基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧校園建設(shè)*

程 劍

(蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蕪湖 241003)

當(dāng)前，信息化進(jìn)程加速前進(jìn)，各種信息技術(shù)層出不窮，物聯(lián)網(wǎng)作為集信息技術(shù)與實(shí)踐應(yīng)用為一體的突破性成果，不僅引領(lǐng)著信息產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新潮流，更是上升到對(duì)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力影響的層面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)席卷社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，對(duì)我國(guó)智慧校園建設(shè)的促進(jìn)作用日漸顯著。我國(guó)校園建設(shè)從傳統(tǒng)模式走向“數(shù)字校園”，再到如今的“智慧校園”，雖然在教學(xué)方式、校園建設(shè)理念等方面有了一些突破，但存在的技術(shù)壁壘仍然是智慧校園建設(shè)的桎梏，如多終端網(wǎng)絡(luò)交匯技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)及M2M平臺(tái)搭建技術(shù)、海量信息數(shù)據(jù)的分析處理技術(shù)、智慧校園網(wǎng)絡(luò)信息安全保障技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)此類技術(shù)的突破，是深化智慧校園建設(shè)的關(guān)鍵所在[1]。

《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》指出應(yīng)當(dāng)加快信息化時(shí)代教育變革，建設(shè)智能化校園，統(tǒng)籌建設(shè)一體化、智能化教學(xué)服務(wù)平臺(tái)。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入智慧校園建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園環(huán)境、資源共享、生活便捷、高效管理、安全保障等方面的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智慧校園建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)效用的最大化，是本文研究的主題。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧校園建設(shè)

1.智慧校園建設(shè)目標(biāo)

物聯(lián)網(wǎng)的歷史可以追溯到上世紀(jì)80年代，但基于當(dāng)時(shí)相關(guān)硬件設(shè)施及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的限制，加之各界對(duì)其理念認(rèn)識(shí)不夠深入的時(shí)代局限性，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并未在諸領(lǐng)域得到應(yīng)用。步入21世紀(jì)以來，我國(guó)接軌世界經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，大規(guī)模引進(jìn)各種高端設(shè)備以及高精尖技術(shù)，這其中也包括了大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和相關(guān)技術(shù)，在引進(jìn)的同時(shí)我國(guó)自身物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展也邁向了一個(gè)新臺(tái)階，開始謀求物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的功能深度挖掘與實(shí)踐應(yīng)用高效化[2]。我國(guó)當(dāng)前校園網(wǎng)建設(shè)已取得了較大進(jìn)步，智慧校園建設(shè)則是在現(xiàn)有校園網(wǎng)建設(shè)基礎(chǔ)上，通過將EPC、RFID等各式傳感器及傳感系統(tǒng)裝配到校園諸部門，形成校園生活的“萬物互聯(lián)”，搭建起智慧校園平臺(tái)，將校園生活中所產(chǎn)生的各類信息進(jìn)行匯總分析，為校園設(shè)施更好服務(wù)在校師生提供海量數(shù)據(jù)支持。

2.智慧校園建設(shè)模塊設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)智慧校園擬從身份管理、教學(xué)、科研、圖書、消費(fèi)6個(gè)領(lǐng)域展開，對(duì)總體設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行模塊化處理，如圖1即為按此方式設(shè)計(jì)的智慧校園系統(tǒng)。

身份管理模塊，將RFID電子標(biāo)簽代入在校師生SIM卡中，構(gòu)成師生身份識(shí)別終端，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其進(jìn)行識(shí)別、信息管理、追蹤等功能，通過精準(zhǔn)的認(rèn)證模式，校園安全得到了極大保障；智慧教學(xué)模塊，具體涵蓋教室、設(shè)備、課程以及實(shí)訓(xùn)四個(gè)部分內(nèi)容，目前，校園開展教學(xué)活動(dòng)時(shí)存在著部分教學(xué)資源空置的問題，通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的互聯(lián)互通，能夠切實(shí)提升其使用效率；智慧科研模塊，實(shí)現(xiàn)高校科研橫向縱向相互交叉的格局態(tài)勢(shì)，對(duì)材料、經(jīng)費(fèi)、統(tǒng)計(jì)、合同等進(jìn)行高效監(jiān)督和精準(zhǔn)把握，從而有效解決當(dāng)前校園科研資源利用信息記錄不完善的問題；智慧后勤模塊，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)校園安防、醫(yī)療、樓宇、照明等內(nèi)容的一體化管理，實(shí)現(xiàn)其多元協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)而降低防范校園中潛在的事故風(fēng)險(xiǎn)；智慧圖書模塊，經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)高校圖書館可以為書籍設(shè)置電子標(biāo)簽，對(duì)師生借閱信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，提高書籍借閱管理效率，能夠?qū)Ξ?dāng)前校園圖書館讀者管理以及信息整理方面存在的系統(tǒng)性不足的問題，提供一個(gè)行之有效的思路；智慧消費(fèi)模塊，在校師生含有RFID電子標(biāo)簽的校園卡能夠?qū)熒谛ＯM(fèi)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋[3]。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧校園功能模塊結(jié)構(gòu)

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下智慧校園建設(shè)技術(shù)原理分析

1.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)體系

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系的分析，不妨從人類構(gòu)建自身信息系統(tǒng)的過程進(jìn)行類比。人類構(gòu)建自身信息系統(tǒng)的過程，分為3個(gè)階段(亦可稱之為3個(gè)層次)，3個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)著3個(gè)信息載體。首先是人體的各類感官系統(tǒng)對(duì)外界信息進(jìn)行感知，這對(duì)應(yīng)著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全面?zhèn)鞲屑夹g(shù)對(duì)信息的獲??；其次是人體的神經(jīng)系統(tǒng)將感官所感知的外界信息輸送到大腦，這對(duì)應(yīng)著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行傳輸?shù)倪^程；最后是人的大腦對(duì)信息進(jìn)行分析歸類，這對(duì)應(yīng)著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行智能化處理的過程。綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)即為3個(gè)層次，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層，如圖2。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)體系

2.智慧校園關(guān)鍵技術(shù)

第一，多終端網(wǎng)絡(luò)的交融。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，智慧校園建設(shè)的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)信息的交互連通，從而助力信息傳輸。然而，校園中的網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)并不具有泛在性，設(shè)備兼容異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)有困難，頻譜資源使用方式因異構(gòu)無線頻段而各異，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)因信息網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性產(chǎn)生差異。故而對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)相容性建設(shè)推進(jìn)和對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間個(gè)性的整合是融合多種網(wǎng)絡(luò)的重中之重[4]。

第二，傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及M2M平臺(tái)搭建。智慧校園建設(shè)對(duì)傳感器技術(shù)提出了更高的要求——實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)技術(shù)、無線通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和傳感技術(shù)的一體化，其中的重點(diǎn)是要解決好傳感器節(jié)點(diǎn)通信及存儲(chǔ)能力薄弱的問題。M2M即Machine-to-Machine/Man通信，平臺(tái)搭建須重點(diǎn)關(guān)注的是經(jīng)由內(nèi)嵌無線通信模塊實(shí)現(xiàn)通信的安全性與穩(wěn)定性[5]。

第三，海量信息數(shù)據(jù)的分析處理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，智慧校園建設(shè)進(jìn)程加快，終端所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也與日俱增，相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容得到了極大豐富，以往傳統(tǒng)的信息處理模式已無法應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)今的海量數(shù)據(jù)，智慧校園建設(shè)對(duì)數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)提出了更為綜合化、體系化、精確化的要求，數(shù)據(jù)處理方式不斷呈現(xiàn)出語義需求態(tài)勢(shì)，需要對(duì)數(shù)據(jù)中呈現(xiàn)出的具有規(guī)律性、具備價(jià)值性的元素進(jìn)行精確提取，對(duì)語義理解、描述、關(guān)聯(lián)等方面的相關(guān)技術(shù)提出了新要求。

第四，保障智慧校園網(wǎng)絡(luò)信息安全的技術(shù)保障。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)帶來便捷高效的同時(shí)也滋生了一些網(wǎng)絡(luò)安全問題，由第一點(diǎn)分析可知，智慧校園建設(shè)涵蓋大量不同類型終端設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所連通的各類終端都面臨著遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，多元化的終端設(shè)備以及物體標(biāo)簽，決定了傳統(tǒng)信息安全保障模式的覆蓋范圍需要拓展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧校園建設(shè)要取得長(zhǎng)足的發(fā)展，就必須建立起具備綜合性、廣泛性、穩(wěn)定性的網(wǎng)絡(luò)信息安全保障機(jī)制，并發(fā)展相關(guān)信息安全技術(shù)。

綜合上述分析，本文得出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)體系的高校智慧校園結(jié)構(gòu)，如表1所示。

表1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)體系的高校智慧校園結(jié)構(gòu)一覽

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園建設(shè)中的實(shí)踐應(yīng)用

1.物聯(lián)網(wǎng)于智慧教學(xué)管理方面

教學(xué)實(shí)踐是校園各項(xiàng)活動(dòng)的主體，緊緊圍繞物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的管理優(yōu)化，突破傳統(tǒng)教學(xué)模式的局限性，為廣大師生營(yíng)造一個(gè)優(yōu)質(zhì)的信息化服務(wù)平臺(tái)，是智慧校園建設(shè)的重中之重。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧教學(xué)管理方面的內(nèi)容有：第一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)模式無論在時(shí)間還是空間上的延伸都存在一定的限制，但是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的泛在網(wǎng)絡(luò)打破了這種限制，RFID以及身份識(shí)別等技術(shù)構(gòu)建起新型教學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)，綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)庫(kù)等體系建立并輔之以個(gè)性化的信息服務(wù)最大限度發(fā)揮學(xué)生潛力，對(duì)學(xué)生素養(yǎng)的提升意義重大。第二，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智慧圖書館管理。依托RFID標(biāo)簽，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下圖書館的管理能夠?qū)崿F(xiàn)高度智能化，除了常規(guī)流程的效率化之外，還能對(duì)學(xué)生借閱信息進(jìn)行匯集分析，對(duì)學(xué)生的閱讀給出個(gè)性化的建議。

2.物聯(lián)網(wǎng)于實(shí)驗(yàn)室資源管理方面

現(xiàn)代社會(huì)越來越強(qiáng)調(diào)學(xué)生的動(dòng)手能力，對(duì)當(dāng)代學(xué)生核心素養(yǎng)培育的一個(gè)重要內(nèi)容便是其實(shí)踐技能的培養(yǎng)。有基于此，大部分校園都配有較為專業(yè)化的手工操作室與實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供了一個(gè)可靠的實(shí)踐平臺(tái)，然而，目前校方對(duì)實(shí)驗(yàn)室諸類資源的協(xié)同管理能力仍不成熟，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用，一方面，可以經(jīng)由RFID標(biāo)簽展開對(duì)實(shí)驗(yàn)室各類資源的調(diào)節(jié)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)需求和實(shí)驗(yàn)室資源供給的高度匹配，進(jìn)而達(dá)到實(shí)驗(yàn)室資源的最優(yōu)配置。另一方面，實(shí)驗(yàn)室管理人員也可依托物聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)大效力，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的遠(yuǎn)程管控，通過與手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的關(guān)聯(lián)，管理人員能夠?qū)崟r(shí)掌握實(shí)驗(yàn)室動(dòng)態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備可能存在的各類隱患，或相關(guān)設(shè)備的損耗情況，真正做到實(shí)驗(yàn)室管理和利用的智能化、數(shù)字化、安全化與節(jié)約化的高效統(tǒng)一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以大大優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室資源管理，并通過其內(nèi)在技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室信息感知、實(shí)現(xiàn)流程遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)驗(yàn)結(jié)果反饋等進(jìn)行實(shí)時(shí)把握。

3.物聯(lián)網(wǎng)于智慧校園生活服務(wù)方面

智慧校園建設(shè)的本質(zhì)是服務(wù)校園師生的生活，為在校師生提供優(yōu)質(zhì)便捷的服務(wù)，故而智慧校園生活服務(wù)方面的實(shí)踐應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)引入智慧校園建設(shè)的重要一環(huán)。校園生活內(nèi)容非常廣泛，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園生活服務(wù)方面的實(shí)踐應(yīng)用具體概括為三部分：其一是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能一卡通系統(tǒng)。將學(xué)生在校園中的消費(fèi)、繳費(fèi)、食堂用餐、教學(xué)設(shè)施使用等方面的內(nèi)容融為一體，并于其所在環(huán)節(jié)進(jìn)行好物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的完善。其二是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能考勤管理系統(tǒng)。通過在教師或宿舍等相關(guān)場(chǎng)所設(shè)立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的門禁系統(tǒng)，再結(jié)合智能化一卡通系統(tǒng)，可以對(duì)學(xué)生上課與歸宿等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。其三是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的智能照明系統(tǒng)。建立在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)之上的智能照明系統(tǒng)通過在光源載體上的監(jiān)控元件配置，可以實(shí)現(xiàn)校園電力資源使用的高效化，大大減輕資源浪費(fèi)情況。

4.物聯(lián)網(wǎng)對(duì)學(xué)生新型探究協(xié)作學(xué)習(xí)活動(dòng)的支撐

當(dāng)前，學(xué)校在進(jìn)行學(xué)生知識(shí)教育的過程中，依然遵循著傳統(tǒng)的定性方式，而在知識(shí)量化分析與支撐方面進(jìn)展不深。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為學(xué)生打造了一個(gè)基于大數(shù)據(jù)及其相關(guān)分析技術(shù)的感知課堂，為學(xué)生營(yíng)造了一種科學(xué)探究式的學(xué)習(xí)環(huán)境。再者，學(xué)生傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式在協(xié)作交流方面較為欠缺，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為這種協(xié)作和交流奠定了資源、數(shù)據(jù)等的共享基礎(chǔ)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)跨學(xué)校的交流分享，還能夠突破區(qū)域的限制，甚至突破國(guó)家的限制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，學(xué)生在校園中的學(xué)習(xí)方式將產(chǎn)生根本性的變革，新型協(xié)同創(chuàng)新學(xué)習(xí)方式、資源共享交流機(jī)制都將因其得到支撐，學(xué)生掌握知識(shí)的渠道得到拓展，實(shí)踐技能得到提升，最重要的，把感知匯集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理轉(zhuǎn)化為自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的能力得到強(qiáng)化。

四、強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧校園建設(shè)中應(yīng)用的策略建議

1.強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)感知層相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施及設(shè)備在校園中的建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)因其感知元素的豐富性而聞名，要實(shí)現(xiàn)校園管理方式的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)以及教學(xué)環(huán)境的準(zhǔn)確把握，就必須把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)備和設(shè)施等載體的建設(shè)落實(shí)到位。具體說來，在校園關(guān)鍵區(qū)域相關(guān)傳感器設(shè)備，建立起完善的傳感系統(tǒng)，在遭遇重大校園事故時(shí)，可以為全校師生進(jìn)行迅捷的應(yīng)急指引，此外，如上所述，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控元件的配置也應(yīng)該到位，能夠智能化節(jié)能有巨大裨益。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)校園安全保障機(jī)制的作用巨大，定位技術(shù)、準(zhǔn)入識(shí)別技術(shù)等的運(yùn)用都有賴于校園基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備化，故而應(yīng)當(dāng)重視。

2.課堂環(huán)節(jié)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境有機(jī)結(jié)合

首先，為了使學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)產(chǎn)生透徹的理解和掌握，應(yīng)當(dāng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為學(xué)生營(yíng)造出知識(shí)學(xué)習(xí)的可視化環(huán)境，讓學(xué)生在直觀生動(dòng)的課堂中實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)和實(shí)踐技能的融合。其次，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下，要增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，通過演示試驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)試驗(yàn)過程的了解。另外，還能解決學(xué)生教學(xué)資源缺乏的問題，減少教學(xué)設(shè)備的投資。再次，可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)增加拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)領(lǐng)域，比如，在探究定位技術(shù)的過程中，學(xué)校可以購(gòu)買相關(guān)的設(shè)備，幫助學(xué)生更好的學(xué)習(xí)探索未知的事物。最后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型特征為資源的共享性，課堂環(huán)節(jié)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境的結(jié)合還應(yīng)當(dāng)表現(xiàn)為資源和信息的共享。應(yīng)當(dāng)充分挖掘出互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將各種信息資源集中起來，搭建一個(gè)全面的信息平臺(tái)，為學(xué)生和教師提供一個(gè)更好的資源查閱的平臺(tái)，提升師生查閱資料的質(zhì)量和效率。

五、結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)迅猛，該技術(shù)對(duì)教育領(lǐng)域的影響便是“智慧校園建設(shè)”理念的逐步推廣并形成共識(shí)。經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，校園建設(shè)和管理能夠?qū)崿F(xiàn)各類資源的高效整合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教育信息資源的共享。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與促進(jìn)智慧校園建設(shè)的相關(guān)舉措還應(yīng)“因地制宜”、“因時(shí)制宜”。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)只是一項(xiàng)工具，智慧校園建設(shè)最終還是要落實(shí)到服務(wù)全校師生的根本宗旨上來。也惟其如此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用才能充分彰顯，智慧校園建設(shè)才能穩(wěn)步推進(jìn)。