物联网环境下的智慧校园构建研究.doc

物联网环境下的智慧校园构建研究 物联网使得人们所处的物质世界极大程度地实现了数字化、网络化。使得世界中的物体既以传感方式又以智能化方式联系在一起物联网技术在教育中的应用推动了数字校园向智慧校园方向的升级发展，使得基于物联网的智慧校园将在校园中的物体连接起来实现了学校的可视化智慧管理构建了富有智慧的教育教学环境为师生提供了一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台使课堂得以向真实的场景延伸通过结合实例来探讨智慧校园的概念功能应用和发展前景对于培养学生的科学思维和研究能力加强师生的互动区域教育资源的共享具有重要意义。 物联网智慧校园教育应用有效学习 在教育领域，物联网技术使学校教学和管理变得更具人性化和智能化，在构建自主探究的学习环境中，这对提高教学质量有着广阔的应用前景和如何有效地应用物联网技术来推动数字化校园向智慧校园的发展，是亟待研究和实践的重要课题。 一、物联网的概念与功能 物联网的实践应用最早可以追溯到 1990年施乐公司的网络可乐贩售机，而物互联的理念最早见于 1995年比尔盖茨的未来之路一书，因受到当时硬件设备和技术的限制，并未引起人们的重视。1998年，美国麻省理工学院（MIT），提出了当时被称作EPC系统的，物联网，的构想。1999年，MIT Auto-ID年中心首次提出，物联网，这个概念，同年，中科院也启动了对传感网的研究，虽然物联网发展的基本思想出现于20世纪90年代，但近年来才真正引起人们的关注。在2005年的信息社会世界峰会上，国际电信联盟（ITU）发布互联网报告2005：物联网，提出并重新定义了，物联网，的概念。2009年，IBM首席执行官彭明盛首次提出了，智慧地球，这一概念。物联网建设并已经被正式提升为美国的国家战略，受到了世界各界的关注，物联网被认为与当年的，信息高速公路，有许多相似之处。 （一）物联网的定义 目前，在国内较为多见的“物联网”定义为物联网是指利用各种信息传感设备，如射频识别装置、红外传感器、全球定位系统.、激光扫描等种种装置与互联网结合起来而形成了一个巨大网络，其目的就是使所有物品都与网络连接在一起，使得识别和管理更加方便。 物联网把网络所实现的人与人的互联通过技术扩大到了所有事物之间的连通，不但使得现实世界的物品互为连通。而且实现了现实世界、物理空间与虚拟世界，数字化信息空间的互联，从而有效地支持人机交互，人与物品之间的交互，人与人之间的社会性交互，总之，物联网是一个物-物相连的互联网，成了新一代信息技术的重要组成部分。 （二）物联网的体系和特征 1、物联网的体系 物联网的体系构架从通信过程和对象的视角看，物联网的体系构架被公认为包含以下三个层次：一是全面感知层，二是可靠传递层，三是智能处理层，利用传感器技术通信网络技术和计算机技术。分别承担对信息的获取、传输和处理。它们的融合构建了现代信息系统的感官神经和头脑。 全面感知层利用各种可用的感知手段实现物体动态的即时采集。如：传感器RFID（射频标签）、二维码、蓝牙等设备获取物体的信息，它们能够像人的感官系统那样即时地识别和采集数据。因此，我们要全面而灵活地加强感知能力的设计和开发，同时要兼顾设备的低成本性和灵巧性。 2、物联网的特征 设备化和连通性。物联网基于互联网、传统电信网等信息承载体让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通。因此，设备化和连通性是物联网的基本特性。在物联网时代，除了保证对象的设备化，保证人与目标对象所处的移动电信网、互联网和无线传感网的连通外，在任意时间和地点，任意物体都将处在（连通）的状态，每一件物体都可以寻址、通信和控制，将现实世界连接起来，完成人与人的交流到人与物、物与物的即时互动的转变，逐步将物联网嵌入到人们的日常生活之中。 普适服务智能化。感知和服务是构建物联网的基本目的。物联网报告曾描绘了（物联网）时代的图景，当司机出现操作失误时汽车会自动报警.公文包会提醒主人忘却什么东西.衣服将会（告诉）洗衣机对颜色和水温的要求，等等。物联网使得人们所处的物质世界极大程度地数字化、网络化，使得世界中的物体不仅以传感方式与智能化方式关联起来，使网络服务实现智能化通过这样的网络，人们可以感知和获取最新的信息，极大限度地利用资源，改善并提高生活和工作的质量。 （三）物联网的功能 物联网技术形成了强大的信息处理体系，通过感知、度量、泛在接入和互联等方式，将现实生活对象的活动情况反映到网络虚拟空间之中，并能够智能化地汇集和分析数据，提供可视化的信息服务。同时，物联网的应用前景广阔，遍及智能交通、智能物流、环境检测、公共安全、绿色建筑、食品溯源等多个领域。随着物联网应用技术的不断发展、成熟，物联网的应用领域将逐步拓宽。根据实际用途，物联网的功能可以概括为如下方面，识别对象并获取信息。 1、对象的智能控制与反馈 物联网技术是以云计算平台和智能网络为基础的，能够获取信息，做出智能分析与决策判断，并改变和控制对象的行为。例如，智能红绿灯装置可以根据车辆的来往流量来测算和自动调整红、绿、黄灯的间隔时间，为交通提供便捷的服务。 2、环境监控和对象跟踪 利用多种类型的传感设备和分布广泛的传感网络，物联网能够实现特定对象状态的实时获取及其行为的检测和监控。例如，即时监控实验室的设备，确保对象安全并实现物品的远程操控，通过标签跟踪和确定对象的位置等。 二、物联网与智慧校园 在网络时代，运用基于计算机技术对教育教学过程进行辅助设计、研究和管理，可以促进学校教学改革，实现教育现代化并提高教学质量的有效途径和方法。随着互联网技术的不断发展，数字化校园以数字化信息和网络为基础，使资源实现了高度的共享，信息获得了高速的流动，学校从环境、资源到教与学的活动逐步实现了数字化。物联网技术实现了物体间的联通，智能化地实现了信息的获取、传递和分析，改变了人们的生活、工作、学习的方式，同时，也将会推进智慧校园的建设和发展。 （一）智慧校园的特征 在物联网技术发展的推动下，智慧校园作为数字校园升级到一定阶段的表现，是指一个信息技术被高度地融合，信息化的应用被深度地整合，构建成信息终端广泛感知的网络化、信息化和智能化的校园。 智慧校园具有三个核心的特征，一是为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务.二是将基于计算机网络的信息服务融入到学校的各个应用服务领域，实现资源的互联和人员的互动协作.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个相互交流、相互感知的接口。 物联网技术为智慧校园提供了一个开放、互动、协作的智能化综合信息服务平台，使师生全面地感知教学资源，有效地采集信息，获得智慧化的学习、教学、管理和生活服务，将学校打造成感知的，服务性的，环保节能的，安全稳定的智慧型校园。 （二）物联网在智慧校园中的作用 1、实现学校的可视化智慧管理 在智慧校园中应用物联网能够实现校园中物理对象的互联互通、全面感知校园环境，获取和汇总最新的数据信息，发现问题并分析原因，实时对物体进行控制并反馈相关的信息，可视化校园环境可以为校园管理提供服务，促进学校管理的科学化，人性化和智能化，在基于物联网的校园环境中，它能够便捷地完成师生身份识别和考勤管理，通过在学校内部安装能够感知人体运动，光线，声音，温度的传感器，对教学环境和安全保障系统等进行可视化监测，连接网络，进行智能控制，全面实现学校的教学和安全环境的智慧管理。 2、构建智慧的教育教学环境 随着网络技术和多媒体技术的发展，人们通过互联网可以获得较为丰富的学习资料和教学资源，但是虚拟的学习环境缺乏真实的可触碰性，物联网技术的引入可以使得现实世界的物品互为连通，实现物理空间与数字化信息空间的互联，使真实空间与虚拟学习环境实现比较有效地整合，它让教学环境中每个物件形成数字化，网络化，可视化特性，学生在课堂中就可以感知自然，感知真实的场景，有效地促进人机交互，人与环境的交互，加强了师生之间，生生之间的交流，同时，物联网与现有教学平台的有机整合为远程实践教学活动提供了广阔的空间和智能化的管理服务。 3、促进区域资源共享 如何在区域内使教育资源得以共享是实现教育公平的主要瓶颈，也是长期困扰教育界的重要难题，我国推行的重点学校制度，造成了区域内不同学校间的差距，主要体现在能够支配的优质教育资源方面，通过物联网技术可以实现教育资源的均衡，例如。一些大型的实验设备，图书资源可以利用物联网技术实现区域内各学校的共建共享，使得师生能够均等地享有教育资源，在低成本条件下获取高质量的教育服务，基于物联网的智慧校园的建立对于提高师资水平，消弭校际间的差距，升教育资源的利用率均具有重要意义， 4、拓展学习空间 物联网技术可以拓展学习空间，提供泛在服务，能促进学生将课堂中学到的理论知识与相关实例相结合，弥补理论知识与实践脱节的不足，利用物联网技术将校园中的教育资源与对口公司，企业拥有的相关资源进行联通，使校企之间建立双向互动，优势互补的战略伙伴关系，对于提升学校教学质量，培养学生的创新意识与应用能力具有重要的意义，同时，教育管理模式也可以延伸至整个区域，在智慧校园的建设过程中，能够多领域和跨区域地提供泛在的智慧学习服务，为实现移动学习，泛在学习提供无所不在的资源管理服务。 三、物联网在智慧校园中的应用 在教育发展的过程中，技术扮演着推动者的角色，如果说以前的技术偏向于工具性功能，今天的物联网技术则更具有智慧性的功能，它的应用不仅会改变和优化教育教学环境，而且能推进教育理念的更新，学校管理的创新，教学方法的创新，进而促进教师与学生的共同发展， （一）全面感知 学习环境中的自然环境因素主要指声，光，温度，空气等条件，对教与学产生一定的影响，应用物联网技术感知课堂环境并进行智能控制，将为学生创造更适于学习的条件，在一定区域范围内，安装声音或位移传感设备，可以实现光源的智能控制，当系统感应到活动物体会将信息传递至网络，并根据判断启动电源开关提供照明反馈，若在设定的时间范围内未感应物体运动，系统将终止照明信息的反馈，同时，利用物联网技术可以定时监控光线亮度并自动调节教室内照明灯和计算机屏幕的亮度，根据室外光照强度调整窗帘的高度。 在智慧校园中，物联网能够感知学校内二氧化碳浓度，教室内部的温度和湿度，花草树木周围的空气质量，校园中的噪音等，并根据采集到的数据提出针对性的优化措施，为学生提供更为舒适的校园生活环境，也让学生在绿色校园生活中逐步形成环保的理念， 节能减排是智慧校园的特色之一，物联网技术可以用于智慧校园中能源的监控和管理，将物理世界中的能源对象连通起来，建立节能管理专家系统，将实现校园能源消耗的科学化管理，通过动态监控与实时的数据统计和分析，诸如校园内、常用的电，水，煤气。的各种遥测量，遥信量，脉冲量等信息，管理者可以在系统中获取综合的能源需量统计报表和分析报告，根据日，月，季，年的用电或用水情况，全面了解能源消耗情况，更好地整合和利用资源，节约成本，建立有序的管理模式，以江南大学的节能管理系统为例，目前系统可以对校内所有办公区，教学区，宿舍区和公共环境区的能源消耗情况进行智慧监管，数据统计和分析，除了获取信息和分析问题外，它还能够准确感知和确定能源消耗漏洞存在的位置。 （二）平安校园 校园安全与每个师生，家长和社会有着切身的关系，构建平安校园，利用物联网技术建立智能安全保障系统，包括校园智能安防系统和校园智能交通管理系统等，实现环境监控和对象跟踪，有助于加强校园安全管理，在智慧校园中，为重要的文件和物品贴上二维码和GPS标签，能够感知和追踪物品位置，确保安全管理，对出入校园的车辆进行定位和监测，能够保障校园交通秩序，为重点区域和重要设施安装智能传感器，实现安全监测，若出现可疑情况，感知点将向管理中心发出警报并分析事件原因，同时，利用物联网技术可以实现师生的身份认证和考勤管理，采用安全认证进入学校不仅保证学生在校的安全性，系统还可以自动统计出学生和老师的出勤情况，管理者能通过网络查询师生的到校情况，为学校后续的课程管理和师资管理带来便捷。 （三）智慧图书馆 在物联网技术支撑下智慧图书馆为读者提供了泛在，便捷和跨越时空的服务，信息化服务平台实现了知识与信息的共建性整合，集约式显示，便捷性获取，无障碍转换， 跨时空传递等。从而使公共图书馆向智慧型图书馆转型这种开放式数字图书馆可以实现图书的自动盘点，感知目标图书位置，有利于提高图书管理工作效率，优化读者借阅还书的程序。目前，江苏无锡新区数字图书馆引入物联网技术，以网络图书服务为主，依托互联网技术通过计算机、手机、电子书等终端！向读者提供服务。在智慧校园中，建立智慧图书馆是物联网在教育中的进一步应用。 四、结束语 基于物联网的智慧校园实现了学校的可视化管理，具有科学化，人性化和智能化的特点，同时，智慧校园构建了智慧的教育教学环境，让课堂向真实的场景延伸，使学校与社会，与自然，与学习对象直观地连接在一起，在理论与实践之间架构起桥梁，对于培养学生的科学素养和研究能力，激发其探究的兴趣和内在动力，加强人与人的互动和资源的共享均具有很大的促进意义。 建立和发展智慧校园是优化教育教学环境，深化教育改革的重要途径，是未来教育发展的方向，它既有广阔的应用前景，又将面临更多的挑战，包括教育观念，应用方法，安全和隐私，数据保护，资源控制，信息共享，标准制定等，因此，物联网在教育中的发展是不能一蹴而就的，要正确地认识智慧校园的功能与意义，积极开展实践探索活动，学校领导要清醒地认识技术推动学校改进的基本趋势，对智慧校园的建设与发展要进行顶层设计，不盲目跟风，要因地制宜，因校制宜，以提高人才质量为根本宗旨创造智慧的校园环境。教师应更新理念，积极学习新技术，在物联网技术环境下主动地教学模式的创新。学校教育技术服务人员应该为师生便捷，有效地使用智慧校园提供高质量的服务和有效地技术支持。学生在智慧校园中应该快乐地学习，主动地探究，积极掌握学习科学的技术与方