物联网在高校中的应用前景分析

摘 要：从理解物联网的内涵与特征出发，就物联网在高校中的应用前景进行了探讨，分析了物联网在构建智能化教学方式、丰富教学手段以及优化教学管理等方面给教育和教学工作提供的支持，以便为关注物联网高校应用的研究提供一些启示。

关键词：物联网；智能化教学；优化管理；应用前景

中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：2095-1302(2011)08-0082-03

物联网(Internet of Things，IOT)又称传感网，指的是将各种信息传感设备，例如射频识别(Radio Frequency Identification， RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络\[1\]。IOT应用极其广泛，遍及智能交通、文化教育、环境保护、公共安全、平安家居、工业监测等多个领域，将极大地改变我们的生活、工作和学习方式。

近几年，国内一些高校针对IOT产业的发展形势，整合自身原有技术，投身到产业发展的新机遇中。但IOT在高校的教学方式、教学手段以及教学管理等方面应该如何开展，是一个值得思考的问题。本文基于对IOT内涵与特征的理解以及高校IOT的研究现状，分析了IOT在高校主要教学管理环节中的作用以及IOT在高校中的应用前景，以便为高校教学管理提供一种新的解决方法。

1 物联网的基本内涵及基本特征

1.1 物联网的基本内涵

随着信息领域及相关学科的发展，相关领域的科研工作者分别从不同的方面对IOT进行了较为深入的研究，IOT的概念也随之有了深刻的改变，但是，至今仍没有提出一个权威、完整和精确的IOT定义\[2\]。从IOT本质上看，其有两层含义：第一，IOT的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；第二，在IOT中，用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间的信息交换和通信\[3\]。物联网的目的是让所有的物品都能够远程感知和控制，并与互联网结合成一个更加智慧的生产、生活体系。

1.2 物联网的基本特征

从通信对象和过程来看，IOT的核心是物与物以及人与物之间的信息交互。IOT的基本特征可概括为全面感知、可靠传送和智能处理\[2\]三部分。

全面感知就是利用射频识别、二维码、传感器等感知、捕获、测量技术随时随地对物体进行信息采集和获取。

可靠传送是通过将物体接入信息网络，依托各种通信网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。

智能处理是利用各种智能计算技术，对海量的感知数据和信息进行分析并处理，从而实现智能化的决策和控制。

为了更清晰地描述IOT的关键环节，按照信息科学的视点，可以围绕信息的流动过程，抽象出IOT信息功能模型，图1所示是其信息功能模型图，从图1可见，其具有信息获取功能、信息传输功能、信息处理功能和信息施效功能\[3\]。

2 高校物联网的研究现状

从2004年开始，IOT相继被美国、欧盟、日本、韩国等国家和区域性组织列为领先和振兴全球经济的基础战略。我国也于2009年制定了"感知中国"的战略性新兴产业规划，将其列为重点研究领域。无锡市2009年9月与北京邮电大学就传感网技术研究和产业发展签署的合作协议，标志中国“物联网”进入实际建设阶段。2009年9月10日，全国高校首家物联网研究院在南京邮电大学正式成立。2010年6月10日，江南大学信息工程学院和江南大学通信与控制工程学院合并组建成立的“物联网工程学院”是全国第一个物联网工程学院\[3\]。2010年8月，教育部审批通过了140个高等学校战略性新兴产业相关本科新专业，在新增本科专业名单中，"物联网"成为最大热门，35所高校获批开设物联网相关专业，新设专业将自2011年开始招生。

IOT在高校校园中的应用已经初见端倪。在国内高校中，现已较为广泛的使用RFID技术，常用的有学生的校园一卡通。校园一卡通系统的实施为高校师生的就餐、购物和图书借阅等日常工作和学习提供了便捷的生活方式。RFID技术是IOT技术的核心，目前RFID技术在各所高校中应用已比较普遍，说明IOT在高校区域中的实现具备了一定的基础。但是，IOT在高校校园中的实际应用仍仅停留在最基本的应用上，更深层次的应用还有待进一步研究。

3 物联网在高校中的应用趋势

IOT的应用根据其实质用途可以归结为三种基本应用模式：对象的智能标签、环境监控和对象跟踪、对象的智能控制。将三种基本应用模式和具体的情境和内容相结合，IOT在高校领域中的应用大概可分为教学方式、教学手段和教学管理三个方面，具体如图2所示。把IOT引入高校能改善学习环境和学习方式，革新教学管理手段，所以，借助IOT技术更好地促进教育的跨越式发展。

3.1 利用IOT构建智能化教学方式

在教学方式方面，IOT的引入无疑可填补传统教学的缺陷。由于教学环境的特性直接影响着教学效果，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，通过IOT，不但可使得现实世界的物品互为连通，而且可以实现现实世界与虚拟世界的互联，有效地支持人机交互、人与物品之间的交互、人与人之间的交互\[4\]。使教学环境中的每个物件都具有数字化、网络化、智能化特性，可以为师生提供智能化的教学环境与教学资源。引入IOT后，教学方式将有两个主要特点：

其一是可优化学习环境。学习环境(如噪音、光线强度、温度等) 可以从很大程度上影响学生的学习效率。在教室里布置传感器节点监测教室各角落的噪音情况，也可在教室里安装光线传感器，根据光线强度和学生位置，自动调节教室内的照明灯亮度和计算机屏幕亮度，并可根据室外光照强度调整窗帘高度等。传感器还可根据室内二氧化碳浓度、温度来自动调节通风情况和空调温度等\[5\]。总之，IOT可以给学生提供一个舒适的学习环境，促进学生更好的学习。

其二是可以丰富教学资源。引入IOT，可以突破课上听讲、作笔记，课外复习笔记、写作业等固有学习模式，激励学生在课外把所学课程作为一种娱乐来掌握。因IOT上几乎所有的内容都是互动的，学生仅仅浏览一张网页，就会很快不由自主地开始进行主动的选择。再者，教师可以利用智能标签识别需要学习的对象，并根据学生的学习行为记录、调整学习内容，选择适合学生的材料，学生也可以在教室内利用计算设备读取本地或调用异地嵌入了传感器的物体的数据以用于当前的学习。

3.2 利用IOT丰富教学手段

在教学手段方面，高校中的实验教学通常是不可缺少的。实验教学是培养学生动手能力和创新思维能力的重要教学手段，但传统的实验教学则有其局限性\[6\]，另外，传统上获知实验设备相关信息的方式都是通过产品说明书，这种纸质的说明书容易丢失、污损。IOT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。引入IOT后的实验教学可确保实验过程安全。通过让学生佩戴传感器手表等形式，教师可以记录学生的实验过程，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。教师还可以对各种实验器材标识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，提示学生规范操作，避免不安全事件发生，保证教学安全。对于学生操作太过危险的实验，教师可将各类传感器安装在实验器材上，通过远程控制这些实验器材来实时采集实验数据，并将进行加工和分析后的结果通过网络提供给学生。

另外，引入IOT能有效管理实验物品，可使用RFID技术对实验设备进行管理，采用电子标签将实验物品的基本属性和帮助信息等内容存储起来，通过阅读器方便地获取实验物品的基本信息并通过网络进行管理。

3.3 利用IOT支持教学管理

首先是可以学校考勤管理。传统的考勤在于老师或者班干部利用名单对每个学生进行确认，费时又费力。而利用IOT技术，可在学校的教室、大楼入口处等地点架设RFID读取器，每个学生配戴RFID标签，学生进入教室后，识别器会自动感测RFID信息，统计学生出勤情况，老师则可通过网络查询学生出勤情况及目前所在位置或行进路线。

其次是学校图书管理。随着各大高校规模的不断扩大，其藏书量在逐年增加，传统图书条码查找的方式会浪费大量时间。图书智能定位即在图书上贴有RFID标签，在馆藏范围设置多个阅读器，由阅读器坐标确定图书的方位信息并传送给定位服务器，这样，读者和管理员就可用客户机或手机登录定位服务器查询图书信息，同时也方便新书上架、图书归架的整理工作，提高寻找丢失书籍和盘点文献资料的效率\[7\]。

对于教学仪器管理，IOT的应用将使学校对教学仪器的管理从传统的人工管理转变为系统化、自动化的管理。利用RFID技术在相应教学仪器上贴上电子标签，便可通过IOT技术系统实时跟踪和管理教学仪器的存储过程、发放过程、使用过程以及回收和报修过程。

另外就是学生的安全管理。学生的安全是当前高校工作中的一项重要任务。如何有效地保障学生在校安全是迫切需要解决的问题。利用IOT技术可以随时掌握学生的准确位置和其他情况，极大地预防不安全事故的发生。

4 结 语

尽管IOT产业具有庞大的发展空间，但是就目前而言， IOT还是一个处于研究及未得到产业化发展的概念产品。目前对IOT的研究主要在物流管理、智能家居等领域，而高校校园IOT的研究正在慢慢起步，从校园一卡通到真正的校园IOT还将需要一个漫长的过程。如何充分利用IOT的技术优势来提高高校校园的智能化程度还需要进行深入的研究与试验。但是，随着IOT技术的日益成熟，IOT的遍及是不可避免的，IOT的出现将会促进教育信息化的进一步发展，并带来更多的创新应用和服务，引起教学模式和管理模式的变革，最终将提升高校的教育信息化水平，有利于教育质量的提高。

参 考 文 献

［1］王晓静,张晋.物联网研究综述\[J\] .辽宁大学学报:自然科学版,2010,37(1):37-39.

［2］孙其博,刘杰.物联网:概念、架构与关键技术研究综述\[J\].北京邮电大学学报,2010,33(3):98-101.

［3］蔡日梅.电子产品可靠性与环境实验\[J\].互联网,2011,29(1):59-63.

［4］李卢一,郑燕林.物联网在教育中的应用\[J\].现代教育技术,2010,20(2):8-10.

［5］贺志强,庄君明.物联网在教育中的应用及发展趋势\[J\].现代远程教育研究,2011(2):77-83.