教育信息化背景下智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究

盧喜利，周月鵬

教育信息化背景下智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用研究

盧喜利，周月鵬

（韶關(guān)學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院，廣東韶關(guān)512005）

隨著教育信息化的推進，智慧校園將成為未來高校信息化的主要發(fā)展方向，云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園的建設(shè)中起著決定性的作用.這些先進技術(shù)可以對校園生活、教學(xué)進行綜合管理，可以有效的對學(xué)生安全進行防衛(wèi).通過分析物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)在智慧校園中的應(yīng)用，描繪智慧校園為學(xué)校師生和教職員工提供的多種多樣的校園文化、平安和諧、智能便捷的校園生活.最后對智慧校園的發(fā)展進行展望.

智慧校園；物聯(lián)網(wǎng)；云計算；RFID

教育信息化的建設(shè)是一個長期的發(fā)展過程，有客觀的路徑及規(guī)律性，建設(shè)的不同階段具有各異的特征. 21世紀初，國內(nèi)各大高校都在建設(shè)數(shù)字校園，在建設(shè)過程中都有自己探索和規(guī)劃的模式，都是圍繞著應(yīng)用展開教育信息化的建設(shè).數(shù)字校園的內(nèi)涵建設(shè)包含兩個方面：一方面是信息在應(yīng)用方面的集成與數(shù)據(jù)整合，建設(shè)目標(biāo)是完成學(xué)校信息在應(yīng)用方面的集成、實現(xiàn)各類信息資源的整合；另一方面是構(gòu)建基于標(biāo)準統(tǒng)一、各種信息資源充分共享和傳輸?shù)钠脚_［1］.

數(shù)字校園建設(shè)在最初一段時期確實產(chǎn)生了積極作用，改變了學(xué)校的傳統(tǒng)教學(xué)模式和業(yè)務(wù)流程，但這種變革沒有產(chǎn)生顯著、可持續(xù)的影響，變革過程是被動且緩慢的［1］.北京師范大學(xué)的黃榮懷等人認為數(shù)字校園過渡到智慧校園是必然的，然后從學(xué)習(xí)環(huán)境的變革方面進行了分析［2］，江蘇師范大學(xué)的王運武等人則論述了這個過程中的系統(tǒng)思維缺失現(xiàn)象［3］.

隨著高校教育信息化的推進，信息化建設(shè)進入了新的發(fā)展階段.智慧地球、智慧城市、智慧校園、智能醫(yī)療、智慧交通、智能家居的建設(shè)都如火如荼的進行中，智慧校園成為教育信息化建設(shè)的重要組成部分［4］.高等學(xué)校也應(yīng)該抓住機遇，圍繞“智慧”理念，打造智慧、平安、和諧的校園.

1 智慧校園

智慧校園是在數(shù)字校園，智慧城市之后產(chǎn)生的一個新概念.目前在中國高校中，還沒有實現(xiàn)真正意義上的智慧校園.不過隨著高校加大投入智慧校園的建設(shè)，某些高校已經(jīng)能夠提供較為完善的服務(wù)［5］.

智慧校園是指通過云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在校園中的應(yīng)用，完成對高校教職員工、學(xué)生以及學(xué)校的各種資源進行交互方式的更新，將學(xué)校的基礎(chǔ)設(shè)施、科研成果、教學(xué)資源進行整合，從而使得應(yīng)用更加靈活、快捷，促使校園服務(wù)模式的智能化.在實際應(yīng)用中，智慧校園的實現(xiàn)過程是把傳感器安裝到圖書館、教室、餐廳、實驗室、宿舍等場所中，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)“物物相連”形成“物聯(lián)網(wǎng)”，最終實現(xiàn)校園資源和系統(tǒng)的整合［6］.

智慧校園的建設(shè)，可以提高學(xué)校的信息服務(wù)質(zhì)量，構(gòu)建一個智能、協(xié)作和開放的信息服務(wù)平臺，讓每個使用者體驗該平臺的智能化服務(wù).它是一種全新的學(xué)習(xí)、生活和管理模式，以智能化的方式來體現(xiàn)我們的工作、學(xué)習(xí)、交流與管理的校園生活.

2 智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 云計算

云計算是這些年被炒得比較熱的技術(shù)名詞.從本質(zhì)上講，云計算不能算是一項全新的技術(shù)，它是在網(wǎng)格計算、虛擬化技術(shù)、并行計算以及分布式計算基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新模式.

云計算的基本原理是利用非本地或遠程服務(wù)器群的分布式計算機為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供計算、存儲、軟硬件等服務(wù).簡單地說，云計算整合了很多位于不同地點或者相同地點的閑置的計算資源，通過計算機網(wǎng)絡(luò)為用戶提供“服務(wù)和解決方案”［7］.以用戶為主體并為其提供平臺、基礎(chǔ)架構(gòu)、軟件等服務(wù)，整合大量的計算、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、存儲等分布式資源進行協(xié)同工作的超級計算模式.云計算是虛擬化技術(shù)應(yīng)用成果的體現(xiàn)，而虛擬化技術(shù)為云計算的實現(xiàn)提供了很好的技術(shù)支持［8］.

云計算是計算機業(yè)界、學(xué)術(shù)界的熱點名詞與技術(shù)，已經(jīng)成為未來發(fā)展的重要趨勢之一.微軟、Google、Amazon、IBM等信息巨頭都在進行與云相關(guān)的技術(shù)研究和開發(fā)［9］.

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是指通過激光掃描儀、射頻識別、全球定位系統(tǒng)（GPS）、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議把物品接入到互聯(lián)網(wǎng)中進行信息交換和通信，實現(xiàn)對物品的識別、跟蹤、管理和定位的一種網(wǎng)絡(luò)［10］.

通俗的講，物聯(lián)網(wǎng)是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是互聯(lián)網(wǎng)的拓展和延伸；用戶端不再局限于人與人之間，而是物品與物品之間進行信息通信和數(shù)據(jù)交換，能夠?qū)ξ锲愤M行識別、跟蹤和定位.物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展.

物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)過程中關(guān)鍵的技術(shù)是射頻識別（RFID）技術(shù).RFID英文全稱是Radio Frequency Identification，是一種由雷達技術(shù)衍生的技術(shù)，通過射頻信號實現(xiàn)對物體的非接觸自動識別.該技術(shù)通過閱讀器發(fā)射的電磁波自動識別目標(biāo)對象和讀取相關(guān)數(shù)據(jù)，不需要人工操作，可工作于各種惡劣環(huán)境.RFID技術(shù)具有識別效果好、速度快、距離遠、環(huán)境適應(yīng)性強、容量大、壽命長、可重復(fù)使用等特點，以及可支持快速讀寫、移動識別、多目標(biāo)識別、定位及長期跟蹤管理.

3 云計算、物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 云計算在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

（1）智慧校園的云計算平臺

智慧校園的云計算平臺包括3個層次，第一層是基礎(chǔ)設(shè)施層（基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)）、第二層是平臺層（平臺即服務(wù)）、第三層是應(yīng)用層（軟件即服務(wù)）.基礎(chǔ)設(shè)施又包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)和服務(wù)器等硬件部分.平臺提供虛擬硬件資源和服務(wù)器租用等服務(wù)，包括認證、授權(quán)、數(shù)據(jù)管理等.平臺服務(wù)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、開發(fā)平臺以及中間件等組成.軟件服務(wù)層（應(yīng)用層）是智慧校園的核心，也是智慧校園的上層服務(wù).智慧校園教育信息化系統(tǒng)部署在軟件服務(wù)層，通過系統(tǒng)門戶提供服務(wù)，是用戶獲得服務(wù)的入口［11］.智慧校園云計算平臺架構(gòu)見圖1.

圖1 智慧校園云計算平臺架構(gòu)

（2）云計算在虛擬實驗室中的應(yīng)用

云計算是支撐智慧校園建設(shè)的一項關(guān)鍵技術(shù)，借助于網(wǎng)絡(luò)載體，通過虛擬技術(shù)為用戶提供高效率、智能化的基礎(chǔ)架構(gòu)和平臺.下面以云計算在虛擬實驗室中的應(yīng)用為例講解云計算在智慧校園中的應(yīng)用.

學(xué)生實驗是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)，通過動手調(diào)試實驗提高學(xué)生的動手能力，探索新的領(lǐng)域，獲取更多知識.然而，學(xué)校的實驗室不可能每天都開放，也不可能讓每個學(xué)生隨時進行實驗，不能保證每個學(xué)生都擁有自己的實驗室.為解決這個問題，可以使用云計算平臺.云計算平臺通過遠程桌面和資源共享的方式，使學(xué)校師生都可以通過客戶端訪問云平臺，體會海量存儲和高速運行，可以很好地實現(xiàn)每個師生擁有一個虛擬實驗室的構(gòu)想.在虛擬實驗室的建設(shè)過程中，首先要完成實驗室環(huán)境準備，搭建虛擬化資源池，然后通過自動化方式完成資源的申請、監(jiān)控和回收，用戶通過虛擬桌面可以對虛擬實驗室進行遠程訪問［7］.

3.2 物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園建設(shè)中的應(yīng)用

智慧校園的一個很明顯特征是智能感知，能夠借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對校園生活、教學(xué)資源、教學(xué)活動，學(xué)生的安全等進行綜合管理.智慧校園展示了一個更加高效、便捷、智能、和諧的校園環(huán)境.

物聯(lián)網(wǎng)在智慧校園中的應(yīng)用主要包括3個方面，分別是教學(xué)管理、校園生活以及安全防衛(wèi).

（1）教學(xué)管理

智慧校園的教學(xué)管理主要包括3部分：智慧課程、自動考勤管理和智慧圖書館.

智慧課程是教師將所有課程資源上傳到云平臺上，學(xué)生通過手機或計算機這些終端設(shè)備進行登陸訪問，在終端設(shè)備上完成課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí).教師也可以將學(xué)生需要完成的作業(yè)，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到學(xué)生的終端.學(xué)生完成作業(yè)后自動批改，系統(tǒng)對出錯情況進行分析，給出參考答案，教師也可以通過智慧課程模塊對學(xué)生的完成情況進行分析，便于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和總結(jié)［12］.

考勤管理是學(xué)校授課過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，通過點名的形式實現(xiàn)，考勤一般由任課教師或者班委承擔(dān)，點名過程既浪費教師授課也耽誤學(xué)生學(xué)習(xí).在每一間教室門口安裝一個RFID閱讀器來完成自動考勤管理，閱讀器通過讀取進出教室的教師和學(xué)生的RFID卡中信息，快速準確的記錄教師和學(xué)生進出教室的時間，同時可以生成學(xué)生曠課、早退、遲到的報表，準確性高，便于教師記錄平時成績，也方便教學(xué)管理部門查詢［12］.

智慧圖書館主要提供智慧管理、自助借還、智能統(tǒng)計服務(wù).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧圖書館的實現(xiàn)過程中起著至關(guān)重要的作用.目前大部分圖書上面粘貼的都是普通的條形碼標(biāo)簽，條形碼標(biāo)簽在閱讀距離和閱讀速度方面趕不上RFID標(biāo)簽，智慧圖書館的應(yīng)用主要是RFID電子標(biāo)簽的使用.智能書車是在移動設(shè)備上安裝了RFID閱讀器，通過移動智能書車來實現(xiàn)定位、查詢和導(dǎo)航功能［13］.

（2）校園生活

校園生活主要包含3個方面，分別是智能食堂管理、智能宿舍管理和智能浴室管理.

智能食堂管理是智慧校園建設(shè)過程中很重要的一部分.它包括3部分：第一部分是RFID閱讀器，第二部分是含RFID電子標(biāo)簽的飯卡，第三部分是后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).學(xué)校師生每人的飯卡中都植入了RFID標(biāo)簽，卡里面包含了用戶注冊信息和使用信息.在食堂的每個窗口都安裝RFID閱讀器，通過閱讀器讀取卡中信息，比如說讀取卡中金額.刷卡后扣除相應(yīng)金額，再將修改數(shù)據(jù)寫入到后臺數(shù)據(jù)庫中.后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲用戶的注冊信息和消費情況，方便用戶和管理部門對食堂權(quán)限范圍內(nèi)的消費業(yè)務(wù)進行查詢［13］.

智能宿舍管理可以對學(xué)生的歸宿進行快速、高效、智能的管理.可以解決學(xué)生晚歸和夜不歸宿的問題.宿舍門口安裝有RFID閱讀器，當(dāng)學(xué)生拿著RFID卡通過宿舍門口時，閱讀器可以感應(yīng)學(xué)生的進出情況，從而統(tǒng)計出當(dāng)前進入宿舍樓的人數(shù)，并且可以很清楚的統(tǒng)計出哪些同學(xué)在宿舍，哪些同學(xué)不在宿舍.

當(dāng)學(xué)生在學(xué)校規(guī)定時間之前沒有回到宿舍，系統(tǒng)自動統(tǒng)計出這些學(xué)生信息，并給這些學(xué)生手機發(fā)送短信提示，同時將未到宿舍的學(xué)生信息發(fā)送到宿舍管理人員的手機上.通過智能宿舍管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)學(xué)生宿舍考勤的智能化管理，并且宿舍管理部門能及時統(tǒng)計報表，大大提高管理效率和統(tǒng)計的準確率［14］.

智能浴室管理可以實現(xiàn)用水自動化計費管理.使用時將卡放到閱讀器上，閱讀器通過發(fā)射信號讀取卡上余額并顯示出來，然后根據(jù)用水情況進行計費［15］.

（3）安全防衛(wèi)

隨著高校的擴招，學(xué)校的建筑規(guī)模和學(xué)生規(guī)模都在不斷加大，舊的安保方式在發(fā)展過程中就顯得捉襟見肘.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為學(xué)校的安全防衛(wèi)提供了支持.學(xué)校可以在敏感區(qū)域安裝傳感設(shè)備，安保部門則通過射頻識別、GPS及傳感技術(shù)，實現(xiàn)對學(xué)校人員和固定資產(chǎn)的全方位監(jiān)控，當(dāng)有安全隱患時，設(shè)備自動報警，安保人員得到信息后可以第一時間到達出現(xiàn)安全隱患的現(xiàn)場［12］.

4 結(jié)語

基于云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧校園，將為師生的教學(xué)工作和日常生活提供極大的便利.它將提供的是豐富多彩的校園文化、隨時隨地的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、方便周到、安全和諧的校園生活.目前智慧校園的建設(shè)既是機遇，也是挑戰(zhàn).在智慧校園的建設(shè)與實施過程中仍然有許多問題需要考慮.比如：物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)成本較高，如果想一步到位全面建成需要較高的成本；而且使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以跟蹤用戶的行動、了解學(xué)生的習(xí)慣以及偏好等，師生隱私將得不到很好的保護［12］.

當(dāng)前智慧校園的建設(shè)還處在探索階段，隨著云計算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)的深入研究和廣泛應(yīng)用，智慧校園在建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題將會逐步改進和提高，將來會有越來越多的學(xué)校建設(shè)成為智慧校園，實現(xiàn)校園大環(huán)境的物物相連.數(shù)字校園逐漸會被智慧校園取代，智慧校園將成為教育信息化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流方向.

［1］胡欽太，鄭凱，林南暉.教育信息化的發(fā)展轉(zhuǎn)型：從“數(shù)字校園”到“智慧校園”［J］.中國電化教育，2014(1)：35-39.

［2］黃榮懷.從數(shù)字學(xué)習(xí)環(huán)境到智慧學(xué)習(xí)環(huán)境－學(xué)習(xí)環(huán)境的變革與趨勢［J］.開放教育研究，2012，18(1)：75-84.

［3］王運武.“數(shù)字校園”向“智慧校園”的轉(zhuǎn)型發(fā)展研究－基于系統(tǒng)思維的分析思辯視角［J］.遠程教育雜志，2013(2)：21-28.

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Research on Key Technology and Application of Smart Campus under the Background of Educational Informatization

LU Xi-li，ZHOU Yue-peng
（Institute of information Science and Engineering,Shaoguan University, Shaoguan 512005,Guangdong,China）

With the development of education informatization,smart campus will become the main development direction of future university informatization,and the cloud computing and the technology of the Internet of things play a decisive role in the construction of smart campus.These advanced technologies can achieve the integrated management of the campus life and teaching,and it can effectively defend the safety of students.Through the analyzing of the cloud computing and the technology of the Internet of things in smart campus,it describes faculty diversity of campus culture.A harmonious,smart and convenient campus life of smart campus will be provided for the teachers and students.Finally it discusses the prospects of the development of smart campus.

smart campus；internet of things；cloud computing；RFID

TP393

：A

：1007-5348（2015）04-0018-04

（責(zé)任編輯：歐愷）

2015-03-30

廣東省教育廳“質(zhì)量工程”建設(shè)項目（粵教高函〔2014〕97號）；廣東省高等教育教學(xué)改革項目（GDJG20142436）；韶關(guān)學(xué)院教育教學(xué)改革研究重點項目（SYJY20131404）；廣東省自然科學(xué)基金資助項目（2014A030307029）；廣東省高等學(xué)校科技創(chuàng)新（重點）項目（2013KJCX0168）.

盧喜利（1982-），女，河南焦作人，韶關(guān)學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院教師，碩士；研究方向：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘.