物聯網在教育中的應用研究

韓海曉

（廣東科學技術職業學院 廣州學院，廣東 廣州510640）

0 引言

物聯網代表了下一代信息發展技術，發展的目標是將世界上任何物體與互聯網連接起來， 具有廣泛的應用前景和深刻的社會意義。2008 年第一屆物聯網國際會議（IOT2008）在瑞士蘇黎世舉行，物聯網使互聯網延伸至物理世界，涉及眾多技術，包括RFID、短距離無線通信、實時定位、傳感網絡。 物聯網作為普適計算的一種實現網絡類型，實現了物理設施與數據中心的有機融合。物聯網主要通過在各種物體中嵌入的感應器、傳感器節點來進行數據采集工作，并將采集到的數據通過信息承載平臺發送給后臺服務設施，由后臺管理人員按照一定的方式對數據進行的分析和處理。 物聯網能夠實現對感興趣區域、期間的實時監控， 使得人們可以更加方便和動態的調整相應的管理措施。

1 物聯網的內涵及技術原理

1.1 物聯網的內涵及特征

物聯網的特征包括連通性、技術性、智能性和嵌入性。 其中，連通性是物聯、網的本質特征之一。具體是指任意時間的連通性，任意地點的連通性，任意物體的連通性。 技術性是指射頻識別（RFID）技術、傳感技術、納米技術和智能嵌入技術。物聯網具有智能化感知性，它可以感知人們所處的環境，最大限度地支持人們更好地洞察、利用各種環境資源以便做出正確的判斷。物聯網的嵌入性表現在兩個方面，一是，各種各樣的物件本身被嵌入在人們所生活的環境中；二是，由物聯網提供的網絡服務將被無縫地嵌入到人們日常工作與生活中。

1.2 物聯網的技術原理

信息采集是物聯網的基礎，目前主要采用傳感器和電子標簽等方式完成。 傳感器用來感知采集點的環境參數，電子標簽用于對采集點的信息進行標識，因此傳感器和電子標簽技術構成了物聯網的兩種主要技術。

基于傳感器技術的物聯網又稱為無線傳感器網絡。傳感器是一種可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號，并按一定規律將其變換成電信號等形式輸出，以滿足信息的傳輸處理、存儲顯示、記錄控制等要求的檢測裝置。無線傳感器網絡以各種方式在被感知對象內部或者附近部署節點，通過自組織方式實時感知、采集和處理網絡覆蓋區域中的信息， 并通過多跳網絡將數據經接收器傳送到遠程控制中心進行操控。 無線傳感器網絡易于部署，節點廉價，靈活性、觀察精度性和性價比較高；具有大量冗余節點，部分節點失效后可自組織通信，不會影響整個系統功能；具有計算能力，可以相互協作；基于傳感器技術的物聯網主要應用于采集類的業務網，隨著技術的不斷成熟與硬件成本的降低，其在教育領域的應用前景也不可忽視。

RFID 是20 世紀90 年代興起的一種利用射頻信號通過空間耦合產生磁場實現無接觸傳遞信息并將信息用于自動識別的技術。該類物聯網由EPC 標簽、 閱讀器、Savant 中間件、ONS 服務器和EPCIS 服務器組成。 EPC 標簽可在遠距離、不接觸、多標簽、高速運動中穿透性反復讀寫，有很強的抗水、抗油污能力和耐磨性，與閱讀器組成RFID 系統，用于識別、跟蹤和定位物體。 Savant 中間件、ONS 服務器和PLM 服務器組成信息網絡系統，進行信息的存儲、查詢和共享。 基于RFID 技術的物聯網的主要應用領域有：物流管理、門禁安防系統、電子支付、身份標識等短距離、 小規模的應用可使用本地應用程序服務器實現ONS 和EPCIS 服務器的功能。 這種模式減少了技術的開發難度，應用也較廣。

2 物聯網在教育中的應用

當前，物聯網技術的應用領域已非常的廣泛，與我們的日常生活也密切相關。 通過傳感器、RFID 技術的運用，物聯網可將各種物件互聯并實現智能化的數據傳遞和通信，完成網絡內物體的識別、管理和應用等操作。 結合物聯網的教育應用現狀及相關研究，物聯網在教育領域中的應用可分為課堂教學、實驗教學和教育管理三個方面。

2.1 利用物聯網構建智能化課堂教學環境

基于物聯網教學環境下的教學模式與傳統教學模式相比，具有更加開放和創新的特征。利用物聯網強大的物質和信息資源優勢來建立基于物聯網的科學探究模式。 在該模式中，學生可以最大限度地利用物聯網資源，并在發掘物聯網信息的同時促進高級思維能力的發展該模式能引導學生在知識建構、剖析、探討和問題解決的同時進行反思、總結和提煉有價值的內容，并在物聯網上與其他同學共享。 傳統課堂教學的物理環境所包含的教學資源比較有限，虛擬學習環境又缺乏與現實世界的交互。利用物聯網，不但能全現實世界的物品互連，而且實現了現實世界與虛擬世界的互聯，能夠有效地支持人機交互、人與物品之間的交互、人與人之間的社會性交互。 物聯網的引入使得物理教學環境的每個物件都具有數字化、網絡化、智能化特性，可以與虛擬學習環境進行無縫整合，可以即時地捕捉、分析師生的教與學的需求信息，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。

2.2 利用物聯網豐富實驗教學

實驗教學可以幫助學生形成概念，理解和鞏固所學知識，培養觀察、分析和解決

問題的能力，并掌握一些基本技能。 實驗操作中一旦有誤就會影響實驗結果，可能導致部分學生失去耐心而馬虎應付、抄襲或猜測實驗結論， 或者因不能發現問題而影響學生對后續實驗的信心和興趣。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，比如，部分實驗材料或儀器危險性較高，學生操作不當可能會威脅生命安全。 通過讓學生佩戴傳感器手表等形式，教師可以記錄學生實驗過程，及時發現錯誤并給予正確指導，避免實驗過程中危險的發生。 每一種實驗器材都有數字化屬性與使用幫助信息，當實驗器材使用不當時會自動啟動報警系統，學生也可通過手中的傳感器向教師發送信號請求指導。實驗者可以遠程控制異地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。

2.3 利用物聯網支持教學管理

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。 應用物聯網技術還可以將教育管理模式延伸至整個區域，如市、區等行政區，實現區域內校校間的資源互補、教育部門對學生的統一管理，進一步配合有關部門對學生的公共安全和公共服務管理，從而實現區域性的教育信息化管理。

2.4 利用物聯網支持實驗室管理

物聯網中的各種技術已應用于實驗室管理中，目前應用最為廣泛的還是RFID 技術(射頻識別)。 但物聯網技術的應用方式目前還比較單一，尚未實現大規模的綜合性應用，以真正實現便捷的、智能化的、實時的實驗室管理。 國外部分高校己慢慢開始利用RFID 技術對實驗用品的基本數據進行管理、對實驗室過程等進行相對全面的系統管理等，但從我國目前各大高校實驗室管理的了解情況而言，物聯網技術應用還十分有限。 就高校的實驗室管理現狀來看，現有的應用案例還基本局限于某一領域的技術或設備簡單的橫向擴展，而尚未注重實現更為緊密的縱向聯系。

3 結束語

我國物聯網市場發展還處于初級階段，目前對物聯網的研究主要在物流管理、智能家居等領域，在教育領域的探討尚為鮮見，但隨著物聯網技術的日益成熟和人們關注程度的不斷提高，相信其在教育中的應用將越來越廣泛。它將有助于優化學習環境，豐富學習資源，改善學習方式，節省管理成本，提高管理效率，加快推進教育現代化進程。

［1］朱仲英.傳感網與物聯網的進展與趨勢[J].微型電腦應用，2010（1）：1-3.

［2］王曉靜，張晉.物聯網研究綜述[J].遼寧大學學報:自然科學版，2010（1）：37-39.

［3］傅騫，魏順平，賀龍祥.無線傳感器網絡教育應用研究[J].中國電化教育，2008(7):105-108.

［4］黃孝斌.物聯網應用實踐[J].信息化建設，2009(11):21-22.

［5］吳功宜.智慧的物聯網[J].機械工業出版社，2010.