻和音頻同步傳輸控制、telnet、遠(yuǎn)程虛擬終端等技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，其管理模式是：第一，使用讀卡器獲取使用者信息控制設(shè)備電源的關(guān)閉和打開;第二，使用虛擬終端技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制臺(tái)的遠(yuǎn)程控制;第三，采用telnet技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)多媒體計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程管理和計(jì)算機(jī)應(yīng)答;第四，多媒體類遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)傳輸和控制命令的傳遞，可以將多個(gè)多媒體室連接到同一控制終端，以實(shí)現(xiàn)同步控制。在控制服務(wù)器上，控制端配備有多個(gè)警報(bào)系統(tǒng)，可以提供有關(guān)教室異常、軟件故障、設(shè)備故障的早期警告，實(shí)現(xiàn)對(duì)教室設(shè)備的控制。

圖3? 應(yīng)用層功能示意圖

空調(diào)、燈光等附屬設(shè)備的應(yīng)用是通過帶有支持RS485協(xié)議應(yīng)用的三項(xiàng)斷路器和燈光控制器控制空調(diào)、燈光的附屬設(shè)備的供電、中控平臺(tái)讀取使用者信息后進(jìn)行判斷，如果通過了認(rèn)證，則“放行”并從到達(dá)時(shí)起進(jìn)行記錄，否則“警告”。教師和學(xué)生的訪問權(quán)，以及其他信息將通過該模塊存儲(chǔ)在學(xué)校的教育管理系統(tǒng)中，系統(tǒng)管理員還可以通過移動(dòng)終端隨時(shí)進(jìn)行訪問，管理當(dāng)前數(shù)據(jù)和系統(tǒng)歷史記錄。在使用期間，使用者不能拔出授權(quán)卡，否則系統(tǒng)會(huì)跳出提示;下課時(shí)，使用者拔出授權(quán)卡，所有附屬設(shè)備延時(shí)斷電。通過這樣的形式，可以杜絕人走不關(guān)燈和空調(diào)的現(xiàn)象，節(jié)省了大量的電費(fèi)，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

四、結(jié)語

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智慧多媒體教室的建設(shè)，是當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)，不僅是實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理的智能化發(fā)展，還是實(shí)現(xiàn)教室管理系統(tǒng)與現(xiàn)有智慧校園業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交互發(fā)展。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)智慧教室各項(xiàng)環(huán)境的監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)教室管理的自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化和集中化，進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王琴，鄭敏.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧多媒體教室設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2014（3）.

[2]林德洋.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧多媒體教室設(shè)計(jì)[J].民營科技，2017（8）.

[3]車向東.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧多媒體教室優(yōu)化設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2015（8）.

※本文系2019年江西省教育廳科技課題“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校多媒體教室管理中的應(yīng)用”，課題編號(hào)：GJJ191537。

（作者單位：贛南衛(wèi)生健康職業(yè)學(xué)院）