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物联网在教育中的应用研究

发布时间:2018-07-12 01:11:00 文章来源:未来智库    
    【关键词】物联网;教育;传感网
    0 引言
    物联网代表了下一代信息发展技术,发展的目标是将世界上任何物体与互联网连接起来,具有广泛的应用前景和深刻的社会意义。2008年第一届物联网国际会议(IOT2008)在瑞士苏黎世举行,物联网使互联网延伸至物理世界,涉及众多技术,包括RFID、短距离无线通信、实时定位、传感网络。物联网作为普适计算的一种实现网络类型,实现了物理设施与数据中心的有机融合。物联网主要通过在各种物体中嵌入的感应器、传感器节点来进行数据采集工作,并将采集到的数据通过信息承载平台发送给后台服务设施,由后台管理人员按照一定的方式对数据进行的分析和处理。物联网能够实现对感兴趣区域、期间的实时监控,使得人们可以更加方便和动态的调整相应的管理措施。
    1 物联网的内涵及技术原理
    1.1 物联网的内涵及特征
    物联网的特征包括连通性、技术性、智能性和嵌入性。其中,连通性是物联、网的本质特征之一。具体是指任意时间的连通性,任意地点的连通性,任意物体的连通性。技术性是指射频识别(RFID)技术、传感技术、纳米技术和智能嵌入技术。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。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。
    1.2 物联网的技术原理
    信息采集是物联网的基础,目前主要采用传感器和电子标签等方式完成。传感器用来感知采集点的环境参数,电子标签用于对采集点的信息进行标识,因此传感器和电子标签技术构成了物联网的两种主要技术。
    基于传感器技术的物联网又称为无线传感器网络。传感器是一种可以感知热、力、光、电、声、位移等信号,并按一定规律将其变换成电信号等形式输出,以满足信息的传输处理、存储显示、记录控制等要求的检测装置。无线传感器网络以各种方式在被感知对象内部或者附近部署节点,通过自组织方式实时感知、采集和处理网络覆盖区域中的信息,并通过多跳网络将数据经接收器传送到远程控制中心进行操控。无线传感器网络易于部署,节点廉价,灵活性、观察精度性和性价比较高;具有大量冗余节点,部分节点失效后可自组织通信,不会影响整个系统功能;具有计算能力,可以相互协作;基于传感器技术的物联网主要应用于采集类的业务网,随着技术的不断成熟与硬件成本的降低,其在教育领域的应用前景也不可忽视。
    RFID是20世纪90年代兴起的一种利用射频信号通过空间耦合产生磁场实现无接触传递信息并将信息用于自动识别的技术。该类物联网由EPC标签、阅读器、Savant中间件、ONS服务器和EPCIS服务器组成。EPC标签可在远距离、不接触、多标签、高速运动中穿透性反复读写,有很强的抗水、抗油污能力和耐磨性,与阅读器组成RFID系统,用于识别、跟踪和定位物体。Savant中间件、ONS服务器和PLM服务器组成信息网络系统,进行信息的存储、查询和共享。基于RFID技术的物联网的主要应用领域有:物流管理、门禁安防系统、电子支付、身份标识等短距离、小规模的应用可使用本地应用程序服务器实现ONS和EPCIS服务器的功能。这种模式减少了技术的开发难度,应用也较广。
    2 物联网在教育中的应用
    当前,物联网技术的应用领域已非常的广泛,与我们的日常生活也密切相关。通过传感器、RFID技术的运用,物联网可将各种物件互联并实现智能化的数据传递和通信,完成网络内物体的识别、管理和应用等操作。结合物联网的教育应用现状及相关研究,物联网在教育领域中的应用可分为课堂教学、实验教学和教育管理三个方面。
    2.1 利用物联网构建智能化课堂教学环境
    基于物联网教学环境下的教学模式与传统教学模式相比,具有更加开放和创新的特征。利用物联网强大的物质和信息资源优势来建立基于物联网的科学探究模式。在该模式中,学生可以最大限度地利用物联网资源,并在发掘物联网信息的同时促进高级思维能力的发展该模式能引导学生在知识建构、剖析、探讨和问题解决的同时进行反思、总结和提炼有价值的内容,并在物联网上与其他同学共享。传统课堂教学的物理环境所包含的教学资源比较有限,虚拟学习环境又缺乏与现实世界的交互。利用物联网,不但能全现实世界的物品互连,而且实现了现实世界与虚拟世界的互联,能够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。物联网的引入使得物理教学环境的每个物件都具有数字化、网络化、智能化特性,可以与虚拟学习环境进行无缝整合,可以即时地捕捉、分析师生的教与学的需求信息,并进行相应的调整,为师生提供智能化的教学环境与教学资源。
    2.2 利用物联网丰富实验教学
    实验教学可以帮助学生形成概念,理解和巩固所学知识,培养观察、分析和解决
    问题的能力,并掌握一些基本技能。实验操作中一旦有误就会影响实验结果,可能导致部分学生失去耐心而马虎应付、抄袭或猜测实验结论,或者因不能发现问题而影响学生对后续实验的信心和兴趣。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,比如,部分实验材料或仪器危险性较高,学生操作不当可能会威胁生命安全。通过让学生佩戴传感器手表等形式,教师可以记录学生实验过程,及时发现错误并给予正确指导,避免实验过程中危险的发生。每一种实验器材都有数字化属性与使用帮助信息,当实验器材使用不当时会自动启动报警系统,学生也可通过手中的传感器向教师发送信号请求指导。实验者可以远程控制异地纳入物联网的实验器材,实验过程数据可以被实时采集并以适当的方式提供给实验者,实现实验教学的数字化、网络化与智能化。
    2.3 利用物联网支持教学管理
    物联网可以用于学校考勤管理、学校图书管理、教学仪器设备管理、学校教育安全管理。应用物联网技术还可以将教育管理模式延伸至整个区域,如市、区等行政区,实现区域内校校间的资源互补、教育部门对学生的统一管理,进一步配合有关部门对学生的公共安全和公共服务管理,从而实现区域性的教育信息化管理。
    2.4 利用物联网支持实验室管理
    物联网中的各种技术已应用于实验室管理中,目前应用最为广泛的还是RFID技术(射频识别)。但物联网技术的应用方式目前还比较单一,尚未实现大规模的综合性应用,以真正实现便捷的、智能化的、实时的实验室管理。国外部分高校己慢慢开始利用RFID技术对实验用品的基本数据进行管理、对实验室过程等进行相对全面的系统管理等,但从我国目前各大高校实验室管理的了解情况而言,物联网技术应用还十分有限。就高校的实验室管理现状来看,现有的应用案例还基本局限于某一领域的技术或设备简单的横向扩展,而尚未注重实现更为紧密的纵向联系。
    3 结束语
    我国物联网市场发展还处于初级阶段,目前对物联网的研究主要在物流管理、智能家居等领域,在教育领域的探讨尚为鲜见,但随着物联网技术的日益成熟和人们关注程度的不断提高,相信其在教育中的应用将越来越广泛。它将有助于优化学习环境,丰富学习资源,改善学习方式,节省管理成本,提高管理效率,加快推进教育现代化进程。
    【参考文献】
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    [责任编辑:薛俊歌]
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