雷靜

教育部教學(xué)儀器研究所 北京100080

物聯(lián)網(wǎng)在教育裝備中的應(yīng)用

雷靜

教育部教學(xué)儀器研究所 北京100080

介紹物聯(lián)網(wǎng)的定義及特征，分析物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，探討物聯(lián)網(wǎng)在教育裝備中的幾種應(yīng)用模式。

物聯(lián)網(wǎng)；教育裝備；資源庫(kù)

1 物聯(lián)網(wǎng)的定義及特征

眾所周知，“物聯(lián)網(wǎng)”這一名詞來(lái)源于麻省理工學(xué)院的AutoID Lab，也就是麻省理工自動(dòng)識(shí)別實(shí)驗(yàn)室。最早提出“物聯(lián)網(wǎng)”也就是“Internet of Things”這一名詞的是作為AutoID Lab奠基人之一的Kevin Ashton。

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及其相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的概念也在不斷地被發(fā)展和擴(kuò)充。目前，大家普遍認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（Radio Frequency Identif ication，RFID）設(shè)備、各種傳感裝置、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是搭建這樣一個(gè)可以連接一切事物的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)范圍內(nèi)全部信息技術(shù)的升華，織就未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的整體平臺(tái)，其中網(wǎng)絡(luò)可以無(wú)處不在，各種網(wǎng)絡(luò)可以自我發(fā)展、擴(kuò)展其疆界實(shí)現(xiàn)互通互聯(lián)，應(yīng)用間將不但可以具有高級(jí)別的互操作性，而且可以實(shí)現(xiàn)最大程度上的自我處理、自主決策、自動(dòng)完成能力。物聯(lián)網(wǎng)中非常重要的技術(shù)包括射頻識(shí)別技術(shù)、傳感技術(shù)、智能處理以及納米技術(shù)。

物聯(lián)網(wǎng)的4個(gè)主要特征分別為連通性、技術(shù)性、智能性和嵌入性。連通性是指人與物、人與人、物與物之間可以隨時(shí)、隨地進(jìn)行信息交換和通訊；技術(shù)性是指物聯(lián)網(wǎng)是技術(shù)變革的產(chǎn)物，其發(fā)展依賴(lài)于眾多技術(shù)的支持；智能性是指物聯(lián)網(wǎng)具有智能化的感知性，使得物物之間以智能化方式關(guān)聯(lián)起來(lái)；嵌入性表現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)全面嵌入人們的日常工作與生活中。

2 物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)等方式獲取信息，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等各種通信網(wǎng)絡(luò)傳遞交互，從而感知世界。因此，從技術(shù)上講，物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層。

感知層就是采集所有物體信息的一個(gè)過(guò)程，由數(shù)據(jù)采集子層、短距離通信技術(shù)和協(xié)同信息處理子層組成。數(shù)據(jù)采集子層通過(guò)各種類(lèi)型的傳感器獲取物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)據(jù)信息，如各種物理量、標(biāo)識(shí)、音視頻多媒體數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集涉及傳感器、RFID、多媒體信息采集、二維碼和實(shí)時(shí)定位等技術(shù)。短距離通信技術(shù)和協(xié)同信息處理子層將采集到的數(shù)據(jù)在局部范圍內(nèi)進(jìn)行協(xié)同處理，以提高信息的精度，降低信息冗余度，并通過(guò)具有自組織能力的短距離傳感網(wǎng)接入廣域承載網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)層將來(lái)自感知層的各類(lèi)信息通過(guò)基礎(chǔ)承載網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用層，包括移動(dòng)通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、廣電網(wǎng)、行業(yè)專(zhuān)網(wǎng)及形成的融合網(wǎng)絡(luò)等。根據(jù)應(yīng)用需求，可作為透?jìng)鞯木W(wǎng)絡(luò)層，也可升級(jí)以滿(mǎn)足未來(lái)不同內(nèi)容傳輸?shù)囊蟆＝?jīng)過(guò)10余年的快速發(fā)展，移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)已比較成熟，在物聯(lián)網(wǎng)的早期階段基本能夠滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?/p>

應(yīng)用層為各類(lèi)業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一的信息資源支撐，通過(guò)建立、實(shí)時(shí)更新可重復(fù)使用的信息資源庫(kù)和應(yīng)用服務(wù)資源庫(kù)，使得各類(lèi)業(yè)務(wù)服務(wù)根據(jù)用戶(hù)的需求隨需組合，使得物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)于業(yè)務(wù)的適應(yīng)能力明顯提高。該層提升了對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)資源的重用度，為快速構(gòu)建新的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，滿(mǎn)足在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中復(fù)雜多變的網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)用需求和服務(wù)。

3 物聯(lián)網(wǎng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)非常重視物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略地位。在美國(guó)國(guó)家情報(bào)委員會(huì)發(fā)表的《2025對(duì)美國(guó)利益潛在影響的關(guān)鍵技術(shù)》報(bào)告中，將物聯(lián)網(wǎng)列為6種關(guān)鍵技術(shù)之一。2009年2月17日，奧巴馬總統(tǒng)簽署生效的《2009年美國(guó)恢復(fù)與再投資法案》中提出，在同物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)直接相關(guān)的智能電網(wǎng)、衛(wèi)生醫(yī)療信息技術(shù)應(yīng)用和教育信息技術(shù)等領(lǐng)域進(jìn)行大量投資。

2009年6月，歐盟委員會(huì)向歐盟議會(huì)、理事會(huì)、歐洲經(jīng)濟(jì)和社會(huì)委員會(huì)及地區(qū)委員會(huì)遞交了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》，以確保歐洲在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程中起主導(dǎo)作用。歐盟在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面主要涉及藥品、食品、能源等方面。

2009年7月，日本政府提出“I-Japan戰(zhàn)略2015”，強(qiáng)化了物聯(lián)網(wǎng)在交通、醫(yī)療、食品、教育和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

韓國(guó)政府于2009年10月通過(guò)了《物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建基本規(guī)劃》，將物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)確定為新增長(zhǎng)動(dòng)力，確定了構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、營(yíng)造物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)散環(huán)境等4大領(lǐng)域、12項(xiàng)詳細(xì)課題。

中國(guó)科學(xué)研究院早在1999年就啟動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)——傳感器網(wǎng)絡(luò)方面的研究，在智能傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、微型傳感器、傳感器終端機(jī)等方面取得重大進(jìn)展，目前已擁有從材料、技術(shù)、器件、系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)的完整產(chǎn)業(yè)鏈。在世界物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，中國(guó)與德國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)一起，成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的主導(dǎo)國(guó)之一。溫家寶總理在2010年政府工作報(bào)告中明確提出要加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。當(dāng)前，我國(guó)把物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提升到國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略高度，各地政府紛紛啟動(dòng)城市安全、智能交通、水質(zhì)監(jiān)測(cè)、食品安全等“感知城市”示范工程，以及IBM“智慧的地球”系列解決方案。

4 物聯(lián)網(wǎng)在教育裝備中的應(yīng)用模式

教育裝備主要指各級(jí)各類(lèi)學(xué)校及教育機(jī)構(gòu)用于教育教學(xué)、行政管理和后勤服務(wù)的硬件設(shè)備、軟件資源、圖書(shū)及學(xué)生用品。物聯(lián)網(wǎng)能改變教育裝備的應(yīng)用環(huán)境，促進(jìn)教育全面電子化、信息化、智能化，尤其在校園安全、儀器設(shè)備配置、教務(wù)管理等方面有極大的應(yīng)用空間。物聯(lián)網(wǎng)在教育裝備中的應(yīng)用模式有以下幾種

4.1 實(shí)施教育裝備信息追溯

隨著教育優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略地位的確定，中央財(cái)政對(duì)教育經(jīng)費(fèi)的投入逐年加大。2012年，中央財(cái)政已按全國(guó)財(cái)政性教育經(jīng)費(fèi)支出占國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的4%編制預(yù)算，將有大量經(jīng)費(fèi)投入到教育裝備領(lǐng)域。教育裝備工作面臨著前所未有的機(jī)遇，但同時(shí)也面臨著新的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，我國(guó)教育裝備質(zhì)量安全問(wèn)題時(shí)有出現(xiàn)，教育經(jīng)費(fèi)投入尚未發(fā)揮出應(yīng)有的效益，教育裝備產(chǎn)品缺乏有力的安全監(jiān)管?；谖锫?lián)網(wǎng)的教育裝備信息追溯，能夠利用物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)教育裝備的流通全流程追溯，幫助管理部門(mén)完成對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)管、實(shí)施責(zé)任追究；幫助企業(yè)查找弊端，實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題產(chǎn)品的可召回，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品、管理漏洞的升級(jí)和完善；幫助學(xué)校分辨真?zhèn)?、分清偽劣?/p>

4.2 支持?jǐn)?shù)字化校園建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)可以用于學(xué)校安全管理、學(xué)校固定資產(chǎn)管理、實(shí)驗(yàn)室管理、圖書(shū)智能管理等,實(shí)現(xiàn)校園管理全面數(shù)字化。

1)學(xué)校安全管理。利用物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)RFID技術(shù)，在學(xué)校的校門(mén)、教室、走廊、大樓入口等出入?yún)^(qū)域架設(shè)RFID讀卡器，為學(xué)生配備RFID標(biāo)簽，能夠?yàn)榧议L(zhǎng)提供學(xué)生上下學(xué)及在校行蹤通知，教師可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)查詢(xún)學(xué)生出勤情況及目前所在的位置。當(dāng)學(xué)生處于危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)警示，同時(shí)發(fā)出警報(bào)信息通知相關(guān)人員進(jìn)行即時(shí)處理。

2）學(xué)校固定資產(chǎn)管理。將學(xué)校的固定資產(chǎn)設(shè)備嵌入RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽注明資產(chǎn)設(shè)備的類(lèi)型、使用情況和歸屬單位等信息，通過(guò)建設(shè)遍布校園的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)固定資產(chǎn)設(shè)備的感知監(jiān)控。例如在物品使用的時(shí)候，可以通過(guò)校園內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)對(duì)使用設(shè)備進(jìn)行定位，設(shè)備管理人員可以隨時(shí)了解設(shè)備的位置、使用動(dòng)態(tài)和使用者的相關(guān)信息。

3）實(shí)驗(yàn)室管理。實(shí)驗(yàn)室物品多且雜，長(zhǎng)期以來(lái)實(shí)驗(yàn)室物品都是依靠標(biāo)簽、人工記錄進(jìn)行管理，效率低且工作繁瑣。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能改進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。將實(shí)驗(yàn)室物品嵌入電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽里存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)物品的基本信息，通過(guò)讀寫(xiě)器即可方便地獲取使用物品的相關(guān)信息并且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。另外，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的跟蹤管理，能夠動(dòng)態(tài)地掌握這些設(shè)備的流向。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的安全監(jiān)管，防止盜竊或意外事故發(fā)生。

4）圖書(shū)館管理。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)圖書(shū)館進(jìn)行管理，能夠?qū)崿F(xiàn)圖書(shū)的借還自助化。由于電子標(biāo)簽采用的是無(wú)線(xiàn)電感應(yīng)技術(shù)，用電子標(biāo)簽代替圖書(shū)上的磁條，能實(shí)現(xiàn)對(duì)館藏圖書(shū)的自動(dòng)清點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)架圖書(shū)，有效地防止館藏丟失，提高圖書(shū)館管理水平。

4.3 豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力的重要教學(xué)手段，但由于實(shí)驗(yàn)器材缺乏或存在安全性問(wèn)題，許多實(shí)驗(yàn)無(wú)法讓學(xué)生親自動(dòng)手做。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)安全、共享、智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。將信息傳感設(shè)備安裝在實(shí)驗(yàn)器材上，學(xué)生通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)可以感知實(shí)驗(yàn)器材的連接狀態(tài)、相對(duì)位置及工作狀況；學(xué)生可以遠(yuǎn)程控制異地納入物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)器材，完成實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)采集并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞給學(xué)生，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。

5 總結(jié)

目前，我國(guó)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究主要集中在交通、環(huán)保、城市公共安全、農(nóng)業(yè)和林業(yè)等領(lǐng)域，在教育領(lǐng)域的探討不多，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，其在教育中的應(yīng)用將會(huì)逐漸深入。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入能夠增強(qiáng)校園安全，提高儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室管理效率和質(zhì)量，革新教育裝備的管理、配備和應(yīng)用手段，提高教育裝備投入的效益。

[1]朱曉榮,孫君,等.物聯(lián)網(wǎng)[M].北京:人民郵電出版社,2010.

[2]2010年政府工作報(bào)告[R/OL].ht tp://www.china.com.cn/policy/txt/2010-03/15/content_19612372.htm.

[3]朱洪波,楊龍祥,等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展與應(yīng)用[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2011(1):1-9.

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1671-489X(2012)22-0004-02

10.3969 /j.issn.1671-489X.2012.22.004

*全國(guó)教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2011年度課題“中國(guó)教育技術(shù)裝備發(fā)展史研究”（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)：DCA110188）項(xiàng)目征文。