课程论文-物联网在教育中的应用

课程论文 题 目 名 称 物联网在教育中的应用 课 程 名 称 物联网导论 学 生 姓 名 谢 莉 红 学 号 1341306036 系 专 业 信息工程系 物联网工程 2013 年 12 月 1 日 物联网在的教育领域的应用 谢莉红 摘要摘要 本文从理解物联网的内涵和特征出发 基于对物联网应用于教学领域的把握 探讨物联网 在构建智能化教学环境 丰富实验教学 辅助教学管理和拓展课外教学活动等方面的作用 并设 计了基于物联网智能数字校园系统体系结构及其在实现用户身份管理 图书借阅管理 多媒体教 室 实验室管理和校园消费管理等功能模块 简述了物联网相关技术应用于教育领域的积极影响 最后指出了教育领域下物联网研究中有待解决的问题 包括不同教学类型教学的互联互通 保障 教学的安全性与可控性及教学应用中的费用问题等 关键词关键词 物联网 教育 智能数字校园 The Application of the Internet of Things in Education XIE LI Hong Abstract This paper based on the understanding of the connotation and characteristics of the Internet of Things explores its application prospects in education and mainly focuses on how to utilize the Internet of Things to construct intelligent instructional environments to enrich experimental teaching to assist educational management and to extend educational activities outside classroom And designs a systematic structure and functional modules of intelligent digital campus based on the internet of things the functional modules include the user identity management library management multimedia classroom management laboratory management campus consumption management and so on Briefly describes the internet of things technology applied in the positive influence in the field of education Finally presented the unsolved problems of IoT in education for further research including different teaching types of connectivity ensure teaching the security and the controllability and the fee of teaching application etc Key words Internet of things IoT education intelligent digital 0 引言 物联网 The Internet of Things 的概念从1999年提出后就受到了越来越多的关注 它的定 义很简单 把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来 实现智能化识别和管理 2009年8月上旬温家宝总理在无锡视察时提出 感知中国 促进了中国物联网的加速发展 物联 网有望成为后金融危机时期全球经济增长的有力引擎 对构建一个 聚联网 1 商业模式及推动 经济城市经济结构调整具有重要意义 现代通信网络技术的快速发展以及计算机相关硬件设备的快速普及 促进了高校信息化建设 的步伐 当前各大高校已建成不同规模的数字校园 在一定程度上实现了高校信息化和资源整合 校园 校内电子支付以及财务系统等各类信息管理系统的集成 2 为全校师生工作 学习与生活 带来了许多便利 物联网的应用非常广 从军事与安全 科研与教育到环境与交通 医疗与制造 等各个领域都充满了物联网 1 物联网的内涵与特征 1 1 物联网的内涵 关于物联网的概念在学术界和产业界都没有统一的定义 早期的物联网是指依托于射频识别 RFID 技术的物流网络 然而 随着技术应用的发展 物联网的内涵远远超出于这一范畴 现阶 段物联网是指 通过传感器 射频识别 全球定位系统等技术 实时采集任何需要监控 连接 互动的物体或过程的声 光 热 电 力学 化学 生物 位置等各种需要的信息 通过各种可 能的网络接入 实现物与物 物与人的泛在连接 从而实现对物品和过程的智能化感知 识别和 管理 3 物联网是一个由感知层 网络层 应用层共同构成的庞大社会信息系统 是一个涉及国民经济 各行各业 社会与生活各个领域的无所不包的庞大产业链 它是建立在信息技术与网络技术广泛 应用基础上 为改善民生 惠及百姓 构建和谐社会提供服务 典型的物联网由三大部分组成 即 RFID 系统 Savant 系统 Internet 系统 如图 1 1 2 物联网的特征 1 1 连通性连通性 物联网是以感知为目的 实现人与人 人与物 物与物的全面互联的网络 国际 电信联盟 2005 年所公布的年度报告 The Internet of Things 中指出物联网的 连通性 有三个 维度 4 一是任意时间的连通性 any time connection 二是任意地点的连通性 any place connection 三是任意物体的连通性 any thing connection 2 2 技术性技术性 物联网是技术变革的产物 代表着未来计算与通信技术的发展趋势 而其发展又依赖 众多技术的支持 它通过射频识别 RFID 技术 传感技术 纳米技术 智能嵌入技术等技术实现物 与物的相互间智能化地获取 传输与处理信息 3 3 智能性智能性 物联网具有智能化感知性 它可以感知人们所处的环境 最大限度地支持人们更好 地洞察 利用各种环境资源以便做出正确的判断 它的应用需要无法比拟的智能特征 不仅具有 超越人类常规视觉 嗅觉和触觉范围的高度敏感 还具备大海捞针的智者风范 4 4 嵌入性嵌入性 物联网的嵌入性表现在两个方面 一是各种各样的物件本身被嵌入在人们所生活的 环境中 二是由物联网提供的网络服务将被无缝地嵌入到人们日常工作与生活中 2 物联网技术应用于教育领域 2 1 利用物联网构建智能化教学环境 教学环境会直接影响着教学的质量 传统的课堂教学所包含的教学资源比较有限 而虚拟的 学习环境有缺乏与现实的连通 但传统教学环境和虚拟学习环境的整合也停留在表层 物联网的 引入能够使传统教学环境中的每个物体都具有数字化 网络化和智能化的特点 无缝的整合于虚 拟学习环境 及时的捕捉所需要的信息并进行相应的调整 为师生提供了智能化的环境与学习资 源 2 2 利用物联网丰富实验教学 实验教学是培养学生动手能力和创新思维的重要手段 但传统的实验教学存在一些安全性问 题或缺乏实验器材等情况 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 2 3 利用物联网支持教学管理 物联网可以应用于学校考勤管理 学校图书管理 教学仪器设备管理和学校教育安全管理等 方面 例如 在实验学校的教室 走廊 大楼入口处 地下室及顶楼等地点架设 RFID 读写器 每 个学生配戴 RFID 标签 实验系统会自动感应 RFID 信息 统计学生出勤情况 2 4 利用物联网拓展课外教学活动 课外教学活动一直以来是用来激发学生学习兴趣 拓展学生知识空间与视野 培养学生科学 探究能力的重要活动 通过实地的参观 实践 学生可获得直观的体验与真实的感受 通过物联 网的引入 能够将先进的测量技术 传感技术与现在教学理念相结合 支持学生的课外教学活动 3 物联网的智能数字校园系统的体系结构及其功能模块 3 1 智能数字校园系统的体系结构 根据物联网时代智能数字校园对师生进行自动识别 应用数据管理集成和共享的实现需求 基于物联网的智能校园采用如图 2 所示的三层体系 主要包括应用数据服务层 网络通信层和终 端用户层 图 2 基于物联网的智能数字校园体系架构 3 2 系统功能模块 以统一的用户身份识别机制为基础 基于物联网数字校园系统主要有用户身份管理 图书借 阅管理 多媒体教室与实验管理 校内消费五个功能模块如图 3 图 3 基于物联网的智能数字校园的功能模块 1 1 用户身份管理 用户身份管理 智能数字校园系统为每一个校内舍生提供一张输有姓名 性别 职务 单位 籍贯 出生年 月等身份信息的 SIM 卡 此卡完全可替代目前物联网时代数字校园中广大师生用户正在使用的工 作证 学生证 就餐卡 图书证等 此卡的自动识别功能主要用于学生成绩查询 图书借阅 校 内消费 实验室上课等 系统管理员可利用用户信息管理等功能对全校师生的基本信息进行添加 删除和更新等操作 也可对 SIM 卡账户进行冻结 以免师生丢失卡后造成个人财产损失 2 2 图书借阅管理 图书借阅管理 图书馆门禁管理模块可根据 RFID 电子标签所读取的信息进行自动身份识别 师生只需将自己 的手机放于标签识别处即可进行身份识别 图书借阅管理功能主要用于用户在阅览室查阅图书时 记录已查阅的图书信息 查阅起始时间 查阅次数以及通过相应的图书二维条码来记录用户借阅 的图书目录信息 并以短信的方式进行借阅的户籍的及时核对 3 3 多媒体教室与实验室管理 多媒体教室与实验室管理 如今 教室在多媒体教室授课已成为高校的普遍现象 随着数字校园建设的不断完善 高校 拥有大量的多媒体教室 微格教室 语言实验室 公共计算机房 物理 化学 艺术设计等专业 实验室 这些实验室在安装电子标签识别器后 师生在进入和离开时只需使用手机进行身份识别 系统就将会清楚的记录到师生使用实验室的时间 实现对教室与实验室的有效管理 4 4 校内消费 校内消费 高校的校内消费时师生日常生活中的重要组成部分 基于 SIM 卡的自动身份识别的校内管理 师一张便捷安全的消费支付模式 可谓高校师生提供优质的支付管理服务 师生在校内超市购物 后在校内食堂就餐时 在利用手机进行身份识别后就可对所消费的费用进行付款 利用手机就可 对自己的个人账户余额 消费与充值记录等进行一览查询 4 物联网技术在教育领域的积极影响 在建立教学管理方面 利用物联网核心技术 PFID 技术 有利于完善教学管理的组织系统 评价和考核系统 从而对教学的质量建立保障和监控体系 利用传感网络 可实现教学环境的实 时信息反馈 利用物联网 可对课堂教学设备实现智能控制 将先进的物联网技术与现代教学理 念相结合 运用于科学教学活动中 有利于协作和协同教学模式 物联网能为学生的常规学习 课后学习 合作学习提供支撑环境 拓展学习空间 有利于学习者自助学习和满足个性化学习需 要 5 物联网应用于教育领域有待解决的问题 5 1 如何解决不同类型教学要素的互联互通 物联网注重于物与物 物与人之间的互联相通 那么 从互联网的结构上来看 每个物品 都需要在物联网中被寻找地址 更多的 IP 地址将使 IPV4 自选耗尽 那就需要 IPV6 的支撑 即使 每个物品都已接入网络信息系统中 但许多并未达到互通 信息孤岛较严重 5 2 如何保障教学的安全性与可控性 物联网在教学应用中 教学设备间的联系紧密 使得信息的采集和交换设备大量使用的状态 那么 在这些海量的数据中哪些是属于学术和人员的隐私呢 若这些隐私信息不得以保护 数据 泄密将越来越严重 5 3 如何解决物联网在教学应用中的费用问题 在物联网实用的 RFID 系统中 核心部分是芯片 目前 为达到这些需求的物联网所需芯片 的组件费用依然很高 对大量的教学系统来说 全部植入智能化功能的芯片显然不切合实际 6 结束语 目前 物联网的研究主要在于物流管理 智能家居等领域 在教育领域的探讨还尚少 但 随着物联网技术的日益成熟 相信其在教育中的应用将越来越广泛 参考文献 1 美 丽莎 甘斯基 Lisa Gansk 聚联网 商业未来 M 中