基于物聯網的高職院校二級學院信息化教學檔案管理系統設計

葛翔

摘要：隨著高等教育改革的不斷深化，高職院校招生規模不斷擴大，現代教育教學技術得以廣泛運用，對高職院校二級學院的教學檔案管理工作提出了新的要求。該文基于物聯網技術，結合高職院校二級學院的實際需求，提出一種新型的信息化教學檔案管理系統，以期提高高職院校二級學院的信息化教學檔案管理水平。該系統融合RFID技術、現代教育技術、人機交互技術和計算機網絡技術，具備具有用戶識別、用戶狀態監控、數字化檔案管理、交互式查詢及信息顯示統計等功能。針對當前校園移動端用戶數量龐大并不斷增長的情況，該系統可自動識別處于高速運動狀態的用戶，允許多個用戶同時通過無線網絡連接服務器，很好地解決網絡擁堵問題。

關鍵詞：物聯網;RFID技術;多功能卡;閱讀器;教學檔案管理系統

中圖分類號：TP391? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）02-0113-02

1 概述

物聯網（Internet of Things，簡稱IoT）作為信息、通信和技術產業中一種新的應用模式，近年來獲得蓬勃發展。物聯網（IoT）屬于計算科學應用領域的產物，其通過信息載體讓日常物理對象、普通物體通過互聯網實現互聯互通，并采用數字技術手段讓處于網絡中的物體與對象實現自我識別以及相互識別。物聯網的重要性在于以數字方式表示對象，會變成比其自身更大的東西。對象不再僅僅與用戶相關，而是與周圍的對象和數據庫數據相連接。當大量物體同時行動時，即具備了“環境智能”。

物聯網與現代通信技術、傳感器技術、無線技術、二維碼技術緊密相連， 而射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）技術作為一種通信技術則是物聯網核心技術之一。其具有識別碼唯一、非接觸、防水、防污染、可同時訪問多個標記等特點。RFID在制造業、零售業、物流業、交通運輸業、信息業等領域有著廣泛的應用。與此同時，隨著高等教育改革的不斷深化，高職院校招生規模不斷擴大，現代教育教學技術得以廣泛運用，對教學檔案管理工作，尤其是其二級學院的教學檔案管理工作提出了新的要求，形成了新的挑戰。[2]一方面，師生數量的增長使得教學檔案管理系統的用戶數量超越了以往，教學檔案管理工作需要處理龐大的數據信息，加重了工作量，急需提高工作效率;另一方面，計算機網絡技術、多媒體技術在教學檔案管理中的廣泛應用提升了教學管理水平，電子辦公在行政、管理后勤等部門的應用提升了辦公效率。然而這些都限于各個部門、系統的內部，從學校或者學院層面上來看，其整體教學檔案管理效率的提高依然未能與各個系部相匹配。因此，構建一個統籌全局、協調各方的信息化教學檔案管理系統，成為當前高職院校二級學院的緊迫任務。本文基于物聯網的技術框架，結合高職院校二級學院的實際需求，提出一種新型的信息化教學檔案管理系統，以期提高高職院校二級學院的信息化教學檔案管理水平。

2 信息化教學檔案管理系統的體系結構

本文設計的基于物聯網的高職院校二級學院信息化教學檔案管理系統采用客戶端/服務器模式。用戶可以使用特定的多功能RFID卡將識別信息或應答信息發送給RFID閱讀器。RFID閱讀器可以同時響應和處理來自多個用戶的信息。RFID閱讀器還可以通過USB接口、RJ45接口或RS485接口與服務器端的教學檔案管理軟件進行信息交換。教學檔案管理軟件處理來自RFID閱讀器的信息，并對其發出相關指令。通過教學檔案管理系統，用戶可以識別教師、學生的身份及相關信息，監控教師的教學情況以及學生的學習狀況。該體系尤其支持互動式查詢、無紙化辦公，并能在線顯示查詢結果并進行智能分析。[3]系統的應用框架如圖1所示。

根據以上框架，系統給用戶分配學生、教師和管理員三種角色，RFID閱讀器讀取學生RFID卡的數據并傳輸給次服務器，教師通過系次服務器接入系統，并完成相關教學檔案信息的錄入。次服務器通過校園網連接主服務器，管理員通過主服務器實現教學檔案信息管理。此外，針對校園網在某些情況下出現不穩定，例如黑客攻擊導致服務器癱瘓、網絡負載過大而導致網絡擁堵等意外情形，本系統設置一臺備用服務器，在主服務器無法正常運行時開啟。

3 信息化教學檔案管理系統的設計與開發

3.1 RFID多功能卡以及閱讀器的設計與開發

與普通的RFID標簽相比，RFID多功能卡可以通過鍵盤輸入信息，通過液晶屏幕顯示信息。RFID多功能卡由微控制器、RF收發器、鍵盤、LCD顯示器和電源管理等模塊組成。其中，微控制器是RFID多功能卡的核心模塊，承擔指令收發功能;RF收發器承擔射頻信息收發功能;鍵盤和LCD顯示器分為輸入和顯示設備;電源管理模塊為RFID多功能卡提供工作電源，進行電源管理。

RFID閱讀器由控制器、RF收發器、通信接口、LED燈和電源管理等模塊構成。其具有功耗低、接口多的特點，且其中，控制器為RFID閱讀器的核心模塊，承擔指令收發功能;RF收發器承擔射頻信息收發功能;通信接口是連接通信設備的端口，通常具備三種通信接口，即USB接口、RJ接口以及RS485接口;LED燈提示信息交換、數據讀取狀態;電源管理模塊為RFID閱讀器提供工作電源，進行電源管理。[5]

RFID多功能卡和RFID讀寫器均采用MSP430F2274芯片作為微控制器，以CC2500芯片作為射頻收發器。這兩個芯片的特點之一是低功耗。CC2500是一款2.4GHz無線收發器，其頻帶為2400M-2483.5MHz。CC2500帶有一個支持各種調制格式的500Kbps數據速率調制解調器。CC2500可以通過SPI接口與微控制器一起使用。MSP430F2274是一個16位RISC結構的微控制器，有一種激活模式和五種可選擇軟件的低功率運行模式。其還具有一個中斷事件功能，可以從五種低功耗模式中喚醒設備。MSP430F2274的指令集由51條指令組成，可以對字和字節數據進行操作。

3.2 教學檔案管理軟件的設計與開發

教學檔案管理軟件采用微軟Visual Studio 2008系統開發，由用戶登錄與管理、用戶識別與狀態監控、檔案管理、交互查詢、檔案信息顯示及統計等模塊組成。

3.2.1 用戶登錄與管理模塊

教學檔案管理軟件可以對不同類型的用戶進行管理，賦予其不同的訪問權限，用戶必須輸入唯一的用戶名和密碼才能訪問教學檔案管理平臺。對教師、學生分配不同角色，并設置系統管理員賬戶對用戶進行管理。

3.2.2 用戶識別與狀態監控模塊

教學檔案管理軟件利用RFID多功能卡的唯一標識信息來識別用戶，對用戶的系統使用狀態如登錄、在線、離線、應答進行監控。此外，在教學過程中，對教師的教學狀態以及學生的學習狀態進行監控，并承擔考勤功能。

3.2.3 數字化檔案管理模塊

計算機技術的應用使傳統紙質檔案資料轉化為數字信息存儲在服務器上，實現數字化檔案管理。數字化檔案管理模塊主要承擔檔案信息的錄入、修改、分類、鎖定等功能。[7]基于物聯網的信息化教學檔案管理系統通過對RFID多功能卡數據的讀取，可以管理師生教學活動開展進度、對教學計劃的執行情況等，便于統一管理、提高效率。

3.2.4 交互式查詢模塊

用戶在教學檔案管理軟件的“信息查詢”窗口中，通過點擊“信息類別”“查詢條件”按鈕篩選索要查詢信息的類別，以限定查詢條件，例如：考試成績信息-期中/期末考試成績，實踐考核環節成績等;點擊“開始查詢”“結束查詢”等按鈕，可以實現檔案信息查詢功能。

3.2.5 檔案信息顯示及統計模塊

教學檔案管理軟件可以按數據表類型和圖形類型在“數據信息”窗口和“圖形信息”窗口中顯示統計信息。

4 信息化教學檔案管理系統的關鍵技術

4.1 RFID 技術

RFID技術是一種無線電磁信號檢測技術。一個典型的RFID系統由三部分組成：RFID標簽、RFID閱讀器和應用軟件。RFID標簽采用唯一的識別碼進行電子編程。射頻識別閱讀器通過天線發出無線電信號。然后在標簽和閱讀器之間建立無線通信。RFID標簽上的數據由讀卡器發送的信號讀取。讀取器獲取數據并將其傳輸到計算機中的應用軟件進行處理。RFID閱讀器具有特定的射頻，不同的射頻具有不同的傳輸距離。對于條形碼系統，標簽必須定期放置，以便激光掃描儀能夠檢測和識別。阻礙標簽和掃描儀之間光通信的物體會中斷條形碼掃描。與條形碼不同，RFID技術可以在無線模式下識別標簽。因此，RFID技術被認為是一種新穎有效的解決方案。

4.2 eZ430-RF2500開發工具

eZ430-RF2500是一個無線開發工具，帶有MSP430F2274微控制器和使用USB接口的CC2500 2.4GHz無線收發器。它使用IAR嵌入式工作臺集成開發環境（Embedded Workbench Integrated Development Environment，簡稱IDE）和代碼編輯器（Code Composer Essentials，簡稱CCE）。EZ430-RF2500的目標板是具有USB調試接口的無線系統。USB調試接口使EZ430-RF2500能夠使用MSP430應用程序UART從PC無線發送和接收數據。

5 結束語

隨著現代教育技術的不斷發展，高職院校辦學水平的不斷提高，對教學檔案管理系統的要求也越來越高。有鑒于此，本文基于物聯網技術，設計出一種新型信息化教學檔案管理系統。該系統采用客戶端/服務器模式，融合RFID技術、現代教育技術、交互式理論和計算機網絡技術，具備具有用戶識別、用戶狀態監控、數字化檔案管理、交互式查詢及其結果顯示與統計等功能。此外，該系統還能很好地滿足移動端用戶的需求，解決網絡擁堵問題。在高等教育改革不斷深化、高職院校招生規模不斷擴大的背景下，該系統可以滿足高職院校二級學院的教學檔案管理需求，提高高職院校二級學院的教學檔案管理水平。

參考文獻：

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[2] 周艷.提高高職院校二級學院辦公室工作效率淺析——基于信息化教育管理綜合平臺[J].價值工程，2016，35（34）：69-70.

[3] 盧朝江.基于C/S和B/S混合模式的高職院校信息化建設教務管理系統分析與設計[J].數字技術與應用，2010（7）：136-137.

[4] 遲健男，王志良，謝秀貞，等.多點觸摸人機交互技術綜述[J].智能系統學報，2011，6（1）：28-37.

[5] 徐金鳳，張路遙.高職院校教學質量監控信息化平臺的設計——以無錫職業技術學院為例[J].無錫職業技術學院學報，2017，16（3）：41-44.

[6] 李付亮.高職信息化集成教學管理的探索與實踐[J].職教通訊，2014（32）：44-45.

【通聯編輯：朱寶貴】