大学教育物联网运用

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1引言

物联网(InternetofThings，IOT)的概念最早于1999年由美国麻省理工学院提出，［1］近年来，网络技术迅猛发展，其内涵已经发生了变化。［2，3，4］目前，物联网得到全球各个领域的重视，被美国列为振兴经济的两大武器之一，被欧盟定位成使欧洲领先全球的基础战略，被中国纳入战略性新兴产业规划，被称为继计算机和互联网之后的世界信息产业的第三次浪潮。物联网的概念目前没有统一的定义。一般来说，物联网是指以感知为中心、实现信息空间和物理空间交融的综合信息系统。物联网通过大量部署具有标识、感知和执行等能力的多种信息设备，与各种异构网络融合，实现对物理世界的信息采集、传输、处理、和决策反馈等，实现人与物、物与物之间的互动和知识共享，提升对综合感知能力，实现智能化的决策和反馈控制，为人类社会提供智慧的服务。［5，6，7］物联网在电力、交通、医疗、家居、工业、农业、物流、军事、环境、节能减排、公共安全等不同的行业应用领域整合信息领域的服务和应用，实现从信息化向智能化的提升。作为信息技术前沿领域，物联网将革命性的改变未来人们的生活和工作方式。从人到人通信的移动通信网，机器到机器连接的互联网，发展到物与物、人与物互动的物联网，对国家经济、社会、安全和科学技术自身的发展产生重大影响。在大学教育领域中，需要充分发挥信息技术的优势，倡导学生自主、合作、探究的学习方式，改变教师教学方式，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。［8］与此同时，Web3．0、移动设备、IPV6、云计算、3G通信、无线传感网等技术的发展，表明物联网在教育领域巨大的应用潜力，尤其是在大学教育中，它能改善学习环境和学习方式，更好地促进教育的跨越式发展。同时，引入物联网技术进行校园管理，适合校园安全、仪器设备、教务管理的需要，提高管理效率和质量。

2物联网的特点

2．1基本特征

2．1．1物联网是各种感知技术的广泛应用

物联网上部署了海量的传感器，每个传感器是一个信息源，不同类别的传感器所捕获的信息内容和信息格式不同。传感器获得的数据具有实时性，同时其周期性的采集信息，更新数据。

2．1．2物联网是一种建立在互联网上的泛在网络

物联网技术的核心是互联网，通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。由于采集的信息其数量极其庞大，在传输海量信息过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须采用适应各种异构网络的协议。

2．1．3物联网具有智能处理的能力

物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。

2．2关键领域

2．2．1RFID

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID是一种简单的无线系统，由一个询问器(或阅读器)和多个应答器(或标签)组成，用于控制、检测和跟踪物体。

2．2．2传感网

无线传感器网络(WSNs)是由许许多多功能相同或不同的无线传感器节点组成，每一个传感器节点由数据采集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)和供电模块(电池、DC/AC能量转换器)等组成。

2．2．3M2M

M2M是机器对机器(machine－to－machine)通信的简称。目前，M2M重点在于机器对机器的无线通信，存在以下三种方式:机器对机器，机器对移动电话(如用户远程监视)，移动电话对机器(如用户远程控制)。

2．2．4两化融合

两化融合是信息化和工业化的高层次的深度结合，是指以信息化带动工业化、以工业化促进信息化，走新型工业化道路;两化融合的核心就是信息化支撑，追求可持续发展模式。

3大学教育中的物联网应用

物联网的研究主要集中在智能物流、智能电网、绿色建筑、智能交通及环境监测等领域，但随着物联网技术的日益成熟，在教育中的应用将越来越广泛。本文根据物联网的一般结构建立了在大学教育中的物联网基本架构，如图2:物联网在大学教育中几个重要的应用:

(1)智能化教学

传统课堂教学的物理环境所包含的教学资源比较有限，而信息时代网络资源极大地丰富了学生的学习内容，有利于提高教学质量和学生的素质。物联网的引入使教学环境的每个物件都具有数字化、网络化、智能化特性，充分发挥了网络资源的优点，即时捕捉、分析教与学的需求信息，并进行相应的调整，为师生提供智能化的教学环境与教学资源。物联网的介入可以为实验教学提供一个安全的、共享的、智能化的实验教学环境。每一种实验器材都有数字化属性与使用帮助信息，当实验器材使用错误时会自动启动报警系统。实验者可以远程控制纳入物联网的实验器材;实验过程数据可以被实时采集并以适当的方式提供给实验者，实现实验教学的数字化、网络化与智能化。通过物联网不但使得现实世界的物品互为连通，而且有效地支持人与人、物与物以及人与物的交互。

(2)智能化管理

物联网可以用于学校考勤管理、学校图书管理、教学仪器设备管理、学校教育安全管理。例如在校行踪通知;学生健康;课外教学管理;危险区域管理;校园访客管理;教育设备管理;学校大型会议人员管理;运动设施使用人员管理等。设置RFID读卡器在学生流动较大的场所(教室、走廊、大楼入口等)，每个学生携带RFID标签(如一卡通等)。系统会自动检测RFID信息，统计学生考勤情况，老师可通过网络查询学生考勤情况，同时可以获得学生所在位置及行动轨迹。图书及仪器设备的管理也可以通过RFID标签进行定位和跟踪，确保教育资源的正常运转及合理使用。为了保证学生的健康，携带自测生理指标RFID标签的学生，当学生健康异常时，系统将发出警报信息通知相关人员，做即时健康管理及处置措施。当学生到了具有不安全因素的环境时，系统自动发出语音作现场警示，同时发出警报信息通知相关人员做即时处理，并配合校方监视系统监视现场状况使得管理人员易于指挥调度。当访客进入校园有RFID的检测范围的管制区域时，系统将发出语音警示同时通知学校相关人员进行适当处理。

(3)智能化服务

物联网的目的是服务于教师和学生，智能化地获得想要得到的资源，提高教学水平，丰富学习内容。网络教育资源的日益增长为老师和学生提供丰富的教学内容，不但可以提高学校的教学质量，还可以拓展学生的视野。更为重要的是学生在课外很容易获得与自己兴趣相关的资源服务。实验数据的提供，解决了传统课堂教学资源有限的问题，针对学生不能亲自做实验的情况，学生可以获得安装在实验器材上的各类传感器采集实验数据，并进行加工和分析，增强了学生的学习兴趣。生活中的传感器监测数据真实地反映了学生的实时状态，及时地提供健康方面的服务等。

4总结

继计算机、互联网和移动通信之后，物联网将引领信息产业革命的新一次浪潮，势必将改变人们的生活和工作方式。随着在不同的行业应用领域中的应用，在大学教育中物联网技术的应用能更好的发挥高等教育的优势，构建合理的物联网结构，充分发挥物联网的智能应用，提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具，提高管理效率和质量，更好地促进教育的跨越式发展。