基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2014-10-30 17:11周麗婕

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2014年10期

關(guān)鍵詞：問(wèn)卷調(diào)查物聯(lián)網(wǎng)

周麗婕

摘要：從高校實(shí)訓(xùn)工作實(shí)際需求出發(fā)，通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，得到學(xué)生及老師對(duì)實(shí)訓(xùn)課程的需求，設(shè)計(jì)一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)，利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理，并通過(guò)API接口將其與基于GSM網(wǎng)絡(luò)的實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)整合，而實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)也可與實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理Web平臺(tái)對(duì)接。系統(tǒng)將實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)得到延展，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要，預(yù)約實(shí)訓(xùn)室和設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)訓(xùn)管理者勞動(dòng)強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)智能管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理；RFID；問(wèn)卷調(diào)查

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2014）10-00-03

0 引言

“物聯(lián)網(wǎng)概念”是以“互聯(lián)網(wǎng)概念”為基礎(chǔ)，將其所涉及的用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間，并且能進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念[1]。實(shí)訓(xùn)課程是高校教學(xué)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對(duì)教學(xué)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析，提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理效率，有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力。由于傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境所包含的教學(xué)資源和教學(xué)設(shè)施比較有限，虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境沒(méi)有普及同時(shí)也缺乏與現(xiàn)實(shí)教學(xué)的交互。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教學(xué)技術(shù)中的引入無(wú)疑填補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)的漏洞，不僅實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)生活與虛擬網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，還能夠有效地支持人與物之間的交互、人與設(shè)備或終端的交互和人與人之間的社會(huì)性交互[2]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入還可以為實(shí)訓(xùn)教學(xué)提供一個(gè)安全的、共享的、智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的每個(gè)物件都具有數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)與智能化[3，4]。目前，由于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施不完善，國(guó)內(nèi)的一些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用仍然局限于小范圍之內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域的深入應(yīng)用，還有待進(jìn)一步研究[4]。

1 研究基礎(chǔ)與方法

1.1 實(shí)訓(xùn)課程需求特點(diǎn)分析

高校實(shí)訓(xùn)對(duì)大學(xué)師生來(lái)說(shuō)是一門必不可少的課程，這種課程的上課方式與傳統(tǒng)的課程有很大的不同，比如學(xué)生上課方式的改變、老師授課方式的改變、上課場(chǎng)所的改變，以及培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)等。高校實(shí)訓(xùn)主要針對(duì)各專業(yè)學(xué)生，對(duì)其進(jìn)行專業(yè)技能的鍛煉培養(yǎng)與加強(qiáng)，綜合可知，高校師生對(duì)于實(shí)訓(xùn)有以下新的需求：（1）追求靈活性的需求；（2）增強(qiáng)互動(dòng)性的需求；（3）實(shí)訓(xùn)時(shí)間自由支配的需求；（4）實(shí)時(shí)反饋的需求；（5）實(shí)訓(xùn)資料充足可靠的需求。這些需求并不是單獨(dú)存在的，而是相互交織的。首先，不同學(xué)院專業(yè)的師生對(duì)實(shí)訓(xùn)的心理訴求點(diǎn)是不同的，對(duì)實(shí)訓(xùn)開(kāi)展形式的滿意度也有所不同。學(xué)生希望教學(xué)設(shè)施完善，盡可能輕松愉快地完成實(shí)訓(xùn)任務(wù)，老師希望教學(xué)方式，教學(xué)內(nèi)容受到同學(xué)們喜愛(ài)，學(xué)生能真正學(xué)到相應(yīng)技能。因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)時(shí)需要建立師生對(duì)實(shí)訓(xùn)課程的感知價(jià)值模型，同時(shí)參照不同師生的需求特點(diǎn)，做到有的放矢[5]。

1.2 研究對(duì)象的界定

根據(jù)問(wèn)卷發(fā)放與回收數(shù)據(jù)顯示，在受訪者中，大部分參與過(guò)實(shí)訓(xùn)課程（90.19%），其中普通本科高等教育院校受訪者占76.8%，普通?？聘叩冉逃盒Ｊ茉L者占19.3%，專業(yè)技術(shù)院校受訪者占3.9%。為了保證樣本更全面、更有說(shuō)服力、所得數(shù)據(jù)便于收集，因此調(diào)查對(duì)象界定為有實(shí)訓(xùn)經(jīng)歷的師生。

1.3 問(wèn)卷內(nèi)容設(shè)計(jì)

問(wèn)卷設(shè)計(jì)一般包括內(nèi)容、提問(wèn)及回答方式以及指標(biāo)的選擇。本問(wèn)卷內(nèi)容大體分三部分：第一部分是師生的實(shí)訓(xùn)滿意度，采用單選題方式。第二部分是師生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)了解程度，采用單選題和多選題方式。第三部分是師生對(duì)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)訓(xùn)課程的具體需求，采用單選題和主觀題方式。

1.4 問(wèn)卷回收情況

本研究樣本來(lái)源于有實(shí)訓(xùn)經(jīng)歷的學(xué)生與老師，調(diào)查問(wèn)卷的發(fā)放以網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的形式展開(kāi)，樣本統(tǒng)計(jì)共有153份，其中身份為學(xué)生的120份，老師的33份。

1.5 問(wèn)卷分析

第2、3、4題都涉及實(shí)訓(xùn)器材的問(wèn)題，由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：100%的學(xué)生不愿意自行購(gòu)買實(shí)訓(xùn)耗材，老師也希望有一款實(shí)訓(xùn)器材購(gòu)買平臺(tái)，使得設(shè)備采購(gòu)和管理像圖書館管理系統(tǒng)一樣具有可控性與系統(tǒng)性。

由第5題統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：47.22%的學(xué)生愿意以預(yù)約的形式進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，可以開(kāi)發(fā)一款具有預(yù)約功能的實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)，形成開(kāi)放式的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理。

第6、7題都是針對(duì)實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)資料提問(wèn)的。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：82.64%的學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查找資料， 51.39%的學(xué)生對(duì)所搜集的資料不滿意，針對(duì)此問(wèn)題，可在實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)中加入實(shí)訓(xùn)資料模塊，以供學(xué)生參考。

由第8題統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，84.72%的學(xué)生愿意建立一個(gè)實(shí)訓(xùn)反饋平臺(tái)。由第9題統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，53.47%的學(xué)生對(duì)個(gè)人實(shí)習(xí)進(jìn)度了解較少，這反映了學(xué)生與老師溝通不當(dāng)以及自身對(duì)實(shí)訓(xùn)課程參與度不高的問(wèn)題。針對(duì)此問(wèn)題，可添加互動(dòng)反饋功能模塊，以增加學(xué)生與老師的互動(dòng)。

2 需求概述

基于問(wèn)卷調(diào)查分析結(jié)果，實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的需求可歸納為以下幾方面：（1）能夠錄入和查詢學(xué)生信息及實(shí)訓(xùn)的所有信息；（2）能夠預(yù)約和查詢實(shí)訓(xùn)設(shè)備借用及采購(gòu)情況；（3）能夠支持學(xué)生、教務(wù)人員和管理人員注冊(cè)和登錄；（4）能夠?qū)崟r(shí)管理學(xué)生與教務(wù)人員的互動(dòng)平臺(tái)和實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)平臺(tái)。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

課題利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理，并通過(guò)API接口將其與基于GSM網(wǎng)絡(luò)的實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)整合，而實(shí)訓(xùn)管理系統(tǒng)也可與實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理Web平臺(tái)對(duì)接。

3.1 基于RFID的實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理模塊

隨著物聯(lián)網(wǎng)如火如荼的發(fā)展，RFID（Radio Frequency Identification）射頻識(shí)別技術(shù)已非常成熟，并在物流管理領(lǐng)域有眾多成功案例，但缺乏移植性強(qiáng)的RFID設(shè)備管理系統(tǒng)，除了技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度外，阻礙RFID技術(shù)應(yīng)用于高校實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理的一個(gè)重要因素是：成本，高校不愿意花費(fèi)很大的財(cái)力引入一項(xiàng)新技術(shù)。

課題采用微軟的BizTalk RFID開(kāi)發(fā)平臺(tái)，因?yàn)锽izTalk RFID 基礎(chǔ)框架可以和高校原有的設(shè)備管理系統(tǒng)以及其他一些專有業(yè)務(wù)系統(tǒng)很有效地配合在一起。這種良好的適應(yīng)性使得應(yīng)用該框架組建的RFID應(yīng)用只需要進(jìn)行非常少量的程序改動(dòng)就可以和已有的業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件配合得天衣無(wú)縫。這樣就可以避免重復(fù)建設(shè)，減少不必要的投入。

目前，大部分高校的實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理采用條形碼系統(tǒng)進(jìn)行管理，光筆讀取條型碼時(shí)，人工操作，效率低，須一條條逐一處理，易出差錯(cuò)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，受環(huán)境條件影響也大[6]。而RFID電子標(biāo)簽具更多優(yōu)勢(shì)：其閱讀器無(wú)需可見(jiàn)光源，具有穿透性，可透過(guò)外部材料直接讀取信息，能同時(shí)處理多個(gè)射頻標(biāo)簽，批量處理，簡(jiǎn)化了勞動(dòng)強(qiáng)度，并實(shí)時(shí)跟蹤物品位置，出差錯(cuò)極低，受環(huán)境條件影響不是很大[7]。通過(guò)對(duì)比條形碼技術(shù)和RFID技術(shù)，不難發(fā)現(xiàn)，在高校實(shí)訓(xùn)設(shè)備盤點(diǎn)的過(guò)程中，RFID技術(shù)可以進(jìn)行非接觸的批量盤點(diǎn)，這樣可以減少管理人員的工作量，解決了高校實(shí)訓(xùn)設(shè)備盤點(diǎn)工作量大的問(wèn)題。RFID技術(shù)的定位跟蹤功能，極大方便了實(shí)訓(xùn)設(shè)備的使用和管理。RFID標(biāo)簽的信息存儲(chǔ)容量大，可以把維修、學(xué)生借用和歸還等信息一一記錄，在出現(xiàn)異常錯(cuò)誤時(shí)可以及時(shí)向管理人員發(fā)送異常信息報(bào)告，并可實(shí)現(xiàn)設(shè)備追溯和使用過(guò)程監(jiān)管[8]。

課題所研究的實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理模塊，如圖1所示，高校根據(jù)采購(gòu)單進(jìn)行實(shí)訓(xùn)設(shè)備采購(gòu)，實(shí)訓(xùn)設(shè)備送達(dá)學(xué)校后，將它們發(fā)送到設(shè)備采購(gòu)/管理部門。為這些設(shè)備創(chuàng)建電子產(chǎn)品代碼（EPC） ID，并使用支持 RFID（射頻標(biāo)識(shí)）的打印機(jī)打印 RFID 標(biāo)簽。然后將 RFID 標(biāo)簽貼在設(shè)備上，打印的所有 ID 的列表存儲(chǔ)在“設(shè)備入庫(kù)”數(shù)據(jù)庫(kù)中，該數(shù)據(jù)庫(kù)還包含與采購(gòu)單號(hào)的關(guān)聯(lián)。已貼標(biāo)簽的設(shè)備運(yùn)送到相應(yīng)的實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)室。在實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)室安裝RFID讀取器，RFID 讀取器讀取設(shè)備標(biāo)記，對(duì)照采購(gòu)單對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證，生成采購(gòu)單3 狀態(tài)報(bào)告，將讀取的標(biāo)記存儲(chǔ)在“設(shè)備盤點(diǎn)”數(shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)驗(yàn)證詳細(xì)信息，若有異常情況，將生成異常信息通知，并發(fā)送到設(shè)備管理中心。如高校已有設(shè)備管理系統(tǒng)，可以直接整合，若沒(méi)有則重新設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備智能入庫(kù)、無(wú)人操作自動(dòng)盤點(diǎn)、管理和維修或設(shè)備異常監(jiān)控。

圖1 實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理模塊

3.2 基于GSM網(wǎng)絡(luò)的實(shí)訓(xùn)預(yù)約管理模塊

課題利用微軟的Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)平臺(tái)和Access數(shù)據(jù)庫(kù)，采用C#語(yǔ)言，在GSM Modern硬件平臺(tái)上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)。首先將SIM卡安裝到GSM Modern卡槽里，然后安裝設(shè)備天線，最后，利用USB轉(zhuǎn)串口數(shù)據(jù)線將GSM Modern與計(jì)算機(jī)串口相連接。當(dāng)GSM Modern綠色指示燈間歇閃爍時(shí)，表示設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接正常。

連接設(shè)置的“端口號(hào)”取決于當(dāng)前GSM Moderm與計(jì)算機(jī)所連接的串口，點(diǎn)擊“連接”按鈕，當(dāng)“連接狀態(tài)”顯示為“SIEMENS”的字樣（本系統(tǒng)GSM Moderm采用西門子SIEMENS芯片），表示連接成功，如果需要斷開(kāi)與GSM Modern的連接，只需點(diǎn)擊“斷開(kāi)”按鈕?！白詣?dòng)接收預(yù)約信息”模塊默認(rèn)情況下處于關(guān)閉狀態(tài)，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕后，如果沒(méi)有新的預(yù)約信息，窗口會(huì)顯示“未收到新預(yù)約”的字樣；當(dāng)收到學(xué)生手機(jī)客戶端發(fā)來(lái)的預(yù)約短信時(shí)，該窗口會(huì)顯示“收到一條新預(yù)約信息，請(qǐng)查收！”此時(shí)，只要點(diǎn)擊“接收預(yù)約”模塊上的“查收”按鈕，系統(tǒng)就會(huì)顯示預(yù)約信息的內(nèi)容，見(jiàn)圖2。

如圖2所示為接收預(yù)約模塊，是實(shí)訓(xùn)管理員進(jìn)行實(shí)訓(xùn)室安排的依據(jù)，學(xué)生學(xué)號(hào)、姓名、實(shí)訓(xùn)室名稱和實(shí)訓(xùn)室預(yù)約時(shí)間都應(yīng)包含在預(yù)約信息里，對(duì)于無(wú)效的預(yù)約信息，可以在預(yù)約刪除模塊里進(jìn)行刪除，接收到的預(yù)約信息存放在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

這里簡(jiǎn)單介紹“接收預(yù)約”模塊的信息內(nèi)容解析，如圖2中的預(yù)約信息：1#24#8618916568775# 學(xué)號(hào)：123456，學(xué)生姓名：張三，預(yù)約實(shí)訓(xùn)室1，預(yù)約時(shí)間：2013年3月1日早上9點(diǎn)至11點(diǎn)#13-11-06 16：08：53?！?”：表示信息編號(hào)為1；“8618916568775”：表示預(yù)約學(xué)生的手機(jī)號(hào)碼；“學(xué)號(hào)：123456，學(xué)生姓名：張三，預(yù)約實(shí)訓(xùn)室1，預(yù)約時(shí)間：2013年3月1日早上9點(diǎn)至11點(diǎn)”：表示短信內(nèi)容；“13-11-06”：表示接收預(yù)約信息的日期；“16：08：53”：表示接收預(yù)約的具體時(shí)間。

實(shí)訓(xùn)管理員可以向預(yù)約學(xué)生發(fā)送反饋信息，利用發(fā)送模塊可以縮短和優(yōu)化預(yù)約流程，該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)預(yù)約管理功能，添加和刪除預(yù)約學(xué)生的聯(lián)系方式，也可查看已發(fā)送的反饋信息。

圖2 接收預(yù)約和發(fā)送反饋信息

3.3 基于Web的實(shí)訓(xùn)互動(dòng)網(wǎng)站

實(shí)訓(xùn)管理平臺(tái)主要是解決高校實(shí)訓(xùn)管理問(wèn)題，不僅僅是給教師和學(xué)生提供一個(gè)交流、共享實(shí)訓(xùn)資源的平臺(tái)，而且做到了提高實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理效率[9]。課題采用C#語(yǔ)言、ASP.NET和SQL SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，在Visual Studio開(kāi)發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了基于Web的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理網(wǎng)站，該網(wǎng)站分為系統(tǒng)管理、新聞管理、教學(xué)課件管理、教學(xué)視頻管理、作業(yè)管理、互動(dòng)留言管理、設(shè)備管理、用戶管理、考勤管理等模塊[10]。

4 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和創(chuàng)新：本課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案有較好的擴(kuò)展性，將實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)得到延展，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要，預(yù)約實(shí)訓(xùn)室和設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)方式，對(duì)于實(shí)訓(xùn)室管理者和教師，該系統(tǒng)提高了實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果，減少實(shí)訓(xùn)管理者勞動(dòng)強(qiáng)度，能更有效利用實(shí)訓(xùn)室資源，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)智能管理。系統(tǒng)的不足是功能不夠完善，希望在今后的應(yīng)用過(guò)程中不斷改進(jìn)和優(yōu)化。

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