基于物联网的智慧校园建设与发展研究_陈明选

中科院也启动了对传感网的研究。 虽然物联网发展的基本思 想 出 现 于 20 世 纪 90 年 代 ， 但 近 年 来 才 真 正 引 起 人 们 的 关 注 。 在 2005 年的信息社会世 界 峰 会上 ，国 际 电信 联 盟 （ITU） 发布 《ITU 互联网报告 2005：物 联网 》，提 出 并重 新 定 义了 “物 联网” 的概念 。 2009 年，IBM 首席执行官彭明盛首次提出了 “智慧地球”这一概念。 物联网建设并已经被正式提升为美国 的国家战略，受到了世界各界的关注，物联网被认为与当年 的“信息高速公路”有许多相似之处。
1.识 别 对 象 并 获 取 信 息 通过二维码，以 RFID 等 技 术进 行 智 能标 签 ，可 以用 于 物 体的识别和对象信息的获取， 使之具备感知物理世界的能 力。 第二代居民身份证亦可被视为一种智能标签，它内藏了 非接 触 式 IC 卡智 能 芯 片 ， 通 过 一 定 的 设 备 来 识 别 对 象 并 获 取个人信息。 此外，它还具有数字防伪功能。 2.对 象 的 智 能 控 制 与 反 馈 物联网技术是以云计算平台和智能网络为基础的，能够 获取信息，做出智能分析与决策判断，并改变和控制对象的 行为。 例如，智能红绿灯装置可以根据车辆的来往流量来测 算和自动调整红、绿、黄灯的间隔时间，为交通提供便捷的服 务。 3.环 境 监 控 和 对 象 跟 踪 利用多种类型的传感设备和分布广泛的传感网络，物联 网能够实现特定对象状态的实时获取及其行为的检测和监 控。 例如，即时监控实验室的设备，确保对象安全并实现物品 的远程操控，通过 GPS 标签跟踪和确定对象的位置等。
在教育领域，物联网技术使学校教学和管理变得更具人 性化和智能化，在构建自主探究的学习环境中，这对提高教 学质量有着广阔的应用前景。 如何有效地应用物联网技术来 推动数字化校园向智慧校园的发展，是亟待研究和实践的重 要课题。
一、物联网的概念与功能 物联网的实践应用最早 可 以 追溯 到 1990 年 施乐 公 司 的 网络可乐贩售机 ， 而物—物互联 的 理 念最 早 见 于 1995 年 比 尔·盖 茨 的 《未 来 之 路 》一 书 ，因 受 到 当 时 硬 件 设 备 和 技 术 的 限 制 ， 并未 引 起 人们 的 重 视 。 1998 年 ， 美 国 麻 省 理 工 学 院 （MIT）提出了当时被称作 EPC 系统的“物联网”的构想。 1999 年 ，MIT Auto-ID 中 心 首 次 提 出 了 “物 联 网 ”这 个 概 念 ，同 年 ，
二、物联网与智慧校园 在网络时代，运用基于计算机技术对教育教学过程进行 辅 助 设 计 、研 究 和 管 理 ，可 以 促 进 学 校 教 学 改 革 ，实 现 教 育 现 代化并提高教学质量的有效途径和方法。 随着互联网技术的 不断发展，数字化校园以数字化信息和网络为基础，使资源 实现了高度的共享，信息获得了高速的流动，学校从环境、资 源到教与学的活动逐步实现了数字化。 物联网技术实现了物 体间的联通，智能化地实现了信息的获取、传递和分析，改变 了人们的生活、工作、学习的方式，同时，也将会推进智慧校 园的建设和发展。 （一）智慧校园的特征 在物联网技术发展的推动下，智慧校园作为数字校园升 级到一定阶段的表现， 是指一个信息技术被高度地融合，信 息化的应用被深度地整合，构建成信息终端广泛感知的网络 化 、信 息 化 和 智 能 化 的 校 园 。 [11]智 慧 校 园 具 有 三 个 核 心 的 特 征：一是为广大师生提供一个全面的智能感知环境和综合信 息服务平台，提供基于角色的个性化定制服务；二是将基于 计算机网络的信息服务融入到学校的各个应用服务领域，实 现资源的互联和人员的互动协作；三是通过智能感知环境和 综合信息服务平台， 为学校与外部世界提供一个相互交流、 相 互 感知 的 接 口。 [12] 物联网技术为智慧校园提供了一个开放、互动、协作的 智能化综合信息服务平台， 使师生全面地感知教学资源，有 效地采集信息，获得智慧化的学习、教学、管理和生活服务，
（一）物联网的定义 物联网引起了越来越多的关注，但是有关物联网的定义 和技术的共性问题仍未明确统一。 美国 Auto-ID 中心最早提 出的 “物 联 网 ”概 念 认 为 ，基 于 互 联网 、RFID 技 术 、EPC 标准 ， 在计算机互联网的基础上，主要利用射频识别技术、无线数 据通信技术等，将会构造一个实现全球物品信息实时共享的 实 物互 联 网 “Internet of things”（简称 物 联 网 ）。 [2] 国 际 电 信 联 盟 （ITU）的 报告 认 为 ，物联 网 的 定义 较 之 前 已 经 发 生 了 变 化 ， 并指出射 频识 别 技 术（RFID）、传 感 器 技术 、纳 米 技术 、智 能 嵌 入技术将得到更加广泛的应用。 在物联网时代，通过在各种 各样的日用品中嵌入一种短距离的移动收发器，人类在信息 与通信世界里将获得一个新的沟通维度，在任何时间、任何 地点的人与人之间的沟通将连接扩展到人—物和物—物之 间 。 [3] 目前，在国内较为多见的“物联网”定义为：物联网是指利 用各种信息传感设备，如射频识别装置、红外传感器、全球定 位系统、 激光扫描等种种装置与互联网结合起来而形成了一 个巨大网络，其目的就是使所有物品都与网络连接在一起，使 得识别和管理更加方便。 [4] 物联网把网络所实现的人与人之间
区域教育资源的共享具有重要意义。
［关键词］物 联 网 ；智 慧 校 园 ；智 慧 环 境 ；智 能 感 知 ；教 育 应 用 ；有 效 学 习
［中图分类号］G434 ［文献标识码］ A
[文章编号] 1672—0008（2012）04—0061—05
随着传感技术、现代网络技术和人工智能等技术的发展 和应用，物联网技术被誉为信息产业的第三次创新。 为了促 进科技发展，掌控与利用未来网络和信息资源，各国政府都 非常重视下一代的技术规划，并且试图将物联网作为振兴经 济和确立国际竞争优势的关键战略。 世界各国都在关注物联 网能否掀起如当年互联网革命一样的科技和经济浪潮。 在中 国，物联网被列为国家五大新兴战略性产业之一，进入一个 快速发展的时期，受到全社会广泛的关注。 物联网技术将物 理世界与虚拟世界融合到一起，将人类社会深度地推进到信 息化时代，为人们提供智能化的生活和环境。 同时，物联网用 途广泛，遍及多个领域，使人类能够以更加精细的方式管理 生活和生产，达到“智慧”的状态，从而节约了成本，提高了资 源利用率和生产力水平， 改变了人们传统的生活与工作方 式，改 善 了 人与 社 会 的关 系 现实生活对象的活动情况反 映到网络虚拟空间之中， 并能够智能化地汇集和分析数据， 提供可视化的信息服务。 同时，物联网的应用前景广阔，遍及 智能交通、智能物流、环境检测、公共安全、绿色建筑、食品溯 源等多个领域。 随着物联网应用技术的不断发展、成熟，物联 网的应用领域将逐步拓宽。 根据实际用途，物联网的功能可 以概 括 为 如下 三 个 方面[10]：
* 基金项目：本文系国家社科基金“十一五”规划教育学一般项目“网络环境下中学理解型教学的实验研究”（编号：BCA90078）的研究成果之一。
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学术视点
基于物联网的智慧校园建设与发展研究 荨荨
2012 年第 4 期 总第 211 期
的互联通过技术扩大到了所有事物之间的连通， 不但使得现实 世界的物品互为连通，而且实现了现实世界（物理空间）与虚 拟世界（数字化信息空间）的互联，从而有效地支持人机交互、 人与物品之间的交互、人与人之间的社会性交互。 [5]总之，物联网 是一个物—物相连的互联网，成了新一代信息技术的重要组成部分。
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又以智能化方式联系在一起。 物联网技术在教育中的应用推动了“数字校园”向“智慧校园”方向的升级发展，使
得基于物联网的智慧校园将校园中的物体连接起来，实现了学校的可视化智慧管理，构建了富有智慧的教育教
学环境，为师生提供了一个全面的智能感知环境和综合信息服务平台，使课堂得以向真实的场景延伸。 通过结合
实 例 来 探 讨 智 慧 校 园 的 概 念 、功 能 、应 用 和 发 展 前 景 ，对 于 培 养 学 生 的 科 学 思 维 和 研 究 能 力 ，加 强 师 生 的 互 动 和
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基于物联网的智慧校园建设与发展研究 *
陈明选 徐 （江南大学 田家炳教育科学学院，江苏无锡 214122）
［摘 要］物 联网 使 得 人们 所 处 的物 质 世 界极 大 程 度地 实 现 了数 字 化 、网络 化 ，使 得世 界 中 的物 体 既 以传 感 方 式
（二）物联网的体系和特征 1.物 联 网 的 体 系 构 架 从通信过程和对象的视角看，物联网的体系构架被公认 为包含以下三个层次，一是全面感知层，二是可靠传递层，三 是 智 能 处 理 层 。 [6]利 用 传 感 器 技 术 、通 信 网 络 技 术 和 计 算 机 技术，分别承担对信息的获取、传输和处理，它们的融合构建 了现代信息系统的“感官”、“神经”和“头脑”。 [7] 全面感知层利用各种可用的感知手段实现物体动态的 即 时 采 集 ，如 传 感 器 、RFID（射 频 标 签 ）、二 维 码 、蓝 牙 等 设 备 获取物体的信息，它们能够像人的感官系统那样即时地识别 和采集数据。 因此，我们要全面而灵活地加强感知能力的设 计和开发，同时要兼顾设备的低成本性和灵巧性。 可靠传递层也称网络层。 它通过各种信息网络与互联网 的融合将感知的信息实时、准确可靠地传递出去。 这在很大 程度上取决于现有的移动电信网和互联网及贯穿于其间的 无线传感网络。 它们涉及有线接入、无线接入、支持可移动等 各种技术需求条件的支持，要根据通信目标设计合适的高性 能的通信网络。 智能处理层也称应用层。 它利用云计算等智能计算技术 对海量的数据和信息进行分析和处理，对物体实施智能化控 制、做出正确的决策，实现设备与人之间的交互。 物联网虽然 是物—物相连的网络，但是终端设备是需要人来操作和控制 的，因此，交互界面设计应遵循“以人为本”的原则。 2.物 联 网 的 特 征 （1）设备化和连通性。 物联网基于互联网、传统电信网等 信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互 联互通。 因此，设备化和连通性是物联网的基本特性 。 [8]在物 联网时代，除了保证对象的设备化，保证人与目标对象所处 的移动电信网、互联网和无线传感网的连通外，在任意时间 和地点，任意物体都将处在“连通”的状态，每一件物体都可 以寻址、通信和控制，将现实世界连接起来，完成人与人的交 流到人与物、物与物的即时互动的转变，逐步将物联网嵌入 到人们的日常生活之中。 （2）普适服务智能化。 感 知和 服 务 是构 建 物 联网 的 基 本 目 的 。 《ITU 互 联 网 报 告 2005：物 联 网 》报 告 曾 描 绘 了 “物 联 网 ”时 代 的 图 景 ：当 司 机 出 现 操 作 失 误 时 汽 车 会 自 动 报 警 ；公 文包会提醒主人忘却什么东西；衣服将会“告诉”洗衣机对颜 色和水温的要求，等等。 物联网使得人们所处的物质世界极 大程度地数字化、网络化，使得世界中的物体不仅以传感方 式与智能化方式关联起来，使网络服务实现智能化。 [9]通过这 样的网络，人们可以感知和获取最新的信息，极大限度地利 用资源，改善并提高生活和工作的质量。 （三）物联网的功能 物联网技术形成了强大的信息处理体系， 通过感知、度