大學教育物聯(lián)網(wǎng)運用
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1引言
物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings，IOT)的概念最早于1999年由美國麻省理工學院提出，［1］近年來，網(wǎng)絡技術迅猛發(fā)展，其內涵已經(jīng)發(fā)生了變化。［2，3，4］目前，物聯(lián)網(wǎng)得到全球各個領域的重視，被美國列為振興經(jīng)濟的兩大武器之一，被歐盟定位成使歐洲領先全球的基礎戰(zhàn)略，被中國納入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，被稱為繼計算機和互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)的概念目前沒有統(tǒng)一的定義。一般來說，物聯(lián)網(wǎng)是指以感知為中心、實現(xiàn)信息空間和物理空間交融的綜合信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)通過大量部署具有標識、感知和執(zhí)行等能力的多種信息設備，與各種異構網(wǎng)絡融合，實現(xiàn)對物理世界的信息采集、傳輸、處理、和決策反饋等，實現(xiàn)人與物、物與物之間的互動和知識共享，提升對綜合感知能力，實現(xiàn)智能化的決策和反饋控制，為人類社會提供智慧的服務。［5，6，7］物聯(lián)網(wǎng)在電力、交通、醫(yī)療、家居、工業(yè)、農業(yè)、物流、軍事、環(huán)境、節(jié)能減排、公共安全等不同的行業(yè)應用領域整合信息領域的服務和應用，實現(xiàn)從信息化向智能化的提升。作為信息技術前沿領域，物聯(lián)網(wǎng)將革命性的改變未來人們的生活和工作方式。從人到人通信的移動通信網(wǎng)，機器到機器連接的互聯(lián)網(wǎng)，發(fā)展到物與物、人與物互動的物聯(lián)網(wǎng)，對國家經(jīng)濟、社會、安全和科學技術自身的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。在大學教育領域中，需要充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，倡導學生自主、合作、探究的學習方式，改變教師教學方式，為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具。［8］與此同時，Web3．0、移動設備、IPV6、云計算、3G通信、無線傳感網(wǎng)等技術的發(fā)展，表明物聯(lián)網(wǎng)在教育領域巨大的應用潛力，尤其是在大學教育中，它能改善學習環(huán)境和學習方式，更好地促進教育的跨越式發(fā)展。同時，引入物聯(lián)網(wǎng)技術進行校園管理，適合校園安全、儀器設備、教務管理的需要，提高管理效率和質量。
2物聯(lián)網(wǎng)的特點
2．1基本特征
2．1．1物聯(lián)網(wǎng)是各種感知技術的廣泛應用
物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的傳感器，每個傳感器是一個信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息內容和信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實時性，同時其周期性的采集信息，更新數(shù)據(jù)。
2．1．2物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡
物聯(lián)網(wǎng)技術的核心是互聯(lián)網(wǎng)，通過各種有線和無線網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。由于采集的信息其數(shù)量極其龐大，在傳輸海量信息過程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和及時性，必須采用適應各種異構網(wǎng)絡的協(xié)議。
2．1．3物聯(lián)網(wǎng)具有智能處理的能力
物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結合，利用云計算、模式識別等各種智能技術，從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理出有意義的數(shù)據(jù)，以適應不同用戶的不同需求，發(fā)現(xiàn)新的應用領域和應用模式。
2．2關鍵領域
2．2．1RFID
RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，由一個詢問器(或閱讀器)和多個應答器(或標簽)組成，用于控制、檢測和跟蹤物體。
2．2．2傳感網(wǎng)
無線傳感器網(wǎng)絡(WSNs)是由許許多多功能相同或不同的無線傳感器節(jié)點組成，每一個傳感器節(jié)點由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A/D轉換器)、數(shù)據(jù)處理和控制模塊(微處理器、存儲器)、通信模塊(無線收發(fā)器)和供電模塊(電池、DC/AC能量轉換器)等組成。
2．2．3M2M
M2M是機器對機器(machine－to－machine)通信的簡稱。目前，M2M重點在于機器對機器的無線通信，存在以下三種方式:機器對機器，機器對移動電話(如用戶遠程監(jiān)視)，移動電話對機器(如用戶遠程控制)。
2．2．4兩化融合
兩化融合是信息化和工業(yè)化的高層次的深度結合，是指以信息化帶動工業(yè)化、以工業(yè)化促進信息化，走新型工業(yè)化道路;兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續(xù)發(fā)展模式。
3大學教育中的物聯(lián)網(wǎng)應用
物聯(lián)網(wǎng)的研究主要集中在智能物流、智能電網(wǎng)、綠色建筑、智能交通及環(huán)境監(jiān)測等領域，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的日益成熟，在教育中的應用將越來越廣泛。本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的一般結構建立了在大學教育中的物聯(lián)網(wǎng)基本架構，如圖2:物聯(lián)網(wǎng)在大學教育中幾個重要的應用:
(1)智能化教學
傳統(tǒng)課堂教學的物理環(huán)境所包含的教學資源比較有限，而信息時代網(wǎng)絡資源極大地豐富了學生的學習內容，有利于提高教學質量和學生的素質。物聯(lián)網(wǎng)的引入使教學環(huán)境的每個物件都具有數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化特性，充分發(fā)揮了網(wǎng)絡資源的優(yōu)點，即時捕捉、分析教與學的需求信息，并進行相應的調整，為師生提供智能化的教學環(huán)境與教學資源。物聯(lián)網(wǎng)的介入可以為實驗教學提供一個安全的、共享的、智能化的實驗教學環(huán)境。每一種實驗器材都有數(shù)字化屬性與使用幫助信息，當實驗器材使用錯誤時會自動啟動報警系統(tǒng)。實驗者可以遠程控制納入物聯(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?shù)姆绞教峁┙o實驗者，實現(xiàn)實驗教學的數(shù)字化、網(wǎng)絡化與智能化。通過物聯(lián)網(wǎng)不但使得現(xiàn)實世界的物品互為連通，而且有效地支持人與人、物與物以及人與物的交互。
(2)智能化管理
物聯(lián)網(wǎng)可以用于學?？记诠芾怼W校圖書管理、教學儀器設備管理、學校教育安全管理。例如在校行蹤通知;學生健康;課外教學管理;危險區(qū)域管理;校園訪客管理;教育設備管理;學校大型會議人員管理;運動設施使用人員管理等。設置RFID讀卡器在學生流動較大的場所(教室、走廊、大樓入口等)，每個學生攜帶RFID標簽(如一卡通等)。系統(tǒng)會自動檢測RFID信息，統(tǒng)計學生考勤情況，老師可通過網(wǎng)絡查詢學生考勤情況，同時可以獲得學生所在位置及行動軌跡。圖書及儀器設備的管理也可以通過RFID標簽進行定位和跟蹤，確保教育資源的正常運轉及合理使用。為了保證學生的健康，攜帶自測生理指標RFID標簽的學生，當學生健康異常時，系統(tǒng)將發(fā)出警報信息通知相關人員，做即時健康管理及處置措施。當學生到了具有不安全因素的環(huán)境時，系統(tǒng)自動發(fā)出語音作現(xiàn)場警示，同時發(fā)出警報信息通知相關人員做即時處理，并配合校方監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視現(xiàn)場狀況使得管理人員易于指揮調度。當訪客進入校園有RFID的檢測范圍的管制區(qū)域時，系統(tǒng)將發(fā)出語音警示同時通知學校相關人員進行適當處理。
(3)智能化服務
物聯(lián)網(wǎng)的目的是服務于教師和學生，智能化地獲得想要得到的資源，提高教學水平，豐富學習內容。網(wǎng)絡教育資源的日益增長為老師和學生提供豐富的教學內容，不但可以提高學校的教學質量，還可以拓展學生的視野。更為重要的是學生在課外很容易獲得與自己興趣相關的資源服務。實驗數(shù)據(jù)的提供，解決了傳統(tǒng)課堂教學資源有限的問題，針對學生不能親自做實驗的情況，學生可以獲得安裝在實驗器材上的各類傳感器采集實驗數(shù)據(jù)，并進行加工和分析，增強了學生的學習興趣。生活中的傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)真實地反映了學生的實時狀態(tài)，及時地提供健康方面的服務等。
4總結
繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后，物聯(lián)網(wǎng)將引領信息產(chǎn)業(yè)革命的新一次浪潮，勢必將改變人們的生活和工作方式。隨著在不同的行業(yè)應用領域中的應用，在大學教育中物聯(lián)網(wǎng)技術的應用能更好的發(fā)揮高等教育的優(yōu)勢，構建合理的物聯(lián)網(wǎng)結構，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)的智能應用，提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具，提高管理效率和質量，更好地促進教育的跨越式發(fā)展。
