基于物聯(lián)網(wǎng)的高職院校二級(jí)學(xué)院信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

葛翔

摘要：隨著高等教育改革的不斷深化，高職院校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代教育教學(xué)技術(shù)得以廣泛運(yùn)用，對(duì)高職院校二級(jí)學(xué)院的教學(xué)檔案管理工作提出了新的要求。該文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合高職院校二級(jí)學(xué)院的實(shí)際需求，提出一種新型的信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)，以期提高高職院校二級(jí)學(xué)院的信息化教學(xué)檔案管理水平。該系統(tǒng)融合RFID技術(shù)、現(xiàn)代教育技術(shù)、人機(jī)交互技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具備具有用戶識(shí)別、用戶狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)字化檔案管理、交互式查詢及信息顯示統(tǒng)計(jì)等功能。針對(duì)當(dāng)前校園移動(dòng)端用戶數(shù)量龐大并不斷增長(zhǎng)的情況，該系統(tǒng)可自動(dòng)識(shí)別處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的用戶，允許多個(gè)用戶同時(shí)通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)器，很好地解決網(wǎng)絡(luò)擁堵問題。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);RFID技術(shù);多功能卡;閱讀器;教學(xué)檔案管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP391? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）02-0113-02

1 概述

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，簡(jiǎn)稱IoT）作為信息、通信和技術(shù)產(chǎn)業(yè)中一種新的應(yīng)用模式，近年來(lái)獲得蓬勃發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）屬于計(jì)算科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)物，其通過信息載體讓日常物理對(duì)象、普通物體通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，并采用數(shù)字技術(shù)手段讓處于網(wǎng)絡(luò)中的物體與對(duì)象實(shí)現(xiàn)自我識(shí)別以及相互識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)的重要性在于以數(shù)字方式表示對(duì)象，會(huì)變成比其自身更大的東西。對(duì)象不再僅僅與用戶相關(guān)，而是與周圍的對(duì)象和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)相連接。當(dāng)大量物體同時(shí)行動(dòng)時(shí)，即具備了“環(huán)境智能”。

物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、無(wú)線技術(shù)、二維碼技術(shù)緊密相連， 而射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID）技術(shù)作為一種通信技術(shù)則是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一。其具有識(shí)別碼唯一、非接觸、防水、防污染、可同時(shí)訪問多個(gè)標(biāo)記等特點(diǎn)。RFID在制造業(yè)、零售業(yè)、物流業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、信息業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，隨著高等教育改革的不斷深化，高職院校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)代教育教學(xué)技術(shù)得以廣泛運(yùn)用，對(duì)教學(xué)檔案管理工作，尤其是其二級(jí)學(xué)院的教學(xué)檔案管理工作提出了新的要求，形成了新的挑戰(zhàn)。[2]一方面，師生數(shù)量的增長(zhǎng)使得教學(xué)檔案管理系統(tǒng)的用戶數(shù)量超越了以往，教學(xué)檔案管理工作需要處理龐大的數(shù)據(jù)信息，加重了工作量，急需提高工作效率;另一方面，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)在教學(xué)檔案管理中的廣泛應(yīng)用提升了教學(xué)管理水平，電子辦公在行政、管理后勤等部門的應(yīng)用提升了辦公效率。然而這些都限于各個(gè)部門、系統(tǒng)的內(nèi)部，從學(xué)?；蛘邔W(xué)院層面上來(lái)看，其整體教學(xué)檔案管理效率的提高依然未能與各個(gè)系部相匹配。因此，構(gòu)建一個(gè)統(tǒng)籌全局、協(xié)調(diào)各方的信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)，成為當(dāng)前高職院校二級(jí)學(xué)院的緊迫任務(wù)。本文基于物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)框架，結(jié)合高職院校二級(jí)學(xué)院的實(shí)際需求，提出一種新型的信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)，以期提高高職院校二級(jí)學(xué)院的信息化教學(xué)檔案管理水平。

2 信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的高職院校二級(jí)學(xué)院信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器模式。用戶可以使用特定的多功能RFID卡將識(shí)別信息或應(yīng)答信息發(fā)送給RFID閱讀器。RFID閱讀器可以同時(shí)響應(yīng)和處理來(lái)自多個(gè)用戶的信息。RFID閱讀器還可以通過USB接口、RJ45接口或RS485接口與服務(wù)器端的教學(xué)檔案管理軟件進(jìn)行信息交換。教學(xué)檔案管理軟件處理來(lái)自RFID閱讀器的信息，并對(duì)其發(fā)出相關(guān)指令。通過教學(xué)檔案管理系統(tǒng)，用戶可以識(shí)別教師、學(xué)生的身份及相關(guān)信息，監(jiān)控教師的教學(xué)情況以及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。該體系尤其支持互動(dòng)式查詢、無(wú)紙化辦公，并能在線顯示查詢結(jié)果并進(jìn)行智能分析。[3]系統(tǒng)的應(yīng)用框架如圖1所示。

根據(jù)以上框架，系統(tǒng)給用戶分配學(xué)生、教師和管理員三種角色，RFID閱讀器讀取學(xué)生RFID卡的數(shù)據(jù)并傳輸給次服務(wù)器，教師通過系次服務(wù)器接入系統(tǒng)，并完成相關(guān)教學(xué)檔案信息的錄入。次服務(wù)器通過校園網(wǎng)連接主服務(wù)器，管理員通過主服務(wù)器實(shí)現(xiàn)教學(xué)檔案信息管理。此外，針對(duì)校園網(wǎng)在某些情況下出現(xiàn)不穩(wěn)定，例如黑客攻擊導(dǎo)致服務(wù)器癱瘓、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載過大而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁堵等意外情形，本系統(tǒng)設(shè)置一臺(tái)備用服務(wù)器，在主服務(wù)器無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)開啟。

3 信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

3.1 RFID多功能卡以及閱讀器的設(shè)計(jì)與開發(fā)

與普通的RFID標(biāo)簽相比，RFID多功能卡可以通過鍵盤輸入信息，通過液晶屏幕顯示信息。RFID多功能卡由微控制器、RF收發(fā)器、鍵盤、LCD顯示器和電源管理等模塊組成。其中，微控制器是RFID多功能卡的核心模塊，承擔(dān)指令收發(fā)功能;RF收發(fā)器承擔(dān)射頻信息收發(fā)功能;鍵盤和LCD顯示器分為輸入和顯示設(shè)備;電源管理模塊為RFID多功能卡提供工作電源，進(jìn)行電源管理。

RFID閱讀器由控制器、RF收發(fā)器、通信接口、LED燈和電源管理等模塊構(gòu)成。其具有功耗低、接口多的特點(diǎn)，且其中，控制器為RFID閱讀器的核心模塊，承擔(dān)指令收發(fā)功能;RF收發(fā)器承擔(dān)射頻信息收發(fā)功能;通信接口是連接通信設(shè)備的端口，通常具備三種通信接口，即USB接口、RJ接口以及RS485接口;LED燈提示信息交換、數(shù)據(jù)讀取狀態(tài);電源管理模塊為RFID閱讀器提供工作電源，進(jìn)行電源管理。[5]

RFID多功能卡和RFID讀寫器均采用MSP430F2274芯片作為微控制器，以CC2500芯片作為射頻收發(fā)器。這兩個(gè)芯片的特點(diǎn)之一是低功耗。CC2500是一款2.4GHz無(wú)線收發(fā)器，其頻帶為2400M-2483.5MHz。CC2500帶有一個(gè)支持各種調(diào)制格式的500Kbps數(shù)據(jù)速率調(diào)制解調(diào)器。CC2500可以通過SPI接口與微控制器一起使用。MSP430F2274是一個(gè)16位RISC結(jié)構(gòu)的微控制器，有一種激活模式和五種可選擇軟件的低功率運(yùn)行模式。其還具有一個(gè)中斷事件功能，可以從五種低功耗模式中喚醒設(shè)備。MSP430F2274的指令集由51條指令組成，可以對(duì)字和字節(jié)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。

3.2 教學(xué)檔案管理軟件的設(shè)計(jì)與開發(fā)

教學(xué)檔案管理軟件采用微軟Visual Studio 2008系統(tǒng)開發(fā)，由用戶登錄與管理、用戶識(shí)別與狀態(tài)監(jiān)控、檔案管理、交互查詢、檔案信息顯示及統(tǒng)計(jì)等模塊組成。

3.2.1 用戶登錄與管理模塊

教學(xué)檔案管理軟件可以對(duì)不同類型的用戶進(jìn)行管理，賦予其不同的訪問權(quán)限，用戶必須輸入唯一的用戶名和密碼才能訪問教學(xué)檔案管理平臺(tái)。對(duì)教師、學(xué)生分配不同角色，并設(shè)置系統(tǒng)管理員賬戶對(duì)用戶進(jìn)行管理。

3.2.2 用戶識(shí)別與狀態(tài)監(jiān)控模塊

教學(xué)檔案管理軟件利用RFID多功能卡的唯一標(biāo)識(shí)信息來(lái)識(shí)別用戶，對(duì)用戶的系統(tǒng)使用狀態(tài)如登錄、在線、離線、應(yīng)答進(jìn)行監(jiān)控。此外，在教學(xué)過程中，對(duì)教師的教學(xué)狀態(tài)以及學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并承擔(dān)考勤功能。

3.2.3 數(shù)字化檔案管理模塊

計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使傳統(tǒng)紙質(zhì)檔案資料轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息存儲(chǔ)在服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化檔案管理。數(shù)字化檔案管理模塊主要承擔(dān)檔案信息的錄入、修改、分類、鎖定等功能。[7]基于物聯(lián)網(wǎng)的信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)通過對(duì)RFID多功能卡數(shù)據(jù)的讀取，可以管理師生教學(xué)活動(dòng)開展進(jìn)度、對(duì)教學(xué)計(jì)劃的執(zhí)行情況等，便于統(tǒng)一管理、提高效率。

3.2.4 交互式查詢模塊

用戶在教學(xué)檔案管理軟件的“信息查詢”窗口中，通過點(diǎn)擊“信息類別”“查詢條件”按鈕篩選索要查詢信息的類別，以限定查詢條件，例如：考試成績(jī)信息-期中/期末考試成績(jī)，實(shí)踐考核環(huán)節(jié)成績(jī)等;點(diǎn)擊“開始查詢”“結(jié)束查詢”等按鈕，可以實(shí)現(xiàn)檔案信息查詢功能。

3.2.5 檔案信息顯示及統(tǒng)計(jì)模塊

教學(xué)檔案管理軟件可以按數(shù)據(jù)表類型和圖形類型在“數(shù)據(jù)信息”窗口和“圖形信息”窗口中顯示統(tǒng)計(jì)信息。

4 信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 RFID 技術(shù)

RFID技術(shù)是一種無(wú)線電磁信號(hào)檢測(cè)技術(shù)。一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)由三部分組成：RFID標(biāo)簽、RFID閱讀器和應(yīng)用軟件。RFID標(biāo)簽采用唯一的識(shí)別碼進(jìn)行電子編程。射頻識(shí)別閱讀器通過天線發(fā)出無(wú)線電信號(hào)。然后在標(biāo)簽和閱讀器之間建立無(wú)線通信。RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)由讀卡器發(fā)送的信號(hào)讀取。讀取器獲取數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中的應(yīng)用軟件進(jìn)行處理。RFID閱讀器具有特定的射頻，不同的射頻具有不同的傳輸距離。對(duì)于條形碼系統(tǒng)，標(biāo)簽必須定期放置，以便激光掃描儀能夠檢測(cè)和識(shí)別。阻礙標(biāo)簽和掃描儀之間光通信的物體會(huì)中斷條形碼掃描。與條形碼不同，RFID技術(shù)可以在無(wú)線模式下識(shí)別標(biāo)簽。因此，RFID技術(shù)被認(rèn)為是一種新穎有效的解決方案。

4.2 eZ430-RF2500開發(fā)工具

eZ430-RF2500是一個(gè)無(wú)線開發(fā)工具，帶有MSP430F2274微控制器和使用USB接口的CC2500 2.4GHz無(wú)線收發(fā)器。它使用IAR嵌入式工作臺(tái)集成開發(fā)環(huán)境（Embedded Workbench Integrated Development Environment，簡(jiǎn)稱IDE）和代碼編輯器（Code Composer Essentials，簡(jiǎn)稱CCE）。EZ430-RF2500的目標(biāo)板是具有USB調(diào)試接口的無(wú)線系統(tǒng)。USB調(diào)試接口使EZ430-RF2500能夠使用MSP430應(yīng)用程序UART從PC無(wú)線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的不斷發(fā)展，高職院校辦學(xué)水平的不斷提高，對(duì)教學(xué)檔案管理系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。有鑒于此，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)出一種新型信息化教學(xué)檔案管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用客戶端/服務(wù)器模式，融合RFID技術(shù)、現(xiàn)代教育技術(shù)、交互式理論和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具備具有用戶識(shí)別、用戶狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)字化檔案管理、交互式查詢及其結(jié)果顯示與統(tǒng)計(jì)等功能。此外，該系統(tǒng)還能很好地滿足移動(dòng)端用戶的需求，解決網(wǎng)絡(luò)擁堵問題。在高等教育改革不斷深化、高職院校招生規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，該系統(tǒng)可以滿足高職院校二級(jí)學(xué)院的教學(xué)檔案管理需求，提高高職院校二級(jí)學(xué)院的教學(xué)檔案管理水平。

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】