基于物联网的高校实训教学管理系统设计

周丽婕

摘 要：从高校实训工作实际需求出发，通过问卷调查，得到学生及老师对实训课程的需求，设计一个基于物联网技术的高校实训教学管理系统，利用RFID技术实现实训设备管理，并通过API接口将其与基于GSM网络的实训管理系统整合，而实训管理系统也可与实训教学管理Web平台对接。系统将实训课程的教学得到延展，学生可以根据自己的需要，预约实训室和设备进行学习和实验，减少实训管理者劳动强度，从而实现实训教学智能管理。

关键词：物联网；实训教学管理；RFID；问卷调查

中图分类号：TP393 文献标志码：A 文章编号：2095-1302（2014）10-00-03

0 引 言

“物联网概念”是以“互联网概念”为基础，将其所涉及的用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，并且能进行信息交换和通信的一种网络概念[1]。实训课程是高校教学的一个重要环节，利用物联网技术可以对教学过程实时监控和分析，提高实训教学管理效率，有利于培养学生的学习兴趣和实践能力。由于传统教学环境所包含的教学资源和教学设施比较有限，虚拟学习环境没有普及同时也缺乏与现实教学的交互。物联网技术在教学技术中的引入无疑填补了传统教学的漏洞，不仅实现了现实生活与虚拟网络的互联，还能够有效地支持人与物之间的交互、人与设备或终端的交互和人与人之间的社会性交互[2]。物联网技术的引入还可以为实训教学提供一个安全的、共享的、智能化的实验教学环境，实现实训教学中的每个物件都具有数字、网络与智能化[3，4]。目前，由于物联网基础设施不完善，国内的一些物联网应用仍然局限于小范围之内，物联网在教育领域的深入应用，还有待进一步研究[4]。

1 研究基础与方法

1.1 实训课程需求特点分析

高校实训对大学师生来说是一门必不可少的课程，这种课程的上课方式与传统的课程有很大的不同，比如学生上课方式的改变、老师授课方式的改变、上课场所的改变，以及培养学生的目标等。高校实训主要针对各专业学生，对其进行专业技能的锻炼培养与加强，综合可知，高校师生对于实训有以下新的需求：（1）追求灵活性的需求；（2）增强互动性的需求；（3）实训时间自由支配的需求；（4）实时反馈的需求；（5）实训资料充足可靠的需求。这些需求并不是单独存在的，而是相互交织的。首先，不同学院专业的师生对实训的心理诉求点是不同的，对实训开展形式的满意度也有所不同。学生希望教学设施完善，尽可能轻松愉快地完成实训任务，老师希望教学方式，教学内容受到同学们喜爱，学生能真正学到相应技能。因此，在设计系统平台时需要建立师生对实训课程的感知价值模型，同时参照不同师生的需求特点，做到有的放矢[5]。

1.2 研究对象的界定

根据问卷发放与回收数据显示，在受访者中，大部分参与过实训课程（90.19%），其中普通本科高等教育院校受访者占76.8%，普通专科高等教育院校受访者占19.3%，专业技术院校受访者占3.9%。为了保证样本更全面、更有说服力、所得数据便于收集，因此调查对象界定为有实训经历的师生。

1.3 问卷内容设计

问卷设计一般包括内容、提问及回答方式以及指标的选择。本问卷内容大体分三部分：第一部分是师生的实训满意度，采用单选题方式。第二部分是师生对物联网技术了解程度，采用单选题和多选题方式。第三部分是师生对结合物联网技术的实训课程的具体需求，采用单选题和主观题方式。

1.4 问卷回收情况

本研究样本来源于有实训经历的学生与老师，调查问卷的发放以网络调查的形式展开，样本统计共有153份，其中身份为学生的120份，老师的33份。

1.5 问卷分析

第2、3、4题都涉及实训器材的问题，由统计结果可知：100%的学生不愿意自行购买实训耗材，老师也希望有一款实训器材购买平台，使得设备采购和管理像图书馆管理系统一样具有可控性与系统性。

由第5题统计结果可知：47.22%的学生愿意以预约的形式进行实训，可以开发一款具有预约功能的实训管理平台，形成开放式的实训教学管理。

第6、7题都是针对实训学习资料提问的。根据统计结果可知：82.64%的学生通过网络查找资料， 51.39%的学生对所搜集的资料不满意，针对此问题，可在实训管理系统中加入实训资料模块，以供学生参考。

由第8题统计结果可知，84.72%的学生愿意建立一个实训反馈平台。由第9题统计结果可知，53.47%的学生对个人实习进度了解较少，这反映了学生与老师沟通不当以及自身对实训课程参与度不高的问题。针对此问题，可添加互动反馈功能模块，以增加学生与老师的互动。

2 需求概述

基于问卷调查分析结果，实训系统的需求可归纳为以下几方面：（1）能够录入和查询学生信息及实训的所有信息；（2）能够预约和查询实训设备借用及采购情况；（3）能够支持学生、教务人员和管理人员注册和登录；（4）能够实时管理学生与教务人员的互动平台和实训评价平台。

3 系统的设计与实现

课题利用RFID技术实现实训设备管理，并通过API接口将其与基于GSM网络的实训管理系统整合，而实训管理系统也可与实训教学管理Web平台对接。

3.1 基于RFID的实训设备管理模块

随着物联网如火如荼的发展，RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术已非常成熟，并在物流管理领域有众多成功案例，但缺乏移植性强的RFID设备管理系统，除了技术实现难度外，阻碍RFID技术应用于高校实训设备管理的一个重要因素是：成本，高校不愿意花费很大的财力引入一项新技术。

课题采用微软的BizTalk RFID开发平台，因为BizTalk RFID 基础框架可以和高校原有的设备管理系统以及其他一些专有业务系统很有效地配合在一起。这种良好的适应性使得应用该框架组建的RFID应用只需要进行非常少量的程序改动就可以和已有的业务系统软件配合得天衣无缝。这样就可以避免重复建设，减少不必要的投入。

目前，大部分高校的实训设备管理采用条形码系统进行管理，光笔读取条型码时，人工操作，效率低，须一条条逐一处理，易出差错，劳动强度大，受环境条件影响也大[6]。而RFID电子标签具更多优势：其阅读器无需可见光源，具有穿透性，可透过外部材料直接读取信息，能同时处理多个射频标签，批量处理，简化了劳动强度，并实时跟踪物品位置，出差错极低，受环境条件影响不是很大[7]。通过对比条形码技术和RFID技术，不难发现，在高校实训设备盘点的过程中，RFID技术可以进行非接触的批量盘点，这样可以减少管理人员的工作量，解决了高校实训设备盘点工作量大的问题。RFID技术的定位跟踪功能，极大方便了实训设备的使用和管理。RFID标签的信息存储容量大，可以把维修、学生借用和归还等信息一一记录，在出现异常错误时可以及时向管理人员发送异常信息报告，并可实现设备追溯和使用过程监管[8]。

课题所研究的实训设备管理模块，如图1所示，高校根据采购单进行实训设备采购，实训设备送达学校后，将它们发送到设备采购/管理部门。为这些设备创建电子产品代码 （EPC） ID，并使用支持 RFID（射频标识）的打印机打印 RFID 标签。然后将 RFID 标签贴在设备上，打印的所有 ID 的列表存储在“设备入库”数据库中，该数据库还包含与采购单号的关联。已贴标签的设备运送到相应的实习实训室。在实习实训室安装RFID读取器，RFID 读取器读取设备标记，对照采购单对这些设备进行验证，生成采购单3 状态报告，将读取的标记存储在“设备盘点”数据库。根据验证详细信息，若有异常情况，将生成异常信息通知，并发送到设备管理中心。如高校已有设备管理系统，可以直接整合，若没有则重新设计，该系统实现设备智能入库、无人操作自动盘点、管理和维修或设备异常监控。

图1 实训设备管理模块

3.2 基于GSM网络的实训预约管理模块

课题利用微软的Visual Studio 2010开发平台和Access数据库，采用C#语言，在GSM Modern硬件平台上进行了二次开发。首先将SIM卡安装到GSM Modern卡槽里，然后安装设备天线，最后，利用USB转串口数据线将GSM Modern与计算机串口相连接。当GSM Modern绿色指示灯间歇闪烁时，表示设备与计算机连接正常。

连接设置的“端口号”取决于当前GSM Moderm与计算机所连接的串口，点击“连接”按钮，当“连接状态”显示为“SIEMENS”的字样（本系统GSM Moderm采用西门子SIEMENS芯片），表示连接成功，如果需要断开与GSM Modern的连接，只需点击“断开”按钮。“自动接收预约信息”模块默认情况下处于关闭状态，点击“启动”按钮后，如果没有新的预约信息，窗口会显示“未收到新预约”的字样；当收到学生手机客户端发来的预约短信时，该窗口会显示“收到一条新预约信息，请查收！”此时，只要点击“接收预约”模块上的“查收”按钮，系统就会显示预约信息的内容，见图2。

如图2所示为接收预约模块，是实训管理员进行实训室安排的依据，学生学号、姓名、实训室名称和实训室预约时间都应包含在预约信息里，对于无效的预约信息，可以在预约删除模块里进行删除，接收到的预约信息存放在后台数据库中，以便进行统计。

这里简单介绍“接收预约”模块的信息内容解析，如图2中的预约信息：1#24#8618916568775# 学号：123456，学生姓名：张三，预约实训室1，预约时间：2013年3月1日早上9点至11点#13-11-06 16：08：53。“1”：表示信息编号为1；“8618916568775”：表示预约学生的手机号码；“学号：123456，学生姓名：张三，预约实训室1，预约时间：2013年3月1日早上9点至11点”：表示短信内容；“13-11-06”：表示接收预约信息的日期；“16：08：53”：表示接收预约的具体时间。

实训管理员可以向预约学生发送反馈信息，利用发送模块可以缩短和优化预约流程，该系统还可以实现预约管理功能，添加和删除预约学生的联系方式，也可查看已发送的反馈信息。

图2 接收预约和发送反馈信息

3.3 基于Web的实训互动网站

实训管理平台主要是解决高校实训管理问题，不仅仅是给教师和学生提供一个交流、共享实训资源的平台，而且做到了提高实训教学管理效率[9]。课题采用C#语言、ASP.NET和SQL SERVER数据库技术，在Visual Studio开发平台上实现了基于Web的实训教学管理网站，该网站分为系统管理、新闻管理、教学课件管理、教学视频管理、作业管理、互动留言管理、设备管理、用户管理、考勤管理等模块[10]。

4 结 语

实训教学管理系统的优势和创新：本课题所设计的系统方案有较好的扩展性，将实训课程的教学得到延展，学生可以根据自己的需要，预约实训室和设备进行学习和实验，体现了以学生为主体的教学方式，对于实训室管理者和教师，该系统提高了实训教学效果，减少实训管理者劳动强度，能更有效利用实训室资源，从而实现实训教学智能管理。系统的不足是功能不够完善，希望在今后的应用过程中不断改进和优化。

参考文献

[1]孔晓波.物联网概念和演进路径[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[2]张淑敏.浅谈物联网及其在高校中的应用[J].北京电力高等专科学校学报（社会科学版），2012（15）：23-25.

[3]玉梅.物联网在高校中的应用前景分析[J].物联网技术，2011（8）：82-84.

[4]李卢一，郑燕林 .物联网在教育中的应用[J].现代教育技术，2010 （2）：8-10.

[5]徐春林.高校校园物联网的探索与应用[J].科技创新导报，2010 （31）：23

[6]施巧莲.RFID电子标签与条型码之比较[J].大学图书情报学刊，2009（1）：69-70

[7]胡文锋，王玲玲，翁绍捷. RFID技术在高校实验室设备管理中的应用[J].实验室研究与探索，2011（6）：17-18.

[8]邵晓强，吴军强.基于物联网RFID技术的智能型实验设备管理系统研究[J].电脑知识与技术，2010，8（3）：693-694.

[9]范德明.实训教学网站建设研究[M].北京：清华大学出版社，2007.

[10]苏文婧，尹传娟.实训教学网站的评价研究[M].北京：人民邮电出版社，2008.

目前，大部分高校的实训设备管理采用条形码系统进行管理，光笔读取条型码时，人工操作，效率低，须一条条逐一处理，易出差错，劳动强度大，受环境条件影响也大[6]。而RFID电子标签具更多优势：其阅读器无需可见光源，具有穿透性，可透过外部材料直接读取信息，能同时处理多个射频标签，批量处理，简化了劳动强度，并实时跟踪物品位置，出差错极低，受环境条件影响不是很大[7]。通过对比条形码技术和RFID技术，不难发现，在高校实训设备盘点的过程中，RFID技术可以进行非接触的批量盘点，这样可以减少管理人员的工作量，解决了高校实训设备盘点工作量大的问题。RFID技术的定位跟踪功能，极大方便了实训设备的使用和管理。RFID标签的信息存储容量大，可以把维修、学生借用和归还等信息一一记录，在出现异常错误时可以及时向管理人员发送异常信息报告，并可实现设备追溯和使用过程监管[8]。

课题所研究的实训设备管理模块，如图1所示，高校根据采购单进行实训设备采购，实训设备送达学校后，将它们发送到设备采购/管理部门。为这些设备创建电子产品代码 （EPC） ID，并使用支持 RFID（射频标识）的打印机打印 RFID 标签。然后将 RFID 标签贴在设备上，打印的所有 ID 的列表存储在“设备入库”数据库中，该数据库还包含与采购单号的关联。已贴标签的设备运送到相应的实习实训室。在实习实训室安装RFID读取器，RFID 读取器读取设备标记，对照采购单对这些设备进行验证，生成采购单3 状态报告，将读取的标记存储在“设备盘点”数据库。根据验证详细信息，若有异常情况，将生成异常信息通知，并发送到设备管理中心。如高校已有设备管理系统，可以直接整合，若没有则重新设计，该系统实现设备智能入库、无人操作自动盘点、管理和维修或设备异常监控。

图1 实训设备管理模块

3.2 基于GSM网络的实训预约管理模块

课题利用微软的Visual Studio 2010开发平台和Access数据库，采用C#语言，在GSM Modern硬件平台上进行了二次开发。首先将SIM卡安装到GSM Modern卡槽里，然后安装设备天线，最后，利用USB转串口数据线将GSM Modern与计算机串口相连接。当GSM Modern绿色指示灯间歇闪烁时，表示设备与计算机连接正常。

连接设置的“端口号”取决于当前GSM Moderm与计算机所连接的串口，点击“连接”按钮，当“连接状态”显示为“SIEMENS”的字样（本系统GSM Moderm采用西门子SIEMENS芯片），表示连接成功，如果需要断开与GSM Modern的连接，只需点击“断开”按钮。“自动接收预约信息”模块默认情况下处于关闭状态，点击“启动”按钮后，如果没有新的预约信息，窗口会显示“未收到新预约”的字样；当收到学生手机客户端发来的预约短信时，该窗口会显示“收到一条新预约信息，请查收！”此时，只要点击“接收预约”模块上的“查收”按钮，系统就会显示预约信息的内容，见图2。

如图2所示为接收预约模块，是实训管理员进行实训室安排的依据，学生学号、姓名、实训室名称和实训室预约时间都应包含在预约信息里，对于无效的预约信息，可以在预约删除模块里进行删除，接收到的预约信息存放在后台数据库中，以便进行统计。

这里简单介绍“接收预约”模块的信息内容解析，如图2中的预约信息：1#24#8618916568775# 学号：123456，学生姓名：张三，预约实训室1，预约时间：2013年3月1日早上9点至11点#13-11-06 16：08：53。“1”：表示信息编号为1；“8618916568775”：表示预约学生的手机号码；“学号：123456，学生姓名：张三，预约实训室1，预约时间：2013年3月1日早上9点至11点”：表示短信内容；“13-11-06”：表示接收预约信息的日期；“16：08：53”：表示接收预约的具体时间。

实训管理员可以向预约学生发送反馈信息，利用发送模块可以缩短和优化预约流程，该系统还可以实现预约管理功能，添加和删除预约学生的联系方式，也可查看已发送的反馈信息。

图2 接收预约和发送反馈信息

3.3 基于Web的实训互动网站

实训管理平台主要是解决高校实训管理问题，不仅仅是给教师和学生提供一个交流、共享实训资源的平台，而且做到了提高实训教学管理效率[9]。课题采用C#语言、ASP.NET和SQL SERVER数据库技术，在Visual Studio开发平台上实现了基于Web的实训教学管理网站，该网站分为系统管理、新闻管理、教学课件管理、教学视频管理、作业管理、互动留言管理、设备管理、用户管理、考勤管理等模块[10]。

4 结 语

实训教学管理系统的优势和创新：本课题所设计的系统方案有较好的扩展性，将实训课程的教学得到延展，学生可以根据自己的需要，预约实训室和设备进行学习和实验，体现了以学生为主体的教学方式，对于实训室管理者和教师，该系统提高了实训教学效果，减少实训管理者劳动强度，能更有效利用实训室资源，从而实现实训教学智能管理。系统的不足是功能不够完善，希望在今后的应用过程中不断改进和优化。

参考文献

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[9]范德明.实训教学网站建设研究[M].北京：清华大学出版社，2007.

[10]苏文婧，尹传娟.实训教学网站的评价研究[M].北京：人民邮电出版社，2008.

目前，大部分高校的实训设备管理采用条形码系统进行管理，光笔读取条型码时，人工操作，效率低，须一条条逐一处理，易出差错，劳动强度大，受环境条件影响也大[6]。而RFID电子标签具更多优势：其阅读器无需可见光源，具有穿透性，可透过外部材料直接读取信息，能同时处理多个射频标签，批量处理，简化了劳动强度，并实时跟踪物品位置，出差错极低，受环境条件影响不是很大[7]。通过对比条形码技术和RFID技术，不难发现，在高校实训设备盘点的过程中，RFID技术可以进行非接触的批量盘点，这样可以减少管理人员的工作量，解决了高校实训设备盘点工作量大的问题。RFID技术的定位跟踪功能，极大方便了实训设备的使用和管理。RFID标签的信息存储容量大，可以把维修、学生借用和归还等信息一一记录，在出现异常错误时可以及时向管理人员发送异常信息报告，并可实现设备追溯和使用过程监管[8]。

课题所研究的实训设备管理模块，如图1所示，高校根据采购单进行实训设备采购，实训设备送达学校后，将它们发送到设备采购/管理部门。为这些设备创建电子产品代码 （EPC） ID，并使用支持 RFID（射频标识）的打印机打印 RFID 标签。然后将 RFID 标签贴在设备上，打印的所有 ID 的列表存储在“设备入库”数据库中，该数据库还包含与采购单号的关联。已贴标签的设备运送到相应的实习实训室。在实习实训室安装RFID读取器，RFID 读取器读取设备标记，对照采购单对这些设备进行验证，生成采购单3 状态报告，将读取的标记存储在“设备盘点”数据库。根据验证详细信息，若有异常情况，将生成异常信息通知，并发送到设备管理中心。如高校已有设备管理系统，可以直接整合，若没有则重新设计，该系统实现设备智能入库、无人操作自动盘点、管理和维修或设备异常监控。

图1 实训设备管理模块

3.2 基于GSM网络的实训预约管理模块

课题利用微软的Visual Studio 2010开发平台和Access数据库，采用C#语言，在GSM Modern硬件平台上进行了二次开发。首先将SIM卡安装到GSM Modern卡槽里，然后安装设备天线，最后，利用USB转串口数据线将GSM Modern与计算机串口相连接。当GSM Modern绿色指示灯间歇闪烁时，表示设备与计算机连接正常。

连接设置的“端口号”取决于当前GSM Moderm与计算机所连接的串口，点击“连接”按钮，当“连接状态”显示为“SIEMENS”的字样（本系统GSM Moderm采用西门子SIEMENS芯片），表示连接成功，如果需要断开与GSM Modern的连接，只需点击“断开”按钮。“自动接收预约信息”模块默认情况下处于关闭状态，点击“启动”按钮后，如果没有新的预约信息，窗口会显示“未收到新预约”的字样；当收到学生手机客户端发来的预约短信时，该窗口会显示“收到一条新预约信息，请查收！”此时，只要点击“接收预约”模块上的“查收”按钮，系统就会显示预约信息的内容，见图2。

如图2所示为接收预约模块，是实训管理员进行实训室安排的依据，学生学号、姓名、实训室名称和实训室预约时间都应包含在预约信息里，对于无效的预约信息，可以在预约删除模块里进行删除，接收到的预约信息存放在后台数据库中，以便进行统计。

这里简单介绍“接收预约”模块的信息内容解析，如图2中的预约信息：1#24#8618916568775# 学号：123456，学生姓名：张三，预约实训室1，预约时间：2013年3月1日早上9点至11点#13-11-06 16：08：53。“1”：表示信息编号为1；“8618916568775”：表示预约学生的手机号码；“学号：123456，学生姓名：张三，预约实训室1，预约时间：2013年3月1日早上9点至11点”：表示短信内容；“13-11-06”：表示接收预约信息的日期；“16：08：53”：表示接收预约的具体时间。

实训管理员可以向预约学生发送反馈信息，利用发送模块可以缩短和优化预约流程，该系统还可以实现预约管理功能，添加和删除预约学生的联系方式，也可查看已发送的反馈信息。

图2 接收预约和发送反馈信息

3.3 基于Web的实训互动网站

实训管理平台主要是解决高校实训管理问题，不仅仅是给教师和学生提供一个交流、共享实训资源的平台，而且做到了提高实训教学管理效率[9]。课题采用C#语言、ASP.NET和SQL SERVER数据库技术，在Visual Studio开发平台上实现了基于Web的实训教学管理网站，该网站分为系统管理、新闻管理、教学课件管理、教学视频管理、作业管理、互动留言管理、设备管理、用户管理、考勤管理等模块[10]。

4 结 语

实训教学管理系统的优势和创新：本课题所设计的系统方案有较好的扩展性，将实训课程的教学得到延展，学生可以根据自己的需要，预约实训室和设备进行学习和实验，体现了以学生为主体的教学方式，对于实训室管理者和教师，该系统提高了实训教学效果，减少实训管理者劳动强度，能更有效利用实训室资源，从而实现实训教学智能管理。系统的不足是功能不够完善，希望在今后的应用过程中不断改进和优化。

参考文献

[1]孔晓波.物联网概念和演进路径[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.

[2]张淑敏.浅谈物联网及其在高校中的应用[J].北京电力高等专科学校学报（社会科学版），2012（15）：23-25.

[3]玉梅.物联网在高校中的应用前景分析[J].物联网技术，2011（8）：82-84.

[4]李卢一，郑燕林 .物联网在教育中的应用[J].现代教育技术，2010 （2）：8-10.

[5]徐春林.高校校园物联网的探索与应用[J].科技创新导报，2010 （31）：23

[6]施巧莲.RFID电子标签与条型码之比较[J].大学图书情报学刊，2009（1）：69-70

[7]胡文锋，王玲玲，翁绍捷. RFID技术在高校实验室设备管理中的应用[J].实验室研究与探索，2011（6）：17-18.

[8]邵晓强，吴军强.基于物联网RFID技术的智能型实验设备管理系统研究[J].电脑知识与技术，2010，8（3）：693-694.

[9]范德明.实训教学网站建设研究[M].北京：清华大学出版社，2007.

[10]苏文婧，尹传娟.实训教学网站的评价研究[M].北京：人民邮电出版社，2008.