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(lái)， 具有廣泛的應(yīng)用前景和深刻的社會(huì) 意義。2008年第一屆物聯(lián)網(wǎng)國(guó)際會(huì)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(wú)線通信、實(shí)時(shí)定位、傳感網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)作為普適 計(jì)算的一種實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)類型， 實(shí)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(guò)在各種物體中嵌入的感應(yīng)器、 傳感器節(jié)點(diǎn)來(lái) 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作， 并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)信息承載平臺(tái)發(fā)送給 后臺(tái)服務(wù)設(shè)施， 由后臺(tái)管理人員按照一定的方式對(duì)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(duì)感興趣區(qū)域、期間的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使 得人們可以更加方便和動(dòng)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(shí)間的連通性， 任意地點(diǎn)的連通性，任意物體的連通性。技術(shù)性是指射頻識(shí)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(gè)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(wú) 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(lái)感知采集點(diǎn)的環(huán)境參數(shù)， 電子標(biāo)簽用于 對(duì)采集點(diǎn)的信息進(jìn)行標(biāo)識(shí)， 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(wú)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(hào)，并按一定規(guī)律 將其變換成電信號(hào)等形式輸出， 以滿足信息的傳輸處理、 存儲(chǔ)顯 示、記錄控制等要求的檢測(cè)裝置。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以各種方式在 被感知對(duì)象內(nèi)部或者附近部署節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自組織方式實(shí)時(shí)感知、 采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆

4、蓋區(qū)域中的信息， 并通過(guò)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)易于部署， 節(jié)點(diǎn)廉價(jià)，靈活性、觀察精度性和性價(jià)比較高；具有大量冗余節(jié) 點(diǎn)，部分節(jié)點(diǎn)失效后可自組織通信，不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)功能；具 有計(jì)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(hào)通過(guò)空間 耦合產(chǎn)生磁場(chǎng)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸傳遞信息并將信息用于自動(dòng)識(shí)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(yùn)動(dòng)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(shí)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(chǔ)、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(shí)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。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(guò)傳感器、RFID技術(shù)的運(yùn)用，物聯(lián)網(wǎng)可

6、將 各種物件互聯(lián)并實(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)和 教育管理三個(gè)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(shì)來(lái)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(shí)促進(jìn)高級(jí) 思維能力的發(fā)展該模式能引導(dǎo)學(xué)生在知識(shí)建構(gòu)、 剖析、 探討和問(wèn) 題解決的同時(shí)進(jìn)行反思、 總結(jié)和提煉有價(jià)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(shí)世界的交互。 利用物聯(lián)網(wǎng)， 不但能全現(xiàn)實(shí)世界的物品互連， 而且實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)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(huì)性交互。 物聯(lián)網(wǎng)的引入使得物理教學(xué)環(huán)境的每個(gè)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(wú)縫整合，可以即時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以幫助學(xué)生形成概念， 理解和鞏固所學(xué)知識(shí)， 培 養(yǎng)觀察、分析和解決 問(wèn)題

8、的能力， 并掌握一些基本技能。 實(shí)驗(yàn)操作中一旦有誤就 會(huì)影響實(shí)驗(yàn)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(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論， 或者因不能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題而影響學(xué)生對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)的 信心和興趣。 物聯(lián)網(wǎng)的介入可以為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)安全的、 共 享的、智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，比如，部分實(shí)驗(yàn)材料或儀器危險(xiǎn) 性較高， 學(xué)生操作不當(dāng)可能會(huì)威脅生命安全。 通過(guò)讓學(xué)生佩戴傳 感器手表等形式， 教師可以記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程， 及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤并 給予正確指導(dǎo)， 避免實(shí)驗(yàn)過(guò)程中危險(xiǎn)的發(fā)生。 每一種實(shí)驗(yàn)器材都 有數(shù)字化屬性與使用幫助信息， 當(dāng)實(shí)驗(yàn)器材使用不當(dāng)時(shí)會(huì)自動(dòng)啟 動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)， 學(xué)生也可通過(guò)手中的傳感器向教師發(fā)送信號(hào)請(qǐng)求指

9、 導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)者可以遠(yuǎn)程控制異地納入物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)器材， 實(shí)驗(yàn)過(guò)程 數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)采集并以適當(dāng)?shù)姆绞教峁┙o實(shí)驗(yàn)者， 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(gè)區(qū)域，如市、區(qū)等行政區(qū)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)校校間的 資源互補(bǔ)、 教育部門對(duì)學(xué)生的統(tǒng)一管理， 進(jìn)一步配合有關(guān)部門對(duì) 學(xué)生的公共安全和公共服務(wù)管理， 從而實(shí)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(shí)驗(yàn)室管理 物聯(lián)網(wǎng)中的各種技術(shù)已應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室管理中， 目前應(yīng)用最為 廣泛的還是 RFID 技術(shù)（射頻識(shí)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(shí)現(xiàn)大規(guī)模的綜合性應(yīng)用， 以真正實(shí)現(xiàn)便 捷的、智能化的、實(shí)時(shí)的實(shí)驗(yàn)室管理。國(guó)外部分高校己慢慢開始 利用 RFID 技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)用品的基本數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、對(duì)實(shí)驗(yàn)室過(guò)程 等進(jìn)行相對(duì)全面的系統(tǒng)管理等， 但從我國(guó)目前各大高校實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn) 室管理現(xiàn)狀來(lái)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(jiǎn)單的橫向擴(kuò)展，而尚未注重實(shí)現(xiàn)更為緊密的縱向聯(lián)系。 3 結(jié)束語(yǔ) 我國(guó)物