基于物联网技术下的智慧校园建设*

程 剑

(芜湖职业技术学院，安徽 芜湖 241003)

当前，信息化进程加速前进，各种信息技术层出不穷，物联网作为集信息技术与实践应用为一体的突破性成果，不仅引领着信息产业的创新潮流，更是上升到对国家竞争力影响的层面。物联网技术席卷社会生活的各个领域，对我国智慧校园建设的促进作用日渐显著。我国校园建设从传统模式走向“数字校园”，再到如今的“智慧校园”，虽然在教学方式、校园建设理念等方面有了一些突破，但存在的技术壁垒仍然是智慧校园建设的桎梏，如多终端网络交汇技术、传感器网络及M2M平台搭建技术、海量信息数据的分析处理技术、智慧校园网络信息安全保障技术等，实现此类技术的突破，是深化智慧校园建设的关键所在[1]。

《中国教育现代化2035》指出应当加快信息化时代教育变革，建设智能化校园，统筹建设一体化、智能化教学服务平台。把物联网技术引入智慧校园建设，实现对校园环境、资源共享、生活便捷、高效管理、安全保障等方面的优化，实现智慧校园建设中物联网技术效用的最大化，是本文研究的主题。

一、物联网技术下的智慧校园建设

1.智慧校园建设目标

物联网的历史可以追溯到上世纪80年代，但基于当时相关硬件设施及互联网技术发展的限制，加之各界对其理念认识不够深入的时代局限性，物联网技术并未在诸领域得到应用。步入21世纪以来，我国接轨世界经济技术发展态势，大规模引进各种高端设备以及高精尖技术，这其中也包括了大量物联网设备和相关技术，在引进的同时我国自身物联网技术的发展也迈向了一个新台阶，开始谋求物联网技术的功能深度挖掘与实践应用高效化[2]。我国当前校园网建设已取得了较大进步，智慧校园建设则是在现有校园网建设基础上，通过将EPC、RFID等各式传感器及传感系统装配到校园诸部门，形成校园生活的“万物互联”，搭建起智慧校园平台，将校园生活中所产生的各类信息进行汇总分析，为校园设施更好服务在校师生提供海量数据支持。

2.智慧校园建设模块设计

设计智慧校园拟从身份管理、教学、科研、图书、消费6个领域展开，对总体设计目标进行模块化处理，如图1即为按此方式设计的智慧校园系统。

身份管理模块，将RFID电子标签代入在校师生SIM卡中，构成师生身份识别终端，进而实现其进行识别、信息管理、追踪等功能，通过精准的认证模式，校园安全得到了极大保障；智慧教学模块，具体涵盖教室、设备、课程以及实训四个部分内容，目前，校园开展教学活动时存在着部分教学资源空置的问题，通过物联网实现教学资源的互联互通，能够切实提升其使用效率；智慧科研模块，实现高校科研横向纵向相互交叉的格局态势，对材料、经费、统计、合同等进行高效监督和精准把握，从而有效解决当前校园科研资源利用信息记录不完善的问题；智慧后勤模块，通过互联网实现校园安防、医疗、楼宇、照明等内容的一体化管理，实现其多元协同效应，进而降低防范校园中潜在的事故风险；智慧图书模块，经由物联网技术高校图书馆可以为书籍设置电子标签，对师生借阅信息进行数据分析，提高书籍借阅管理效率，能够对当前校园图书馆读者管理以及信息整理方面存在的系统性不足的问题，提供一个行之有效的思路；智慧消费模块，在校师生含有RFID电子标签的校园卡能够对师生在校消费信息进行实时反馈[3]。

图1 物联网技术下智慧校园功能模块结构

二、物联网技术下智慧校园建设技术原理分析

1.物联网技术架构体系

对物联网架构体系的分析，不妨从人类构建自身信息系统的过程进行类比。人类构建自身信息系统的过程，分为3个阶段(亦可称之为3个层次)，3个阶段分别对应着3个信息载体。首先是人体的各类感官系统对外界信息进行感知，这对应着物联网技术的全面传感技术对信息的获取；其次是人体的神经系统将感官所感知的外界信息输送到大脑，这对应着物联网技术通过通信网络技术对信息进行传输的过程；最后是人的大脑对信息进行分析归类，这对应着物联网技术通过计算机技术对信息进行智能化处理的过程。综上所述，物联网的体系架构即为3个层次，分别是感知层、网络层以及应用层，如图2。

图2 物联网技术架构体系

2.智慧校园关键技术

第一，多终端网络的交融。物联网技术下，智慧校园建设的关键在于实现信息的交互连通，从而助力信息传输。然而，校园中的网络通信标准并不具有泛在性，设备兼容异构网络通信标准有困难，频谱资源使用方式因异构无线频段而各异，网络服务因信息网络的异构性产生差异。故而对异构网络相容性建设推进和对异构网络之间个性的整合是融合多种网络的重中之重[4]。

第二，传感器网络技术及M2M平台搭建。智慧校园建设对传感器技术提出了更高的要求——实现计算机技术、无线通信技术、数据处理技术和传感技术的一体化，其中的重点是要解决好传感器节点通信及存储能力薄弱的问题。M2M即Machine-to-Machine/Man通信，平台搭建须重点关注的是经由内嵌无线通信模块实现通信的安全性与稳定性[5]。

第三，海量信息数据的分析处理。物联网技术下，智慧校园建设进程加快，终端所产生的数据量也与日俱增，相关数据库的内容得到了极大丰富，以往传统的信息处理模式已无法应当对现今的海量数据，智慧校园建设对数据分析处理技术提出了更为综合化、体系化、精确化的要求，数据处理方式不断呈现出语义需求态势，需要对数据中呈现出的具有规律性、具备价值性的元素进行精确提取，对语义理解、描述、关联等方面的相关技术提出了新要求。

第四，保障智慧校园网络信息安全的技术保障。物联网技术带来便捷高效的同时也滋生了一些网络安全问题，由第一点分析可知，智慧校园建设涵盖大量不同类型终端设备，物联网技术所连通的各类终端都面临着远程网络攻击的风险，多元化的终端设备以及物体标签，决定了传统信息安全保障模式的覆盖范围需要拓展，物联网技术下的智慧校园建设要取得长足的发展，就必须建立起具备综合性、广泛性、稳定性的网络信息安全保障机制，并发展相关信息安全技术。

综合上述分析，本文得出基于物联网技术架构体系的高校智慧校园结构，如表1所示。

表1 基于物联网技术架构体系的高校智慧校园结构一览

三、物联网技术在智慧校园建设中的实践应用

1.物联网于智慧教学管理方面

教学实践是校园各项活动的主体，紧紧围绕物联网技术从而实现对教学实践环节的管理优化，突破传统教学模式的局限性，为广大师生营造一个优质的信息化服务平台，是智慧校园建设的重中之重。物联网技术在智慧教学管理方面的内容有：第一，物联网技术下的智慧教学。传统教学模式无论在时间还是空间上的延伸都存在一定的限制，但是物联网技术下的泛在网络打破了这种限制，RFID以及身份识别等技术构建起新型教学平台的基础，综合信息数据库、知识库等体系建立并辅之以个性化的信息服务最大限度发挥学生潜力，对学生素养的提升意义重大。第二，物联网技术下的智慧图书馆管理。依托RFID标签，物联网技术下图书馆的管理能够实现高度智能化，除了常规流程的效率化之外，还能对学生借阅信息进行汇集分析，对学生的阅读给出个性化的建议。

2.物联网于实验室资源管理方面

现代社会越来越强调学生的动手能力，对当代学生核心素养培育的一个重要内容便是其实践技能的培养。有基于此，大部分校园都配有较为专业化的手工操作室与实验室，为学生提供了一个可靠的实践平台，然而，目前校方对实验室诸类资源的协同管理能力仍不成熟，通过物联网技术的运用，一方面，可以经由RFID标签展开对实验室各类资源的调节和优化，实现实践教学需求和实验室资源供给的高度匹配，进而达到实验室资源的最优配置。另一方面，实验室管理人员也可依托物联网的强大效力，实现对实验室设备的远程管控，通过与手机等移动设备的关联，管理人员能够实时掌握实验室动态，及时发现实验室设备可能存在的各类隐患，或相关设备的损耗情况，真正做到实验室管理和利用的智能化、数字化、安全化与节约化的高效统一。物联网技术可以大大优化实验室资源管理，并通过其内在技术对实验室信息感知、实现流程远程监控，实验结果反馈等进行实时把握。

3.物联网于智慧校园生活服务方面

智慧校园建设的本质是服务校园师生的生活，为在校师生提供优质便捷的服务，故而智慧校园生活服务方面的实践应用是物联网技术引入智慧校园建设的重要一环。校园生活内容非常广泛，物联网技术在智慧校园生活服务方面的实践应用具体概括为三部分：其一是物联网技术下的智能一卡通系统。将学生在校园中的消费、缴费、食堂用餐、教学设施使用等方面的内容融为一体，并于其所在环节进行好物联网设备及相关基础设施的完善。其二是物联网技术下的智能考勤管理系统。通过在教师或宿舍等相关场所设立基于物联网技术的门禁系统，再结合智能化一卡通系统，可以对学生上课与归宿等情况进行实时管理。其三是物联网技术下的智能照明系统。建立在物联网基础之上的智能照明系统通过在光源载体上的监控元件配置，可以实现校园电力资源使用的高效化，大大减轻资源浪费情况。

4.物联网对学生新型探究协作学习活动的支撑

当前，学校在进行学生知识教育的过程中，依然遵循着传统的定性方式，而在知识量化分析与支撑方面进展不深。物联网技术为学生打造了一个基于大数据及其相关分析技术的感知课堂，为学生营造了一种科学探究式的学习环境。再者，学生传统的学习方式在协作交流方面较为欠缺，物联网技术为这种协作和交流奠定了资源、数据等的共享基础，不仅能够实现跨学校的交流分享，还能够突破区域的限制，甚至突破国家的限制。物联网技术下，学生在校园中的学习方式将产生根本性的变革，新型协同创新学习方式、资源共享交流机制都将因其得到支撑，学生掌握知识的渠道得到拓展，实践技能得到提升，最重要的，把感知汇集的数据进行加工处理转化为自身知识结构的能力得到强化。

四、强化物联网技术在智慧校园建设中应用的策略建议

1.强化物联网感知层相关基础设施及设备在校园中的建设

物联网技术因其感知元素的丰富性而闻名，要实现校园管理方式的创新，实现对教学环节以及教学环境的准确把握，就必须把物联网技术的设备和设施等载体的建设落实到位。具体说来，在校园关键区域相关传感器设备，建立起完善的传感系统，在遭遇重大校园事故时，可以为全校师生进行迅捷的应急指引，此外，如上所述，物联网设备监控元件的配置也应该到位，能够智能化节能有巨大裨益。物联网技术对校园安全保障机制的作用巨大，定位技术、准入识别技术等的运用都有赖于校园基础设施的设备化，故而应当重视。

2.课堂环节与现实环境有机结合

首先，为了使学生对所学知识产生透彻的理解和掌握，应当通过物联网技术为学生营造出知识学习的可视化环境，让学生在直观生动的课堂中实现理论知识和实践技能的融合。其次，物联网技术下，要增加实验教学环节，通过演示试验加深学生对试验过程的了解。另外，还能解决学生教学资源缺乏的问题，减少教学设备的投资。再次，可以通过物联网技术增加拓宽学生的学习领域，比如，在探究定位技术的过程中，学校可以购买相关的设备，帮助学生更好的学习探索未知的事物。最后，物联网技术的典型特征为资源的共享性，课堂环节与现实环境的结合还应当表现为资源和信息的共享。应当充分挖掘出互联网技术的优势，将各种信息资源集中起来，搭建一个全面的信息平台，为学生和教师提供一个更好的资源查阅的平台，提升师生查阅资料的质量和效率。

五、结论

物联网技术的发展态势迅猛，该技术对教育领域的影响便是“智慧校园建设”理念的逐步推广并形成共识。经由物联网技术，校园建设和管理能够实现各类资源的高效整合，进而实现教育信息资源的共享。除此之外，物联网技术与促进智慧校园建设的相关举措还应“因地制宜”、“因时制宜”。物联网技术只是一项工具，智慧校园建设最终还是要落实到服务全校师生的根本宗旨上来。也惟其如此，物联网技术的作用才能充分彰显，智慧校园建设才能稳步推进。