基于物聯網技術下的智慧校園建設*

程 劍

(蕪湖職業技術學院，安徽 蕪湖 241003)

當前，信息化進程加速前進，各種信息技術層出不窮，物聯網作為集信息技術與實踐應用為一體的突破性成果，不僅引領著信息產業的創新潮流，更是上升到對國家競爭力影響的層面。物聯網技術席卷社會生活的各個領域，對我國智慧校園建設的促進作用日漸顯著。我國校園建設從傳統模式走向“數字校園”，再到如今的“智慧校園”，雖然在教學方式、校園建設理念等方面有了一些突破，但存在的技術壁壘仍然是智慧校園建設的桎梏，如多終端網絡交匯技術、傳感器網絡及M2M平臺搭建技術、海量信息數據的分析處理技術、智慧校園網絡信息安全保障技術等，實現此類技術的突破，是深化智慧校園建設的關鍵所在[1]。

《中國教育現代化2035》指出應當加快信息化時代教育變革，建設智能化校園，統籌建設一體化、智能化教學服務平臺。把物聯網技術引入智慧校園建設，實現對校園環境、資源共享、生活便捷、高效管理、安全保障等方面的優化，實現智慧校園建設中物聯網技術效用的最大化，是本文研究的主題。

一、物聯網技術下的智慧校園建設

1.智慧校園建設目標

物聯網的歷史可以追溯到上世紀80年代，但基于當時相關硬件設施及互聯網技術發展的限制，加之各界對其理念認識不夠深入的時代局限性，物聯網技術并未在諸領域得到應用。步入21世紀以來，我國接軌世界經濟技術發展態勢，大規模引進各種高端設備以及高精尖技術，這其中也包括了大量物聯網設備和相關技術，在引進的同時我國自身物聯網技術的發展也邁向了一個新臺階，開始謀求物聯網技術的功能深度挖掘與實踐應用高效化[2]。我國當前校園網建設已取得了較大進步，智慧校園建設則是在現有校園網建設基礎上，通過將EPC、RFID等各式傳感器及傳感系統裝配到校園諸部門，形成校園生活的“萬物互聯”，搭建起智慧校園平臺，將校園生活中所產生的各類信息進行匯總分析，為校園設施更好服務在校師生提供海量數據支持。

2.智慧校園建設模塊設計

設計智慧校園擬從身份管理、教學、科研、圖書、消費6個領域展開，對總體設計目標進行模塊化處理，如圖1即為按此方式設計的智慧校園系統。

身份管理模塊，將RFID電子標簽代入在校師生SIM卡中，構成師生身份識別終端，進而實現其進行識別、信息管理、追蹤等功能，通過精準的認證模式，校園安全得到了極大保障；智慧教學模塊，具體涵蓋教室、設備、課程以及實訓四個部分內容，目前，校園開展教學活動時存在著部分教學資源空置的問題，通過物聯網實現教學資源的互聯互通，能夠切實提升其使用效率；智慧科研模塊，實現高?？蒲袡M向縱向相互交叉的格局態勢，對材料、經費、統計、合同等進行高效監督和精準把握，從而有效解決當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，通過互聯網實現校園安防、醫療、樓宇、照明等內容的一體化管理，實現其多元協同效應，進而降低防范校園中潛在的事故風險；智慧圖書模塊，經由物聯網技術高校圖書館可以為書籍設置電子標簽，對師生借閱信息進行數據分析，提高書籍借閱管理效率，能夠對當前校園圖書館讀者管理以及信息整理方面存在的系統性不足的問題，提供一個行之有效的思路；智慧消費模塊，在校師生含有RFID電子標簽的校園卡能夠對師生在校消費信息進行實時反饋[3]。

圖1 物聯網技術下智慧校園功能模塊結構

二、物聯網技術下智慧校園建設技術原理分析

1.物聯網技術架構體系

對物聯網架構體系的分析，不妨從人類構建自身信息系統的過程進行類比。人類構建自身信息系統的過程，分為3個階段(亦可稱之為3個層次)，3個階段分別對應著3個信息載體。首先是人體的各類感官系統對外界信息進行感知，這對應著物聯網技術的全面傳感技術對信息的獲??；其次是人體的神經系統將感官所感知的外界信息輸送到大腦，這對應著物聯網技術通過通信網絡技術對信息進行傳輸的過程；最后是人的大腦對信息進行分析歸類，這對應著物聯網技術通過計算機技術對信息進行智能化處理的過程。綜上所述，物聯網的體系架構即為3個層次，分別是感知層、網絡層以及應用層，如圖2。

圖2 物聯網技術架構體系

2.智慧校園關鍵技術

第一，多終端網絡的交融。物聯網技術下，智慧校園建設的關鍵在于實現信息的交互連通，從而助力信息傳輸。然而，校園中的網絡通信標準并不具有泛在性，設備兼容異構網絡通信標準有困難，頻譜資源使用方式因異構無線頻段而各異，網絡服務因信息網絡的異構性產生差異。故而對異構網絡相容性建設推進和對異構網絡之間個性的整合是融合多種網絡的重中之重[4]。

第二，傳感器網絡技術及M2M平臺搭建。智慧校園建設對傳感器技術提出了更高的要求——實現計算機技術、無線通信技術、數據處理技術和傳感技術的一體化，其中的重點是要解決好傳感器節點通信及存儲能力薄弱的問題。M2M即Machine-to-Machine/Man通信，平臺搭建須重點關注的是經由內嵌無線通信模塊實現通信的安全性與穩定性[5]。

第三，海量信息數據的分析處理。物聯網技術下，智慧校園建設進程加快，終端所產生的數據量也與日俱增，相關數據庫的內容得到了極大豐富，以往傳統的信息處理模式已無法應當對現今的海量數據，智慧校園建設對數據分析處理技術提出了更為綜合化、體系化、精確化的要求，數據處理方式不斷呈現出語義需求態勢，需要對數據中呈現出的具有規律性、具備價值性的元素進行精確提取，對語義理解、描述、關聯等方面的相關技術提出了新要求。

第四，保障智慧校園網絡信息安全的技術保障。物聯網技術帶來便捷高效的同時也滋生了一些網絡安全問題，由第一點分析可知，智慧校園建設涵蓋大量不同類型終端設備，物聯網技術所連通的各類終端都面臨著遠程網絡攻擊的風險，多元化的終端設備以及物體標簽，決定了傳統信息安全保障模式的覆蓋范圍需要拓展，物聯網技術下的智慧校園建設要取得長足的發展，就必須建立起具備綜合性、廣泛性、穩定性的網絡信息安全保障機制，并發展相關信息安全技術。

綜合上述分析，本文得出基于物聯網技術架構體系的高校智慧校園結構，如表1所示。

表1 基于物聯網技術架構體系的高校智慧校園結構一覽

三、物聯網技術在智慧校園建設中的實踐應用

1.物聯網于智慧教學管理方面

教學實踐是校園各項活動的主體，緊緊圍繞物聯網技術從而實現對教學實踐環節的管理優化，突破傳統教學模式的局限性，為廣大師生營造一個優質的信息化服務平臺，是智慧校園建設的重中之重。物聯網技術在智慧教學管理方面的內容有：第一，物聯網技術下的智慧教學。傳統教學模式無論在時間還是空間上的延伸都存在一定的限制，但是物聯網技術下的泛在網絡打破了這種限制，RFID以及身份識別等技術構建起新型教學平臺的基礎，綜合信息數據庫、知識庫等體系建立并輔之以個性化的信息服務最大限度發揮學生潛力，對學生素養的提升意義重大。第二，物聯網技術下的智慧圖書館管理。依托RFID標簽，物聯網技術下圖書館的管理能夠實現高度智能化，除了常規流程的效率化之外，還能對學生借閱信息進行匯集分析，對學生的閱讀給出個性化的建議。

2.物聯網于實驗室資源管理方面

現代社會越來越強調學生的動手能力，對當代學生核心素養培育的一個重要內容便是其實踐技能的培養。有基于此，大部分校園都配有較為專業化的手工操作室與實驗室，為學生提供了一個可靠的實踐平臺，然而，目前校方對實驗室諸類資源的協同管理能力仍不成熟，通過物聯網技術的運用，一方面，可以經由RFID標簽展開對實驗室各類資源的調節和優化，實現實踐教學需求和實驗室資源供給的高度匹配，進而達到實驗室資源的最優配置。另一方面，實驗室管理人員也可依托物聯網的強大效力，實現對實驗室設備的遠程管控，通過與手機等移動設備的關聯，管理人員能夠實時掌握實驗室動態，及時發現實驗室設備可能存在的各類隱患，或相關設備的損耗情況，真正做到實驗室管理和利用的智能化、數字化、安全化與節約化的高效統一。物聯網技術可以大大優化實驗室資源管理，并通過其內在技術對實驗室信息感知、實現流程遠程監控，實驗結果反饋等進行實時把握。

3.物聯網于智慧校園生活服務方面

智慧校園建設的本質是服務校園師生的生活，為在校師生提供優質便捷的服務，故而智慧校園生活服務方面的實踐應用是物聯網技術引入智慧校園建設的重要一環。校園生活內容非常廣泛，物聯網技術在智慧校園生活服務方面的實踐應用具體概括為三部分：其一是物聯網技術下的智能一卡通系統。將學生在校園中的消費、繳費、食堂用餐、教學設施使用等方面的內容融為一體，并于其所在環節進行好物聯網設備及相關基礎設施的完善。其二是物聯網技術下的智能考勤管理系統。通過在教師或宿舍等相關場所設立基于物聯網技術的門禁系統，再結合智能化一卡通系統，可以對學生上課與歸宿等情況進行實時管理。其三是物聯網技術下的智能照明系統。建立在物聯網基礎之上的智能照明系統通過在光源載體上的監控元件配置，可以實現校園電力資源使用的高效化，大大減輕資源浪費情況。

4.物聯網對學生新型探究協作學習活動的支撐

當前，學校在進行學生知識教育的過程中，依然遵循著傳統的定性方式，而在知識量化分析與支撐方面進展不深。物聯網技術為學生打造了一個基于大數據及其相關分析技術的感知課堂，為學生營造了一種科學探究式的學習環境。再者，學生傳統的學習方式在協作交流方面較為欠缺，物聯網技術為這種協作和交流奠定了資源、數據等的共享基礎，不僅能夠實現跨學校的交流分享，還能夠突破區域的限制，甚至突破國家的限制。物聯網技術下，學生在校園中的學習方式將產生根本性的變革，新型協同創新學習方式、資源共享交流機制都將因其得到支撐，學生掌握知識的渠道得到拓展，實踐技能得到提升，最重要的，把感知匯集的數據進行加工處理轉化為自身知識結構的能力得到強化。

四、強化物聯網技術在智慧校園建設中應用的策略建議

1.強化物聯網感知層相關基礎設施及設備在校園中的建設

物聯網技術因其感知元素的豐富性而聞名，要實現校園管理方式的創新，實現對教學環節以及教學環境的準確把握，就必須把物聯網技術的設備和設施等載體的建設落實到位。具體說來，在校園關鍵區域相關傳感器設備，建立起完善的傳感系統，在遭遇重大校園事故時，可以為全校師生進行迅捷的應急指引，此外，如上所述，物聯網設備監控元件的配置也應該到位，能夠智能化節能有巨大裨益。物聯網技術對校園安全保障機制的作用巨大，定位技術、準入識別技術等的運用都有賴于校園基礎設施的設備化，故而應當重視。

2.課堂環節與現實環境有機結合

首先，為了使學生對所學知識產生透徹的理解和掌握，應當通過物聯網技術為學生營造出知識學習的可視化環境，讓學生在直觀生動的課堂中實現理論知識和實踐技能的融合。其次，物聯網技術下，要增加實驗教學環節，通過演示試驗加深學生對試驗過程的了解。另外，還能解決學生教學資源缺乏的問題，減少教學設備的投資。再次，可以通過物聯網技術增加拓寬學生的學習領域，比如，在探究定位技術的過程中，學?？梢再徺I相關的設備，幫助學生更好的學習探索未知的事物。最后，物聯網技術的典型特征為資源的共享性，課堂環節與現實環境的結合還應當表現為資源和信息的共享。應當充分挖掘出互聯網技術的優勢，將各種信息資源集中起來，搭建一個全面的信息平臺，為學生和教師提供一個更好的資源查閱的平臺，提升師生查閱資料的質量和效率。

五、結論

物聯網技術的發展態勢迅猛，該技術對教育領域的影響便是“智慧校園建設”理念的逐步推廣并形成共識。經由物聯網技術，校園建設和管理能夠實現各類資源的高效整合，進而實現教育信息資源的共享。除此之外，物聯網技術與促進智慧校園建設的相關舉措還應“因地制宜”、“因時制宜”。物聯網技術只是一項工具，智慧校園建設最終還是要落實到服務全校師生的根本宗旨上來。也惟其如此，物聯網技術的作用才能充分彰顯，智慧校園建設才能穩步推進。