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導(dǎo)語：在物聯(lián)網(wǎng)實驗室的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);實驗室;管理
中圖分類號:TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2010)21-5741-02
Laboratory Management Based on the Internet of Things
WANG Jin
(Guizhoou Industry Polytechnic College, Guiyang 550008, China)
Abstract: This article describes the traditional management of university laboratories drawbacks exist, through the use of advanced RFID technology to improve things networking laboratory management, to the basic data on the experimental materials, experimental procedure and experimental equipment to conduct full life cycle system management. Ultimately reduce labor intensity, improve operational efficiency.
Key words: the internet of things; laboratory; management
實驗室建設(shè)是高校教育事業(yè)賴以生存和發(fā)展的前提,實驗室物品是高校實驗室建設(shè)的重要內(nèi)容,因此,實驗室物品管理的好壞將關(guān)系到高校教育質(zhì)量能否得到保證,加強(qiáng)實驗室管理是教學(xué)和科研順利開展和完成的重要保障。[1]
一般來說,實驗室人多,物品多且雜,長期以來,實驗室物品都是依靠手工建立臺帳、標(biāo)簽等來進(jìn)行管理,效率低下,容易出錯,更新困難,而且不便于使用計算機(jī)軟件管理,更不便于使用互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行動態(tài)的管理。借助先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行實驗室物品管理是解決這一問題的最好途徑。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是這樣一種解決問題的先進(jìn)技術(shù)。
1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念
物聯(lián)網(wǎng)概念的定義有很多種,根據(jù)其具體含義概括如下:“物聯(lián)網(wǎng)概念”是在“互聯(lián)網(wǎng)概念”的基礎(chǔ)上,將其用戶端延伸和擴(kuò)展到任何物品與物品之間,進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念,即“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)Internet ofThings”。這有兩層意思:第一,物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò);第二,其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間,進(jìn)行信息交換和通訊。其定義是:通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備,按約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接。進(jìn)行信息交換和通信,以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)概念。其由全球產(chǎn)品電子代碼(EPC)、射頻識別系統(tǒng)以及信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)三大部分組成。[2]
射頻識別(RFlD),是一種利用射頻非接觸式的自動識別技術(shù),它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),無須人工干預(yù),可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽,操作快捷方便。通常RFlD系統(tǒng)包括三個部分:電子標(biāo)簽、閱讀器、數(shù)據(jù)處理平臺、系統(tǒng)軟件等。
RFlD系統(tǒng)的工作原理是:RFlD標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器發(fā)出的電磁射頻信號后,通過自身藕合電路感應(yīng)獲得能量讀取存儲在芯片中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息(被動式標(biāo)簽),或者通過自身儲電設(shè)備中的能量主動發(fā)送某一頻率的信息(主動式標(biāo)簽),閱讀器讀取標(biāo)簽所發(fā)送的產(chǎn)品信息并解碼后,送至計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
2 基于RFID技術(shù)的實驗室管理
2.1 實驗物品基本信息管理
傳統(tǒng)上,我們獲知實驗設(shè)備或者耗材相關(guān)信息的方式都是通過產(chǎn)品說明書得到。這種紙質(zhì)的說明書容易丟失、污損。而且限于篇幅,此類說明書大多較為簡略不利于實驗操作。如使用RFlD系統(tǒng)系統(tǒng)對實驗設(shè)備進(jìn)行管理,可用電子標(biāo)簽將實驗物品的基本屬性和幫助化信息等內(nèi)容存儲起來,通過閱讀器即可方便地獲取實驗物品的基本信息并可通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。這些基本信息包括型號、規(guī)格、單價、出廠日期、設(shè)備號、使用單位、使用地點、維修紀(jì)錄、生產(chǎn)廠家等多種信息。傳統(tǒng)的紙質(zhì)標(biāo)簽就無法將全部信息表示,且當(dāng)部分內(nèi)容變化時(如使用地點),無法更改標(biāo)簽信息,只能重新制作標(biāo)簽。不但費工費力,還會造成標(biāo)簽內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫記錄的不一致,導(dǎo)致管理混亂。統(tǒng)一使用電子標(biāo)簽后,每個儀器將帶有一個具有存儲芯片的模塊,上述所有的儀器信息將全部存儲在模塊中。當(dāng)儀器的內(nèi)容發(fā)生變化時,用手持讀/寫卡器將很容易地修改芯片的內(nèi)容,完成電子標(biāo)簽內(nèi)容的更新,同時新的信息可自動通過手持機(jī)發(fā)送到儀器管理服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。還可以使用手持式RFlD閱讀器對實驗室中低質(zhì)耗材進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的盤點操作,大大減少傳統(tǒng)盤點中出現(xiàn)的遺漏等差錯,減少盤點所花費的時間,提高盤點的質(zhì)量。
2.2 實驗過程管理
使用RFlD系統(tǒng)可以對實驗設(shè)備進(jìn)行實時的跟蹤管理,如許多實驗設(shè)備常用于演示教學(xué),會被借出到不同的教室使用。如不能動態(tài)地掌握這些設(shè)備的流向,指定合理的分配方案,會導(dǎo)致不必要的沖突。傳統(tǒng)手工方式的管理就會因為不能及時掌握設(shè)備流向而出現(xiàn)此類問題。現(xiàn)在只需在每個實驗室出入的門上要安裝門禁模塊,這個模塊包括了讀頭和聯(lián)網(wǎng)接頭,模塊重要的功能是自動掃描進(jìn)出門的實驗物品,并將其時間,進(jìn)出房間號等信息直接發(fā)給管理計算機(jī)。這樣,當(dāng)帶有電子標(biāo)簽的實驗設(shè)備進(jìn)出實驗室時,就會被門禁模塊掃描到,并將該信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾碛嬎銠C(jī)。就可實時反映在網(wǎng)絡(luò)上。運用此技術(shù)還可以為實驗設(shè)備預(yù)定若干安放位置,并可將當(dāng)前位置與預(yù)定位置相比較,并設(shè)置報警,可防止私自挪用或意外情況發(fā)生,達(dá)到全方位、實時有效監(jiān)管。RFID電子標(biāo)簽存儲容量大,目前典型的數(shù)據(jù)容量可達(dá)兆字節(jié),且可以重復(fù)讀寫,這就為隨機(jī)存儲實驗設(shè)備的技術(shù)檔案提供了可能。這樣,通過手持式RFlD閱讀器就能在實驗時讀取實驗步驟、操作要點、使用幫助等,幫助實驗者正確地完成實驗。與相關(guān)技術(shù)結(jié)合,可實現(xiàn)對實驗設(shè)備使用的動態(tài)控制,當(dāng)使用不當(dāng)時能自動警告并中斷實驗過程,避免不必要的損失。實驗者可以遠(yuǎn)程控制異地納入物聯(lián)網(wǎng)的實驗器材:實驗過程數(shù)據(jù)可以被實時采集并以適當(dāng)?shù)姆绞教峁┙o實驗者,實現(xiàn)實驗教學(xué)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。
2.3 實驗設(shè)備信息生命周期管理
正常維護(hù)巡檢對于保證實驗設(shè)備的完好是至關(guān)重要的,傳統(tǒng)的維護(hù)巡檢往往缺乏計劃性,較為盲目,一般只是在實驗結(jié)束后進(jìn)行,而設(shè)備規(guī)定的維護(hù)時間間隔也要靠設(shè)備維護(hù)人員自己掌握,往往不能夠做到較為嚴(yán)格。通過應(yīng)用RFID系統(tǒng)可以使設(shè)備巡檢、維護(hù)變得簡單易行,這樣可以對實驗設(shè)備巡檢維護(hù)的次數(shù),同時由于每臺實驗設(shè)備上的電子標(biāo)簽都存儲有設(shè)備的大量信息以及維護(hù)維修的情況,這樣可以在現(xiàn)場就可以明確該設(shè)備的使用情況,大大縮短維護(hù)巡檢的時間,提高維護(hù)巡檢的工作效率。設(shè)備維護(hù)巡檢后的信息在現(xiàn)場可以錄入手持機(jī),同時存儲于設(shè)備上的電子標(biāo)簽,這樣不僅節(jié)省了人力物力,也同時提高了實驗設(shè)備使用效率。并使學(xué)校用于設(shè)備維護(hù)的成本降低。應(yīng)用射頻跟蹤自動識別管理系統(tǒng),由于每臺設(shè)備上都附有射頻芯片,可以儲存大量的設(shè)備信息,同時還有每次維護(hù)、維修、巡檢的相應(yīng)記錄。這樣可以預(yù)防由于不確定原因造成原設(shè)備建檔檔案損壞和遺失造成的設(shè)備信息資料的丟失的損失。而且每次巡檢和維護(hù)必須做到對每一臺實驗設(shè)備的情況進(jìn)行了解維護(hù),并作相應(yīng)的信息存儲操作,這樣可以避免對設(shè)備巡檢和維護(hù)工作的疏漏。由于每次巡檢和維護(hù)的結(jié)果都記錄存儲于芯片而且這些信息是不能夠隨意更改,這就避免如果出現(xiàn)和實驗設(shè)備相關(guān)的責(zé)任事故,不能明確人為責(zé)任還是設(shè)備責(zé)任的問題,使實驗設(shè)備日常維護(hù)工作變得有據(jù)可查。[3]
3 結(jié)束語
教育事業(yè)的發(fā)展,將使得實驗室的數(shù)量和規(guī)模不斷擴(kuò)大,實驗物品的種類和數(shù)量不斷增加,將會加大實驗物品管理上的難度。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過RFID技術(shù)和計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的完美結(jié)合,將可以使得以前瑣碎、復(fù)雜的手工管理轉(zhuǎn)變成為簡單、輕松的自動化管理模式,極大的減輕了勞動強(qiáng)度,提升了工作效率。
參考文獻(xiàn):
[1] 周新力.高校擴(kuò)招后加強(qiáng)實驗室物資管理的措施[J].邵陽學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)),2002(1).
關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)；實驗室；計算機(jī)
高校計算機(jī)實驗室承擔(dān)著計算機(jī)實驗教學(xué)的重任，是考核計算機(jī)教學(xué)水平、培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力和創(chuàng)造性思維的重要場所。因此，計算機(jī)實驗室的建設(shè)管理是高校賴以生存和發(fā)展的重要籌碼。
由于高校計算機(jī)實驗室承擔(dān)著繁重的教學(xué)任務(wù)，用機(jī)主體不固定，用機(jī)習(xí)慣不統(tǒng)一，用機(jī)操作不規(guī)范。加之傳統(tǒng)的實驗室管理采用人工管理模式，使得計算機(jī)故障頻發(fā)，難以保證計算機(jī)實驗教學(xué)的順利進(jìn)行。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的提出，使得計算機(jī)實驗室管理問題迎刃而解。
1 物聯(lián)網(wǎng)含義
1999年在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡(luò)國際會議首次提出物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things）這個概念并提出“傳感網(wǎng)是下一個世紀(jì)人類面臨的又一個發(fā)展機(jī)遇”。
物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)?！拔锫?lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”?？梢娢锫?lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上延伸和發(fā)展起來的網(wǎng)絡(luò)，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)將其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。
2 傳統(tǒng)計算機(jī)實驗室管理
教學(xué)管理方面，教師上課時需要利用教學(xué)軟件對學(xué)生進(jìn)行電子點名，然后需手動統(tǒng)計缺席學(xué)生。在進(jìn)行實驗教學(xué)時，一個實驗室六十名學(xué)生配備一名實驗教師，學(xué)生如對所學(xué)知識存在疑問或者不會的情況下，需要教師對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)答疑，課堂時間有限，不能滿足學(xué)生的解答需要。
計算機(jī)的基本信息管理方面，利用紙質(zhì)的記錄本記錄每批軟、硬件的購入時間和損壞時間，每臺計算機(jī)的維修時間，以及每次課每臺計算機(jī)的用機(jī)記錄，由于部分學(xué)生不填寫導(dǎo)致記錄不完整，實驗室管理人員無法根據(jù)用機(jī)記錄情況排查計算機(jī)運行情況，給實驗室管理員的工作帶來了極大的不便。而且紙質(zhì)的資料容易丟失，不易保管。
計算機(jī)的定期檢測方面，實驗室管理員需要維護(hù)眾多的計算機(jī)，然而計算機(jī)的頻繁使用，必然導(dǎo)致不同類型的故障，例如，計算機(jī)硬件損壞，計算機(jī)無法正常啟動，計算機(jī)遭到病毒破壞等。實驗室管理員維修計算機(jī)只能利用實驗室的空閑時間，打開每一臺計算機(jī)進(jìn)行檢測，查找故障原因、修理、記錄維修情況等，既浪費時間，又影響教學(xué)。
實驗室環(huán)境管理方面，由于實驗室的使用頻率較高，實驗室的濕度、溫度控制和除塵工作得不到及時的處理，導(dǎo)致實驗室的硬件設(shè)備故障頻發(fā)，如電源、主板損壞，主機(jī)藍(lán)屏等。不能保障教學(xué)的順利進(jìn)行。
實驗室的安全方面，實驗室每天都會有許多學(xué)生上機(jī)，不可避免的涉及到實驗室物品和學(xué)生物品的安全管理問題，主要預(yù)防電源的不規(guī)范使用導(dǎo)致的火災(zāi)隱患和實驗室物品的丟失現(xiàn)象。
3 基于物聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)實驗室管理
物聯(lián)網(wǎng)對實驗室的管理可以實現(xiàn)人與人，物與物，人與物的相互通信，有效的整合系統(tǒng)內(nèi)的人、事、物實現(xiàn)信息采集和信息控制。實時的識別、定位和跟蹤系統(tǒng)內(nèi)的行為。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)管理計算機(jī)實驗室代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工管理計算機(jī)實驗室提高了計算機(jī)實驗室的管理的自動化和智能化程度。
3.1 教學(xué)管理
確保日常教學(xué)的順利進(jìn)行是實驗室管理的重中之重，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對計算機(jī)實驗室進(jìn)行管理使實驗室的管理更加智能化，網(wǎng)絡(luò)化。
3.1.1 學(xué)生簽到。在每個實驗室的門口安裝門禁（RFID讀取器），同時每名學(xué)生帶有RFID標(biāo)簽，沒有RFID標(biāo)簽的學(xué)生無法進(jìn)入實驗室，教師可以通過系統(tǒng)獲取每名學(xué)生的出勤情況和學(xué)習(xí)內(nèi)容等監(jiān)控信息。
3.1.2 教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過各種數(shù)據(jù)采集終端獲取數(shù)據(jù)，監(jiān)控教師上課的全部信息，包括教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教姿、教態(tài)等，并根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行全方位分析和檢測，評定其教學(xué)質(zhì)量及優(yōu)缺點，以求改進(jìn)不足。有效的教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控是教學(xué)過程的重要組成部分，亦是所有有效教學(xué)與成功教學(xué)的基礎(chǔ)。
3.1.3 學(xué)習(xí)過程跟蹤。學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的過程可以被物聯(lián)網(wǎng)全程記錄。如果學(xué)生在上機(jī)操作過程中，學(xué)生對某個知識點掌握的不好或者遺忘了，可以通過記錄的學(xué)習(xí)過程再次學(xué)習(xí)，彌補(bǔ)學(xué)習(xí)中的漏洞，并且可以復(fù)習(xí)已學(xué)知識，達(dá)到查缺補(bǔ)漏的目的。強(qiáng)化學(xué)習(xí)中的重難點。
3.2 計算機(jī)的維護(hù)
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對計算機(jī)實驗室的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)實現(xiàn)了計算機(jī)管理方式的跨越式發(fā)展。
3.2.1 計算機(jī)的基本信息。在每一臺計算機(jī)上安裝一個RFID標(biāo)簽，記錄計算機(jī)購買日期、使用說明、硬件配置、維修記錄等基本信息。這樣在對計算機(jī)更換硬件，變更軟件的時候，可以通過手持式讀寫設(shè)備將變更信息錄入計算機(jī)的RFID標(biāo)簽中，同時更新后的標(biāo)簽信息通過手持式設(shè)備自動發(fā)送到設(shè)備管理服務(wù)器更新數(shù)據(jù)，永久保存起來。還可以利用手持式讀寫設(shè)備盤查實驗室的各種物品，防止漏查、錯查等，大大減少了用于統(tǒng)計各種信息的時間。
【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 檢測技術(shù) 無線傳感器
物聯(lián)網(wǎng)作為一個新興產(chǎn)業(yè)，它是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)作為智慧網(wǎng)絡(luò)，是各類傳感器和現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)相互銜接的一種新技術(shù)[1]。完美融合各種高新技術(shù)，實現(xiàn)物、人、計算機(jī)互通互聯(lián)、信息同步、信息共享的功能[2]。為了更好的培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的概念和工程實踐能力，結(jié)合檢測技術(shù)實驗室建設(shè)實際情況，國家級電工電子實驗示范中心在學(xué)校和學(xué)院的支持下，依托示范中心的師資力量，面向各種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境，組建了基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測技術(shù)實驗室。目的在于持續(xù)培養(yǎng)一批基于物聯(lián)網(wǎng)信號檢測與控制方面的軟硬件開發(fā)人才，為學(xué)院的教學(xué)科研和學(xué)生的綜合素質(zhì)培養(yǎng)提供了良好的指導(dǎo)模式。
1 物聯(lián)網(wǎng)概念
物聯(lián)網(wǎng)依托日益發(fā)達(dá)的科學(xué)技術(shù)，構(gòu)建一種新興網(wǎng)絡(luò)協(xié)作平臺，它為為設(shè)備供應(yīng)鏈提供的解決方案前所未有的、近乎完美，也就是說，企業(yè)通過物聯(lián)網(wǎng)能夠及時準(zhǔn)確知道每個設(shè)備在設(shè)備供應(yīng)鏈上任何時間的位置信息，并且物聯(lián)網(wǎng)能為為管理決策提供更加準(zhǔn)確有效的支持[3]。物聯(lián)網(wǎng)又稱為EPC（ 電子產(chǎn)品代碼 ）系統(tǒng) ，是一個非常先進(jìn)的、綜合性的、復(fù)雜的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的其最終目標(biāo)是為每個設(shè)備建立全球的、開放的標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，主要由以下6個方面組成：EPC編碼標(biāo)準(zhǔn)、EPC標(biāo)簽、識讀器、應(yīng)用層事件、對象名解析服務(wù)、EPC信息服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不僅能夠?qū)υO(shè)備進(jìn)行實時跟蹤，而且能夠優(yōu)化整個供應(yīng)鏈，因此，物聯(lián)網(wǎng)實質(zhì)就是實現(xiàn)物-物通信、物-物聯(lián)動，使連接到物聯(lián)網(wǎng)上的所有物品、設(shè)備能夠自由地互相通信、共享信息、互通狀態(tài)。
2 檢測技術(shù)實驗室建設(shè)現(xiàn)狀
檢測技術(shù)實驗室主要是通過各種傳感器的應(yīng)用來培養(yǎng)學(xué)生信號檢測與控制方面的能力。傳感器是機(jī)器感知物質(zhì)世界的”感覺器官”，可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號，為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的處理、傳輸、分析和反饋提供最原始的信息。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的傳感器正逐步實現(xiàn)微型化、智能化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化，正經(jīng)歷著一個從傳統(tǒng)傳感器（dumb sensor）智能傳感器（smart sensor）嵌入式Web傳感器（embedded web sensor）的內(nèi)涵不斷豐富的發(fā)展過程[5]。目前，面向物聯(lián)網(wǎng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究包括：
（1）先進(jìn)測試技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)化測控綜合傳感器技術(shù) 、嵌入式計算機(jī)技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等，協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進(jìn)行處理、傳送；
（2）智能化傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點研究；
（3）傳感器網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)及底層協(xié)議研究；
（4）對傳感器網(wǎng)絡(luò)自身的檢測與控制；
（5）傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全；
基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測技術(shù)實驗室建設(shè)主要偏重于上述的1、2、4點進(jìn)行研究。在研究星形組網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用CC2530芯片智能處理傳感器轉(zhuǎn)換來的信號，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)完成對信號的檢測與控制。
3 檢測技術(shù)實驗室建設(shè)內(nèi)容
中心堅持“三個面向” 的人才培養(yǎng)定位，育人為本，理論教學(xué)與實驗教學(xué)并重，促進(jìn)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展，為石油行業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)高素質(zhì)實用型工程技術(shù)人才。在檢測技術(shù)實驗室建設(shè)過程中一直秉承這一宗旨，重點培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力。
3.1檢測技術(shù)實驗室硬件建設(shè)
實驗室建設(shè)中，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采用自主研發(fā)，外包加工的原則。自主研發(fā)分為硬件和軟件二部分。硬件部分包括了強(qiáng)大的嵌入式網(wǎng)關(guān)、ZigBee模塊、4類通訊接口模塊、11類工控參數(shù)的傳感器模塊，完全滿足檢測技術(shù)實驗室的需求。軟件部分包括基于Z-STACK的星型網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器程序、星型網(wǎng)絡(luò)子節(jié)點程序（包括溫濕度，光敏，超聲波，溫控箱，紅外，酒精節(jié)點）、上位機(jī)程序。
3.2檢測技術(shù)實驗室軟件建設(shè)
檢測技術(shù)實驗室軟件建設(shè)主要是探究其管理機(jī)制與運行模式。基于物聯(lián)網(wǎng)的檢測技術(shù)實驗室是結(jié)合行業(yè)生產(chǎn)實際，形成具有石油電氣信息應(yīng)用特色的檢測、處理、傳輸、控制和執(zhí)行5個實驗?zāi)K，推行“導(dǎo)師引導(dǎo)，探究學(xué)習(xí)” 的新模式，吸引更多的學(xué)生參加教師課題研究，為了更好的推行這一模式，檢測技術(shù)實驗室采用開放實驗室的運行管理體系 。結(jié)合檢測技術(shù)實驗室的情況 ， 經(jīng)過幾年的探索和實踐 ， 建立起“導(dǎo)師引導(dǎo)、探究學(xué)習(xí)、保證措施到位”的管理模式 ，
采用導(dǎo)師引導(dǎo)，學(xué)生探究的新模式。在管理上，采用團(tuán)隊管理值班模式，即每個老師帶領(lǐng)的團(tuán)隊輪流管理，一方面有利于管理的人性化，另一方面可以培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作精神。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是個新興的、不斷發(fā)展中的、強(qiáng)調(diào)實踐應(yīng)用的學(xué)科，它的研究發(fā)展和應(yīng)用推廣將會對人類生活的各個領(lǐng)域產(chǎn)生巨大影響?；谖锫?lián)網(wǎng)的檢測技術(shù)實驗室建設(shè)中強(qiáng)調(diào)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為核心，通過自主研發(fā)無線傳感網(wǎng)絡(luò)與檢測技術(shù)緊密結(jié)合；推行導(dǎo)師引導(dǎo)，學(xué)生探究新模式，培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能力；采取實驗室開放與學(xué)生自主管理，讓學(xué)生參與實驗室建設(shè)與維護(hù)，提高學(xué)生主動性和積極性?；谖锫?lián)網(wǎng)的檢測技術(shù)實驗室建設(shè)中實現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的星型連接，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的其它拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用還有待提高。在未來檢測技術(shù)實驗室建設(shè)中，進(jìn)一步加強(qiáng)實驗室管理的同時要努力完善拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和進(jìn)一步擴(kuò)大物聯(lián)網(wǎng)推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；低值易耗品；實驗室管理
高校實驗室低值易耗品具有數(shù)量大，品種多，型號雜的特點。在高校實驗室管理中存在著對低值易耗品的管理重視不夠，添置領(lǐng)用不規(guī)范等問題。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，其智能化管理引起了多個行業(yè)的重視。對于繁瑣而復(fù)雜的低值易耗品管理來說，發(fā)展和使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個值得深入探究的話題。
1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展
物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。是以Internet為核心和基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；物聯(lián)網(wǎng)用戶端延伸和擴(kuò)展到了物品與物品之間進(jìn)行信息交換和通信。通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、GPS等信息傳感設(shè)備，按一定的協(xié)議，把物品與Internet連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。
從技術(shù)架構(gòu)上來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由各種傳感器構(gòu)成。相當(dāng)于人的眼睛和耳朵，它是物聯(lián)網(wǎng)識別物體、采集信息的來源。網(wǎng)絡(luò)層由互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。
世界各國都在深入探究物聯(lián)網(wǎng)，我國也在高度關(guān)注、重視物聯(lián)網(wǎng)的研究。此外，物聯(lián)網(wǎng)普及之后，傳感器與電子標(biāo)簽及配套的接口數(shù)量將大幅提高，物聯(lián)網(wǎng)必將成為推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的又一利器。物聯(lián)網(wǎng)將成為全球信息通信行業(yè)的萬億元級新興產(chǎn)業(yè)。預(yù)計，到2020年之前，全球接入物聯(lián)網(wǎng)的終端將達(dá)到500億個。
2 物聯(lián)網(wǎng)與高校實驗室低值易耗品管理
物聯(lián)網(wǎng)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用仍在探索階段，作為現(xiàn)代化教育創(chuàng)新和實踐教學(xué)的重要基地，實驗室管理信息化一直是高校建設(shè)中的一項重要工作。目前我國多數(shù)高校實驗室設(shè)備使用率低、數(shù)據(jù)查詢困難、管理模式落后。低值易耗品具有種類多，數(shù)量大的特點，但管理方式多采用手工貼標(biāo)、歸類、記錄。這種管理方式效率低，易出錯，而且不便于更新數(shù)據(jù)，更不便于網(wǎng)絡(luò)動態(tài)管理。隨著教學(xué)實驗水平不斷提高，對實驗室低值易耗品管理又不斷提出新的要求。
借助于物聯(lián)網(wǎng)射頻識別、網(wǎng)絡(luò)互連、傳感器等技術(shù)，實現(xiàn)自動化管理，將會大大提高工作效率。對于一些特殊的專用實驗室低值易耗品，可以對保存室的溫度、濕度等環(huán)境進(jìn)行時時的監(jiān)測，保證物品的正常使用。
3 基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室低值易耗品管理系統(tǒng)的構(gòu)建
3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室低值易耗品管理智能系統(tǒng)
高校實驗室低值易耗品管理系統(tǒng)是一個基于物聯(lián)網(wǎng)的智能管理系統(tǒng)，是利用智能感知技術(shù)獲取信息，通過分析軟件對這些信息進(jìn)行判別、分類并使之有效利用。這一智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)是智能識別子系統(tǒng)、入庫子系統(tǒng)、查詢子系統(tǒng)、出庫子系統(tǒng)。
智能識別子系統(tǒng)能夠把具有不同身份標(biāo)識的產(chǎn)品進(jìn)行掃描，通過網(wǎng)絡(luò)層把這些電子標(biāo)識傳送到數(shù)據(jù)系統(tǒng)中進(jìn)行分析，根據(jù)不同的電子標(biāo)識對不同低值易耗品進(jìn)行分類、統(tǒng)計、提出保存環(huán)境建議。對于成功入庫的低值易耗品，數(shù)據(jù)傳送到查詢子系統(tǒng)，供管理員和實驗教師進(jìn)行低值易耗品的各種查詢和領(lǐng)用。在這個智能系統(tǒng)中，低值易耗品的管理工作是由各個互相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)自動完成的，管理員作為輔助，或選擇是否接受系統(tǒng)的建議。這樣通過機(jī)器之間的信息交換，管理工作按照一定的程序執(zhí)行下去。這就是基于物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)高校實驗室低值易耗品的管理。
3.2 高校實驗室管理物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的難點和關(guān)鍵點
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能實驗室低值易耗品管理系統(tǒng)，難點在于經(jīng)費和技術(shù)。實驗室管理不受重視，資金不足，嚴(yán)重制約了智能化的發(fā)展。另外實現(xiàn)智能化管理，還需要更成熟的技術(shù)支持。RFID和傳感器技術(shù)研究已經(jīng)比較成熟，但是核心領(lǐng)域尚未產(chǎn)業(yè)化。要完全實現(xiàn)智能化管理，需要依托成熟的GPS技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，著眼于新的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，使其在高校實驗室管理上大放異彩。
3.3 高校實驗室低值易耗品管理物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的目標(biāo)
隨著國家政策導(dǎo)向和技術(shù)的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實驗室低值易耗品管理也將取得巨大的進(jìn)展。智能管理系統(tǒng)的目標(biāo)是實現(xiàn)實驗室低值易耗品標(biāo)識化，管理流程自動化，管理系統(tǒng)一體化。將所有的低值易耗品都通過RFID技術(shù)、傳感器技術(shù)賦予統(tǒng)一的電子標(biāo)識。將采集的這些電子信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端的管理軟件中，科學(xué)的分類保存，提供更便捷、更準(zhǔn)確的查詢領(lǐng)用服務(wù)。有了資金和技術(shù)的支持，把握好物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的關(guān)鍵點，才能最終構(gòu)建起高校實驗室低值易耗品的智能管理系統(tǒng)，乘著物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)之熱潮，發(fā)展實驗室管理信息化、自動化。智能管理指日可待。
[參考文獻(xiàn)]
關(guān)鍵詞：實驗教學(xué)；RFID；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
DOIDOI：10.11907/rjdk.162593
中圖分類號：G434
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-7800（2016）012-0182-03
0 引言
近幾年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的熱點問題包括射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，各設(shè)備按約定的協(xié)議都可以與互聯(lián)網(wǎng)相連接，并且所有聯(lián)網(wǎng)的物品可以進(jìn)行信息交換，也可以進(jìn)行通信，這樣就可以實現(xiàn)對物品的智能化識別、跟蹤、定位、監(jiān)控和管理。所有技術(shù)的研發(fā)都是為了更好地服務(wù)于人類社會，作為一項高新技術(shù)，只有將其應(yīng)用到合適的場景才能最大化其價值。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于教育教學(xué)領(lǐng)域，即是體現(xiàn)其價值的一個方面[1-2]。
實驗教學(xué)是現(xiàn)代高等教育的重點，其教學(xué)模式也在不斷發(fā)展和改進(jìn)。為了滿足學(xué)生在學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)內(nèi)容上的選擇自由性[3]，提出了開放式實驗教學(xué)模式。然而在開放式教學(xué)模式下，教學(xué)對象、內(nèi)容、時間等因素的不確定性以及教學(xué)計劃的個性化使實驗教學(xué)管理的難度驟增，同時導(dǎo)致大量的實驗教學(xué)管理信息及處理任務(wù)量[4]產(chǎn)生。為了保證開放式教學(xué)模式的順利推進(jìn)，可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對現(xiàn)有的實驗教學(xué)管理體系進(jìn)行改革，為師生提供更為便利的開放式實驗教學(xué)環(huán)境，這樣不僅能夠鍛煉學(xué)生的實際動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，更有利于學(xué)生專業(yè)綜合素質(zhì)和工程實踐能力的培養(yǎng)與提高[5]。
1 相關(guān)工作
在已有的一些研究中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被應(yīng)用于學(xué)校中的一些場景，研究提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧教室[6-7]、基于物聯(lián)網(wǎng)的圖書館設(shè)計[8]、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校園安全中的應(yīng)用[9]、基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理[10-12]等概念。
物聯(lián)網(wǎng)教室和傳統(tǒng)教室的功能相似――為學(xué)生提供舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率[6]。由于傳感器節(jié)點對于環(huán)境溫濕度的精確感應(yīng)，使得物聯(lián)網(wǎng)教室可以高效、精確地為學(xué)生提供學(xué)習(xí)舒適性。通過物聯(lián)網(wǎng)所提供的大量的傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)，以及微處理控制系統(tǒng)，使智能照明系統(tǒng)能夠“感知”環(huán)境，根據(jù)外界情況的變化作出相應(yīng)的應(yīng)對策略，還可以避免能源浪費。相比人工控制教學(xué)樓照明燈，物聯(lián)網(wǎng)控制實時性強(qiáng)，而且可以全天候工作[7]。
圖書館管理系統(tǒng)[8]通過RFID標(biāo)簽獲得對圖書的感知，并通過讀者隨身攜帶的智能手機(jī)對讀者進(jìn)行感知。同時，師生還可以通過手機(jī)對借閱情況進(jìn)行查詢，當(dāng)所借閱書本快要到期時，可以發(fā)送信息進(jìn)行提醒。通過在學(xué)校圖書館應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以有效提高管理效率，提高自動化程度，降低人力成本，并大大方便師生的借閱活動。
基于物聯(lián)網(wǎng)的校園安保措施主要有以下幾種：在宿舍物品安全系統(tǒng)中添加報警裝置，構(gòu)成宿舍安全系統(tǒng)以防宿舍發(fā)生意外事件，從而保護(hù)學(xué)生的人身財產(chǎn)安全；在每棟公寓入口處安裝RFID門禁系統(tǒng)；在教學(xué)區(qū)域設(shè)置門禁系統(tǒng)，并將門禁系統(tǒng)分為安全通道和普通通道兩類，攜帶物品上貼有RFID標(biāo)簽，可實現(xiàn)物品的安全檢測[9]。
隨著技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)也急需大量專業(yè)人才，對人才的需求上，要求其具有一定的理論基礎(chǔ)及動手能力，這對實驗室的要求也有所提高[10]。物聯(lián)網(wǎng)實驗室需要將光載無線通信、WiFi 無線局域網(wǎng)、移動通信、嵌入式設(shè)備服務(wù)器和射頻識別幾種前沿技術(shù)融為一體，構(gòu)建基于移動通信的無線信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[11]。將RFID技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)用到實驗設(shè)備的管理上，不僅使設(shè)備的統(tǒng)計效率大大提高，而且能實現(xiàn)實驗設(shè)備資源的合理統(tǒng)籌[12]。傳統(tǒng)的對于物聯(lián)網(wǎng)實驗室特別是實驗設(shè)備的管理成本高而效率低，這給實驗室的使用帶來了一定的影響，目前我國大部分學(xué)校的實驗室管理普遍存在計算機(jī)系統(tǒng)的自動化程度低，實驗室管理不嚴(yán)、監(jiān)管不力等問題，因而，實驗室管理在學(xué)校管理和教學(xué)環(huán)節(jié)具有重要的意義[13]。
在文獻(xiàn)[14]中，作者通過對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架與關(guān)鍵技術(shù)的分析，利用Zigbee短距離無線通信技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)智能組網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)視頻網(wǎng)關(guān)、多種傳感器采集、控制節(jié)點與現(xiàn)有Internet網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的實驗室存在工作繁瑣、效率低下等弊端，如學(xué)生不能及時了解實驗內(nèi)容，必須到實驗室去預(yù)約并由教師登記等。隨著技術(shù)的發(fā)展，針對智能化管理實驗室的需求，提出了基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧實驗室，如機(jī)房自動管理系統(tǒng)等，這些方案在實驗室信息管理、人員管理、設(shè)備管理等方面展示了優(yōu)勢[15-16]。
2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)體系
本文將物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，充分發(fā)揮兩者優(yōu)勢，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)體系。該體系服務(wù)于實驗教學(xué)和管理工作， 在開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下促進(jìn)教學(xué)手段改革和保證教學(xué)、管理質(zhì)量的督導(dǎo)體系建設(shè)，既滿足了學(xué)生個性化需求，也充分合理地利用了實驗室資源，實現(xiàn)了教學(xué)管理的自動化。該體系的構(gòu)建包括軟件系統(tǒng)建設(shè)和硬件系統(tǒng)建設(shè)兩個方面。
2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)軟件系統(tǒng)
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)軟件系統(tǒng)建設(shè)主要以校園網(wǎng)為依托，以實驗教學(xué)管理區(qū)塊為核心，實驗課堂教學(xué)區(qū)塊為主體，實驗室課外輔助區(qū)塊和實驗室網(wǎng)絡(luò)管理區(qū)塊為輔助，構(gòu)建立體化的開放式教學(xué)環(huán)境。該系統(tǒng)同時面向教師和學(xué)生這兩類有著不同需求的用戶對象，將在功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)上提供一個友好的操作界面，采用實名注冊登錄制。該軟件系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如圖1示，下面將對其包含的各個區(qū)塊進(jìn)行詳細(xì)的功能介紹：
（1）實驗教學(xué)管理區(qū)塊。該區(qū)塊不僅可以方便學(xué)生進(jìn)行網(wǎng)上選課，參與網(wǎng)上評教，也可以方便教師在線實驗考試成績。學(xué)生在預(yù)約實驗課時需要對實驗設(shè)備進(jìn)行預(yù)約，做到每位學(xué)生對應(yīng)一臺實驗設(shè)備，學(xué)生完成實驗后，設(shè)備會對學(xué)生的實驗結(jié)果進(jìn)行記錄，也可以避免實驗設(shè)備的損壞。另外，該區(qū)塊還對教師和學(xué)生的個人信息以及實驗教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和維護(hù)。
（2）實驗課堂教學(xué)區(qū)塊。該區(qū)塊包括5個主要功能：①為學(xué)生提供在線實驗預(yù)習(xí)服務(wù)，也即學(xué)生可以通過該區(qū)塊在網(wǎng)上提前熟悉實驗內(nèi)容和實驗儀器的操作方法；②該區(qū)塊將實時監(jiān)控學(xué)生的課堂實驗操作，確保學(xué)生能夠安全和規(guī)范地使用實驗儀器；③該區(qū)塊可以將學(xué)生課程的實際測量數(shù)據(jù)根據(jù)教學(xué)時間、地點和內(nèi)容存入其個人信息庫，以供學(xué)生課后登錄個人系統(tǒng)進(jìn)行查看和下載；④該區(qū)塊在線為學(xué)生提供虛擬儀器和仿真平臺服務(wù)，并且可以將學(xué)生的課堂仿真結(jié)果存入其個人信息庫；⑤學(xué)生可以通過該區(qū)塊提交電子實驗報告。
（3）實驗課外輔助區(qū)塊。為了促進(jìn)學(xué)生的課后學(xué)習(xí)，為學(xué)生答疑解惑，該區(qū)塊可以方便教師上傳課件和教學(xué)演示視頻、提供師生交流論壇，以及在線答疑輔導(dǎo)網(wǎng)上應(yīng)用空間。此外，可以進(jìn)一步利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)課堂互動的智能化。
（4）實驗室管理區(qū)塊。一方面為了實驗教學(xué)的正常開展，該區(qū)塊可以為師生提供在線預(yù)約實驗室和實驗儀器的服務(wù)，并在線管理實驗儀器的使用記錄；另一方面，為了保障實驗室的安全運行，該區(qū)塊對實驗環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，實時顯示實驗室的環(huán)境數(shù)據(jù)（例如溫濕度、有害氣體指標(biāo)等），并帶有安全報警功能。另外，該區(qū)塊可以在線維護(hù)實驗儀器的故障信息，以方便實驗儀器的維修和整理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使得實驗室的管理更加科學(xué)規(guī)范。
2.2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)硬件系統(tǒng)
硬件建設(shè)需要對原有實驗室基礎(chǔ)設(shè)施（主要為強(qiáng)電、弱電、網(wǎng)絡(luò)改造）進(jìn)行基本改造，然后增加監(jiān)控、門禁、物聯(lián)網(wǎng)終端等硬件設(shè)備，整合原有教學(xué)系統(tǒng)軟件，進(jìn)行軟硬件系統(tǒng)集成。①利用RFID，實現(xiàn)教室門鎖、控制臺鎖的定時關(guān)閉和開啟，為防止鎖人現(xiàn)象出現(xiàn)，需在鎖關(guān)閉前進(jìn)行聲音提示；②利用傳感器節(jié)點，采集教室內(nèi)溫度、濕度等指標(biāo)，由中控計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集處理，并根據(jù)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)觸發(fā)報警裝置；③利用虛擬終端技術(shù)，實現(xiàn)教室中控臺的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制，所有控制臺操作均可通過虛擬控制臺實現(xiàn)；④利用Telnet技術(shù)，可實現(xiàn)對聯(lián)網(wǎng)試驗儀器的遠(yuǎn)程管理，解決計算機(jī)軟件故障；⑤利用監(jiān)控攝像頭，實現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻圖像同步傳輸，并利用室內(nèi)音箱，實現(xiàn)遠(yuǎn)程音頻同步傳輸。當(dāng)遇到設(shè)備死機(jī)、線路故障、物理連接問題等導(dǎo)致遠(yuǎn)程控制失效時，可通過音頻遠(yuǎn)程指導(dǎo)任課教師進(jìn)行操作。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)硬件系統(tǒng)將使用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的BSDA （Browser/Sever/Database/Application）結(jié)構(gòu)，即客戶端/服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫/應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通信方面采用C/S（客戶端/服務(wù)器）和B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式相結(jié)合的方式，包括服務(wù)器、聯(lián)網(wǎng)的實驗儀器以及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
（1）應(yīng)用服務(wù)器。服務(wù)器主要提供3類服務(wù)：①支持實驗教學(xué)管理數(shù)據(jù)交互與存儲，主要包括學(xué)生和教師的注冊登錄信息管理以及與實驗教學(xué)管理相關(guān)的教師教學(xué)計劃錄入、學(xué)生選課信息、學(xué)生評教信息、實驗報告以及實驗考試數(shù)據(jù)的管理；②提供實驗教學(xué)資源數(shù)據(jù)庫服務(wù)，存儲教學(xué)課件、演示視頻，預(yù)習(xí)內(nèi)容、虛擬平臺以及實驗儀器介紹等教學(xué)資源；③與實驗教學(xué)服務(wù)相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)，例如提供師生交流論壇、QQ以及微信平臺相關(guān)的應(yīng)用服務(wù)，以供師生隨時隨地進(jìn)行實驗教學(xué)交流。
（2）聯(lián)網(wǎng)的實驗儀器。為了構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗教學(xué)硬件系統(tǒng)，所有實驗儀器也將進(jìn)行相應(yīng)的更新?lián)Q代，均帶有網(wǎng)絡(luò)通信功能，其更新主要從3個方面進(jìn)行：①測量儀器帶有聯(lián)網(wǎng)功能，例如帶有無線通信功能的示波器和萬用表能夠?qū)崟r地將測量數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)，以供學(xué)生課后進(jìn)行在線分析；②仿真和虛擬儀器平網(wǎng)，以供學(xué)生能夠提前進(jìn)行實驗預(yù)習(xí)；③為了保證學(xué)生的用電安全，所有實驗儀器的電源都可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)在線控制。
（3）網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。為了保證學(xué)生安全和實驗室的正常運行，構(gòu)建實驗室監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將由傳感器、攝像頭、無線插座等監(jiān)控終端設(shè)備組成，實現(xiàn)如下功能：①實現(xiàn)對實驗室環(huán)境的監(jiān)控，杜絕實驗室火災(zāi)、有害物質(zhì)泄漏、儀器丟失等狀況發(fā)生；②對學(xué)生實驗操作進(jìn)行實時監(jiān)控，確保學(xué)生的操作規(guī)范和用電安全；③對實驗室儀器的使用狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)控，以配合實驗室和實驗儀器的外借預(yù)約服務(wù)以及實驗設(shè)備的故障維護(hù)工作。
3 教學(xué)評價
傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式是：授課教師先講，講完之后學(xué)生做實驗，實驗內(nèi)容和實驗?zāi)Ｊ绞枪潭ǖ?，學(xué)生在課堂上學(xué)習(xí)的知識是有限的，時間被限制在課堂上的短暫時間內(nèi)，對知識點的掌握和利用很有限[17]?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)模式從傳統(tǒng)的以教為主發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生動手為主，更加注重學(xué)生在實驗中學(xué)到了什么，并注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
現(xiàn)代教育理論認(rèn)為[18]，在教學(xué)中要以學(xué)生為主體，在教師的引導(dǎo)下，提高學(xué)生的獨立思考能力，多開設(shè)計性課程，讓學(xué)生主動去探索新知識。采用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)體系，不僅可以使學(xué)生扎實地掌握基礎(chǔ)知識，鍛煉動手能力，開闊視野，而且在減輕教師管理工作的前提下提高了實驗室利用率。
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)軟件系統(tǒng)非常適合學(xué)生的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在網(wǎng)上在線選擇實驗課程，查看考試成績，并對教師進(jìn)行評教。學(xué)習(xí)過程中，可以在線預(yù)習(xí)，使用虛擬儀器存儲實驗數(shù)據(jù)，并在線提交報告。系統(tǒng)對于課外輔助也有很好的幫助，比如課件閱讀、經(jīng)驗交流、在線答疑。系統(tǒng)的實驗室管理模塊能夠?qū)崿F(xiàn)管理員對實驗室的科學(xué)規(guī)范管理?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的實驗教學(xué)硬件系統(tǒng)非常高效，實驗儀器都支持聯(lián)網(wǎng)，便于在線操作，極大提高了實驗儀器的利用率。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)不僅可以保證學(xué)生實驗操作的安全性，而且可以避免實驗器材丟失。
總體而言，基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗教學(xué)系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，改善了傳統(tǒng)的實驗室管理方法，極大地方便了使用者，又體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所帶來的優(yōu)勢，是典型的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范例，對于實驗教學(xué)的改革提供了指導(dǎo)方向，具有重要意義，值得推廣。
4 結(jié)語
本文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合提出了一種新型的實驗教學(xué)體系。該體系由軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)組成，以學(xué)生為主體，通過教師的引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生探索新知識的熱情，在提高實驗器材管理效率的同時，還保證了學(xué)生的人身安全及儀器設(shè)備使用安全。同時，通過利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，方便了實驗室實驗儀器的管理與維護(hù)，使實驗室的管理更加科學(xué)規(guī)范和高效。
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關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；創(chuàng)新模式；創(chuàng)新研究；傳感器網(wǎng)絡(luò)
中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2014）20-0070-03
一、引言
近些年來，一場關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)暴席卷全球，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things， IOT）技術(shù)被稱為繼計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動通信技術(shù)之后的信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的又一次技術(shù)浪潮，它代表了下一代信息技術(shù)發(fā)展的重要方向。[1] 我國于2009年制定了“感知中國”的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，將其列為重點研究領(lǐng)域。[2] 如果說在過去的十幾年中，計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深刻的改變了現(xiàn)代教育教學(xué)模式，使得單純的依靠紙質(zhì)的教育模式發(fā)展到現(xiàn)在依靠多媒體教學(xué)平臺和遠(yuǎn)程教學(xué)平臺等新型教學(xué)模式。那么物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將使現(xiàn)代教育教學(xué)邁向更高的高度，是現(xiàn)代教育教學(xué)模式提升的新的發(fā)動機(jī)，將使得現(xiàn)代教育教學(xué)模式產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。
在教育領(lǐng)域，新課改提出“大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過程中的普遍應(yīng)用，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合，逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式和師生互動方式的變革，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具”的要求。[3] 目前計算機(jī)多媒體技術(shù)日臻成熟，特別是微處理器技術(shù)的發(fā)展，使得信息裝備從巨型化走向微型化，學(xué)生可以通過微型個人終端設(shè)備了解知識。作為下一代“計算無處不在”的關(guān)鍵技術(shù)，[4] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育改革領(lǐng)域的發(fā)展提供了保障。在新的時期，高校必須具有科技敏銳性，需要不斷采用新技術(shù)、新方法提高教學(xué)管理，以更好的服務(wù)于學(xué)生，所以有必要在教學(xué)領(lǐng)域引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高管理效率和質(zhì)量。
同時，當(dāng)代高校大學(xué)生更具有自我探索精神和獨立思考的能力，他們對新事物嗅覺更靈敏，接受速度更快，對高新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用熱情更高。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代創(chuàng)新教育模式中，在提升教學(xué)管理水平的同時，也有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和對新技術(shù)的感知能力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將有助于全面提升教學(xué)水平和教學(xué)環(huán)境，加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化進(jìn)程。教育物聯(lián)網(wǎng)的時代已經(jīng)來臨，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)模式創(chuàng)新研究可以有效為當(dāng)前高校教育教學(xué)模式探索拓寬思路。
二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特征
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。[5，6] 物聯(lián)網(wǎng)是一個全球的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)獲取開發(fā)和通信能力，將實際物體和虛擬物體聯(lián)系在一起。該網(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)存的互聯(lián)網(wǎng)及其延伸和拓展，并具有具體物體識別、傳感器、激光掃描器和通信連接功能等為其提供獨立聯(lián)合服務(wù)和應(yīng)用基礎(chǔ)。[7]
物聯(lián)網(wǎng)是利用無所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立起來的，主要有以下幾個特點：全面感知，利用RFID、傳感器、二維碼以及其它各種感知設(shè)備，隨時隨地采集各種動態(tài)對象，全面感知世界；可靠的傳輸，感知的信息通過以太網(wǎng)、無線網(wǎng)、移動網(wǎng)進(jìn)行實時傳送。[8] 無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面覆蓋，感知信息的自由傳送成為現(xiàn)實。智能處理，利用云計算技術(shù)及時對海量信息進(jìn)行處理，實現(xiàn)智能化的控制和管理，真正達(dá)到人與物的溝通，如圖1所示。
三、傳統(tǒng)課堂教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)
1.教學(xué)資源有限和教學(xué)過程單一
在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，教學(xué)資源比較有限，特別是在早期，一塊黑板、一本書、一支粉筆貫穿整個教學(xué)過程。在互聯(lián)網(wǎng)時代，多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中被普遍使用，將內(nèi)容投放到黑板上，圖文并茂，使得教師更專注于知識的講解，極大地提高了課堂教學(xué)效率，也提高了學(xué)生的興趣。但是目前的教學(xué)模式中，單純依靠教師講解或使用投影設(shè)備的“開會式的學(xué)習(xí)”枯燥、呆板，學(xué)生缺乏主動；教師的“主導(dǎo)”幾乎完全代替了學(xué)生的“主體”，課堂教學(xué)缺乏活力。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式使得學(xué)生過分依賴教師與書本，造成主體意識淡薄，缺乏創(chuàng)新精神，阻礙其素質(zhì)全面發(fā)展。單調(diào)枯燥的方式對學(xué)生已經(jīng)不再具有吸引力，有限的教學(xué)資源和單一的教學(xué)過程已經(jīng)不能滿足課堂中學(xué)生的需要。
2.繁瑣的傳統(tǒng)的教學(xué)管理需要投入大量的人力物力，費時費力，并且可靠度差
當(dāng)前學(xué)校教學(xué)活動中，需要讓學(xué)生使用大量的教學(xué)儀器設(shè)備，各個學(xué)科都配備了教學(xué)實驗室，作為學(xué)校的固定資產(chǎn)，需要有專人負(fù)責(zé)設(shè)備的管理清點工作。每一個教學(xué)實驗室，在每一天都會有不同班級參與實驗學(xué)習(xí)。一方面，為了防止資產(chǎn)流失，需要投入大量人力物力進(jìn)行教學(xué)管理，另一方面，還需要專業(yè)人員隨時監(jiān)督，防止設(shè)備儀器或者原材料對學(xué)生造成傷害。不但費時費力，可靠性也差。
3.傳統(tǒng)的課外教學(xué)過于單一、枯燥，難以調(diào)動學(xué)生的積極性
課外教學(xué)被稱之為第二課堂，是在課堂教學(xué)以外，以發(fā)展學(xué)生的個性特長、開發(fā)智力、培養(yǎng)能力為中心，有計劃地開展各種教育教學(xué)實驗活動。傳統(tǒng)課外教學(xué)主要使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，這雖然可以方便學(xué)生在任何地方和任何時候都能進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是學(xué)生和教師直接交互較少，主要是學(xué)生聽、教師教的方式，學(xué)生被動的接受，互動性差。
四、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)模式
1.利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能化教學(xué)環(huán)境
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使現(xiàn)實世界中的物體具有感知性和智能性成為可能，可以實現(xiàn)人與機(jī)器之間的交互、人與物品之間的交互、人與人之間的社會互?？腕w可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與虛擬環(huán)境進(jìn)行無縫連接，人與物可以進(jìn)行交流。在課堂教學(xué)中，學(xué)生可以有選擇的獲取教師內(nèi)容，教師可以即時捕捉、分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的需求信息，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。為實現(xiàn)學(xué)生出勤情況的智能統(tǒng)計，可以將RFID芯片集成到學(xué)生一卡通中，教室設(shè)置自動感測RFID信息系統(tǒng)，即時統(tǒng)計學(xué)生人數(shù)。教務(wù)管理部門也可以通過網(wǎng)絡(luò)查詢學(xué)生出勤情況。
對于年齡段較小的學(xué)生教育中，可以讓幼兒佩戴腕帶式標(biāo)簽，學(xué)校通過信息系統(tǒng)自動檢測學(xué)生體溫，當(dāng)體溫異常時，系統(tǒng)將發(fā)出警報并通知相關(guān)人員，及時進(jìn)行處置，同時還可以在標(biāo)簽中配備定位系統(tǒng)，隨時了解學(xué)生的位置，避免幼兒走失和被拐賣，即使發(fā)生意外，也能被及時找到。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以用來控制教室中的教學(xué)設(shè)備，教室內(nèi)安裝具有光敏和溫控的傳感器節(jié)點，通過智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)教室光線強(qiáng)弱自動調(diào)節(jié)教室窗簾的開關(guān)，也可以根據(jù)溫濕度高低調(diào)節(jié)空調(diào)溫度或者進(jìn)行通風(fēng)切換。
2.利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)豐富實驗教學(xué)活動
當(dāng)前實驗過程主要是讓學(xué)生到指定的實驗環(huán)境中進(jìn)行相應(yīng)實驗，但是對于一些需要采用遠(yuǎn)程教學(xué)的活動，如成人教育、遠(yuǎn)程教育等，學(xué)生無法實時參與教學(xué)實驗。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使達(dá)到與現(xiàn)場教學(xué)類似的效果成為可能。通過在實驗室和遠(yuǎn)程終端配置RFID設(shè)備，在本地實驗室將實驗器材加入到物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，實驗過程數(shù)據(jù)被實時采集，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭_(dá)遠(yuǎn)程終端，實驗者在遠(yuǎn)程通過RFID設(shè)備可以實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化。教師在授課過程中可以通過實驗儀器上的RFID遠(yuǎn)程控制教學(xué)儀器，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，將實驗過程與結(jié)果實時顯示在課堂中，學(xué)生也可以遠(yuǎn)程控制實驗設(shè)備，調(diào)整實驗參數(shù)，觀察實驗結(jié)果，實現(xiàn)實驗教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可用于校園安全管理，當(dāng)前學(xué)校學(xué)生人數(shù)密度大，社會閑散人員偽裝成學(xué)生進(jìn)入學(xué)校盜竊事件時有發(fā)生?？梢栽谒奚衢T口設(shè)置RFID系統(tǒng)，自動檢測學(xué)生配戴的智能標(biāo)簽，在顯示屏顯示學(xué)生圖像信息，物管人員很容易區(qū)別校內(nèi)外人員，以保證校園安全。
3.利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)課堂教學(xué)效果的實時測評
當(dāng)前教學(xué)評測一般以督導(dǎo)組聽課，學(xué)期末學(xué)生對教師系統(tǒng)評分為主，這種模式對評價教師教學(xué)水平，督促教師重視教學(xué)質(zhì)量方面效果明顯。但是面臨的主要問題是主觀性強(qiáng)，督導(dǎo)組聽課次數(shù)有限，學(xué)生評價一般在考試成績公布后進(jìn)行，課程已經(jīng)結(jié)束相當(dāng)長一段時間，學(xué)生在評測時隨意度大，反應(yīng)實際情況差，同時也不能反應(yīng)學(xué)生課程活動的情況。教學(xué)活動是雙方面的，教學(xué)評測需要教與學(xué)的雙方參與，所以教學(xué)評測需要反應(yīng)教師和學(xué)生兩個方面的效果，而物聯(lián)網(wǎng)為此提供了技術(shù)可能。實時教學(xué)測評是基于學(xué)生互動反饋系統(tǒng)，可反復(fù)使用。為每個學(xué)生配備簡易傳感節(jié)點，或者在每個課桌上安裝簡易傳感節(jié)點，學(xué)生在一堂課結(jié)束后，可以及時通過傳感器節(jié)點信息輸入屏將教學(xué)信息反饋給教師或者教務(wù)處。另一方面，教師可以通過傳感節(jié)點捕捉學(xué)生上課時的聽課狀態(tài)，教師根據(jù)學(xué)生反饋的信息及時調(diào)整上課方式或內(nèi)容。
4.利用物聯(lián)網(wǎng)拓展課外教學(xué)
課外教學(xué)是學(xué)校教學(xué)的第二課堂，可以有效拓展學(xué)生知識空間和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在一些實踐性較強(qiáng)的課程中，比如農(nóng)學(xué)、林學(xué)等相關(guān)課程，學(xué)生通過實地參觀學(xué)習(xí)可以獲得直觀的體驗與真實的感受。當(dāng)前農(nóng)業(yè)、林業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正逐漸密切結(jié)合，建立相應(yīng)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基地。通過在學(xué)校開展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實踐活動，讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)當(dāng)前的先進(jìn)測量技術(shù)和傳感技術(shù)，使得學(xué)生密切關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實際應(yīng)用的發(fā)展動向。
五、在現(xiàn)代教學(xué)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要意義
1.有利于建立全面和主動的教學(xué)管理體系
當(dāng)前大學(xué)校園的學(xué)習(xí)環(huán)境相對比較寬松，學(xué)生時間較自由，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)教師和學(xué)生的無縫連接。教師可以使用RFID隨時了解學(xué)生的情況，學(xué)生也可以通過RFID隨時與教師建立聯(lián)系。同時，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以有效完善教學(xué)管理的組織、評價和考核系統(tǒng)，從而建立全面的教學(xué)質(zhì)量保障和監(jiān)控體系。
2.有利于構(gòu)建智能的教學(xué)科研環(huán)境
利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)無所不在的特點和信息完整與可靠傳輸特性，可實現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的真正交互。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為實驗教學(xué)提供了一個共享的、安全的、智能化的實驗教學(xué)環(huán)境。徹底改變現(xiàn)行多媒體教學(xué)單一化、實驗過程模擬化、實驗效果抽象化的弊病。
3.有利于創(chuàng)新教學(xué)模式的開展
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)模式更具開放性和創(chuàng)新性。當(dāng)前基于互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)模式是單向輸出，而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)模式具有互動交互性，更能吸引學(xué)生參與和激發(fā)學(xué)生深層思考。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將教學(xué)模式從多媒體技術(shù)支持拓展到全空間全方位的開放模式，有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
4.有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)
將物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方法、產(chǎn)品運用到教與學(xué)的過程及資源的設(shè)計、開發(fā)、利用、管理和評價中，改進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的模式，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神及能力，讓未來學(xué)習(xí)充滿智慧，探討物聯(lián)網(wǎng)對創(chuàng)新教育模式的教學(xué)研究，擴(kuò)充對新時期大學(xué)生創(chuàng)新模式教育的理論研究。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與創(chuàng)新教育模式研究互為促進(jìn)，在思考物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對教學(xué)模式創(chuàng)新研究的探索過程中，也會為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供新的方向，拓展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，并最終會形成一支服務(wù)于創(chuàng)新人才體系的應(yīng)用體系，這同樣具有重要的理論意義。
六、結(jié)束語
本文首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和特征，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展為現(xiàn)代教育教學(xué)模式的創(chuàng)新提供了新的契機(jī)。本文主要研究了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在創(chuàng)新教育模式中的應(yīng)用，作為一項新技術(shù)應(yīng)用，設(shè)計了物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中的若干應(yīng)用模式，給出了物聯(lián)網(wǎng)與課程整合的想法。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代教學(xué)模式中的應(yīng)用具有重大的意義，有利于建立全面和主動的教學(xué)管理體系，有利于構(gòu)建智能的教研環(huán)境和有利于重構(gòu)創(chuàng)新、開放的教學(xué)模式。但是，物聯(lián)網(wǎng)在創(chuàng)新教育中的應(yīng)用研究才剛剛開始。隨著應(yīng)用的深入，物聯(lián)網(wǎng)在創(chuàng)新教育培養(yǎng)中的研究將會逐步深入。
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關(guān)鍵詞：ZigBee；智能化；照明
中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1002-7661（2016）15-337-01
物聯(lián)網(wǎng)的城市照明無線監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)路線，依賴于電力載波通訊組網(wǎng)， GSM短信控制，ZigBee技術(shù)，Z-STACK協(xié)議等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。能有效降低成本，克服載波通信不可換相缺點，保障無線通訊的可靠性。該系統(tǒng)能實現(xiàn)實時采集數(shù)據(jù)，故障分析，發(fā)送短信到管理員手機(jī)上?？筛鶕?jù)不同類型的燈光控制要求，把城市路燈、景觀燈和裝飾燈分成多個監(jiān)控區(qū)，設(shè)置不同的節(jié)能監(jiān)控方案，實現(xiàn)公共照明的智能化運行。本系統(tǒng)的研究重點是整體解決方案，在提出有效的整體解決方案的基礎(chǔ)上，基于校內(nèi)樓宇照明系統(tǒng)搭建試驗原型，驗證系統(tǒng)的性能。
一、系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)用于采集城市特定區(qū)域的光信號，并按指定策略控制相應(yīng)照明設(shè)施動作。系統(tǒng)由監(jiān)控中心和數(shù)據(jù)采集點組成，通過三層交媾智慧系統(tǒng)實現(xiàn)。其硬件組成包括燈組、光強(qiáng)采集節(jié)點、燈控制節(jié)點、ZiggBee-Wifi網(wǎng)關(guān)等硬件系統(tǒng)實現(xiàn)，將硬件系統(tǒng)編寫相應(yīng)的程序?qū)崿F(xiàn)控制，需要網(wǎng)絡(luò)傳輸平臺作為傳輸保障，運行數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上的采集服務(wù)軟件，運行PC上的Web軟件。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架如圖1所示，將路燈節(jié)點設(shè)置路由器，各街頭設(shè)置協(xié)調(diào)器節(jié)點，將協(xié)議植入各節(jié)點，各個節(jié)點信息傳送到路由器，路由器通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)再繼續(xù)上傳信號到PC機(jī)，再到監(jiān)控中心，從而實現(xiàn)路燈智能控制。
二、系統(tǒng)功能
（1）節(jié)點添加、編輯、刪除功能；節(jié)點可以隨時增加和減少，并不能影響系統(tǒng)的正常運行。
（2）節(jié)點的管理通過GIS電子地圖，直觀顯示和查找，某區(qū)域可以任意放大和縮小，終端設(shè)備可以查詢、標(biāo)識、記錄等。
（3）節(jié)點的分級管理，管理中心可以對所有設(shè)備進(jìn)行分區(qū)域管理。
（4）節(jié)點的狀態(tài)監(jiān)控功能，管理中心可以查詢設(shè)備的工作情況，了解設(shè)備的運行情況，能遠(yuǎn)程維護(hù)和升級設(shè)備。
（5）數(shù)據(jù)分析功能：能提供有效的專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計、分析，實時預(yù)警和報警。
三、可行性分析
關(guān)鍵技術(shù)：
數(shù)據(jù)采集技術(shù)：基于Cortex M3、TI CC2431的數(shù)據(jù)采集點設(shè)備應(yīng)滿足多任務(wù)處理需求及低功耗設(shè)計，以便實現(xiàn)組網(wǎng)、控制等多種功能、保證有效降低成本。
節(jié)點組網(wǎng)技術(shù)：采用Mesh組網(wǎng)技術(shù)，基于ARM11構(gòu)建WSN網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，利用自主開發(fā)的通訊協(xié)議實現(xiàn)動態(tài)組網(wǎng)，保證高可靠性、高穩(wěn)定性需求。
數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)：整個系統(tǒng)需提供多種工作模式，如Internet、WiFi、3G或GPRS等，保證各數(shù)據(jù)采集點設(shè)備能實時、有效、可靠接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集點設(shè)備、WSN網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確同步。
數(shù)據(jù)采集點設(shè)備供電技術(shù)：為達(dá)到節(jié)能、降耗的目的，數(shù)據(jù)采集點最好能保證不增加城市照明的額外功耗，采用太陽能供電+市電供電是保證在節(jié)能的同時提高可靠性的有效方式，因此應(yīng)采用MPPT算法開發(fā)高性能、長壽命太陽能電池組件，滿足數(shù)據(jù)采集點供電需求。
數(shù)據(jù)處理技術(shù)：應(yīng)開發(fā)基于GIS及大型數(shù)據(jù)庫的監(jiān)控中心軟件，提供智能分析及人性化交互功能，保證能對整個照明系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控。此處的關(guān)鍵技術(shù)包括GIS技術(shù)、專家數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
可行性分析：作為物聯(lián)網(wǎng)的載體之一，本項目涉及了無限傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動通信與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、軟件技術(shù)等多門學(xué)科，需要多領(lǐng)域技術(shù)人才才能完成。項目組通過與電子科技大學(xué)、重慶四聯(lián)光電技術(shù)有限公司、成都道惟爾科技有限公司的緊密合作，在物聯(lián)網(wǎng)的多項應(yīng)用技術(shù)上取得了一定成果，已具備開發(fā)基于ARM9系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、基于TI公司ZIGBEE技術(shù)方案的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接入通訊基干網(wǎng)的通訊協(xié)議等技術(shù)水平，并推出了一定的實用型產(chǎn)品，在業(yè)界具有領(lǐng)先技術(shù)水平。
學(xué)院已建有嵌入式實訓(xùn)室，具備了網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)開發(fā)條件。新建的智能電子實驗室則以面向物聯(lián)網(wǎng)的實驗、實訓(xùn)和科研為目標(biāo)，在投入使用后，能為本系統(tǒng)提供足夠的實驗條件保障。該系統(tǒng)全面培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計、部署調(diào)試、運行管理、應(yīng)用開發(fā)等方面的關(guān)鍵技能和職業(yè)素養(yǎng)。
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關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；射頻識別技術(shù)；實驗設(shè)備；智能管理
中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)03-0693-02
A Study on the Intelligent Management System of the Experimental Equipment Based on RFID Technology
SHAO Xiao-qiang,WU Jun-qiang
( School of Mathematics, Physics and Information Engineering, Jiaxing University, Jiaxing 314001,China)
Abstract: This article first elaborates the existing problems in the college laboratory equipment management, and then introduces RFID and RFID technology, RFID technology is put forward the construction of the college laboratory equipment management system based on RFID technology and finally analyses the corresponding application effect.
Key words: RFID radio frequency identification technology; experimental equipment; intelligent management
人才培養(yǎng)、科學(xué)研究、服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、文化傳承創(chuàng)新是高校的四大職能。實驗室是高校人才培養(yǎng)的重要保障，是科學(xué)研究的主要基地，是社會服務(wù)和文化傳承創(chuàng)新的主要場所。隨著中國高等教育事業(yè)的快速發(fā)展，高校的實驗室得到了跨躍式發(fā)展，實驗室設(shè)備的數(shù)量和檔次都有了極大的提升，那么設(shè)備的智能化管理就顯得越來越重要。如何利用新技術(shù)加強(qiáng)設(shè)備的管理和使用，使其充分為教學(xué)實驗、科學(xué)研究服務(wù)，就成為各高校在實驗設(shè)備管理中急需解決的一個重要問題。
1目前高校實驗設(shè)備管理存在的通用問題
目前全國各高校的實驗設(shè)備管理基本還是采用傳統(tǒng)管理方式，大多是采用設(shè)備卡片或紙制標(biāo)簽，通過手工方式管理。傳統(tǒng)的設(shè)備標(biāo)簽只能表示設(shè)備的名稱、型號、規(guī)格、購期等信息，而且標(biāo)簽很容易脫落，幾乎每年都要重新制作標(biāo)簽。這樣會加大設(shè)備管理人員的工作量。另外，依靠手工管理，效率低，容易錯，設(shè)備標(biāo)簽更新困難，不方便使用計算機(jī)軟件管理，更難做到使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行動態(tài)跟蹤管理。雖然有些高校嘗試采用新的方法，但結(jié)果都不盡人意。具體問題歸納為如下幾點：
1)管理手段跟不上，造成重復(fù)購置設(shè)備。學(xué)校各二級學(xué)院在購置實驗設(shè)備時對所要采購的設(shè)備調(diào)研不夠，對設(shè)備的功能沒有進(jìn)行深度了解，對整個設(shè)備的利用率沒有充分考慮，僅僅根據(jù)某門課程實驗或一個科研項目的需要而定。這樣勢必會造成所選設(shè)備功能不齊全，很難做到設(shè)備共享，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備的重復(fù)購置。
2)不能對實驗設(shè)備實時查詢、動態(tài)跟蹤監(jiān)管和安全監(jiān)控，導(dǎo)致設(shè)備丟失時有發(fā)生，給學(xué)校教學(xué)帶來嚴(yán)重影響，造成不必要的損失。
3)建立和管理臺帳繁瑣。新采購的實驗設(shè)備入賬每次均要通過大量的手工操作進(jìn)行分類登記，工作繁重，而且容易出錯。
4)設(shè)備帳物卡清查工作不具備智能化。根據(jù)實驗設(shè)備管理規(guī)定每年要對設(shè)備等資產(chǎn)進(jìn)行清查，清查時要花大量的人力物力進(jìn)行帳物卡的核對，費時費力，效率低下、出錯率高。
5)大型儀器設(shè)備的許多技術(shù)參數(shù)和配置信息很難管理。參數(shù)和信息記錄在數(shù)據(jù)庫表或者電子文檔里面，系統(tǒng)實施或維修需要時，查詢和變更很麻煩，大大降低了工作效率，增加了維護(hù)維修成本。
2物聯(lián)網(wǎng)和射頻識別技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別技術(shù)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個重要特征?；赗FID的物聯(lián)網(wǎng)是指將現(xiàn)實世界中所有物品通無線射頻識別等傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)對這些物品的智能化識別和管理。
RFID技術(shù)是一種非接觸的自動識別技術(shù)，其重要原理是利用射頻信號和耦合傳輸特性，實現(xiàn)對被識別物體的自動識別。最基本的射頻識別系統(tǒng)由三部分組成：標(biāo)簽、閱讀器和天線。在射頻識別的實際應(yīng)用中，電子標(biāo)簽貼在物體上，當(dāng)貼有電子標(biāo)簽的物 體通過其可識別范圍時，閱讀器會自動以無接觸的方式將標(biāo)簽中的信息讀取出來，實現(xiàn)自動識別物體或自動收集物體標(biāo)志信息的功能。在基于RFID技術(shù)的智能型實驗設(shè)備管理系統(tǒng)中，還要利用中間件、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備完成識別系統(tǒng)的管理。
3基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)的高校實驗設(shè)備管理系統(tǒng)的構(gòu)建
高校實驗室種類多，實驗設(shè)備分布范圍廣。實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)最根本的目的是實現(xiàn)高效率科學(xué)化管理，實驗實管理人員在辦公室通過網(wǎng)絡(luò)就能監(jiān)控所有設(shè)備，減輕人力、物力、財力的投入，提高工作效率、管理水平和管理效能，真正實現(xiàn)實驗設(shè)備的精細(xì)化管理，提高實驗設(shè)備管理的速度和準(zhǔn)確性，使各種設(shè)備管理能真正落到實處。系統(tǒng)的設(shè)計是結(jié)合嘉興學(xué)院實驗室實際情況，充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和校園網(wǎng)平臺，通過采用智能算法來優(yōu)化各個子系統(tǒng)中的目標(biāo)函數(shù)，從而提高設(shè)備管理和維護(hù)的水平，促進(jìn)實驗儀器設(shè)備的智能化與網(wǎng)絡(luò)化管理進(jìn)程。
3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)的高校實驗設(shè)備管理系統(tǒng)包括:服務(wù)器，管理機(jī)、RFID標(biāo)簽、固定式或移動式讀寫器，中間件，實驗設(shè)備管理系統(tǒng)等。其中服務(wù)器是整個實驗設(shè)備管理系統(tǒng)的核心部分，它主要包括實驗室信息和實驗設(shè)備信息等數(shù)據(jù)庫。管理機(jī)通過設(shè)備管理系統(tǒng)對實驗設(shè)備進(jìn)行智能化管理。RFID標(biāo)簽用于提供實驗設(shè)備識別的唯一編碼，記錄實驗設(shè)備信息。固定式讀寫器用于實驗設(shè)備的定位及跟蹤，手持式讀寫器主要對分散、小型實驗設(shè)備信息進(jìn)行采集以及實驗設(shè)備變動或清查時使用。RFID中間件為是讀寫器和設(shè)備管理系統(tǒng)提供接口。實驗設(shè)備管理系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)的維護(hù)和管理。
3.2軟件設(shè)計
基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)的高校實驗設(shè)備管理系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)統(tǒng)一存放在實驗中心服務(wù)器，各實驗室通過瀏覽器對自己實驗室的設(shè)備進(jìn)行管理。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，采用模塊化設(shè)計，這有利于各功能的完善性及可擴(kuò)充性。系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)需要分為四個模塊，充分實現(xiàn)驗儀器設(shè)備的智能化與網(wǎng)絡(luò)化管理。
3.2.1設(shè)備管理模塊
該模塊主要為各學(xué)院實驗中心使用，是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，它包含了以下幾個功能模塊:實驗設(shè)備入庫、實驗設(shè)備驗收、大型儀器設(shè)備管理、設(shè)備變動管理。設(shè)備管理模塊的使用是通過管理員權(quán)限設(shè)置后，各實驗中心進(jìn)入各自的設(shè)備管理模塊，實時通過網(wǎng)絡(luò)對新購實驗設(shè)備辦理入庫登記手續(xù)，設(shè)備管理員進(jìn)行設(shè)備驗收審核后，等待實驗室與設(shè)備管理處領(lǐng)導(dǎo)確認(rèn)通過后，錄入的數(shù)據(jù)會自動加入到設(shè)備數(shù)據(jù)庫中，實驗中心可以自行打印入庫驗收單以便辦理設(shè)備財務(wù)報銷手續(xù)。大型儀器設(shè)備管理和管理機(jī)主要實現(xiàn)對現(xiàn)有設(shè)備的實時查詢、監(jiān)管和安全監(jiān)控（通過手機(jī)、ipad等終端實現(xiàn)遠(yuǎn)程報警）。實驗設(shè)備如需變動，各實驗中心可通過設(shè)備變動管理模塊向?qū)嶒炇遗c設(shè)備管理處提交變動申請，等待實驗室與設(shè)備管理處核實后實時辦理相關(guān)手續(xù)。
圖1系統(tǒng)運行效果圖（設(shè)備入庫）
3.2.2數(shù)據(jù)管理模塊
該模塊是主要包含：查詢、數(shù)據(jù)上報、報表、對帳4個功能模塊，是核心部分。在開發(fā)系統(tǒng)中，采用了智能算法來優(yōu)化系統(tǒng)中的目標(biāo)函數(shù)，利用數(shù)據(jù)挖掘來提高數(shù)據(jù)的處理效率。
3.2.3系統(tǒng)維護(hù)模塊
該模塊是主要包括：系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)庫管理、實驗室管理、用戶管理、數(shù)據(jù)備份6個功能模塊，是關(guān)鍵部分。系統(tǒng)維護(hù)模塊主要是針對設(shè)備數(shù)據(jù)庫的管理，同時包含了人員的注冊授權(quán)等。數(shù)據(jù)備份模塊，可避免因為計算機(jī)病毒或網(wǎng)絡(luò)攻擊等原因使系統(tǒng)遭受破壞，從而保障系統(tǒng)的及時恢復(fù)和安全運行。
3.2.4信息管理模塊
該模塊主要包含：技術(shù)討論、意見反饋、信息、相關(guān)制度、辦事流程5個功能模塊。
4使用效果分析
使用基于物聯(lián)網(wǎng)的智能型實驗設(shè)備管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了設(shè)備動態(tài)跟蹤管理，真正實現(xiàn)24小時的無間歇監(jiān)控。實驗設(shè)備的基本數(shù)據(jù)、實驗過程、實驗設(shè)備的全生命周期以及設(shè)備的安全監(jiān)控做到了全過程、全方位的系統(tǒng)管理，并實現(xiàn)了遠(yuǎn)程管理。減輕了實驗設(shè)備管理人員的工作量，有效增強(qiáng)了實驗室與設(shè)備管理處和教務(wù)處等相關(guān)職能部門的管理能力，從而提高了工作效率、提高了設(shè)備利用率、節(jié)約了設(shè)備采購成本、增強(qiáng)了管理水平。
1)相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)通過本系統(tǒng)，很容易掌握全校各實驗中心的使用情況及設(shè)備資產(chǎn)情況，進(jìn)一步加強(qiáng)實驗設(shè)備的調(diào)控性，解決實驗設(shè)備的重置與閑置。同時對申報的新建項目、改擴(kuò)建項目的審批、決策提供科學(xué)可靠的依據(jù)。
2)當(dāng)設(shè)備的配置發(fā)生改變化時，用手持式讀寫器將很方便地完成修改電子標(biāo)簽的內(nèi)容，同時新的信息可自動發(fā)送到服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的更新，實時保持標(biāo)簽內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫記錄的一致性。
3)打破原來大規(guī)模、定期的實驗設(shè)備等固定資產(chǎn)清查工作，轉(zhuǎn)化為實時監(jiān)測，定期或不定期地進(jìn)行清查盤點。實驗室人員通過網(wǎng)絡(luò)可以在辦公室實時檢測所有設(shè)備的位置和完好情況，有效地加強(qiáng)了實驗設(shè)備等資產(chǎn)的監(jiān)督，保證了學(xué)校固定資產(chǎn)的安全。
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關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；實踐教學(xué)體系；模塊化；課程群
中圖分類號：G642；TP39 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）01-0-03
0 引 言
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是教育部為服務(wù)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)而開辦的新型專業(yè)[1]，自2010年起，國內(nèi)已先后有700多所高校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)[2]。經(jīng)過6年的教學(xué)實踐，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在課程設(shè)置和人才培養(yǎng)模式上取得了很大進(jìn)步，但現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的畢業(yè)生還無法滿足物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，大部分畢業(yè)生只能支持產(chǎn)業(yè)的初級工作，而能夠勝任物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、開發(fā)和管理等方面的創(chuàng)新型工程應(yīng)用人才十分緊缺。高校仍然處在物聯(lián)網(wǎng)教育的初級階段，人才培養(yǎng)體系不夠完善，特別是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)還比較薄弱。本文針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)中存在的問題，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的知識體系結(jié)構(gòu)和信陽師范學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案，以培養(yǎng)滿足物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需要的創(chuàng)新型應(yīng)用人才為目標(biāo)，提出一套基于模塊化的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學(xué)體系。
1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)存在的問題
目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)主要存在以下問題：
（1）沒有形成系統(tǒng)化的課程設(shè)置體系，課程多而不精。由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一門多學(xué)科交叉專業(yè)，很多高校在課程設(shè)置上求全不求精，學(xué)生畢業(yè)后盡管知識面較廣但無一技之長。
（2）各課程自成體系，教師只注重相關(guān)知識。
（3）實驗教學(xué)模式單一，大部分實驗還只停留在單門課程的驗證性實驗上，缺少本門課程內(nèi)容的講解，很少涉及課程間的相互聯(lián)系，學(xué)生很難全面、系統(tǒng)的掌握與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程相互融合的綜合性實驗，學(xué)生綜合知識運用能力差。
（4）缺乏有實際開發(fā)經(jīng)驗的教師。高校教師的來源主要是高校應(yīng)屆畢業(yè)生，缺乏企業(yè)工作驗和工程實踐開發(fā)經(jīng)歷。
2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系模塊化的意義
教學(xué)模塊是圍繞特定主題、特定技能訓(xùn)練所開展教學(xué)活動的組合[3，4]。模塊化根據(jù)專業(yè)知識體系結(jié)構(gòu)和人才培養(yǎng)目標(biāo)，把內(nèi)容聯(lián)系緊密、內(nèi)在邏輯性強(qiáng)、屬同一技能范疇的課程作為一個模塊來開展教學(xué)。對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生而言，實踐教學(xué)體系模塊化具有十分重要的現(xiàn)實意義。
2.1 優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)，提高實驗課程教學(xué)質(zhì)量
由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是一個多學(xué)科交叉專業(yè)，涉及計算機(jī)、電子、通信、自動化等學(xué)科[5]，目前專業(yè)指導(dǎo)思想不明確，課程規(guī)劃繁雜，很多課程之間教學(xué)內(nèi)容重復(fù)，課程特色不夠鮮明，開課次序不合理，導(dǎo)致課堂效率低下，實驗內(nèi)容單一，部分內(nèi)容重復(fù)，達(dá)不到通過實驗提高學(xué)生知識運用能力、動手能力和創(chuàng)新能力的目的。而模塊化實踐教學(xué)將針對某一特定主題、技能開展教學(xué)活動，同一模塊內(nèi)任課教師構(gòu)建教學(xué)團(tuán)隊，明確各門課程的教學(xué)任務(wù)，體現(xiàn)課程特色，整體優(yōu)化教學(xué)體系，避免課程之間開課次序不合理、前后不銜接、內(nèi)容重復(fù)等問題，提高實驗課程教學(xué)質(zhì)量。
2.2 口徑寬與能力專相結(jié)合，培養(yǎng)個性化人才
從物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)來看，要求學(xué)生掌握電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等眾多實用技術(shù)，但受到教學(xué)總課時與學(xué)生精力、興趣愛好等方面的限制，學(xué)生很難全面掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)。而模塊化實踐教學(xué)可以根據(jù)學(xué)生的興趣愛好、就業(yè)方向，提供個性化實踐教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)生在某一方面的實踐能力和創(chuàng)新能力，使學(xué)生畢業(yè)后有一技之長，提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。
2.3 促進(jìn)教師從“單師型”向“雙師型”轉(zhuǎn)變
目前高校教師主要來源于高校應(yīng)屆畢業(yè)生，盡管這些教師具有較高的學(xué)歷，理論基礎(chǔ)扎實，但缺乏企業(yè)工作經(jīng)驗，實踐操作能力相對薄弱，大部分老師只有教師資格證，沒有工程師資質(zhì)。而開展模塊化實踐教學(xué)，教師必須提高自身的實踐操作能力和項目開發(fā)能力，促使教師到企業(yè)學(xué)習(xí)、進(jìn)修，促進(jìn)教師從“單師型”向“雙師型”轉(zhuǎn)變。
3 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系模塊劃分的依據(jù)和原則
實踐教學(xué)體系模塊化并不是把物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程按照相近程度進(jìn)行簡單劃分，這是一項系統(tǒng)的工程，必須遵循一定的原則才能制定系統(tǒng)、科學(xué)、可操作的實踐教學(xué)體系。在劃分模塊時，要遵循以下原則：
（1）系統(tǒng)性原則。系統(tǒng)研究物聯(lián)網(wǎng)知識體系架構(gòu)，從“物聯(lián)網(wǎng)”系統(tǒng)的角度來劃分模塊。
（2）實用性原則。制定出的實踐教學(xué)體系要具有實用性、針對性和高效性。在劃分模塊時，要分析每門實驗課程的特色及實驗應(yīng)達(dá)到的目的和要求，注重同一模塊內(nèi)課程間知識的滲透、融合與前后銜接關(guān)系，強(qiáng)化學(xué)生的知識綜合運用能力、實踐能力和創(chuàng)新能力。
（3）遵循教育教學(xué)規(guī)律。實踐教學(xué)要符合教育教學(xué)規(guī)律，循序漸進(jìn)，從認(rèn)知實踐教學(xué)到專業(yè)技能實踐教學(xué)，再到綜合性創(chuàng)新性實踐教學(xué)，逐步提高學(xué)生的動手能力。
（4）符合學(xué)校實際情況。要根據(jù)學(xué)校師資力量和學(xué)校實驗室條件來制定切實可行的實踐教學(xué)體系。
4 實踐教學(xué)模塊的劃分
在劃分模塊時，必須深入研究物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，理清各層所包含的主要技術(shù)及各層之間的關(guān)系。物聯(lián)網(wǎng)是指通過傳感器、射頻識別等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實現(xiàn)智能化識別、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，其主要特征是通過傳感器、射頻識別等方式獲取物質(zhì)世界的信息，通過互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的傳送與交互，采用智能計算技術(shù)對信息進(jìn)行分析處理，提高對物質(zhì)世界的感知能力，實現(xiàn)智能化決策和控制[6]。物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)可以根據(jù)信息生成、傳輸、處理和應(yīng)用劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)處理層和應(yīng)用層[7，8]。依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)知識體系結(jié)構(gòu)、信陽師范學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案和教育教學(xué)規(guī)律，把物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學(xué)體系分為認(rèn)知實踐教學(xué)模塊、程序設(shè)計與算法分析實踐教學(xué)模塊、感知層實踐教學(xué)模塊、網(wǎng)絡(luò)層實踐教學(xué)模塊、數(shù)據(jù)處理層實踐教學(xué)模塊和應(yīng)用層實踐教學(xué)模塊。
4.1 認(rèn)知實踐教學(xué)模塊
認(rèn)知實踐教學(xué)模塊主要包括計算機(jī)引論和物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論這兩門課程的實踐教學(xué)。該模塊實踐教學(xué)的目的是讓學(xué)生掌握計算機(jī)硬件、軟件、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)的組成及相關(guān)技術(shù)，明確各專業(yè)課程的意義和相互聯(lián)系，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅實基礎(chǔ)。實踐教學(xué)主要將教師演示與學(xué)生操作相結(jié)合，讓抽象的理論通過實驗演示變得形象，讓學(xué)生動手操作以激發(fā)學(xué)生的求知欲。計算機(jī)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)，在講授計算機(jī)引論時，應(yīng)增加物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)知識，既完善了計算機(jī)引論的知識體系，又為學(xué)生學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論打下堅實的基礎(chǔ)。例如在演示計算機(jī)硬件組成時，可以增加對單片機(jī)、ARM芯片的講解和演示；在做操作系統(tǒng)實驗時，增加嵌入式操作系統(tǒng)的實驗。物聯(lián)網(wǎng)是計算機(jī)技術(shù)的一個典型應(yīng)用，在講授物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論時，要復(fù)習(xí)計算機(jī)引論相關(guān)內(nèi)容，把兩門課程中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析、對比，不僅可以加深學(xué)生對知識的理解，而還以激發(fā)學(xué)生思考問題。通過這兩門課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生明白計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的聯(lián)系與差別，有利于學(xué)生的學(xué)業(yè)規(guī)劃和職業(yè)規(guī)劃。
4.2 程序設(shè)計與算法分析實踐教學(xué)模塊
程序O計與算法分析實踐教學(xué)模塊主要包括C語言程序設(shè)計和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)這兩門課程的實踐教學(xué)。該模塊的實踐教學(xué)目的是讓學(xué)生掌握C語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計等知識，著重提高編程能力和算法分析與設(shè)計能力。C語言程序設(shè)計實踐教學(xué)從基礎(chǔ)語法知識開始，逐步引入經(jīng)典、有趣且與日常生活聯(lián)系緊密的案例，引導(dǎo)學(xué)生從解決問題出發(fā)，學(xué)習(xí)編程知識，并培養(yǎng)學(xué)生的編程思維，提高學(xué)生的編程興趣和編程能力。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要讓學(xué)生掌握經(jīng)典數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)及相關(guān)算法實現(xiàn)，重點是數(shù)據(jù)的組織結(jié)構(gòu)和算法實現(xiàn)。
4.3 感知層實踐教學(xué)模塊
感知層主要負(fù)責(zé)信息的采集和短距離傳送，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的核心層。我校針對感知層開設(shè)的課程有電子線路、數(shù)字邏輯、計算機(jī)組成原理、微機(jī)原理與接口、嵌入式系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、射頻識別技術(shù)、ZigBee技術(shù)等課程。本模塊實踐教學(xué)課程多，開課時間跨度大，且課程間知識聯(lián)系緊密，所以實驗教學(xué)內(nèi)容一定要注意課程間的聯(lián)系。依據(jù)課程間的相互關(guān)系，該模塊實踐教學(xué)可以細(xì)分為硬件課程群和數(shù)據(jù)采集課程群。
4.3.1 硬件課程群
該課程群包括電子線路、數(shù)字邏輯、計算機(jī)組成原理、微機(jī)原理與接口和嵌入式系統(tǒng)5門課程，主要使學(xué)生掌握計算機(jī)硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，使學(xué)生具有計算機(jī)系統(tǒng)硬件開發(fā)能力和針對具體硬件進(jìn)行軟件開發(fā)的能力。該課程群的實驗教學(xué)不僅加深了學(xué)生對理論知識的理解和鞏固，還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下堅實基礎(chǔ)。目前，我校該課程群的實驗采用“軟件設(shè)計與仿真”和真實的硬件開發(fā)平臺相結(jié)合的方式。軟件設(shè)計與仿真實驗主要是加深學(xué)生對理論知識的理解和運用，真實的硬件開發(fā)平臺主要提高學(xué)生的動手能力和調(diào)試能力，這兩種形式虛實結(jié)合，相輔相成，各有優(yōu)勢。
4.3.2 數(shù)據(jù)采集課程群
該課程群包括傳感器技術(shù)、信號與系統(tǒng)、RFID技術(shù)、ZigBee技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)等課程，主要讓學(xué)生掌握傳感器的基本原理、信號處理、數(shù)據(jù)采集、無線通信及組網(wǎng)技術(shù)等，使學(xué)生具有設(shè)計和開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的能力。目前，我校以北京奧爾斯科技股份有限公司開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗箱為平臺，依次開設(shè)有CC2530基礎(chǔ)實驗、傳感器及控制器模塊實驗、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)通信實驗和嵌入式網(wǎng)關(guān)實驗，通過這4部分的實驗，逐步提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。
4.4 網(wǎng)絡(luò)層實踐教學(xué)模塊
網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)信息的傳輸。該模塊的內(nèi)容使學(xué)生能夠清晰地認(rèn)識信息傳輸?shù)倪^程、原理和應(yīng)用，從而使學(xué)生能根據(jù)實際需要選擇合適的通信方式構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。我校針對網(wǎng)絡(luò)層開設(shè)的課程有通信原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理、TCP/IP協(xié)議分析、物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)等課程。首先需要學(xué)習(xí)通信原理課程，主要內(nèi)容有與信號相關(guān)的基礎(chǔ)知識、模擬傳輸、數(shù)字基帶傳輸、基本的數(shù)字頻帶傳輸、模擬信號數(shù)字化與PCM、信號空間分析與多元數(shù)字傳輸、現(xiàn)代數(shù)字傳輸技術(shù)、多用戶與無線通信、信息論基礎(chǔ)以及糾錯編碼等內(nèi)容，使學(xué)生掌握通信的基本原理；其次，通過學(xué)習(xí)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理、TCP/IP協(xié)議分析等課程，使學(xué)生認(rèn)識信息傳輸?shù)膶崿F(xiàn)機(jī)制和具體技術(shù)；然后學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)等課程，使學(xué)生了解信息傳輸中應(yīng)該考慮的實際問題；最后，通過物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠構(gòu)建可行的通信網(wǎng)絡(luò)，同時能夠使學(xué)生把所學(xué)的知識貫穿起來，并在實踐中加以應(yīng)用。
4.5 數(shù)據(jù)處理層實踐教學(xué)模塊
數(shù)據(jù)處理層對網(wǎng)絡(luò)層傳輸來的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、處理和智能決策服務(wù)等。通過該模塊的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)工程中數(shù)據(jù)處理的基本過程、工作原理和主要方法，并利用這些知識對典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域提出具體的數(shù)據(jù)處理方案。我校針對數(shù)據(jù)處理層開設(shè)的課程有云計算、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等課程。通過云計算課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生熟悉當(dāng)前常用的海量數(shù)據(jù)存儲方案和并行計算框架；通過物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握常用的采集數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法，確保采集數(shù)據(jù)的有效性；通過數(shù)據(jù)挖掘和人工智能課程的學(xué)習(xí)，使用相關(guān)知識能夠在大量采集的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有價值的規(guī)律并加以驗證，最后，將發(fā)現(xiàn)的有價值的規(guī)律應(yīng)用到實踐中，產(chǎn)生實際的應(yīng)用價值。
4.6 應(yīng)用層實踐教學(xué)模塊
應(yīng)用層主要為用戶提供良好的解決方案。我校針對應(yīng)用層開設(shè)的課程有數(shù)據(jù)庫技術(shù)、操作系統(tǒng)、Linux操作系統(tǒng)、Java語言、網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)、移動軟件開發(fā)技術(shù)等課程，主要讓學(xué)生掌握數(shù)據(jù)庫技術(shù)、操作系統(tǒng)原理、網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)和移動軟件開發(fā)技術(shù)，能根據(jù)實際需求設(shè)計并實現(xiàn)高效、可用的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層軟件。在前述各模塊的基礎(chǔ)上，該模塊教學(xué)過程以典型應(yīng)用驅(qū)動的方式開展。以當(dāng)?shù)厮|(zhì)檢測、茶葉種植場所的土壤養(yǎng)分監(jiān)控為例，使用Java語言，基于Linux操作系統(tǒng)和MySQL關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，以Browser/Server架構(gòu)為指導(dǎo)，實現(xiàn)此類型的物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用，用戶可以通過移動設(shè)備方便、快捷地使用這些系統(tǒng)。通過該模塊的實踐教學(xué)，最終使學(xué)生將所學(xué)知識運用到實踐中，讓學(xué)生深刻體會到實踐在學(xué)習(xí)中的重要性，從而提高他們學(xué)習(xí)和從事研究的興趣。
5 模塊化實踐教學(xué)體系實施方案
為了達(dá)到模塊化實踐教學(xué)目的，必須遵循教學(xué)規(guī)律，制定由淺入深，循序漸進(jìn)的實施方案，整個實踐教學(xué)過程大體按照認(rèn)知實踐教學(xué)模塊、程序設(shè)計與算法分析實踐教學(xué)模塊、感知層實踐教學(xué)模塊、網(wǎng)絡(luò)層實踐教學(xué)模塊、應(yīng)用層實踐教學(xué)模塊和數(shù)據(jù)處理層實踐教學(xué)模塊的次序開展。由于每個模塊包含多門課程，各模塊之間開課時間有部分重疊。為進(jìn)一步提高學(xué)生的動手能力和綜合知識運用能力，在大四上學(xué)期根據(jù)學(xué)生興趣和就業(yè)方向開展有針對性的C合性實踐教學(xué)，使學(xué)生具有一技之長。具體實踐教學(xué)體系如表1所列。
6 結(jié) 語
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是集計算機(jī)專業(yè)、通信專業(yè)、自動化專業(yè)為一體的交叉學(xué)科，是一個典型的基于工程應(yīng)用的學(xué)科。因此，實踐教學(xué)對人才培養(yǎng)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。本文針對目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)存在的問題，提出一套基于模塊化的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系。該實踐教學(xué)體系有以下優(yōu)點：
（1）層次清晰。從認(rèn)知教學(xué)到專業(yè)技能模塊教學(xué)，再到綜合性實踐教學(xué)，由淺入深，由易到難，層次清晰，環(huán)環(huán)相扣。
（2）教學(xué)目標(biāo)明確。通過系統(tǒng)化的分析方法將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的眾多課程分為6個模塊來開展實踐教學(xué)，每個模塊教學(xué)目標(biāo)明確，著重強(qiáng)化學(xué)生的動手能力和綜合應(yīng)用能力，提高實踐教學(xué)的效果。
（3）人才特色鮮明。除認(rèn)知實踐教學(xué)模塊外，每個實踐教學(xué)模塊都對應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一個就業(yè)方向，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣，加強(qiáng)該模塊的學(xué)習(xí)和實踐開發(fā)，使學(xué)生具有一技之長。經(jīng)過多年教學(xué)實踐表明，該方案科學(xué)合理、切實可行，教學(xué)質(zhì)量得到顯著提高。
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