物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用研究

1、物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用研究 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)?/p>

2、現(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，

3、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

4、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、Sava nt中間件、ONS服務(wù) 器和EPCIS服務(wù)器組成。EPC標(biāo)簽可在

5、遠(yuǎn)距離、不接觸、多標(biāo)簽、 高速運動中穿透性反復(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。Sava nt 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?；?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)的運用，物聯(lián)網(wǎng)可

6、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，

7、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

8、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

9、 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)?？记诠芾怼?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