物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公安信息化教學(xué)中的應(yīng)用研究

寧洪偉 劉 勝

(1.安徽科技學(xué)院，安徽·鳳陽 233100；2.云南警官學(xué)院，云南·昆明 650223)

一、引言

以多媒體技術(shù)為代表的信息化教學(xué)方式，在公安教學(xué)過程中已經(jīng)普遍應(yīng)用。通過PPT、視頻等豐富多彩的教學(xué)資料和素材展示，教師可以選擇更加靈活、多樣的授課方式。專門的教學(xué)平臺建立后，學(xué)習(xí)不再被束縛于教室的課堂上，學(xué)生可以全天候?qū)W習(xí)并隨時(shí)和老師交流。信息化教學(xué)拓展了教學(xué)活動(dòng)的時(shí)間和空間維度，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在公安教學(xué)過程中發(fā)揮了重要作用。隨著公安信息化教學(xué)的深入，教學(xué)改革的持續(xù)進(jìn)行，當(dāng)前的公安信息化教學(xué)方式，慢慢顯露出一些問題。有必要對這些問題進(jìn)行研究并給出相應(yīng)解決方案，保證公安信息化教學(xué)的效果。

二、公安信息化教學(xué)存在的問題

信息化教學(xué)在公安教學(xué)過程中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用并取得豐碩的成果，但在使用過程中逐漸表現(xiàn)出一些不足之處：

一是出勤統(tǒng)計(jì)較為繁瑣，不易管理。從傳統(tǒng)的教師點(diǎn)名、學(xué)生簽到，到之后的諸如“學(xué)習(xí)通”“雨課堂”等信息化的考勤方式，都無法避免學(xué)生沒有出勤但考勤結(jié)果卻正常的問題。如果采用更加嚴(yán)格的方式，能保證考勤結(jié)果和實(shí)際出勤結(jié)果一致，但要耗費(fèi)教師和學(xué)生大量的時(shí)間和精力。尋找一種更加智能、準(zhǔn)確的考勤方式就顯得尤為重要。

二是數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)手段少，不易分析結(jié)果。目前的信息化教學(xué)手段中，“學(xué)習(xí)通”(1)陶玉杰. 基于超星學(xué)習(xí)通的數(shù)學(xué)分析課程智慧課堂建設(shè)[J]. 通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2020，(08).“中國大學(xué)慕課平臺”等都可以實(shí)現(xiàn)教師發(fā)布問題，學(xué)生回答并上傳的功能。但這需要教師和學(xué)生在課堂上反復(fù)使用手機(jī)，與許多公安學(xué)校要求學(xué)生課前將手機(jī)集中存放不允許帶在身邊的實(shí)際相沖突。以最簡單的投票舉例，手機(jī)上許多教學(xué)App可以由教師發(fā)布投票選項(xiàng)，學(xué)生投票后App會(huì)根據(jù)結(jié)果生成柱狀圖或餅圖來顯示投票結(jié)果。但這樣的顯示方式只是對數(shù)量多少進(jìn)行簡單地呈現(xiàn)，未做任何處理，無法幫助教師反映數(shù)據(jù)背后隱藏得更加深層次的信息。只能由教師現(xiàn)場查看并對結(jié)果進(jìn)行分析，不但加大了教師的工作量，而且由于教師教學(xué)能力、經(jīng)驗(yàn)等各方面的差異會(huì)導(dǎo)致分析結(jié)果與實(shí)際情況可能不相符的問題。

三是學(xué)生課堂狀態(tài)不好掌握。學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)狀態(tài)到底是什么樣的，目前的信息化教學(xué)手段并不能很好的掌握。通過頻繁的老師提問、學(xué)生回答，可以一定程度上迅速掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，但這樣會(huì)嚴(yán)重打亂教師的授課計(jì)劃，影響教學(xué)進(jìn)度。而且每次提問涉及到的學(xué)生不多，通過會(huì)讓2-3位學(xué)生回答，故了解到的學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)也只是局部的，不能反映整體的情況。

四是教室信息化不夠充分，信息化設(shè)備不足。目前，教室內(nèi)的課桌、椅子、講臺、多媒體設(shè)備、音響、燈光、空調(diào)等教學(xué)設(shè)備，只是在教學(xué)過程中起到了支持的作用。沒有對教師的教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行有效的輔助，沒有被充分利用起來，在一定程度上形成了資源的閑置。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要作用

物聯(lián)網(wǎng)簡稱IoT(Internet of Things)是指將各種感知設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識別和管理。物聯(lián)網(wǎng)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成，分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理功能。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

感知層利用RFID、傳感器、二維碼等工具可以實(shí)時(shí)采集外界的動(dòng)態(tài)信息。典型的信息類型有熱、力、聲、光、電、磁、位置等，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)傳輸與處理提供最原始數(shù)據(jù)。嵌入式傳感器還可以嵌入被測對象內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)深層次數(shù)據(jù)挖掘與獲取。

傳輸層通過網(wǎng)絡(luò)將感知的各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。傳輸方式一般分為近距離傳輸和遠(yuǎn)距離傳輸。近距離傳輸方式包括藍(lán)牙、紅外、ZigBee、WIFI等。遠(yuǎn)距離傳輸方式包括蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等。

應(yīng)用層利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，及時(shí)對獲取的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，真正達(dá)到了人與物、物與物的溝通。應(yīng)用層還可以與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能技術(shù)相結(jié)合拓展應(yīng)用的廣度和深度，使物聯(lián)網(wǎng)向規(guī)?；?、智能化發(fā)展。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)組成

物聯(lián)網(wǎng)中可供選擇的各種類型的傳感設(shè)備，是物聯(lián)網(wǎng)可以在不用領(lǐng)域進(jìn)行應(yīng)用的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(一)指紋識別器和溫度感應(yīng)器

指紋識別器(2)張立、汪卓越、王春東、馬云飛、向朝參.物聯(lián)網(wǎng)終端智能識別系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2019，(04).可根據(jù)識別對象的指紋特征，對識別對象的身份進(jìn)行確認(rèn)。由于每個(gè)人指紋的唯一性，識別結(jié)果的可仿制性很低。目前指紋識別器的成本已經(jīng)非常低，識別的速度很快，非常適合在需要身份識別的場合使用。將指紋識別器與分析軟件結(jié)合使用，不僅僅可以對待識別對象進(jìn)行身份確認(rèn)，還可以自動(dòng)記錄識別時(shí)間、識別地點(diǎn)等重要信息。

溫度感應(yīng)器利用被識別對象的紅外特征，進(jìn)行溫度的自動(dòng)化測量。不但可以實(shí)現(xiàn)溫度的快速、準(zhǔn)確測量，而且識別過程全部自動(dòng)化，中間不需要人工干預(yù)，節(jié)省大量寶貴的人力資源。測量過程簡單，只要被測對象從紅外溫度感應(yīng)器前經(jīng)過，系統(tǒng)就可以自動(dòng)獲取到被測對象體溫，不需要額外操作。

(二)投票器與智能分析軟件

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中投票器和智能分析軟件結(jié)合使用，不但可以搜集并匯總用戶的投票數(shù)據(jù)，而且經(jīng)過智能分析后，可以揭示隱藏在數(shù)據(jù)背后更多有價(jià)值的信息。根據(jù)不同的使用場景，用戶提前輸入已有結(jié)果，智能分析軟件可以有針對性地對不同領(lǐng)域的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶，供用戶決策時(shí)使用。

(三)智能攝像頭

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的智能攝像頭，除了可以獲取實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)，還可以通過智能分析軟件對用戶行為進(jìn)行分析。例如，可以針對用戶面部的識別，分析用戶意識是否清醒，是否已進(jìn)入睡眠狀態(tài)。可以針對用戶肢體動(dòng)作的識別，分析用戶當(dāng)前是否處于“安靜”學(xué)習(xí)狀態(tài)還是活動(dòng)狀態(tài)。

(四)智能空調(diào)與智能燈具

空調(diào)和日光燈是教室里面?zhèn)鹘y(tǒng)的、必備的硬件設(shè)備，教學(xué)過程中使用起來已經(jīng)習(xí)以為常，全部的操作過程都是手工進(jìn)行。教室上課過程中如果外界環(huán)境變化，需要控制空調(diào)、日光燈的使用，會(huì)中斷教學(xué)過程，打亂整體的教學(xué)計(jì)劃。因此，教室硬件設(shè)備的信息化是信息化教學(xué)中非常重要的一個(gè)組成部分。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的智能空調(diào)，可以自動(dòng)感知周圍環(huán)境溫度，當(dāng)環(huán)境溫度偏高時(shí)，啟動(dòng)制冷模式，為環(huán)境降溫。當(dāng)環(huán)境溫度偏低時(shí)，啟動(dòng)制熱模式，為環(huán)境升溫。中間過程不需要人工干預(yù)，可由系統(tǒng)自動(dòng)完成。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的智能燈具，可以自動(dòng)感知周圍環(huán)境光照強(qiáng)度，當(dāng)亮度偏低時(shí)，自動(dòng)開啟照明。當(dāng)亮度達(dá)到正常范圍時(shí)，可以自動(dòng)關(guān)閉。

智能空調(diào)和智能燈具不僅僅實(shí)現(xiàn)了控制的自動(dòng)化，節(jié)省了人力。還可以根據(jù)外界條件的變化做出最優(yōu)決策，節(jié)省大量的能源，提升信息化程度。

四、物聯(lián)網(wǎng)與公安信息化教學(xué)的結(jié)合

(一)基于指紋識別器和溫度感應(yīng)器的學(xué)生考勤管理

為提升公安教學(xué)過程中學(xué)生出勤管理的信息化程度，可以引入指紋識別器和溫度感應(yīng)器來實(shí)現(xiàn)。

在每個(gè)教室門口安裝指紋識別器，將學(xué)生信息提前錄入物聯(lián)網(wǎng)后臺信息管理系統(tǒng)。每次課前，學(xué)生在相應(yīng)教室的門口通過指紋的方式進(jìn)行考勤。物聯(lián)網(wǎng)后臺信息管理系統(tǒng)根據(jù)課程表信息，確定特定時(shí)間段每個(gè)教室的上課班級和上課學(xué)生信息。根據(jù)指紋識別器獲取到的已簽到學(xué)生信息和應(yīng)上課學(xué)生信息進(jìn)行比對，可自動(dòng)獲取出勤信息。將授課教師從繁雜的點(diǎn)名、報(bào)數(shù)等傳統(tǒng)考勤方式中解放出來，可以完全投入到知識傳授工作中。

基于指紋識別器的考勤，不僅僅為教師節(jié)省大量的時(shí)間和精力，作為信息化的考勤方式，還可以在期末的時(shí)候，針對每一位同學(xué)的出勤情況，自動(dòng)為其計(jì)算出勤成績。全校學(xué)生的出勤狀況和期末出勤成績都可以由物聯(lián)網(wǎng)后臺信息管理系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算得出，提升全校教學(xué)的效率和資源利用率，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，還能避免傳統(tǒng)考勤中出現(xiàn)的弄虛作假、計(jì)算不準(zhǔn)確等問題。

在教室門口安裝溫度感應(yīng)器(3)劉雨薇、龔仁蓉、許瑞華、李遠(yuǎn)霞、李卡.人體不同部位紅外溫度計(jì)體溫測量值的比較研究[J].護(hù)理學(xué)雜志，2020，(16).，學(xué)生進(jìn)入教室時(shí)可實(shí)現(xiàn)非接觸、高效率、高精度的體溫測量。將溫度感應(yīng)器和指紋識別器結(jié)合使用，可實(shí)現(xiàn)每位同學(xué)的體溫?cái)?shù)據(jù)自動(dòng)錄入物聯(lián)網(wǎng)后臺信息管理系統(tǒng)，自動(dòng)匯總數(shù)據(jù)。一旦監(jiān)測到異常，可迅速采取有效措施進(jìn)行應(yīng)對。在新冠肺炎需要長期防控的特殊時(shí)期，使用信息化的手段可實(shí)現(xiàn)不間斷、高效率、無死角監(jiān)控，為教學(xué)工作的順利開展提供一個(gè)堅(jiān)實(shí)的保障。

(二)基于投票器的課堂統(tǒng)計(jì)

在教室中安裝投票器，可利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能分析軟件，進(jìn)一步提升教學(xué)的信息化程度。教師發(fā)布問題，學(xué)生分析并給出自己的答案，通過投票器反饋到物聯(lián)網(wǎng)后臺信息管理系統(tǒng)。系統(tǒng)會(huì)結(jié)合教師發(fā)布的問題，有針對性分析學(xué)生給出的答案。除了統(tǒng)計(jì)每一個(gè)答案被選擇的次數(shù)，還可以通過系統(tǒng)中已有的教學(xué)資料分析學(xué)生這樣回答的原因，了解學(xué)生對相應(yīng)知識點(diǎn)的掌握程度。向授課教師提出下一步授課過程中應(yīng)該注意的問題，給出相應(yīng)的學(xué)習(xí)建議，幫助教師更好地完成后面的教學(xué)。

教師如果對物聯(lián)網(wǎng)后臺信息管理系統(tǒng)給出的分析結(jié)果不是特別認(rèn)同，可以修改系統(tǒng)給出的分析結(jié)果。當(dāng)系統(tǒng)之后遇到相似的待分析數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)按照人工修改后最新的結(jié)果進(jìn)行顯示。隨著投票器和物聯(lián)網(wǎng)后臺信息管理系統(tǒng)越來越多的使用，系統(tǒng)針對每一個(gè)問題的分析結(jié)果會(huì)越來越準(zhǔn)確，越來越符合實(shí)際情況。

(三)基于智能攝像頭的學(xué)生課堂狀態(tài)把控

將智能攝像頭引入公安信息化教學(xué)過程中，可以一定程度上將教師從繁瑣的課堂管理工作中解放出來，更有針對性地對學(xué)生進(jìn)行管理，更好地掌握每一位學(xué)生課堂上的學(xué)習(xí)情況。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的智能攝像頭不僅可以獲取被監(jiān)控環(huán)境的實(shí)時(shí)視頻并在本地進(jìn)行保存，供需要的時(shí)候進(jìn)行檢索、回放，還可以對視頻中個(gè)體的行為進(jìn)行分析。通過對課堂上學(xué)生面部表情的分析，可以知道每一位同學(xué)的“學(xué)習(xí)”、“沉思”、“睡覺”等行為。如果大部分同學(xué)都是處于“學(xué)習(xí)”狀態(tài)，可以認(rèn)為老師當(dāng)前講述的內(nèi)容較為適宜，學(xué)生基本都能理解并掌握；如果大部分同學(xué)處于“沉思”的狀態(tài)，基本可以斷定學(xué)生學(xué)起來較為吃力，需要教師進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注和講解；如果有相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生在課堂上處于“睡覺”狀態(tài)，一方面教師要對授課內(nèi)容、授課方式進(jìn)行反思，是不是過于枯燥而對學(xué)生沒有吸引力；另一方面要對學(xué)生的狀態(tài)引起重視，是否近期課業(yè)負(fù)擔(dān)過重而休息時(shí)間過少。

通過對學(xué)生肢體行為的識別，可以知道學(xué)生課堂上是否有“交頭接耳”、“大聲喧嘩”等違反課堂紀(jì)律的行為出現(xiàn)。一旦出現(xiàn)，系統(tǒng)將保留證據(jù)并及時(shí)提醒任課教師進(jìn)行處理，保證課堂正常教學(xué)秩序。

任課教師也可以針對自身需求，在物聯(lián)網(wǎng)后臺信息管理系統(tǒng)中定制自己需要的“行為”，交由智能攝像頭進(jìn)行分析，當(dāng)分析到相應(yīng)的行為后，在系統(tǒng)中定制相應(yīng)的響應(yīng)方式。隨著智能攝像頭使用的深入，其對各種行為的分析會(huì)越來越精準(zhǔn)，響應(yīng)流程更加優(yōu)化，對教師課堂上的教學(xué)產(chǎn)生更加積極的作用。

(四)基于智能空調(diào)與智能燈的教室信息化建設(shè)

以往的信息化教學(xué)過程中，更多地在關(guān)注教師、學(xué)生之間的溝通怎樣以更好的信息化方式進(jìn)行。信息化教學(xué)是一個(gè)整體的概念，不能忽視信息化硬件設(shè)備的重要作用。教室是教學(xué)活動(dòng)開展的基本場所，信息化教室是信息化教學(xué)的重要組成部分。除了傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)設(shè)備這樣的硬件，還可以通過更多的硬件信息化來提升教學(xué)的信息化。

為保證教學(xué)活動(dòng)的持續(xù)性、流暢性，教室內(nèi)空調(diào)和日光燈控制的信息化顯得尤為必要。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的智能空調(diào)(4)馬鵬宇、陸庭鍇、梁海權(quán).智能空調(diào)系統(tǒng)在辦公樓宇中的應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2020，(08).可以根據(jù)外面條件的變化，自動(dòng)完成開啟、關(guān)閉、模式選擇等功能，全程不需要人工干預(yù)。智能燈(5)方亮.智能燈桿在智慧城市中的應(yīng)用探討[J].智能城市，2019，(20).可以根據(jù)外界光照條件的變化，完成開啟和關(guān)閉功能。這兩種智能設(shè)備的使用完全不需要人工的干預(yù)。每個(gè)教室還可以根據(jù)特定的上課時(shí)間段進(jìn)行個(gè)性化定制，滿足信息化教學(xué)的需求。

教室信息化不僅僅是公安教學(xué)信息化建設(shè)的重要組成部分，還能以實(shí)際應(yīng)用的形式向?qū)W生展示知識的重要性、知識改變生活方式的巨大能力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，引領(lǐng)他們的學(xué)習(xí)道路，讓他們成為物聯(lián)網(wǎng)參與下公安信息化教學(xué)的最終受益者。

五、需要注意的問題

(一)科學(xué)規(guī)劃，控制成本，合理利用每一點(diǎn)資源

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，歸根到底是建立在硬件的基礎(chǔ)上，要想在公安信息化教學(xué)中取得一些成效，至少要在每一間教室安裝指紋識別器、溫度感應(yīng)器、投票器、智能攝像頭、溫度控制器、光照強(qiáng)度傳感器等硬件設(shè)備，每一件都需要成本。要想讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公安信息化教學(xué)中發(fā)揮應(yīng)有的作用，必須要科學(xué)規(guī)劃傳感器的使用、網(wǎng)絡(luò)的布局，將成本控制在最低，合理利用每一點(diǎn)資源。

(二)加強(qiáng)合作，積極探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公安信息化教學(xué)中的新應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公安信息化教學(xué)過程中，可以發(fā)揮作用的地方有很多。不同的高校，出發(fā)點(diǎn)、側(cè)重點(diǎn)不一樣，應(yīng)用的形式、技術(shù)肯定就會(huì)有差異。為推進(jìn)兩者進(jìn)一步的結(jié)合，探索物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公安信息化教學(xué)中的新應(yīng)用，要加強(qiáng)和兄弟院校、普通高校的合作，努力尋找、充分挖掘、積極實(shí)踐、加強(qiáng)溝通。

(三)建立長效機(jī)制，讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為公安信息化教學(xué)提供長久動(dòng)力

在公安信息化教學(xué)過程中加入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)后，短期內(nèi)就可以看到積極的成效。但要讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在公安信息化教學(xué)中發(fā)揮更大的作用，需要長期跟蹤、推進(jìn)。針對教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題要積極尋找解決方案，初步解決后在后續(xù)的使用過程中還要持續(xù)跟進(jìn)，確認(rèn)是否解決已有問題、是否會(huì)導(dǎo)致新的不足。對于使用過程中好的經(jīng)驗(yàn)，要做全面推廣，在更廣闊的領(lǐng)域內(nèi)讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為公安信息化教學(xué)提供長久動(dòng)力。

六、結(jié)束語

為進(jìn)一步推進(jìn)公安信息化教學(xué)，有必要將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與公安信息化教學(xué)結(jié)合起來，本文提出在學(xué)生考勤、課堂統(tǒng)計(jì)、學(xué)生行為分析、教室信息化等方面將兩者進(jìn)行結(jié)合。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟的大背景下，這些措施的實(shí)現(xiàn)并沒有太大難度，但要注意通過科學(xué)的規(guī)劃進(jìn)行成本控制，讓每一點(diǎn)教育資源發(fā)揮最大的作用。多和兄弟院校溝通合作，探索更多物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)公安信息化教學(xué)的方式。還要建立長效機(jī)制，讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與信息化教學(xué)的結(jié)合持續(xù)下去。與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合的公安信息化教學(xué)，真正融入到每一堂課的教學(xué)過程中，讓廣大教師和學(xué)生接受、采納、熟練運(yùn)用，需要長期堅(jiān)持、總結(jié)才能實(shí)現(xiàn)。