物联网技术在公安信息化教学中的应用研究

宁洪伟 刘 胜

(1.安徽科技学院，安徽·凤阳 233100；2.云南警官学院，云南·昆明 650223)

一、引言

以多媒体技术为代表的信息化教学方式，在公安教学过程中已经普遍应用。通过PPT、视频等丰富多彩的教学资料和素材展示，教师可以选择更加灵活、多样的授课方式。专门的教学平台建立后，学习不再被束缚于教室的课堂上，学生可以全天候学习并随时和老师交流。信息化教学拓展了教学活动的时间和空间维度，激发了学生学习兴趣，在公安教学过程中发挥了重要作用。随着公安信息化教学的深入，教学改革的持续进行，当前的公安信息化教学方式，慢慢显露出一些问题。有必要对这些问题进行研究并给出相应解决方案，保证公安信息化教学的效果。

二、公安信息化教学存在的问题

信息化教学在公安教学过程中已经得到广泛的应用并取得丰硕的成果，但在使用过程中逐渐表现出一些不足之处：

一是出勤统计较为繁琐，不易管理。从传统的教师点名、学生签到，到之后的诸如“学习通”“雨课堂”等信息化的考勤方式，都无法避免学生没有出勤但考勤结果却正常的问题。如果采用更加严格的方式，能保证考勤结果和实际出勤结果一致，但要耗费教师和学生大量的时间和精力。寻找一种更加智能、准确的考勤方式就显得尤为重要。

二是数据统计手段少，不易分析结果。目前的信息化教学手段中，“学习通”(1)陶玉杰. 基于超星学习通的数学分析课程智慧课堂建设[J]. 通化师范学院学报，2020，(08).“中国大学慕课平台”等都可以实现教师发布问题，学生回答并上传的功能。但这需要教师和学生在课堂上反复使用手机，与许多公安学校要求学生课前将手机集中存放不允许带在身边的实际相冲突。以最简单的投票举例，手机上许多教学App可以由教师发布投票选项，学生投票后App会根据结果生成柱状图或饼图来显示投票结果。但这样的显示方式只是对数量多少进行简单地呈现，未做任何处理，无法帮助教师反映数据背后隐藏得更加深层次的信息。只能由教师现场查看并对结果进行分析，不但加大了教师的工作量，而且由于教师教学能力、经验等各方面的差异会导致分析结果与实际情况可能不相符的问题。

三是学生课堂状态不好掌握。学生在课堂上的学习状态到底是什么样的，目前的信息化教学手段并不能很好的掌握。通过频繁的老师提问、学生回答，可以一定程度上迅速掌握学生的学习状态，但这样会严重打乱教师的授课计划，影响教学进度。而且每次提问涉及到的学生不多，通过会让2-3位学生回答，故了解到的学生学习状态也只是局部的，不能反映整体的情况。

四是教室信息化不够充分，信息化设备不足。目前，教室内的课桌、椅子、讲台、多媒体设备、音响、灯光、空调等教学设备，只是在教学过程中起到了支持的作用。没有对教师的教学活动进行有效的辅助，没有被充分利用起来，在一定程度上形成了资源的闲置。

三、物联网技术的重要作用

物联网简称IoT(Internet of Things)是指将各种感知设备通过网络连接起来，实现智能化识别和管理。物联网由感知层、网络层、应用层组成，分别进行数据采集、数据传输、数据处理功能。

图1 物联网系统拓扑图

感知层利用RFID、传感器、二维码等工具可以实时采集外界的动态信息。典型的信息类型有热、力、声、光、电、磁、位置等，为物联网系统传输与处理提供最原始数据。嵌入式传感器还可以嵌入被测对象内部，实现深层次数据挖掘与获取。

传输层通过网络将感知的各种信息进行实时传送。传输方式一般分为近距离传输和远距离传输。近距离传输方式包括蓝牙、红外、ZigBee、WIFI等。远距离传输方式包括蜂窝移动通信、卫星通信等。

应用层利用计算机技术，及时对获取的海量数据进行分析、处理，真正达到了人与物、物与物的沟通。应用层还可以与大数据、云计算、人工智能技术相结合拓展应用的广度和深度，使物联网向规模化、智能化发展。

图2 物联网系统组成

物联网中可供选择的各种类型的传感设备，是物联网可以在不用领域进行应用的坚实基础。

(一)指纹识别器和温度感应器

指纹识别器(2)张立、汪卓越、王春东、马云飞、向朝参.物联网终端智能识别系统设计与实现[J].重庆邮电大学学报(自然科学版)，2019，(04).可根据识别对象的指纹特征，对识别对象的身份进行确认。由于每个人指纹的唯一性，识别结果的可仿制性很低。目前指纹识别器的成本已经非常低，识别的速度很快，非常适合在需要身份识别的场合使用。将指纹识别器与分析软件结合使用，不仅仅可以对待识别对象进行身份确认，还可以自动记录识别时间、识别地点等重要信息。

温度感应器利用被识别对象的红外特征，进行温度的自动化测量。不但可以实现温度的快速、准确测量，而且识别过程全部自动化，中间不需要人工干预，节省大量宝贵的人力资源。测量过程简单，只要被测对象从红外温度感应器前经过，系统就可以自动获取到被测对象体温，不需要额外操作。

(二)投票器与智能分析软件

物联网系统中投票器和智能分析软件结合使用，不但可以搜集并汇总用户的投票数据，而且经过智能分析后，可以揭示隐藏在数据背后更多有价值的信息。根据不同的使用场景，用户提前输入已有结果，智能分析软件可以有针对性地对不同领域的统计数据进行分析并将结果呈现给用户，供用户决策时使用。

(三)智能摄像头

物联网系统中的智能摄像头，除了可以获取实时视频数据并存储，还可以通过智能分析软件对用户行为进行分析。例如，可以针对用户面部的识别，分析用户意识是否清醒，是否已进入睡眠状态。可以针对用户肢体动作的识别，分析用户当前是否处于“安静”学习状态还是活动状态。

(四)智能空调与智能灯具

空调和日光灯是教室里面传统的、必备的硬件设备，教学过程中使用起来已经习以为常，全部的操作过程都是手工进行。教室上课过程中如果外界环境变化，需要控制空调、日光灯的使用，会中断教学过程，打乱整体的教学计划。因此，教室硬件设备的信息化是信息化教学中非常重要的一个组成部分。

物联网系统中的智能空调，可以自动感知周围环境温度，当环境温度偏高时，启动制冷模式，为环境降温。当环境温度偏低时，启动制热模式，为环境升温。中间过程不需要人工干预，可由系统自动完成。物联网系统中的智能灯具，可以自动感知周围环境光照强度，当亮度偏低时，自动开启照明。当亮度达到正常范围时，可以自动关闭。

智能空调和智能灯具不仅仅实现了控制的自动化，节省了人力。还可以根据外界条件的变化做出最优决策，节省大量的能源，提升信息化程度。

四、物联网与公安信息化教学的结合

(一)基于指纹识别器和温度感应器的学生考勤管理

为提升公安教学过程中学生出勤管理的信息化程度，可以引入指纹识别器和温度感应器来实现。

在每个教室门口安装指纹识别器，将学生信息提前录入物联网后台信息管理系统。每次课前，学生在相应教室的门口通过指纹的方式进行考勤。物联网后台信息管理系统根据课程表信息，确定特定时间段每个教室的上课班级和上课学生信息。根据指纹识别器获取到的已签到学生信息和应上课学生信息进行比对，可自动获取出勤信息。将授课教师从繁杂的点名、报数等传统考勤方式中解放出来，可以完全投入到知识传授工作中。

基于指纹识别器的考勤，不仅仅为教师节省大量的时间和精力，作为信息化的考勤方式，还可以在期末的时候，针对每一位同学的出勤情况，自动为其计算出勤成绩。全校学生的出勤状况和期末出勤成绩都可以由物联网后台信息管理系统自动计算得出，提升全校教学的效率和资源利用率，计算结果准确，还能避免传统考勤中出现的弄虚作假、计算不准确等问题。

在教室门口安装温度感应器(3)刘雨薇、龚仁蓉、许瑞华、李远霞、李卡.人体不同部位红外温度计体温测量值的比较研究[J].护理学杂志，2020，(16).，学生进入教室时可实现非接触、高效率、高精度的体温测量。将温度感应器和指纹识别器结合使用，可实现每位同学的体温数据自动录入物联网后台信息管理系统，自动汇总数据。一旦监测到异常，可迅速采取有效措施进行应对。在新冠肺炎需要长期防控的特殊时期，使用信息化的手段可实现不间断、高效率、无死角监控，为教学工作的顺利开展提供一个坚实的保障。

(二)基于投票器的课堂统计

在教室中安装投票器，可利用物联网系统的智能分析软件，进一步提升教学的信息化程度。教师发布问题，学生分析并给出自己的答案，通过投票器反馈到物联网后台信息管理系统。系统会结合教师发布的问题，有针对性分析学生给出的答案。除了统计每一个答案被选择的次数，还可以通过系统中已有的教学资料分析学生这样回答的原因，了解学生对相应知识点的掌握程度。向授课教师提出下一步授课过程中应该注意的问题，给出相应的学习建议，帮助教师更好地完成后面的教学。

教师如果对物联网后台信息管理系统给出的分析结果不是特别认同，可以修改系统给出的分析结果。当系统之后遇到相似的待分析数据时，会按照人工修改后最新的结果进行显示。随着投票器和物联网后台信息管理系统越来越多的使用，系统针对每一个问题的分析结果会越来越准确，越来越符合实际情况。

(三)基于智能摄像头的学生课堂状态把控

将智能摄像头引入公安信息化教学过程中，可以一定程度上将教师从繁琐的课堂管理工作中解放出来，更有针对性地对学生进行管理，更好地掌握每一位学生课堂上的学习情况。

物联网系统中的智能摄像头不仅可以获取被监控环境的实时视频并在本地进行保存，供需要的时候进行检索、回放，还可以对视频中个体的行为进行分析。通过对课堂上学生面部表情的分析，可以知道每一位同学的“学习”、“沉思”、“睡觉”等行为。如果大部分同学都是处于“学习”状态，可以认为老师当前讲述的内容较为适宜，学生基本都能理解并掌握；如果大部分同学处于“沉思”的状态，基本可以断定学生学起来较为吃力，需要教师进行重点关注和讲解；如果有相当数量的学生在课堂上处于“睡觉”状态，一方面教师要对授课内容、授课方式进行反思，是不是过于枯燥而对学生没有吸引力；另一方面要对学生的状态引起重视，是否近期课业负担过重而休息时间过少。

通过对学生肢体行为的识别，可以知道学生课堂上是否有“交头接耳”、“大声喧哗”等违反课堂纪律的行为出现。一旦出现，系统将保留证据并及时提醒任课教师进行处理，保证课堂正常教学秩序。

任课教师也可以针对自身需求，在物联网后台信息管理系统中定制自己需要的“行为”，交由智能摄像头进行分析，当分析到相应的行为后，在系统中定制相应的响应方式。随着智能摄像头使用的深入，其对各种行为的分析会越来越精准，响应流程更加优化，对教师课堂上的教学产生更加积极的作用。

(四)基于智能空调与智能灯的教室信息化建设

以往的信息化教学过程中，更多地在关注教师、学生之间的沟通怎样以更好的信息化方式进行。信息化教学是一个整体的概念，不能忽视信息化硬件设备的重要作用。教室是教学活动开展的基本场所，信息化教室是信息化教学的重要组成部分。除了传统的多媒体教学设备这样的硬件，还可以通过更多的硬件信息化来提升教学的信息化。

为保证教学活动的持续性、流畅性，教室内空调和日光灯控制的信息化显得尤为必要。物联网系统中的智能空调(4)马鹏宇、陆庭锴、梁海权.智能空调系统在办公楼宇中的应用[J].机电工程技术，2020，(08).可以根据外面条件的变化，自动完成开启、关闭、模式选择等功能，全程不需要人工干预。智能灯(5)方亮.智能灯杆在智慧城市中的应用探讨[J].智能城市，2019，(20).可以根据外界光照条件的变化，完成开启和关闭功能。这两种智能设备的使用完全不需要人工的干预。每个教室还可以根据特定的上课时间段进行个性化定制，满足信息化教学的需求。

教室信息化不仅仅是公安教学信息化建设的重要组成部分，还能以实际应用的形式向学生展示知识的重要性、知识改变生活方式的巨大能力，激发他们的学习兴趣，引领他们的学习道路，让他们成为物联网参与下公安信息化教学的最终受益者。

五、需要注意的问题

(一)科学规划，控制成本，合理利用每一点资源

物联网技术的应用，归根到底是建立在硬件的基础上，要想在公安信息化教学中取得一些成效，至少要在每一间教室安装指纹识别器、温度感应器、投票器、智能摄像头、温度控制器、光照强度传感器等硬件设备，每一件都需要成本。要想让物联网技术在公安信息化教学中发挥应有的作用，必须要科学规划传感器的使用、网络的布局，将成本控制在最低，合理利用每一点资源。

(二)加强合作，积极探索物联网技术在公安信息化教学中的新应用

物联网技术在公安信息化教学过程中，可以发挥作用的地方有很多。不同的高校，出发点、侧重点不一样，应用的形式、技术肯定就会有差异。为推进两者进一步的结合，探索物联网技术在公安信息化教学中的新应用，要加强和兄弟院校、普通高校的合作，努力寻找、充分挖掘、积极实践、加强沟通。

(三)建立长效机制，让物联网技术为公安信息化教学提供长久动力

在公安信息化教学过程中加入物联网技术后，短期内就可以看到积极的成效。但要让物联网技术在公安信息化教学中发挥更大的作用，需要长期跟踪、推进。针对教学过程中出现的问题要积极寻找解决方案，初步解决后在后续的使用过程中还要持续跟进，确认是否解决已有问题、是否会导致新的不足。对于使用过程中好的经验，要做全面推广，在更广阔的领域内让物联网技术为公安信息化教学提供长久动力。

六、结束语

为进一步推进公安信息化教学，有必要将物联网技术与公安信息化教学结合起来，本文提出在学生考勤、课堂统计、学生行为分析、教室信息化等方面将两者进行结合。在物联网技术已经比较成熟的大背景下，这些措施的实现并没有太大难度，但要注意通过科学的规划进行成本控制，让每一点教育资源发挥最大的作用。多和兄弟院校沟通合作，探索更多物联网技术服务公安信息化教学的方式。还要建立长效机制，让物联网技术与信息化教学的结合持续下去。与物联网技术结合的公安信息化教学，真正融入到每一堂课的教学过程中，让广大教师和学生接受、采纳、熟练运用，需要长期坚持、总结才能实现。