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关键词:物联网;教学模式;教学方法;教学实践
作者简介:施炯(1982-),男,浙江余姚人,浙江万里学院电子信息学院,讲师;杨亚萍(1967-),女,浙江宁波人,浙江万里学院电子信息学院,副教授。(浙江 宁波 315100)
基金项目:本文系宁波市服务型教育重点专业子项目物联网工程专业实践教学体系建设(文件号:甬教计[2009]359号文件)的研究成果。
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)28-0106-02
“十二五”期间,从全国到浙江省宁波市,以物联网为特征的产业导向是产业结构优化调整的一项重要内容和重要举措,对于提高总体的经济实力和技术水平具有举足轻重的作用。在此背景下,浙江万里学院(以下简称“我校”)于2011年7月申报了物联网工程专业,并于2012年2月在《教育部关于公布2011年度高等学校本科专业设置备案或审批结果的通知》(教高[2012]2号)中得到了批复,浙江省首批物联网工程专业高校达到四所,浙江万里学院成为目前浙江除杭州外唯一拥有物联网工程本科专业的高校。物联网工程这个新专业与实际紧密结合,应用范围涉及到了社会的各行各业。[1,2]正是由于其处于初始阶段,且与现有专业相关的技术知识体系存在较大的差异性,使得该专业的教学模式不能照搬现有专业的教学模式,[3]而必须探索新的教学模式和方法,以适应社会对于物联网工程专业人才的需求。[4]
一、“物联网工程导论”课程目标
“物联网工程导论”是物联网工程专业学生学习的第一门专业基础课,其主要目的是使学生了解物联网的基本概念和相关技术,对物联网在各个领域的典型应用有所认识,[5]在此基础上了解物联网系统的整体框架,明确物联网工程各个专业课程的意义和课程之间的关系,为后续的学习打好基础,同时激发学生的学习兴趣。因此,设计“物联网工程导论”课程时,不应该把重点放在核心原理上,而应该注重基本概念的理解和对物联网系统的认识。[6]
二、“物联网工程导论”教学模式和教学内容
物联网工程专业是一个新的本科专业,包含的技术和概念较多,如何精心设计课程内容来帮助学生理解相关的知识,激发其学习后续课程的兴趣,是教学工作的关键。因此,为了培养学生主动学习的能力和学习兴趣,提出了“内外结合、联系实际、项目驱动”的教学模式和方法,即教师授课与专家讲座相结合,课堂教学与实际产品体验相结合,以项目为驱动,推动整个课程的教学。
1.课程总体教学规划
在内容上,“物联网工程导论”课程侧重于物联网的应用、技术、服务、知识体系以及作为物联网工程师的合格人才标准,涉及到的技术包括RFID技术、WSN技术、常见组网技术和应用开发技术等。在授课方式上,采用课堂讲解与企业参观相结合、学校老师和业内知名专家相结合的方式。通过这种课程安排,自下而上对物联网的应用案例、技术支撑、知识体系进行讲解和讨论,一方面让学生对企业实际的物联网项目和人才需求有所认识;另一方面,使得学校在物联网工程专业人才培养方面,形成以本地物联网企业的实际情况为依据,以地方物联网产业的发展为依托,树立应用创新型人才培养的目标,强调应用创新和实践创新的结合,从而创建以培养应用创新能力为核心的实践教学体系。
2.课程内容分析
以课程总体教学规划为基础,设计了“物联网工程导论”课程的内容,详细安排如表1所示。
第一讲主要介绍物联网在国内外发展的近况,了解物联网发展需要经历的几个阶段和我国目前物联网发展所处的阶段,了解物联网在各行业的应用和发展前景。第二讲安排宁波市智慧城市建设领域专家为学生讲课,让学生了解智慧城市的发展历史,了解智慧城市的整体架构,理解物联网与智慧城市的关系,熟悉宁波市智慧城市建设的现状和发展前景。在此基础上,第三讲安排学生参观宁波市智慧城市建设应用成果展示厅,亲身体验物联网技术在智慧城市建设中的各项成果和应用。在研讨课环节,引入物联网产品创意设计比赛,以小组为单位,根据前两次课对智慧城市应用领域的学习和参观,设计一款理想中的物联网产品,比赛分为初赛和决赛环节,在初赛中表现出色的团队进入决赛。在“物联网应用体验——手机控制家电”环节,利用学院已有的实验条件,向学生介绍手机控制家电的原理,熟悉控制信号的流程,了解应用程序和硬件之间的接口和开发流程,同时提供手机客户端的应用程序,使得学生可以现场安装,现场体验,激发学生的兴趣。在物联网设计作品与分析环节,以高年级同学进行电子设计大赛的成果为基础,展示与物联网相关的作品,通过视频和现场演示等多种手段,向同学们展示触手可及的物联网产品,解开物联网技术的面纱,排除技术等因素给学生带来的困惑。
三、“物联网工程导论”教学实践
以“内外结合、联系实际、项目驱动”的教学模式和方法为参考,采用“走出去、请进来”的策略,结合“项目驱动”的物联网产品创意比赛,进行了“物联网工程导论”课的实际教学。
1.走出去——智慧城市建设应用成果展厅参观
宁波市是我国首批进行智慧城市建设的试点之一,物联网为智慧城市建设提供了坚实的技术基础;反过来说,智慧城市是物联网技术的重要应用领域。从已经举办两届的“中国宁波智慧城市技术与应用”展会来看,很多基于物联网的产业和应用都已经服务于智慧城市的方方面面,物联网为智慧城市提供了城市的感知能力,并使得这种感知更加深入和智能,从而实现市政、民生、产业等方面的智慧管理。
利用宁波的地域优势,在“物联网工程导论”课程中引入智慧城市建设应用成果展厅参观的环节,有利于学生更好地理解和体验多种物联网关键技术的应用场景。在参观过程中,学生对智慧城市应用成果展厅中展示的云计算技术、互联网技术、物联网技术和RFID技术表现出极大的兴趣。通过实物展示、应用系统演示、现场体验、动态更新等多种形式,学生形象直观地了解了智慧城市建设十大应用体系的建设成果,其中包括智慧社会管理、智慧公共服务、智慧健康保障、智慧交通、智慧物流、智慧贸易、智慧制造、智慧能源、智慧文化服务、智慧安居服务首批共36个应用成果,为后续的物联网产品创意比赛提供了灵感和素材。
2.请进来——智慧城市建设专家讲座
由于物联网工程是新建专业,因此,在人才培养方向方面,需要充分考虑宁波本地经济对物联网人才培养的需求,及时了解本地物联网产业的发展趋势,适时地调整专业方向,合理设置培养目标、课程体系和教学内容,以更好地服务于区域物联网产业链。在“物联网工程导论”课程中引入专家讲座的环节,既有利于学生熟悉物联网相关的专业背景知识,又能够使学生了解企业实际的项目和用人需求,尽早树立自身的职业规划。
在本课程的教学过程中,邀请了浙江思创理德物联网(宁波)科技有限公司总经理黄生颜女士来我校授课。思创理德物联科技有限公司是中瑞思创科技股份有限公司旗下专注于物联网应用集成和市场开发的子公司,已成功开发并逐步推广服装供应链管理、数字化仓储管理、工厂精益管理、行业服务平台管理、防伪防窜货管理等系列RFID解决方案和关键产品。黄经理在向同学们介绍基于RFID技术的服装供应链管理的同时,引入了企业实际项目的运转和人才需求的现状,描述了物联网产业蓬勃发展的前景,鼓励同学们认真学好相关的专业课程,从而在毕业时能够成为一名满足企业需求的物联网工程专业人才,为宁波智慧城市建设和物联网产业的发展贡献力量。
3.项目驱动——物联网产品创意比赛
通过之前物联网产生的背景和发展前景的学习,结合专家对于智慧城市建设的介绍和对智慧城市建设应用成果的体验,在研讨课环节,引入物联网产品创意设计比赛,让同学们以物联网相关技术为基础,设计一款产品,解决日常生活中碰到的问题。
在实施过程中,让同学们以小组为单位,由组长负责协调,各成员进行项目的创意、调研和设计,最终形成产品文档和展示材料。在产品展示环节,组员以PPT、视频和实物演示等多种手段,对小组设计的产品进行详细的讲解,内容主要包括创意来源、用户场景、产品功能、技术规范和产品前景。在项目的评分规则上,主要包含创意、影响力和执行力这三个部分,占的比重分别为50%、30%和20%。其中,“创意”是指产品或者服务是否具有创新性和突破性,是否具有全新的功能或者在很大程度上提升了已有的功能;“影响力”是指产品或者服务的影响力有多大,是否会被大量的用户和机构所采用;“执行力”是指设计的产品或服务是否具有较好的商业可行性。在评分环节,每个小组对除自己以外的每个项目进行打分,各个小组的最后得分为总分取平均。
研讨课环节一方面增强了学生们对于课程的参与度,另一方面通过小组头脑风暴和讨论,培养了学生的团队合作精神和集体荣誉感,极大地提升了其对于本专业后续课程学习的兴趣。
4.课程评价
在合作式学习模式的基础上,参考学生在课程过程中的参与程度以及课堂表现,课程的评价包含自我评价、小组评价、项目评价和教师评价。其中,小组评价在小组内部产生,主要参考组员在物联网产品创意比赛过程中的投入和参与程度。项目评价主要参考小组项目的评分,即其他各小组对本组项目的综合评价。教师评价主要参考学生的出勤率、课堂参与度。这种评价方式已经在我校其他“项目化”课程及合作式课程中实施,从学生的反馈来看,这种综合、全面的评价方法比传统、单一的评价方法更加合理,它有效地减少了学生的逃课现象,提高了学习的自主性和参与度,增强了学习的兴趣。
四、教学效果
在浙江万里学院物联网工程新专业建设过程中,探索了“物联网工程导论”课程的教学模式和教学方法,并付诸了实践。从目前来看,学生通过该课程的学习,培养了专业的学习兴趣,增强了专业的学习热情,为后续课程的开展打好了基础。从培养学生的角度来看,物联网技术在飞速发展,对于物联网课程教学的探索也没有终点,必须总结现有的经验,不断改进和完善。
参考文献:
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[4]秦磊华,张海珍,石柯,等.物联网导论课程实验教学探究[J].实验室研究与探索,2012,31(6):150-151,167.
智慧校园物联网就是一个物联网平台,一个信息化交互平台,一个实现校园资源共享的信息系统。智慧校园物联网有利于实现校园资源的整合,实时实现教师与学生,学生与学生,教师与教师之间的互动。智慧校园物联网可以提高教育资源的共享程度,有效的组织教学,实现教育效率最大化。智慧校园物联网一般包括感知层、网络层、应用层和服务层,可以实现校园内各种传感设备的互联,有效的管理和处理各种信息资源,同时为教师和学生提供实时数据,实现数据的共享服务。
2智慧校园物联网系统的系统结构
智慧校园物联网系统主要由四层组成,分别是感知层、网络层、应用层和服务层,实现学校教学服务、科研服务、共享资源和生活服务。
(1)感知层:主要通过各种RFID技术和红外感应器实现校园基础数据的采集,通过视频采集、GPS通信技术等实现校园资源的有效监控。
(2)网络层:将感知层采集的基础数据安全无误地传送到应用层,高职院校应该充分利用原有校园网的基础网络,使用其它无线网络技术辅助实现校园网络全覆盖,提供一个高速、稳定的网络环境。
(3)应用层:实现校园各种资源和数据的有效整合。高职院校应用服务系统大体上可以分为教学管理相关的服务、生活应用相关的服务和后勤社会资源的管理服务等三大块。智慧校园物联网系统就是要利用云技术实现数据的共享。
(4)服务层:通过应用子系统为学生和教师提供教学、生活和资源服务。教师和学生都可以通过这个平台实现教学互动,学生也可以通过这个平台生活,真正实现校园资源有效利用。
3智慧校园物联网系统的应用系统
(1)教学管理系统。教学管理系统是智慧校园物联网系统中最重要的组成部分,该系统承担教学管理的功能,实现对教学考勤、学生管理、图书管理、实训设备管理等管理功能。其中考勤子系统通过校园一卡通的刷卡方式来采集师生的考勤情况,利用网络向系统中心处理器自动反馈数据,实现对学生考勤的管理。而实训设备管理子系统则是通过现场传感器,及进发现实训设备的运行状态,一旦设备报警,就要及时做出响应,维护或修理实训设备,实现实训设备的高效管理。图书管理子系统通过红外传感器提高图书的查阅和管理的效率,帮助教师或学生快速找到图书。
(2)应用服务系统。应用服务系统是智慧校园物联网系统中必不可少的组成部分,该系统实现教师和学生校园生活服务的功能,实现对学生食堂消费、宿舍电费、洗浴中心、超市等消费管理。其中最重要一个子系统就是校园一卡通系统,该系统通过设置一个RFID电子标签,将学生财务数据与校园应用服务窗口关联在一起,通过校园卡刷卡消费,实现校园内商铺、学生、消费之间的管理。
(3)后勤管理系统。后勤管理系统是智慧校园物联网系统中的辅助部分,该系统实现校园安全、校园物业等管理功能。校园监控系统充分利用安射频识别、图像识别、遥感、GPS等技术实现对校园环境的全面监控。安防视频监控系统利用网络可实现向管理系统的数据库中心传送监控数据,而后在计算机系统中分类处理监控数据,以确保对校园环境的实时监控和管理。一旦发现意外情况,视频监控系统会及时采集和传送感应数据给管理中心,通过管理中心确定事故具体方位,学校安防部门可迅速组织人员赶往现场采取相应处理。
4结语
何谓“智慧校园”
智慧校园的建设离不开物联网技术的应用。据了解,智慧校园有三個核心的特征:一是为广大师生提供一個全面的智能感知环境和综合信息服务平台,提供基于角色的個性化定制服务;二是将基于计算机网络的信息服务融入学校的各個应用于服务领域,实现互联和协作;三是通过智能感知环境和综合信息服务平台,为学校与外部世界提供一個相互交流和相互感知的接口。
中国教育与科研计算机网华南地区网络中心主任陆以勤介绍说,校园建设有别于智能交通等其他行业,是一個比较特殊的领域,其中主要包括教学、科研、管理等方面的内容。据陈博士介绍,物联网在校园中的应用范围较广泛,每個领域都有涉及。首先,在教学方面有类似智能家居的智能教室。目前很多教室已经实现了电教化,物联网在Power Point、作业批改、远程教育、课堂互动等方面都能发挥较大的作用。其次,在科研方面,通过物联网可以辅助科学研究,同时,科研也可以更好的去研究新的物联网技术。最后,就是管理方面,现在物联网的应用在管理上已经有了一定的应用实例,像一卡通、安防、监控等都已经在校园里面实现了应用。通过物联网技术的支持,在校园管理中可以达到流程化、更高效的作用。
当前,校园建设中更注重实现校园的信息化,校园信息化是利用信息科技把一些教学、科研、管理流程做得更好、更加高效。那么,校园信息化下一步的计划就是云计算、物联网的应用。陆以勤指出,物联网在校园中的应用属于刚刚起步阶段,但是不排除一些先知先觉的学校已经采取了一些应用模式来实现学校的安保、节能,甚至是更好的科研教学等功能。但是目前校园建设在架构上还没有一個比较系统的规划,只是点的应用。所以在不影响学校现有的信息化路径的情况下,如何把物联网、云计算融合到校园信息化建设中,是目前需要研究的课题,这也是一项大有作为的工作。
但物联网的应用是一個逐步摸索的过程,在将物联网技术应用到校园中时要考虑两個问题,一個是载体的接受程度,一個是建设成本。
从接受程度方面来讲,学校普遍要比企业接受程度高。一方面是因为目前学校的信息化水平高,学校的科研水平、研发力量不但可以推动物联网在学校内部孕育出更好的创新技术,还可以身先士卒,率先将物联网技术应用到校园中予以实践。另一方面,学校老师、学生对新生事物接受能力相对较强,有助于物联网技术在校园中的应用。
就成本而言,这是物联网应用在各行业中都必须要考虑的问题。例如,RFID传感器达到一定的规模后,成本降低才能大规模的普及。因此,学校在实施物联网应用时要量力而行,根据实际情况设定目标,切忌做打肿脸充胖子,一步登天的事。
泛在学习
“2011年9月新学期开学时,4個示范学校的‘智慧校园’样板教室就能正式启动了”,在今年5月份的“智慧校园”国家标准研讨会上,佛山“智慧校园”示范工程总设计师蒋家傅如是说。在课室里打开电子书包的按钮,就可以自动“签到”、晚自习时点一下电子书包登录网络,可以回顾老师讲课的视频、老师用手触屏,就可在“电子白板”上调出视频等多媒体课件为学生讲课。
记者从禅城区教育局了解到,该局实施的“智慧校园”示范工程选取了佛山三中、汾江中学、佛山市实验学校、南庄中心小学四所学校作为“智慧校园”试点学校。这些课室已在2011年下半年投入使用,从2012年起,通过师资的培训和招标,智慧教室会在更多的学校进行推广。
从“智慧校园”示范工程试点学校佛山三中的智慧教室“样板房”可以看到,智慧教室的装修现代科技感十足,过去伴随着我们几代人的黑板不见了,取而代之的是两块超大屏幕的“电子白板”,课室里的课桌也大变样,六张连成一排的课桌上,一体化倾斜向上延伸,上面有一块空格,可以让学生在上课时安放“电子书包”。
禅城区“智慧校园”项目课题组组长蒋家傅教授表示,学生们只要进入课室,在格子中安放电子书包后开机,就可以实现自动考勤。课堂上,学生再也不用“奋笔疾书”抄板书,课件可以直接发送到学生屏幕上。下课后,学生们可以拿走电子书包,在校园内外“移动学习”。
如果学生错过一节课也不要紧,因为智慧课室拥有的智能教学录播系统,会在每节课上把老师讲课的内容全部录下,并储存在教育网络平台上。此外,智慧课室还体现在其智能环境控制系统上,老师可以通过手机上网,看到课室内的情况,并可以控制课室内灯光的开关,以及温度的调节,方便校方对各個课室进行管理。
“现在的孩子书包挺重的,里面除了课本外,还要装练习题、课外读物,背起来还对孩子脊椎不好影响发育。”家住南海的岳先生称赞“电子书包”为学生减负,而借助孩子对电子产品的兴趣,能够提升孩子学习积极性。
【关键词】内涵;发展趋势;发展策略
一、智慧教育内涵与特征
“智慧教育”是“智慧地球”、“智慧城市”建设发展在教育领域的具体体现,它是指以物联网、云计算、大数据处理、无线宽带网络为代表的一批新兴信息技术为基础,以智能设备和互联网等为依托,以教育资源建设为中心,以各项配套保障措施为基础,以深入实施教育体制改革为主导,全面构建网络化、数字化、个性化、智能化的现代教育体系。该体系由云计算、物联网、互联网、数字课件、公共服务平台和先进的云端设备组成开放校园或网络教育系统。任何人可以在任何时候、任何地方借助电脑、数字电视、手机等各种云端设备进行主动、高质量和个性化的学习。图1是智慧教育的基本架构图式,描述了智慧教育、智慧环境(智慧计算是其核心技术)和智慧教学的关联性。根据不同的尺度范围,智慧环境可以划分出不同的学习空间,如智慧终端、智慧教室、智慧校园、智慧教育云资源等,智慧教学根据学习的情境和方式的不同,可以将智慧学习分为个性学习、群智学习、泛在学习、入境学习(情境化投入性学习)等。与传统教育信息化相比,智慧教育具有集成化、自由化、体验化、多样化的突出特征,可以集成多种信息资源,可以随时随地、随心所欲互动学习交流,亦可以根据构建虚拟现实的学习环境让亲身体验知识,因此,顺应时展要求,推动智慧教育,有利于实现因材施教,有利于消除区域之间的教育鸿沟,有利于促进教育领域的国际交流。
图1智慧教育架构图式
二、智慧教育发展现状及趋势
新一代信息技术在欧美、日本等发达国家教育领域已经得到初步应用。例如,美国北卡罗来纳州格雷汉姆小学开展了教育云计算项目,全校600名师生通过“通用云计算服务”来获取虚拟电脑桌面,里面有非常丰富的学习材料。许多发达国家研究性大学利用云计算技术开展前沿科学技术研究。日本总务省启动了“未来校园”项目,建立了一个一对一电脑应用系统、互动性白板以及连接家庭和学校的协同教育平台,为所有6~12岁的学生提供电子课本和学习资源物联网技术在发达国家校园安防领域得到应用。电子书包在发达国家逐渐流行,利用iPad等移动智能终端进行学习的学生数量也不断增加。
目前我国通过实施一系列重大工程和政策措施,面向全国的教育信息基础设施体系初步形成,城市和经济发达地区各级各类学校已不同程度地建有校园网并以多种方式接入互联网,信息终端正逐步进入农村学校;数字教育资源不断丰富,信息化教学的应用不断拓展和深入;教育管理信息化初见成效;网络远程教育稳步发展。但智慧教育在我国才刚刚起步。智慧教育在《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》中有所体现。例如,建设智能化教学环境;建设国家教育云服务平台,构建稳定可靠、低成本的国家教育云服务模式,建设教育云资源平台,推动省级教育行政部门建设云教育管理服务平台,建设覆盖全国、分布合理、开放开源的基础云环境,支撑形成云基础平台、云资源平台和云教育管理服务平台的层级架构。一些地方将智慧教育纳入智慧城市规划建设。例如,宁波市镇海区正积极开展智慧城区建设,其中一项重要内容就是推进智慧教育建设。
三、智慧教育发展策略
1.深刻把握智慧教育的深刻内涵
智慧教育旨在借助信息技术的力量,创建具有一定智慧的(如感知、推理、辅助决策)学习时空环境,旨在促进学习者的智慧全面、协调和可持续发展,通过对学习和生活环境的适应、塑造和选择,以最终实现对人类的共善(对个人、他人、社会的助益)。智慧教育充分体现了“以学习者为中心”的思想,强调学习是一个充满张力和平衡的过程,揭示了“教育要为学习者的智慧发展服务”的深刻内涵。因此必须明确,智慧教育的关键在于学习者学会如何利用富有智慧的信息技术支持学习和实践,让学习者获得更多的真实感、拥有感、责任感、安全感和平衡感。
2.积极推行智慧教育资源云服务
技术进步消除了界定教育机构的传统条框,资源的集约化,让学习者获得新资源以及由此创造出结合更紧密的合作者和资源网络。当前我国应加强教育云顶层设计,构建层级分明、应用清晰、功能完备的教育云,通过统一建设和集约化管理,节约教育机构信息化经费开支,让其区域内成千上万的各类学校、幼儿园、培训机构、教育科研、学生社团、教师、班会等单位,都能在自己的一套教育云平台上,零门槛、微费用享用多种教育信息化应用服务资源,并快速形成一张先进、高效的教育系统管理与服务网络,多、快、好、省跨越式地提升区域教育系统整体信息化的应用水平,实现教育信息共享和教育部门的业务协同。
3.建设未来校园和未来教室,构建智能化学习环境
未来校园和未来教室是指数字化、网络化、信息化、智能化水平很高的校园和教室,老师可以通过多种媒介直观呈现教学内容,学生可以进入虚拟场景进行互动体验。在这样的校园和教室里,可以充分发挥信息技术在教学互动和学生自主学习中的作用。教育主管部门可以引进发达国家先进教学技术和设备,有计划地开展未来校园和未来教室试点示范工作。
4.加强教师智慧教育技术提升
未来智慧教育的发展离不开数字化终端和应用平台的建设、开放数字教育资源的布局和管理、软硬件平台的有机融合,更离不开一批教师骨干。因此,在技术进步的同时,要培养一批教育技术专业骨干,提升信息环境下教育教学方式的探索与实践能力、信息技术与学科整合及其评价能力、网络信息资源的正确获取与分析能力、信息技术环境下的管理和服务能力,实现教师教学能力与技术的同步共进。
参考文献:
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>> 基于合作博弈的CPS通信资源分配算法 例谈中学生物学基于CPS模型的STSE教育 CPS的感悟 基于物联网技术的智慧校园系统设计 基于网络的智慧校园技术分析 基于android平台的智慧校园应用研究 基于学生能力培养的云平台智慧校园建设 智能电网的CPS混合控制方法 CPS:决胜智能制造的“棋子” 基于移动互联网技术的“移动智慧校园”设计与实现 基于虚拟现实技术的3D智慧校园设计与实现 基于云计算技术的智慧校园总体设计 基于体感技术的智慧校园控制系统设计 基于J2EE技术构架的校园网核心平台研究与设计 基于虚拟化技术的校园网站群平台设计 基于无线网络的定位技术及校园LBS平台设计研究 基于移动技术的高校数字化校园移动教学实践平台设计 基于云服务的智慧校园设计方案 基于Zigbee的无线智慧校园网设计 基于物联网的校园快递智慧服务系统设计 常见问题解答 当前所在位置:.
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在现代信息技术与教育深度融合的时代背景下,信息技术要考虑为教育发展带来新的理念和动力,促进教育方法和模式的深刻变革。这为未来教室的构建提供了一种新思路,即颠覆传统教学模式、拆掉现有学校围墙,建立以学生为中心,支持个性化学习、开放学习、泛在学习等多种新型学习模式的教学生态环境。
现代中庆围绕“ 三通两平
台”,进行了构建智慧型未来教室的有益尝试,推出了“智慧教室”整体解决方案。“智慧教室”集成了触控大屏、分布式录播、功放、电子书包、网络控制等硬件设备,以及基于物联网和大数据理念的云平台软件,以四种“新面孔”实现对传统教学模式的根本性变革。
新教学模式:以学生为中心
信息技术扩展了教与学的手段与范围,也改变了传统的教学模式和学习方法。现代中庆认为,未来教室是利用移动互联网(平板/手机 +WiFi/3G/4G),基于丰富的数字教学资源和云平台,实现以学习者为中心的个性化学习、自主学习、探究性学习、协作性学习等新型教学模式,高效提高学生的知识水平和素质。“智慧教室”强调以学生为设计主体,增强学生在教学过程中的参与度,学生在学习方式、学习进度、时间和地点等方面获得一定的自主权。
新学习形式:开放式+泛在式
国家教育发展的目标是构建全民学习、终身教育、随时随地可学习的学习型社会, “智慧教室”为教育形式的多元化提供了契机。与以课本和课堂为主要学习平台的封闭式学习相比,以任务为指向,通过师生互动、生生互动、课堂与社会互动等形式获取知识、解决问题的开放学习将在未来教室中得到普及。而智慧教室中无处不在的网络和不断普及的移动终端,则为学生提供了无时无刻、无处不在、或零或整的泛在学习环境。
新学习空间:广泛的互动
智慧教室不再是一间封闭的教室,而是开放的学习空间。它打破了学校围墙的壁垒,调动了班级之间、师生之间、生生之间的互动积极性,学习也由个人的、机械的记忆转变为社会的、互动的过程。同时,基于网络的互动教学,智慧教室也突破空间局限,让区域间的班级互动成为可能。
新技术应用:基于物联网和大数据理念的云平台
智慧教室的核心理念是按照学生的学习进度推进教学,引入物联网和大数据的云平台为这一理念提供了切实的保障。智慧教室对教室中的人与设备均引入了“身份”的概念,通过物联网,可以即时地捕捉、分析师生的教与学需求信息。同时,现代中庆与首都师范大学教育技术系研发团队达成战略合作,共同启动了促进教师专业发展的COP项目,开启了基于教学一线数据提升教师实践性知识与能力的深度合作。
关键词:物联网;智慧校园;RFID
中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2012)23-5561-02
Discussion on the Networking Technology in Intelligent Campus Construction Application
CHEN Xiao-yan
(Department of Information Engineering,Jiangsu Polytechnic College of Agriculture and Forestry, Jurong 212400, China)
Abstract: Along with the Internet technology has become more sophisticated, the Internet of things in college applications more and more widely. This paper introduces the concept of Internet of things, put IOT times wisdom campus, pointed out the key technology of the In? ternet of things, and deeply discusses the Internet application in intelligent campus.
Key words: internet of things; intelligent campus;RFID
1物联网概述
物联网(The Internet of things)是现今计算机信息技术的一个重要分支。它的概念最早由麻省理工大学Auto-ID实验室于1999年首次提出,当时的EPC(Elec-tronic Product Code)系统,即为“物联网”概念的雏形。2003年,美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)了《ITU互联网报告2005:物联网》,正式提出了物联网的概念。
物联网是通过智能传感器,如:射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种装置,按照相应的协议与互联网结合起来而形成的一个庞大网络。把所有的物体与网络连接起来,方便智能化识别、定位、跟踪、监控及管理。它把新—代的IT技术充分运用到各行各业之中,然后将物联网与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合。在这个整合的网络当中,人类可以用更加精细和动态的方式管理生产和生活,提高资源利用率和生产力水平,使人与自然更加和谐。
2在物联网技术下的智慧校园
高职类高校是一个开放式的校园,学生不但要学习书本上的知识,还要学会一些基本技能,更要适当地了解社会并接触社会,培养自己各方面的能力以能更好地适应高速发展的社会。新课改提出“充分发挥信息技术的优势,提倡学生自主、合作、探究的学习方式,要求对教学内容的呈现方式进行变革、改革教师教学方式和师生互动方式,为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具”[2]的要求,人性化地提供移动学习、泛在学习、终身学习等、智能化学习理念的发展,IPv6、云计算、3G通信、无线传感网等技术的兴起,都预示着物联网在大学校园中的必然发展,为智慧校园的实施建设提供技术支撑平台。我校物联网是以现有的校园办公网络技术为基础,利用无线数据通信、射频识别、计算机等技术,构造了一个能覆盖校园的物体互联网。
3关键技术分析
物联网它具广泛存在和广泛应用的特点,它强调的是将所有的物体都连接到互联网中,它不是简单的物物相连和人物相连,而是通过建立一定关系的智能系统,使得人、物、信息是互动的,通过这一系统,我们可以实现人对物的定位、管理、控制等。
物联网有三项关键性技术:
1)全方位感知:包括智能传感器,例如红外感应设备、无线射频识别、全球定位系统等;其次是传感网络通信系统。
2)可靠、安全通信:执行统一编码,按一定协议连接入无线通信网络。
3)智能化管理:通信网接入计算机网络,实现“网上网”,构建智能化管理系统。
4物联网技术在智慧校园中的应用
智慧校园是物联网在学校教学管理、学校教育管理、公共安全、后勤保障的具体应用,为学校构建智能化的学习和生活环境。
4.1物联网在教学管理中的应用
在高职类高校,学生的首要任务还是学习。利用物联网技术,能够为师生提供智能化的教学环境和丰富的教学资源,并且使教学中的每个物体都具有数字化、网络化、智能化的特征。上课铃响,学生步入教室,教室里的窗帘会根据室内的光线进行自动开合,通过学生随身佩戴的RFID电子标签连接RFID基站,从而打开桌上的触摸系统,学生可通过网络将自己存在的问题交给老师,还可以浏览老师上课所要讲解的内容。上课铃响,教师进入教室,打开教室前面的多媒体教学管理系统,了解学生的出勤情况,查看学生提交的问题,老师通过多媒体系统、投影设备进行讲授,对学生的问题进行解答,并将授课情景传送到网络。利用物联网技术学生也可以及时了解有关学习的信息,例如学术、考证、就业、讲座信息等,达到教学相长的目的。
利用物联网技术学生也可以及时了解有关学习的信息,例如学术、考证、就业、讲座信息等,达到教学相长的目的。
当今社会亟需可持续发展人才,而培养学生自主学习的能力和可持续发展的能力是高职类高校的显著特征。许多课程和技能需要学生自主学习,与教师讲授相比较,学生很难抓住重点。通过引入RFID技术,学生可以通过查阅相关资料找到需要的课程进行针对性学习,有利于拓展学生的学习空间、培养学生的自主学习能力。物联网能为学生的移动学习和泛在学习等提供支撑环境[3]。
4.2物联网在教育管理中的应用
物联网在教育管理中可用于教务管理、图书管理、设备管理和安全管理等方面。将物联网技术用于教务管理,能够有效地降低教务部门的教务成本,提高管理效率,有助于学生学籍管理电子化,排课自动化、办公电子化,促使学生、家长、学校互动,方便家长随时掌握学生的学习情况。将电子标签嵌入到每一个教学管理设备中,并相应的建立教学设备管理系统,从而大大地提高教学资源的利用率,有效的节约办学成本,实现教学设备的规范化、自动化和智能化管理。通过建立校园物联网智能系统,实现餐饮、水电、图书借阅、校园宿舍出入管理、校园通信等的一体化管理,实现智慧校园。
4.3物联网在公共安全中的应用
目前,高职类高校校园管理的最大弊端是学生的高度自由,并且这也是许多危险事件发生的原因。引用物联网技术对学生进行实时定位,确保学生的人身安全,为确保学生的用水安全,每一个宿舍都安装水压检测器。为实现每一个宿舍的用电安全,对学生宿舍安装智能感应电表。为最大限度的减少火灾隐患,可通过安装烟孔感应系统和对每一个消防设施的定位。
4.4物联网在后勤保障中的应用
在整个校园物联网管理平台中,通过一些射频识别、图像识别、GPS、无线传感等技术,并结合日常的视频监控系统,全面感知校园的环境、人和物的变化,例如门禁监控、健康监控、教室照明监控、仪器控电、路灯节能监控、水电气的监控、灾害监控以及生态监控等。全力打造绿色、节能的环保智能型校园,为学生创建一个舒适健康的学习环境。
5结束语
随着人们不断提高地对于物联网技术关注程度,以及物联网技术的日益成熟,它将越来越广泛地被各类高校校园所应用,从而为学生创建一个更加宜学、宜教、宜研的大学校园。在即将到来的物联网时代,无处不在的学习环境、融合创新的科研环境、透明高效的教务管理、丰富多彩的校园文化、方便快捷的校园生活都将实现,一个安全、稳定、环保、绿色的“智慧校园”将成为现实。
参考文献:
[1]乌家培.物联网产业及其发展[J].中国信息界,2011(4).
[2]宗平,朱洪波,黄刚.智慧校园设计方法的研究[J].南京邮电大学学报,2010,30(4).
[3]贺志强,庄君明.物联网在教育中的应用及发展趋势[J].现代远程教育研究,2011(2).
关键词:大数据;云计算;智慧校园;信息化
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2016)28-0004-02
Abstract: With the development of technology, University information system has entered the era of big data, big data as a new data processing technology, has played an important role in the cloud-based computing, networking and wisdom campus construction. This article describes the current situation wisdom campus, explained the meaning of the wisdom of the campus, put forward the goal of wisdom campus building was constructed, wisdom campus overall design. Finally, the construction steps wisdom campus, provide a reference for the university wisdom campus planning and construction .
Key words: big data; cloud computing; wisdom campus; information technology
2008年 “智慧地球”的概念被提出,与之密切相关的物联网、云计算等,成为科技发达国家发展的重点。在新技术应用的高校,智慧的概念已经渗入校园信息化建设中,智慧校园正是高校信息化研究领域一个重要的组成部分。近年来,大数据、云计算、物联网等高新技术的快速发展为智慧校园建设提供了技术支持,国内外诸多高校也开始越来越多地关注智慧校园的建设与发展。
1 智慧校园的内涵
随着信息技术的发展,高校从电子校园、数字化校园逐步迈向智慧校园的信息化建设。智慧校园运用物联网、云计算、虚拟化等信息技术,打破传统校园的时空限制,把校园里分散的、独立的信息系统和资源整合为一个具有高度感知能力、协同能力以及服务能力的有机整体,实现对环境全面感知、网络互联互通和师生个性化服务,从而对学校的正常运作、教学管理和公共服务提供强有力的智能支撑。
智慧校园有3个核心特征:①提供一个感知环境和云服务平台,为师生和管理部门提供个性化定制服务;②将学校管理和学生生活各个领域的数据,经过统一接口进行数据处理,汇聚于云端的数据共享中心,实现互联和协作;③通过智能感知环境和信息服务平台,为学校与外界提供一个交流接口。
2 智慧校园的建设目标
大数据时代下,高校智慧校园建设要利用云计算、物联网、SOA、数据挖掘等技术。
要进行统一认证、数据中心、各业务应用系统、安全防护体系的建设。借助数据中心以及集成共享平台,将物联网和应用系统整合起来,实现高校学习、教学、管理工作和学校基础设施的有机结合。智慧校园的建设目标有:
1)搭建大数据共享与交换平台。在原有校园建设的基础上,制定统一标准、形成信息规范体系,将各类管理系统加以集成,搭建大数据共享与交换平台,实现业务系统之间数据的同步交换,促进校园信息资源共享。
2)统一身份管理与认证。简化用户访问校园的过程,将用户和访问权限统一进行集中管理,用户只需通过一次身份认证就可访问具有权限的所有资源,实现用户身份的统一认证和单点登录,提升智慧校园的访问体验。
3)实现一站式的综合管理服务系统。智慧校园涉及学校各方面的管理与服务,如学生管理系统、教务管理系统、行政管理系统等,智慧校园综合管理服务系统最终把各业务系统融合,形成一站式的信息管理服务体系,服务师生,辅助学校决策。
4)更好地服务移动智慧校园。通过移动终端,师生可以更方便地获取、实时处理信息。学生可以随时随地获取知识,充分发挥其主观能动性;在管理上,提高了管理者获取信息的效率,保证实时沟通。
5)保证安全性。智慧校园的安全设计指软硬件运行环境、安全体系、规划管理等方面,包含数据安全、网络安全、系统安全等安全体系设计。
3 智慧校园的设计
智慧校园基于现有数字校园,增加云计算、物联网、大数据等技术所需基础设备作为后台保障。在应用支撑层中,要建立信息资源共享与交换、对各种数据进行统一管理的大数据共享交换平台,这是利用大数据技术实现深层次数据分析与挖掘的基础。智慧校园通过对高校各业务系统的整合与开发,实现校园门户、移动智慧校园、综合管理服务平台等应用呈现。智慧校园总体构架如图1所示。
3.1 感知层
感知层主要用于对各类活动进行感知和数据采集,并按照数据规范对数据进行简单封装和处理,实现对校园内学生个体的活动状态、学习与生活环境以及各类设备的运行状态进行感知,为智慧校园提供海量数据。
3.2 传输层
传输层充分利用现有校园网、无线局域网、互联网和各类移动服务网络, 将感知层处理的数据汇聚并向上传输。
3.3 大数据层
在智慧校园建设中,其核心是大数据层,大数据层是智慧校园各部分连接以及各种信息汇聚的枢纽,提供数据方面的保障。包含信息收集与管理平台、数据存储与计算平台、数据分析处理应用平台。
3.4 应用层
应用层主要包含教学、管理、服务等校园信息化业务的应用,利用各类支撑系统和应用系统,进行数据继承、服务和处理,支持最终的分析、决策和结果呈现。在应用层建设中,重点进行4类应用系统的建设。
3.4.1 教学服务类系统
1)网络教学系统:为教师提供在线教学资料管理、远程辅导、作业布置和批改等服务,为学生提供资料下载、作业提交等服务。
2)教务系统:进行课程安排和查询、日常出勤查询和统计、成绩录入和查询等功能。结合移动互联网技术,将学生的请假和审批流程纳入实时数据传递流中,利用自动点名模块,简化点名过程,为统计学生出勤情况和学生日常管理提供准确的数据支持。
3)图书借阅系统:提供在线图书查询、借阅、归还、文献检索等常规功能,还可以通过数据分析和挖掘,及时向用户有针对性地推送新书及各类信息。
3.4.2 校务管理系统
1)综合办公平台:对管理过程中涉及的人员、财产、物品、事务四类信息进行收集、处理、整合。生成基本数据,为决策支持和教育查询等服务。
2)教学评价平台:该平台主要针对日常课程教学和各类辅导活动,由相关活动参与者对其他参与者及活动本身进行评价。
3)招生就业管理平台:本平台涵盖了招生管理、学生实习和就业推荐各个环节,并为后续实习和就业工作提供数据,借助云平台实时汇聚最新的学生就业信息和企业招聘信息,推送到使用者的移动设备端,实现信息的高效流转。
3.4.3 校园文化系统
1)校园导览系统:通过在校园各方位部署传感器,为用户提供关键建筑的地理位置及设施信息,帮助用户准确到达目的地。
2)社团管理平台:将校内社团的各类活动信息和交互信息纳入智慧校园建设范畴,为校园舆情监控提供有力保障。
3)校友交流平台:校友资源是高校可拓展、可依赖的办学资源和就业资源,应通过不断丰富校友信息,将校友交流平台建设作为一项长期的情感建设工程,从而达到开展创业教育、开发校友资源的目的。
3.4.4 公共服务类系统
1)统一身份认证系统:对于各类应用系统,提供统一的授权机制,让用户使用唯一的用户名和密码,就能使用校园网络上所有授权使用的信息服务,从而实现各种应用系统无缝接入和集成。
2)智能楼宇管理系统:对教学楼和行政楼等各类设备进行智能管理,实现智能化照明控制、水电使用监测、能耗额定管理等服务,实现节能校园的建设目标。
3)公共服务查询平台:各类用户可通过统一查询入口查询各类服务,如学生可查询公选课的开设情况、一卡通账户余额等。
4)智能安防系统:结合视频监控系统,通过图像识别、射频识别、遥感等技术,全面感知校园环境,通过云服务对感知信息进行汇总、处理,及时进行提示或报警。
4 智慧校园的建设步骤
高校信息化建设是一项长期、系统的工程,工作量大、涉及面广,结合智慧校园建设目标,拟分步实施并推进整体计划。
4.1 总体规划及基础信息设施建设
前期先对智慧校园的信息化建设进行总体规划,并完成传输层的建设,明确智慧校园建设方向,按照“集中管理,统一规划”的原则,理顺高校信息化发展机制,制定相关标准和政策。
4.2 数据中心与应用系统的建设
本阶段是智慧校园建设的关键阶段。部署部分感知层热点,完成感知层建设目标。重点完成智能楼宇、数据中心、节能监控等基础设施项目。
校园云数据中心作为整个智慧校园建设的核心工程,由学校信息中心承担建设规划和实施工作。结合智慧校园的感知层和应用层建设,强化信息编码与数据标准体系建设,感知层和应用层数据的共享和管理,并加快信息中心建设。
应用层建设,主要面向各类使用者提供教学管理、科研支撑、校园文化和公共服务几类业务的综合信息服务平台。
4.3 智慧化服务建设与应用优化
利用数据分析和挖掘技术,重点完成智慧管理、个和决策支持类建设项目,实现校园区域的感知层建设,实现高校信息服务的智慧化。
大数据时代的到来,高校智慧校园建设是信息化的必然趋势。然而智慧校园建设不是一蹴而就的,是一个漫长的过程,需要统筹规划,分阶段实施,不断调整、持续优化,使智慧校园切实为提高教学、管理、科研服务。
参考文献
[1] 吴细花.“智慧校园”云平台的关键模块设计与实现[D].湖南:湖南大学,2014.
[2] 全增权.基于移动互联网的智慧校园应用研究[D].辽宁:大连海事大学,2014.
关键词:智慧校园;校园一卡通;发展方向
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2015.21.113
1 前言
当前高校信息化的进程正由“数字校园”向“智慧校园”演进。数字校园建设的内涵主要体现在数据整合与应用集成两个方面[1],大多数学校都已建设了统一信息门户、统一身份认证和统一数据交换等信息化基础平台,以及统一数据标准之上的各类管理信息系统。数字校园对学校传统的业务流程及教学模式产生了一些变革,但是整体上仍是侧重管理,服务模式单一,对师生的服务支撑较弱。随着信息技术的发展,数字校园逐步升级到智慧校园的发展阶段。
2 智慧校园的特征
2008年,美国IBM总裁彭明盛首次提出了“智慧地球”的概念;随后,国内学者相继提出了“智慧校园”的概念和建设思路。有的学者强调物联网在智慧校园中的作用,即以物联网为基础,打造校园工作、学习和生活一体化环境;有的学者认为智慧校园是各种技术的综合应用,通过物联网的智能感知,分析识别个体特征,提供个性化的智能服务。综合业界专家的观点,智慧校园应具有以下特征[1-3]:
(1)对师生学习、生活等个体特征的感知和传递;
(2)校园各种网络包括有线、无线、传感网络的泛在与互通;
(3)各业务系统的智能融合;
(4)海量数据的分析、挖掘和决策支持;
(5)为师生提供智能化、个性化的服务。
3 校园一卡通与RFID
智慧校园以物联网作为智能感知的手段,物联网技术包含二维码、射频识别(RFID)、红外感应、全球定位、激光扫描等。一卡通就是一个典型的RFID应用,校园卡作为射频标签,分布于各个一卡通应用子系统上的读卡器就是射频阅读器,各应用系统软件收集数据并作进一步处理。目前我校一卡通系统包含(或对接)了餐厅消费、浴室水控、门禁管理、图书借阅、机房上机、教室讲台刷卡开柜、大学生体测、自助打印复印等二十多个应用,通过记录师生的刷卡行为,可以统计、分析师生在学习、生活等方面的个体特征,为实现智慧校园的智能化、个性化服务提供大数据基础。
4 校园一卡通与校园高速泛在网络
目前我校已经建设了高速的校园以太网以及覆盖学校教学、办公区域的无线网络,一卡通网络与校园网络深度融合,骨干网多采用VLAN隔离,接入层多为物理专网。一卡通的应用除了使用校园的有线网络,还利用了WiFi、以及Zigbee无线传感网络。我们在室外体育场的管理中,应用了基于校园无线网的手持pos,通过刷卡进行身份认证,并经由无线网络实时上传流水。在办公室门禁管理中,我们应用了基于Zigbee的电子门锁。利用Zigbee协议低功耗、自组网的特性,刷卡门锁采用电池供电、无线联网,可以进行远程授权、流水实时上传。我们开发了一卡通网上服务平台,提供了网上充值和在线缴费的功能;利用移动互联网技术,开发了一卡通手机客户端,提供了手机充值和缴费的功能,满足了师生个性化的需求。
5 校园一卡通与其他应用系统的智能融合
我们已经利用一卡通系统的第三方接入接口(用于C/S开发)和WebService接口,广泛集成了校园各应用系统,提供统一的身份认证和电子支付的功能。在智慧校园时代,我们更注重多业务系统的智能融合。在教室讲台多媒体设备的管理中,我们进行了多媒体中控与教务系统以及一卡通的三方对接,实现了多媒体中控根据教务课表授权,任课教师在课表规定的时间和教室能够刷卡打开多媒体讲台,免除教师课前向物业借钥匙的繁琐程序。在新建的研讨型教室中,我们同样对教室门禁、多媒体中控和教务系统三方进行了对接,根据课表授权本节课的师生刷卡进入教室;同时任课教师刷卡时,门禁控制器给多媒体中控一个启动信号,自动开启多媒体设备。
6 校园一卡通与大数据挖掘
校园一卡通已经广泛集成了校园各个应用系统,师生在使用校园卡会产生大量的数据记录。这些数据中蕴涵了与师生工作、学习、生活相关的行为偏好和活动规律,利用这些数据进行挖掘分析,可以更好的洞察师生的个体需求,从而合理调配学校资源、改善决策,为师生提供智能的、个性化的服务。
7 结束语
校园一卡通作为RFID的一种典型应用,在校园身份认证、师生日常行为感知、大数据收集等方面有着不可替代的作用。在智慧校园时代,通过与其它应用系统智能融合,一卡通将发挥更重要的作用。
参考文献:
[1]胡钦太,郑凯,林南晖.教育信息化的发展转型:从“数字校园”到“智慧校园”[J].中国电化教育,2014(324):35-39.
[2]黄荣怀等.智慧校园:数字校园发展的必然趋势[J].开放教育研究,2012(04):12-16.