大學教育物聯網運用

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1引言

物聯網(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，網絡技術迅猛發展，其內涵已經發生了變化。［2，3，4］目前，物聯網得到全球各個領域的重視，被美國列為振興經濟的兩大武器之一，被歐盟定位成使歐洲領先全球的基礎戰略，被中國納入戰略性新興產業規劃，被稱為繼計算機和互聯網之后的世界信息產業的第三次浪潮。物聯網的概念目前沒有統一的定義。一般來說，物聯網是指以感知為中心、實現信息空間和物理空間交融的綜合信息系統。物聯網通過大量部署具有標識、感知和執行等能力的多種信息設備，與各種異構網絡融合，實現對物理世界的信息采集、傳輸、處理、和決策反饋等，實現人與物、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］物聯網在電力、交通、醫療、家居、工業、農業、物流、軍事、環境、節能減排、公共安全等不同的行業應用領域整合信息領域的服務和應用，實現從信息化向智能化的提升。作為信息技術前沿領域，物聯網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，機器到機器連接的互聯網，發展到物與物、人與物互動的物聯網，對國家經濟、社會、安全和科學技術自身的發展產生重大影響。在大學教育領域中，需要充分發揮信息技術的優勢，倡導學生自主、合作、探究的學習方式，改變教師教學方式，為學生的學習和發展提供豐富多彩的教育環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、無線傳感網等技術的發展，表明物聯網在教育領域巨大的應用潛力，尤其是在大學教育中，它能改善學習環境和學習方式，更好地促進教育的跨越式發展。同時，引入物聯網技術進行校園管理，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物聯網的特點

2．1基本特征

2．1．1物聯網是各種感知技術的廣泛應用

物聯網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。傳感器獲得的數據具有實時性，同時其周期性的采集信息，更新數據。

2．1．2物聯網是一種建立在互聯網上的泛在網絡

物聯網技術的核心是互聯網，通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。由于采集的信息其數量極其龐大，在傳輸海量信息過程中，為了保障數據的正確性和及時性，必須采用適應各種異構網絡的協議。

2．1．3物聯網具有智能處理的能力

物聯網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據，以適應不同用戶的不同需求，發現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據，無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。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，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

無線傳感器網絡(WSNs)是由許許多多功能相同或不同的無線傳感器節點組成，每一個傳感器節點由數據采集模塊(傳感器、A/D轉換器)、數據處理和控制模塊(微處理器、存儲器)、通信模塊(無線收發器)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化的高層次的深度結合，是指以信息化帶動工業化、以工業化促進信息化，走新型工業化道路;兩化融合的核心就是信息化支撐，追求可持續發展模式。

3大學教育中的物聯網應用

物聯網的研究主要集中在智能物流、智能電網、綠色建筑、智能交通及環境監測等領域，但隨著物聯網技術的日益成熟，在教育中的應用將越來越廣泛。本文根據物聯網的一般結構建立了在大學教育中的物聯網基本架構，如圖2:物聯網在大學教育中幾個重要的應用:

(1)智能化教學

傳統課堂教學的物理環境所包含的教學資源比較有限，而信息時代網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。物聯網的引入使教學環境的每個物件都具有數字化、網絡化、智能化特性，充分發揮了網絡資源的優點，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境與教學資源。物聯網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境。每一種實驗器材都有數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。實驗者可以遠程控制納入物聯網的實驗器材;實驗過程數據可以被實時采集并以適當的方式提供給實驗者，實現實驗教學的數字化、網絡化與智能化。通過物聯網不但使得現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

物聯網可以用于學校考勤管理、學校圖書管理、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)。系統會自動檢測RFID信息，統計學生考勤情況，老師可通過網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，系統將發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境時，系統自動發出語音作現場警示，同時發出警報信息通知相關人員做即時處理，并配合校方監視系統監視現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域時，系統將發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

物聯網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。實驗數據的提供，解決了傳統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據，并進行加工和分析，增強了學生的學習興趣。生活中的傳感器監測數據真實地反映了學生的實時狀態，及時地提供健康方面的服務等。

4總結

繼計算機、互聯網和移動通信之后，物聯網將引領信息產業革命的新一次浪潮，勢必將改變人們的生活和工作方式。隨著在不同的行業應用領域中的應用，在大學教育中物聯網技術的應用能更好的發揮高等教育的優勢，構建合理的物聯網結構，充分發揮物聯網的智能應用，提供豐富多彩的教育環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展。