物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能教育系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

徐正巧　趙德偉

摘要：互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，高校招生規(guī)模的擴(kuò)大，普通的教學(xué)系統(tǒng)和教學(xué)環(huán)境已經(jīng)無法滿足學(xué)生們的學(xué)習(xí)需求，為學(xué)生服務(wù)。筆者通過對(duì)教育現(xiàn)狀和學(xué)習(xí)需求分析，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了智能化集成教育系統(tǒng)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的教學(xué)進(jìn)行了初步的研究和探索。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；物聯(lián)網(wǎng)；智能教育

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）28-6688-02

隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人類社會(huì)步入了高度信息化的時(shí)代，信息獲取方式逐步從人工生成的單一模式向人工與自動(dòng)獲取并重的模式發(fā)展，強(qiáng)烈的社會(huì)需求為物理世界與信息世界的融合提供了原動(dòng)力，物聯(lián)網(wǎng)隨之撲面而來。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涵蓋的范圍小到家庭網(wǎng)絡(luò)，大到數(shù)字醫(yī)療、智能交通、公共安全，控件探測(cè)，甚至是國(guó)家和世界，受到了各國(guó)政府、產(chǎn)業(yè)界與學(xué)術(shù)界的高度重視。

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)教育事業(yè)的促進(jìn)作用也日趨明顯，尤其是基于RFID的校園一卡通工程對(duì)管理水平的提高為高校教育的改革和發(fā)展提供良好的技術(shù)支持，許多高校正在努力構(gòu)建全面智能感知個(gè)性化服務(wù)的學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)新的教學(xué)環(huán)境：無處不在的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、 融合創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)科研、透明高效的校務(wù)治理、豐富多彩的校園文化、方便周到的校園生活，為教育學(xué)生提供良好的環(huán)境和設(shè)施條件 [1]。

本文作者通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建了智能化集成教育系統(tǒng)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下的教學(xué)進(jìn)行了初步的研究和探索。

1 物聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的定義和特征

物聯(lián)網(wǎng)在人類生活中的應(yīng)用越來越多，但是人們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的定義任然沒有明確和統(tǒng)一。在比較各種物聯(lián)網(wǎng)定義的寄出上，根據(jù)目前對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)的認(rèn)知水平，將物聯(lián)網(wǎng)定義為：物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)等基礎(chǔ)上，針對(duì)不同領(lǐng)域的需求，利用具有智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算等技術(shù)，自動(dòng)獲取物理世界的各種信息，將所有能夠獨(dú)立尋址的物理對(duì)象互聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制盒智能化的網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建物物相聯(lián)的智能信息服務(wù)系統(tǒng)[2]。

物聯(lián)網(wǎng)中任何一個(gè)合法的用戶（人或物）可以在任何時(shí)候（Anytime）、任何地點(diǎn)（Anywhere）與任何一個(gè)物體（Anything）通信，交換和共享信息，協(xié)同完成特定的服務(wù)功能。

物聯(lián)網(wǎng)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層。感知層是物理世界與虛擬世界的紐帶，是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。感知層主要負(fù)責(zé)信息采集，利用激光識(shí)別等技術(shù)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中人與物、物與物之間的信息交互的傳感器技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)層是物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施，包含局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的各種接入網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層提供海量數(shù)據(jù)的高效、可靠地匯聚、整合與存儲(chǔ)，通過數(shù)據(jù)挖掘、智能數(shù)據(jù)處理與智能決策計(jì)算，提供安全網(wǎng)絡(luò)管理與智能服務(wù)。

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)形式多樣、設(shè)計(jì)社會(huì)生活各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)，從實(shí)現(xiàn)技術(shù)角度看，物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)是：網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，規(guī)模的差異性，接入的多樣性。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)的多樣化、個(gè)性化與行業(yè)化的特點(diǎn)，使得物聯(lián)網(wǎng)涉及的技術(shù)種類繁多，從物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行、應(yīng)用和管理的角度來看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括：自動(dòng)感知技術(shù)、嵌入式技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能數(shù)據(jù)處理技術(shù)、智能控制技術(shù)、位置服務(wù)技術(shù)和信息安全技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入可以使得現(xiàn)實(shí)世界的物品互為連通.實(shí)現(xiàn)物理空間與數(shù)字化信息空間的互聯(lián).使真實(shí)空間與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境實(shí)現(xiàn)比較有效地整合。它讓教學(xué)環(huán)境中每個(gè)物件形成數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化特性，學(xué)生在課堂中就可以感知自然、感知真實(shí)的場(chǎng)景.有效地促進(jìn)人機(jī)交互、人與環(huán)境的交互，加強(qiáng)了師生之間、生生之間的交流[3]。

2 智能教育系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的教學(xué)體制和教學(xué)系統(tǒng)僅僅是為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)的空間，相對(duì)而言，智能教育系統(tǒng)為學(xué)生提供了一個(gè)全面的智能感知環(huán)境和智能學(xué)習(xí)服務(wù)平臺(tái)，有效地采集學(xué)生學(xué)習(xí)的相關(guān)信息，獲得個(gè)性化、智能化的學(xué)習(xí)和管理服務(wù)。

智能教育系統(tǒng)，能夠智能化的針對(duì)每一個(gè)學(xué)習(xí)者、每個(gè)學(xué)習(xí)階段的學(xué)習(xí)信息進(jìn)行采集和處理，建立新一代的學(xué)習(xí)環(huán)境和交流環(huán)境，該系統(tǒng)能夠利用智能手機(jī)、RFID標(biāo)簽與讀寫設(shè)備以及各類型的傳感器實(shí)時(shí)的采集教師的教學(xué)軌跡和學(xué)生的學(xué)習(xí)痕跡，同時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和處理，把傳統(tǒng)的以“教”為主的教學(xué)形式，改變?yōu)橐浴皩W(xué)”為主的形式，更能調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，及時(shí)反饋和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)因材施教、因人而異的教學(xué)風(fēng)格。

3 智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入使得智能化教學(xué)環(huán)境的每個(gè)物件都具有連通性、技術(shù)性、智能性、嵌入性的特性，可以隨時(shí)捕捉、分析教師和學(xué)生信息，并進(jìn)行反饋，提供一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)智能化的教學(xué)系統(tǒng)[4]。

本文利用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的智能化教學(xué)系統(tǒng)主要包括智能管理模塊、智能資源模塊、智能監(jiān)測(cè)模塊、智能導(dǎo)學(xué)模塊、虛擬交流社區(qū)五個(gè)模塊，如圖1所示。

1） 智能管理模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)者的信息管理、實(shí)施雙向教學(xué)評(píng)價(jià)考核、學(xué)習(xí)輔助工具集成和成績(jī)查詢等功能。

2） 智能資源模塊：在學(xué)生的學(xué)習(xí)資料和教師的教學(xué)材料中加入RFID標(biāo)簽，使得這些資料置身物聯(lián)網(wǎng)之中，具有物聯(lián)網(wǎng)中多樣性、智能性、規(guī)模性、嵌入性等特性。通過互動(dòng)終端通過3G/4G 網(wǎng)絡(luò)連接終端資料數(shù)據(jù)庫和多媒體庫，根據(jù)課程教學(xué)大綱提供的內(nèi)容要求獲得關(guān)聯(lián)的教學(xué)資源，結(jié)果輸出到學(xué)生或教師所在的網(wǎng)絡(luò)終端[5]。同時(shí)存放專門針對(duì)移動(dòng)學(xué)習(xí)優(yōu)化過的大量課件資源、考試試題庫、知識(shí)庫、新聞消息庫和有關(guān)系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)等。

3）智能監(jiān)測(cè)模塊：通過智能攝像頭、智能手機(jī)、智能測(cè)控設(shè)備等記錄和實(shí)時(shí)采集學(xué)生的學(xué)習(xí)痕跡和教師的教學(xué)軌跡。同時(shí)集成了學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，通過對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)時(shí)間、閱覽次數(shù)和學(xué)習(xí)地點(diǎn)、學(xué)習(xí)對(duì)象以及參與交流與協(xié)作的指標(biāo)等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出關(guān)于學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性、學(xué)習(xí)深度和學(xué)習(xí)效果等情況的綜合評(píng)定，連同學(xué)習(xí)后獲得的成績(jī)和學(xué)分一同記錄到后臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)庫中[4]。

4） 智能導(dǎo)學(xué)模塊：通過數(shù)據(jù)挖掘、智能數(shù)據(jù)處理與智能計(jì)策計(jì)算，將智能監(jiān)控模塊中采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的整合、統(tǒng)計(jì)分析和利用，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)需求和學(xué)習(xí)興趣，，為每個(gè)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)推薦，大豆更好的教學(xué)效果。

5） 虛擬交流社區(qū)：通過無線智能設(shè)備如無線筆、無線話筒等，實(shí)現(xiàn)基于語音、視頻和文字等多種信息媒介的互動(dòng)交流功能，為學(xué)習(xí)者提供方便快捷的網(wǎng)絡(luò)通信，強(qiáng)大的信息交流和網(wǎng)絡(luò)資料信息的共享支持，在線虛擬團(tuán)隊(duì)合作等功能。

4 結(jié)束語

近年來，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育界應(yīng)用研究逐漸深入，從理論的研究逐漸深入到課堂領(lǐng)域，對(duì)教育事業(yè)的改革作業(yè)已經(jīng)日趨明顯。該文利用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及理論，提出并設(shè)計(jì)了集成教育系統(tǒng)，優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富學(xué)習(xí)資源，改善學(xué)習(xí)方式，提高了學(xué)習(xí)效率，對(duì)教育環(huán)境的改善起了很大的作用，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用和發(fā)展。

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