物聯(lián)網(wǎng)在小學(xué)教學(xué)和管理中的應(yīng)用初探

1、物聯(lián)網(wǎng)在小學(xué)教學(xué)和管理中的應(yīng)用初探江陰由河塘中心小學(xué)徐金南摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是目前國內(nèi)外各領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，尤其在無錫建有國家 級物聯(lián)網(wǎng)屮心，物聯(lián)網(wǎng)正逐漸開始實(shí)用，它在教育領(lǐng)域的應(yīng)用正方興未艾。在小 學(xué)校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上搭建校園物聯(lián)網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時教學(xué)反饋、遠(yuǎn)程采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、 智能化校園建設(shè)、智能化圖書館建設(shè)、智能設(shè)備管理、智能壞境監(jiān)控、和智能校 園安保等諸多應(yīng)用，帶來創(chuàng)新模式下的智能化的數(shù)字校園教學(xué)和管理。1、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)原理信息采集是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，口前主要通過傳感器和電子標(biāo)簽等方式完成，分 別稱為基于傳感器技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)和基于rfid （radio frequency identification,

2、 射頻識別技術(shù)，又稱電了標(biāo)簽）技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)。（1）基于傳感器技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)基于傳感器技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)乂稱為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（wireless sensor network, wsn） o傳感器是一種可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號，并按一定 規(guī)律將其變換成屯信號等形式輸出，以滿足信息的傳輸處理、存儲顯示、記錄控 制等要求的檢測裝置。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)以各種方式在被感知對象內(nèi)部或者附近部 署節(jié)點(diǎn)，通過自組織方式實(shí)時感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域屮的信息，并通過 多跳網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)經(jīng)接收器傳送到遠(yuǎn)程控制中心進(jìn)行操控。基于傳感器技術(shù)的物聯(lián) 網(wǎng)主要應(yīng)用于采集類的業(yè)務(wù)網(wǎng)，如對視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集，對冰

3、箱、微波爐等家用屯器的數(shù)據(jù)采集和適度控制等。（2）基于rfid技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)rfid是20世紀(jì)90年代興起的一種利用射頻信號通過空間耦合產(chǎn)生磁場實(shí) 現(xiàn)無接觸傳遞信息并將信息用于自動識別的技術(shù)。該類物聯(lián)網(wǎng)由epc （electronic product code,電子產(chǎn)品代碼）標(biāo)簽、閱讀器、savant屮間件、ons （object naming service,對象名解析服務(wù)）服務(wù)器和epcis服務(wù)器（epc information service, 又稱為physical markup lauguage server,產(chǎn)品代碼信息服務(wù)）服務(wù)器組成。epc 標(biāo)簽可在遠(yuǎn)距離、不接觸、多標(biāo)簽、高速運(yùn)

4、動屮穿透性反復(fù)讀寫，冇很強(qiáng)的抗水、 抗油污能力和耐磨性，與閱讀器組成rfid系統(tǒng)，用于識別、跟蹤和定位物體。 savant |間件、ons服務(wù)器和epcis服務(wù)器組成信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，進(jìn)行信息的存 儲、查詢和共享?；趓fid技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域冇：物流管理、門禁 安防系統(tǒng)、電了支付、身份標(biāo)識等。短距離、小規(guī)模的應(yīng)用可使用木地應(yīng)用程序 服務(wù)器實(shí)現(xiàn)ons和epcis服務(wù)器的功能。2物聯(lián)網(wǎng)在不學(xué)教學(xué)和管理中的應(yīng)用隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟與硬件成木的不斷降低，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用前 景也越來越受到人們的重視。在高?，F(xiàn)冇的校園網(wǎng)基礎(chǔ)上，利用射頻識別、傳感 器、無線數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)等技術(shù)，構(gòu)造一個比校園

5、網(wǎng)現(xiàn)有應(yīng)用更加廣泛的校園 物聯(lián)網(wǎng)。在這個網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)可以自動的、實(shí)時的對物體進(jìn)行識別、定位、追蹤、 監(jiān)控，觸發(fā)和應(yīng)事件。通過它可以突破以往校園區(qū)域范圍內(nèi)的信息應(yīng)用和管理的 模式，使數(shù)字化、智能化校園獲得更加長足的發(fā)展。（1）實(shí)時教學(xué)反饋課堂互動反饋是教學(xué)屮的重要環(huán)節(jié)，冇助于教師了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，調(diào)節(jié)教 學(xué)進(jìn)程。傳統(tǒng)教學(xué)中常采用察言觀色、課堂提問或課堂練習(xí)等方式來檢驗(yàn)學(xué)牛學(xué) 習(xí)情況。這些方式存在猜測成份較重、不能顧及全體、工作量大與反饋不及吋等 問題?？梢酝ㄟ^給學(xué)生佩戴一些特殊的傳感器記錄學(xué)生的腦電圖、血壓、體溫等 生理信息及眼動、手部輕微移動等運(yùn)動信息，引入心理學(xué)相關(guān)測試技術(shù)，得出學(xué) 生的緊張

6、程度、注意力狀況、動腦情況等。教師根據(jù)這些反饋信息可以調(diào)整教學(xué) 計(jì)劃和教學(xué)活動，對典型學(xué)生點(diǎn)名捉問來發(fā)現(xiàn)問題，或?qū)€別表現(xiàn)異常學(xué)生進(jìn)行 輔導(dǎo)，從而進(jìn)一步提高學(xué)牛注意力和參與度，促進(jìn)師生間交流。教師也可因材施 教，定制教學(xué)并進(jìn)行教學(xué)評價。(2)遠(yuǎn)程采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)小學(xué)科學(xué)都需耍通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行研究和驗(yàn)證，有些實(shí)驗(yàn)往往耍持 續(xù)觀察很長時間，冇些實(shí)驗(yàn)可能因?qū)W生操作太過危險、實(shí)驗(yàn)器材數(shù)量不夠等原因 導(dǎo)致部分學(xué)生不能親自動手做而缺乏感性認(rèn)識，進(jìn)而導(dǎo)致學(xué)習(xí)的枯燥和乏味，影 響學(xué)習(xí)的積極性。教師可將各類傳感器安裝在實(shí)驗(yàn)器材上，實(shí)驗(yàn)人員通過遠(yuǎn)程控 制這些實(shí)驗(yàn)器材來實(shí)時采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(如溫度、壓強(qiáng)、液體濃度等

7、)，所測取的 數(shù)據(jù)通過校園網(wǎng)及時發(fā)布給實(shí)驗(yàn)人員使用，并上傳至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行存儲。這 樣可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的長期持續(xù)獲取，既保證了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的金而性、真實(shí)性和冇 效性，也實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，解決了實(shí)驗(yàn)教學(xué) 資源有限的問題，節(jié)省了各類經(jīng)費(fèi)。無錫電教館主辦的仰望星空等主題活動是典 型的應(yīng)用實(shí)例。(3) 智能化校園建設(shè)在校的小學(xué)生可攜帶rdid電子身份標(biāo)簽，這就為實(shí)現(xiàn)校園的信息化和智能 化建立了設(shè)備基礎(chǔ)。學(xué)生使用這種特制的rfid卡即可完成身份識別、校車上下 車信息管理，上下學(xué)信息交互等功能。如：門禁認(rèn)證、出勤登記、圖書借閱、校 內(nèi)口常綠色網(wǎng)吧上網(wǎng)服務(wù)、學(xué)籍交轉(zhuǎn)等。(4) 智

8、能化圖書館建設(shè)隨著小學(xué)藏書量也在逐年增加，加之圖書存在歸架錯誤等問題，傳統(tǒng)圖書條 碼查找的方式會浪費(fèi)大量時間。通過在圖書上粘貼rfid標(biāo)簽，在館藏范圍設(shè)置 多個閱讀器，由閱讀器坐標(biāo)確定圖書的方位信息并傳送給定位服務(wù)器，學(xué)生和管 理員用客戶機(jī)或手機(jī)登錄定位服務(wù)器查詢圖書信息，也方便了新書上架、圖書歸 架及亂架圖書的整理工作，提高了尋找丟失書籍和盤點(diǎn)文獻(xiàn)資料的效率。還可以 利用自助述書機(jī)設(shè)備對粘貼冇rfid標(biāo)簽的圖書進(jìn)行掃描、識別和歸還處理，有 利于幫助讀者進(jìn)行自助式圖書的歸還、續(xù)借操作，避免排隊(duì)現(xiàn)象的發(fā)生，甚至可 以實(shí)現(xiàn)“拿走即借、放冋即還的高度rfid化物流管理模式，從而有效提升圖書 管理效率

9、、簡化圖書管理流程、降低圖書管理人員的勞動強(qiáng)度，為讀者提供更加 便利快捷的圖書借還書、杳詢等服務(wù)。(5) 智能設(shè)備管理學(xué)校里大量的教學(xué)儀器和設(shè)備存在著分布離散、管理難度大、無專人管理和 保養(yǎng)等情況。如學(xué)校機(jī)房，電子閱覽室，配電間，綠色網(wǎng)吧，食堂等。通過給各 類設(shè)備粘貼rfid標(biāo)簽或安裝傳感器，分配專人管理，可以進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度, 有效防止儀器設(shè)備的丟失。當(dāng)儀器出現(xiàn)高溫、斷電等問題時，傳感器可以門動報 警通知專人處理。(6) 智能環(huán)境監(jiān)控學(xué)習(xí)環(huán)境(如溫度、光線強(qiáng)度等)可以從很大程度上影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。 通過在教室里布置傳感器節(jié)點(diǎn)可以監(jiān)測教室各角落的溫度和光線等情況，并根據(jù) 事先設(shè)定的閾值自動

10、調(diào)節(jié)教室內(nèi)照明燈亮度，自動調(diào)節(jié)空調(diào)溫度，根據(jù)室外光照 強(qiáng)度調(diào)整窗帝高度等，這樣可以給學(xué)牛提供一個舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)牛更好 地學(xué)習(xí)。另外，教室和實(shí)驗(yàn)室的燈光、空調(diào)、電腦等設(shè)備可以根據(jù)人員進(jìn)入或離 開口動控制電源開關(guān)。學(xué)校堂館供電負(fù)荷也可以通過校園物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程監(jiān) 控，迅速發(fā)現(xiàn)電負(fù)荷的劇烈變化，防范火災(zāi)、觸電等人身傷害事故，實(shí)現(xiàn)對電量 的有效監(jiān)管，從而節(jié)約能源。(8)智能校園安?，F(xiàn)在學(xué)校周邊社會環(huán)境復(fù)雜，安保管理非常復(fù)雜。媒體上經(jīng)常會曝出一些小 學(xué)出現(xiàn)的安全事故，給師生的人身財(cái)產(chǎn)安全造成損害，也會在一定程度上影響學(xué) 校的聲譽(yù)。利用校園物聯(lián)網(wǎng)就可以對校園的安全管理進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，突破時間、 空

11、間的限制，實(shí)現(xiàn)全天候、全地域智能安保。比如：將分散在校園各處的獨(dú)立的 圖像采集點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)吋遠(yuǎn)程監(jiān)控，對學(xué)生安全進(jìn)行監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)對校園安全統(tǒng)一監(jiān) 控、存儲和管理；在校園的一些危險區(qū)域，如水邊、頂樓、施工場所等或者校園 的一些治安死角架設(shè)rfid讀取器，當(dāng)學(xué)生處于這些區(qū)域時識別出學(xué)生身份并口 動發(fā)出語音警示，并配合校方監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視現(xiàn)場狀況進(jìn)行及時處理；在學(xué)校的教 學(xué)區(qū)、學(xué)生活動區(qū)域等限制外來人員進(jìn)出的區(qū)域安裝多個感應(yīng)節(jié)點(diǎn)，當(dāng)外來人員 進(jìn)入?yún)紩詣诱Z音報警并通知安保人員及時處理；在學(xué)校內(nèi)部的機(jī)動車上安裝 rftd標(biāo)簽，在各個校門口識別并控制機(jī)動車的進(jìn)出，將?？繒r間、準(zhǔn)確?？康?點(diǎn)等信息與管理平臺及個人手機(jī)綁定；在學(xué)校人員比較集中的區(qū)域，如教室、實(shí) 驗(yàn)室、宿舍、圖書館、體育館等安裝密集的傳感器節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測自身周圍溫度和煙 霧濃度等參數(shù)變化，一旦出現(xiàn)并常，即可啟動噴淋系統(tǒng)，并將所處位置的信息和 火勢等相關(guān)參數(shù)傳送到管理控制屮心，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)