绪论:写作既是个人情感的抒发,也是对学术真理的探索,欢迎阅读由发表云整理的11篇物联网学的技术范文,希望它们能为您的写作提供参考和启发。
中图分类号:G424 文献标识码:A
物联网(the Internet of Things,IOT)是新一代信息技术的重要组成部分,简单理解,物联网就是物物相连的互联网。随着现代信息技术的飞速发展,物联网技术得到了很多高校、科研单位及企事业单位的高度重视。随着单片机、嵌入式无线技术的飞速发展,为物联网技术实现提供了必备条件。微控制器(Microcontroller Unit,MCU),即单片微型计算机,它是多数高校电子信息类、通信类等专业的骨干课程。但目前,高校仍以51系列单片机为主,在教学内容与教学方法上还保持着最古老的模式,仅仅围绕指令和程序展开。缺乏时效性,根本无法与大背景下的社会需求相契合。
1 物联网技术介绍
1.1 概念及简介
物联网是物体通过智能感应装置,经过传输网络到达指定的信息处理中心,实现物与物、人与物之间的自动化信息交互、信息处理的智能网络。
物联网技术应用前景分析:美国权威咨询机构FORRESTER预测:到2020年,世界上物物互联的业务,跟人与人通信的业务相比,将达到30比1,因此,“物联网”被称为是下一个万亿级的通信业务。“物联网”也被称之为继计算机、互联网之后,世界信息产业的第三次浪潮。
1.2 单片机教学现状与改革
(1)教学涉及面广:众所周知,单片机课程几乎覆盖了所有的工科院校,通信、自动化、电子等很多专业都需要学习单片机课程。(2)教学占主要方面:在高职院校单片机教学中,相应课程的设置、实践教学环节的安排都划归在单片机的课程体系中,并且将单片机实践考核作为学生综合能力判断的一个重要部分。因此,在过去的很长一段时间,各大高职院校都相继提出了关于单片机教学改革的新理念,大都是以强调学生的操作能力、创新能力,但这种实践操作往往跟在大环境下的时代需要是有相差的。(3)教学方式一成不变:很长一段时间以来,单片机课程的教学基本都是按照固定模式进行的。以汇编语言或C语言两种编程语言为主,先从指令到程序再到辅助项目配合教学。这种围绕软件—指令—程序展开,不符合单片机课程的教学目标。教学体系的一成不变,就没有新方向供教学利用,学生们也就同样按照固定的思路去分析,最终导致单片机课程教学几十年还滞留在原地。(4)教学方法老旧:传统的课堂讲授法,将学生的学习积极性过多地限制在理论课堂上,而单一的实验课和我们之前提出的单片机课程改革的初衷背道而驰。久而久之,单片机的课程改革就成了一句没能实现的空话。要杜绝这种现象,必须从根本上改变教学方法和教学思想。(5)实践教学重视度不够:实验手段单一且脱离实际。在实验课上,仅仅以实验箱作为条件,以十几个匹配程序作为参考,停留在单片机课程的表面,也就掌握不了单片机课程的精髓。学生动手、动脑解决问题的能力也会大打折扣。
2 单片机课程与物联网技术结合的必要性
物联网时代对单片机或嵌入式教学改革提供了机遇和挑战。与此同时,对单片机教学的各个方面也有了新定位。物联网及其相关技术的发展,为单片机教学改革提供了丰富的教学题材、内容和实现方法,这也就是单片机课程与物联网技术结合的目的。
(1)必要性:从目前各高职高专院校单片机的教学情况分析,学生的学习态度、反映、学习效果等方面都在很大程度上促进单片机的教学改革。并且应将培养高技能人才作为高职高专院校的发展定位,将为企业培养出更多有用的人才作为根本目标。换个角度说,物联网技术的发展势必也会要求高职院校培养相应的人才。因此,从市场的被动需要到主动需要也是我们将两者结合的初衷。
(2)可行性:在单片机教学过程中,型号的选择还是以MCS-51为主,并配合无线SOC单片机。这样可将传统的单片机教学顺延、加强。整个核心课程的设置都不需要改变,以物联网课程为主线,配合嵌入式系统,在以单片机、网络等课程为辅,这样就可以构成一个较完善的物联网与单片机结合的体系。
3 教学改革的思路和措施
3.1 教学内容、方法和思路
教学内容方面:教学过程中应以物联网系统应用为背景,硬件系统选择还是以MCS-51型号为主。其中,应将单片机教学过程中以前忽略的部分重视进来,如A/D、D/A模块、串行通信模块等。软件系统选择ZigBee协议栈,利用实例法讲授协议栈的各层。当然,在高职教学过程中,软件系统和网络协议部分教学不必深入讲解,应以学生的实际操作能力为主。
教学方法方面:传统单片机教学,通常采用案例引导法,明确任务,任务构思、完成任务的固定模式来完成教学任务。任务的构思应以物联网数据采集、无线通信作为主要切入口,构造有实用意义的方案。
3.2 突出实践教学环节
单片机教学重于实践,没有实践,那这门课就是形同虚设,学生只会一味地死记程序而不懂得解决问题。在实践教学中,教师和学生应该有互动,建立一个分工明确的学习团队。教师在团队中只起到引导作用,将充分的时间留给学生自主思考、自主完成实验项目。
实验室的建设:将学校实验室的操作平台使用于理论教学中,在实践教学中应建立模块化的SOC单片机实验系统。编译软件同样使用Keil,方便代码移植和实验兼容等,减少教学工作量。
中图分类号:G40-057 文献标识码:A 文章编号:1673-8454(2011)21-0076-03
物联网被认为是继计算机、互联网之后信息产业的第三次浪潮,它是未来信息产业发展的重要方向,世界各国都把它当做促进经济发展的重点科技领域。
一、物联网的内涵
1.物联网的概念
1999年,美国麻省理工学院最先提出了“物联网”的概念,2005年,国际电信联盟(ITU)的《ITU互联网报告2005:物联网》,进一步扩展了物联网的概念。物联网是互联网的延伸和扩展。它是“物物相连的互联网”。它通过射频识别(RFID)装置、红外感应器、激光扫描器、全球定位系统等信息传感设备,按照约定的协议,把任何物品与互联网相连,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、监控和管理。2010年,上海开幕的中国国际物联网大会中有学者提出,物联网将成为万亿元级的新兴产业、全世界接入物联网的终端到2020年将会达到500亿个。
2.物联网的特征
从通信对象和通信过程来看,物联网的核心是物与物之间以及人与物之问的信息交互。物联网具有如下特征:
(1)全面并主动感知
物联网是以感知为目标,实现人与人之间、人与物之间、物与物之间全面互联的网络。利用射频识别装置、传感器、二维码等随时随地主动感知物体的存在并获取物体的状态、位置等信息。实现的原理是在物体上植入微型感应芯片,用这些传感器获取物理世界的种种信息,再通过局域无线网络、互联网、移动通信网等通信网络传递交互,进而感知世界。
(2)可靠并完整传递
物联网当中的某些应用可能会使用传感器采集到的部分信息,然而存储的时候必须保证信息的完整性。物联网可以通过有线、无线等传输方式将物体的实时信息进行分门别类的管理,再准确、可靠、有指向性地传输给信息处理设备及环境,以适应不同的应用需求。
(3)海量并多视角处理
在物联网中分布着众多的传感器,每个传感器都是一个信息源,它们按照一定的频率,周期性地对环境信息进行采集,每次采集都会得到新的数据,针对采集到的海量数据,必须进行多视角分析处理才能实现智能化。随着物联网的发展,我们可以借助云计算来处理海量信息。
(4)智能服务
物联网给移动通信领域和互联网领域带来了一个全新的服务体系。物联网把传输或者是通信服务扩展成从感知到传输再到分析处理的一个综合的、全面的服务。物联网拥有常规应用无法比拟的智能性,它不仅具有超越人类听觉、视觉及触觉范围的高灵敏度,还具有感知规律、预测未来的智能特征,高灵敏度、高智能化的服务是物联网应用价值的关键体现,也是推动物联网商业运行成功的主要动力。
由于物联网具有上述特征,所以它必将为人类提供一个全新的、智能化的工作与生活环境,物联网的价值体现在它在各行业的广泛应用,这需要各行业的人员进行积极的探索。目前,教育领域中应用物联网的研究尚处于起步阶段,笔者认为物联网的应用将给教育带来极大的变革。
二、物联网在学生管理中的应用
物联网在学生管理方面的应用,主要体现在学生安全管理和学生生活管理两个方面。
1.利用物联网保障学生安全
近年来,校同安全事件屡有发生,然而,校方要负责照顾的学生人数众多,往往无法随时照顾到每个学生,尤其对于智力发展迟缓儿童,可能会毫无征兆地自行离开校园而发生走失事件,所以,教育部门希望借助物联网技术米加强学校安全管理。在台湾,教育部门于2008年实施了“校同安全应用RFID协助学生安全建置计划”。台殊教育学校和逢甲大学合作进行了学生体温异常管理、学生行踪通知、访客机制管理以及危险区域管理四项实践,希望对特殊教育学校的安全维护做出重大变革。
项目同以该校高职部一、二年级共30名学生为实验对象,采用阿丹电子公司主动式433MHz RFID读取器及具有温度感测功能的腕带式标签,如图1所示。
在实验学校的大楼入口、教室、地下室以及楼顶等地点架设了约30个RFID读取器,每个学生配戴RFID标签,其主要系统功能架构如图2所示。
网络安全监控与管理
首先,学生所佩戴的腕带式标签,可以自动感测到学生的体温,并且可以将学生的体温异常情况通知给教师,以便及时作出处理:其次,系统依据采集到的RFID信息,对学生的出勤情况加以统计,以便教师可以通过网络查询到学生的所在位置与出勤情况;再次,当有陌生人进入校园中的管制区域时,RFID系统就会感测到,将会向陌生访客发出语音警告,同时会向学校安保人员发出通知信息:最后,当学生到了地下室、楼顶等有危险隐患的区域时,系统会向学生发出声音警示,并目,会将此情况通知给学校的安保人员,同时该系统还可以配合学校视频监视系统进行现场监视,便于管理人员进行协调指挥。
2.利用物联网方便学生生活
学生群体的手机普及率很高,同时学生又是信息应用最容易接受的群体。利用手机多卡合一的功能,将饭卡、学生证、借书证、门禁卡等多卡合而为一,这一应用不仅能够为用户提供传统的于机通信服务,而且可以通过手机实现身份识别、信息交互和购物支付等多种服务。由两师范大学实施的“校同手机一卡通”工程,在原有于机SIM卡芯片中集成无线射频(RF)模块,学生使用这种特制的RFID-SIM卡刷卡后即可完成门禁、考勤、借书、上网、用水、食堂消费、银行转账、车辆进出等校园活动,极大地方便了师生员工的工作、学习和生活。
三、物联网在课堂教学环境管理中的应用
学习环境对学生的学习效率有很大影响,传统课堂教学的物理环境拥有的教学资源十分有限,虚拟学习环境又缺少与现实世界的交互。物联网不仅使得物理空间的物品相互连接,而且使得物理空间与虚拟空间相互连接,能够有效地实现人与物交互、人机交互、人与人之间的礼会互。物联网使得物理环境中的每个物体都具有了智能化、数字化的特征,能够即时地采集并分析师生的教学需求,进而给师生提供智能化的教学资源与环境。
日常的教学设施、教学环境会产生大量噪音,美国、英国等国家针对噪音对学习的影响进行了大量的研究,研究表明噪音不仅会对学生的听力、注意力、阅读计算能力等产生影响,而且也会影响师生交流,进而影响学生的整体学业成绩,对于那些听力有障碍或者用非母语学习的学生更是如此,教师也会由于提高声音而损伤声带。我们可以在教室用布置传感器以监测教室中各方位的噪音情况,当噪音过大时就发出警报信息通知相关人员进行处理,比如可以在桌脚垫上
毛毡以降低噪音。
光线会对师生的视力产生影响,可以在教家里安装光线传感器,随时根据室内光线亮度调整教室内的灯光亮度和计算机屏幕的亮度,根据室外阳光强度调整窗帘的高度。利用传感器还可以根据教室里的温度、湿度、二氧化碳浓度等自动调节空调、排气扇等的运转。另外,学生可以在教室里利用计算机等设备,读取本地或异地嵌入了传感器的物体数据,开展研究性学习。总而言之,物联网能够为学生提供舒适的学习环境、便捷的学习资源,方便学生学习。
四、物联网在图书馆管理中的应用
在图书馆领域,曾经广泛使用条形码来提高图书流通效率,但是由于条形码自身的一些难以克服的缺陷,使得它在图书管理领域的应用必将越来越少。物联网是一个智能化的网络,由于无线传感网、RFID等智能技术的大量使用,使得图书馆的管理与服务呈现出鲜明的智能化特征。
首先,可以利用RFID电子标签将文献信息与读者信息结合起来,这样图书馆就可以通过RFID标签获知读者利用文献的统计信息及其阅读偏好,进而根据读者的阅读喜好,向其提供个人文献定制服务,或者根据读者利用文献的情况,实现读者知识结构咨询、阅读习惯跟踪等服务。其次,自助还书机可以对贴有RFID标签的图书进行扫描、识别和归还等处理,利用自助还书机可以帮助用户进行自助式的续借、还书等操作,从而避免排队现象的发生,甚至还可以实现“放回即还、拿走即借”,为用户提供更加快捷的图书查询、借还等服务。再次,我们可以将RFID标签嵌入到图书馆内所有建筑(楼梯、墙面等)、没备(书架等)、馆藏,以及用户的借阅证等当中,进而实现对图书馆所有物理对象的定位、查找、追踪等服务。最后,可以将RFID卡与读者手机SIM卡相结合,进而实现图书馆内手机查询、借阅等个性化服务,从而使得读者可以在任何地点、任何时间获取自己想要的资源。
目前,新西兰、韩国、新加坡等同的图书馆,国内的广西壮族自治区图书馆等都已经采用了RFID系统。物联网技术是图书馆领域的发展趋势,各学校图书馆应积极引入物联网技术,提高管理效率。
五、物联网在教学仪器设备管理中的应用
近年来,为了推进学校的信息化,国家在学校教学仪器设备方面的投入不断加大,如何对计算机、多媒体系统等教学仪器设备进行科学管理,让仪器设备发挥其最大教学、经济效益,这是当前学校管理工作很重要的一个方面。物联网中的RHD、无线传感网等智能化技术可以使设备数据采集流程简化,增加信息的透明度,使得教学仪器设备的管理越来越系统化、规范化。
1.设备清点
管理部门在教学仪器设备购入时就为每台仪器设备分配一个RFID电子标签,该标签具有唯一识别码,内部存储了仪器设备的基本信息,这些信息可以由阅度器利用射频信号进行无线读取。标签的外部有保护层,不易损坏,可以粘贴在仪器设备的恰当位置上。管理人员在进行设备清点时,只要拿着读写器,在实验室内巡视,阅读器就可以批量读取设备信息,不用再对仪器设备进行搬移来扫描条形码,大大提高了清点效率。
2.设备全生命周期管理
我们可以对RFID标签中存储的信息不受次数限制地进行修改,从设备购入开始,即将设备的在用、维修、报废等生命状态及时地在标签中予以更新,然后再经过定期的设备清点,使得仪器设备实际状态与管理系统中的状态始终保持一致,进而动态地实现仪器设备的全生命周期管理,为学校的投资决策、设备更新等提供依据,提高仪器设备管理效率。
3.设备防盗
我们可以赋予每个设备标签不同的限,并且在每个实验室安装RFID门禁系统,当某个仪器设备要被拿出实验室时,如果系统未授予该设备标签出库限,系统就会发出违规出库警报。
4.大型仪器设备共享
通过仪器设备标签-RFID系统一大型仪器设备共享平台,就可以实现仪器没备与共享平台连接,潜在的用户可以通过该平台获取设备的基本信息、当前状态等,进而使用该设备完成自己的研究工作。
六、结束语
目前物联网要在教育领域获得广泛的应用,仍有许多问题需要解决,比如费用问题、信息安全问题等等,然而,物联网在教育领域当中的广泛应用是大势所趋,我们应满怀信心,迎接物联网时代的到来。
参考文献:
[1]姚万华关于物联网的概念及基本内涵[J].中国信息界,2010(5):22-23
[2]宋述强,钟晓流,许俊华低碳时代的多媒体教学环境:系统集成与技术趋势[J].电化教育研究,2010(10):31.
【中图分类号】 G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889(2014)12C-0187-02
一、研究背景
物联网(the Internet of Things,IOT),是指利用传输网络与智能感应装置,使物体到达特定的信息处理中心,进而达到人和物体、物体和物体之间的信息交互与处理的新型互联网。简单地说,物联网是指物与物相连接的互联网。国外专业咨询机构相关数据显示,到2020年,与人和人通信的业务相比较,物与物互联的业务将达到1∶30,所以物联网又常常被称为是极大型的新一代通信业务,将掀起比计算机与互联网更大的信息产业浪潮。
物联网是构成新型信息技术的关键部分。伴随着当代信息技术的快速发展,物联网获得了许多高校、企事业单位、科研机构的重视。物联网的出现与相关技术的进步,为改革单片机教学提供了相当丰富的教学内容、教学题材与实现方式。物联网技术的发展为嵌入式或单片机教学改革提供了新的机遇,但技术发展所造成的形式变化又让单片机教学面临新的挑战。单片微型计算机是大部分高校通信类、电子信息类专业的重要课程。然而现今,51系列单片机依然是许多高校单片机教学的主角,教学方式与教学内容不能及时更新,单单围绕程序与指令展开,无法与物联网技术整合,不具备实效性,不能适应社会新形势的发展。为提高高校单片机教学的实效性,可基于物联网技术对单片机教学进行改革。
二、当前高校单片机教学中存在的问题
当前,设置单片机课程的专业范围较广,电子信息工程、电气工程及其自动化、通信工程、机械及其自动化等众多专业都将单片机课程设置为必修课程。可见,单片机教学的影响面较大。然而,高校的单片机教学实普遍存在以下方面问题:
第一,教学模式陈旧。长期以来,单片机教学往往都是根据一定的模式来进行的,以C语言或汇编语言为主,首先进行指令的教学,然后到程序的教学,最后再进行辅助项目配套教学。这种教学模式与单片机课程教学目标有一定的出入。除此之外,教学体系也缺少创新,实践教学很难找到新方向,学生在进行分析时自然而然会依据固定的思路,结果造成此课程教学停滞不前。
第二,重理论教学轻实践教学。单片机教学中更多地采用课堂理论教学的方式,实践教学被忽略,不利于提高学生学习的主动性与积极性。实践教学的方式主要是单一的实验课程,实验手段多是脱离实际的。在实验课程过程中,往往将实验箱视为唯一条件,参考十几个匹配程序,课程教学仅仅停留在表面,学生难以掌握此门课程的精髓,实践操作能力自然不能得到有效提高。
第三,考核方式不合理。如上所述,单片机教学中更多地采用课堂理论教学的方式,在设置单片机教学体系时,也往往会将实践教学环节、实践课程都划在课堂教学范畴,使得学生创新能力、动手能力受到很大影响。然而,期末对学生综合能力进行考核时,却要重点考查实践情况,往往使得学生无所适从。这也不不利于学生实践能力的培养。
三、物联网技术应用于单片机教学改革的必要性与可行性
(一)物联网技术应用于单片机教学改革的必要性
高校的主要功能是培养社会所需人才,而为用人单位、社会培养复合型、创新型、应用型则是许多高校的重要目标。这就要求各高校必须结合社会需求,加强教学改革,真正为社会培养出复合型、创新型、应用型人才。从现今各大高校单片机教学现状来看,学生的学习效果、学习反馈、学习态度等方面都在较大程度上推动单片机教学改革的步伐。与此同时,物联网技术的进一步发展必然对高校教学与所培养人才有更高的要求。所以,无论是就业市场的消极需求还是主动要求,都是推动高校将物联网技术应用于单片机教学改革的动力。
(二)物联网技术应用于单片机教学改革的可行性
物联网教学过程中所涉及的相关课程分成三个部分:基础课程、核心课程、实践教学中的应用开发。其中许多课程如嵌入式、单片机、网络、传感器、现代通信等都是已经开设的课程,因此没有必要对已有课程体系进行大改动,这是改革单片机教学可行的前提。在核心课程中,以MSC-51以内的无线SOC单片机作为教学的SOC单片机,如此一来就能加强、顺延传统的单片机教学。而像RTOS操作系统与嵌入式微处理器这种传统课程,仅需把其作为物联网网关,在实践教学过程中突出它在物联网体系中的重要性。由此可见,物联网技术应用于单片机教学改革极具可行性。
四、基于物联网技术的单片机教学改革
物联网技术应用于单片机教学的必然形式与特点之一在于无线通信与单片机二者紧密结合。各类新型模块与接口的应用是新形势下嵌入式或单片机系统的一般表现形式。对此,必须变革单片机教学的教学内容、教学方法与教学实践。
(一)教学内容改革
无线SOC单片机作为教学目标硬件,实践教学过程中应当紧密结合物联网系统进行实际应用,重点放在数据传输、采集与无线通信、网络的教学之上。而像I2C、SPI、D/A、A/D、RS232/485(串行通信)的设计与开发等教学内容则需要在传统教学的基础上进一步加强。同时,ZigBee协议栈应当作为网络协议与软件系统。在进行协议栈里面各层实现方法的讲解时,注意结合实际例子。RTOS操作系统在本科阶段不需要重点讲解。网络协议与软件系统没有必要投入过多的精力进行讲解,应当将重点放在学生实际操作能力培养之上。
(二)教学方法改革
首先,应用案例引导法进行传统单片机部分的讲解,中心放在任务部分,教学任务的实施根据环境创设、任务确定、任务完成三个阶段来开展。在构思任务时要注意突出无线通信、物联网数据采集的相关概念,设置有实际应用意义的开发背景。比如可以选择GPRS或GPS模块进行串行RS232串行接口的讲解,数据的远程传输可以通过这两个模块。而对于SPT接口,则可以选用函数库作为软件蓝本,SPI模块的应用、SOI接口函数的使用、SPI原理等都可以结合SPI接口通信实例进行讲解。例如,方位信息的采集可以通过具有SPI接口Compass指南针模块来讲解,等等。
其次,由于无线通信部分仅仅接触到理论部分,在已有的教学课程体系中不包含这部分,所以在实际教学中应当尽可能减少理论描述与推导部分,提高实际开发与应用的比例,进而提高学生学习的积极性。
最后,ZigBee协议栈程序作为网络协议部分的具体对象,重点应当放在应用层开发流程之上,再加上MAC层与网络层中关于网络不同通拓扑形态的具体设置,开始先从容易的点对点通信的实现,慢慢过渡到构建星形网络。串行通信与普通节点可以应用在网关部分,进而达到Internet与物联网互联的目标。
(三)实践教学改革
原本单片机就是一个实践性较强的课程,如果脱离实践,很容易导致学生出现高分低能的现象。在实际教学过程中,要改变以往教师单方面讲解、学生埋头做的教学方式,为教学目标构成教学团队,团队成员主动学习、相互配合、平等参与。教师作为辅导者应当起到主导作用,可以放手让学生写作学习,自主研究。
实验室建设方面,可以建设以SOC单片机特征的教学新系统,实验箱选择像TY-ZIGBEE这种支持ZieBee的无线SOPC单片机试验箱。为兼容原有实验,便于移植代码,可以应用Keil/IAR的编译开发平台,进而达到降低整改工作量的目的。实验项目方面,综合试验、网络协议实验、基础硬件实验三个部分是SOC单片机CC2430的重点内容。具体地讲,射频点对点通信、UART实验、ADC实验、点阵式LCD驱动等都是包括在基础硬件方面的实验,而寻址路由、网络层、TI-ZStack等则属于网络协议实验;根据实际条件进行物联网开关控制、温度场传感选择则属于综合实验。
综上,在物联网技术快速发展的今天,将物联网技术应用于高校单片机教学改革中是必要的、可行的,有利于增强高等教育的实效性,培养复合型、创新型、应用型人才。
【参考文献】
引言
提高教学质量是高等教育发展的核心任务,大学课堂教学改革已经势在必行。目前,国内课堂教学中出现教学效果不理想、学生学习积极性和主动性不强等问题,“以教师为中心”的传统教学模式遇到了挑战。MOOC的出现带来了希望,其“以学生为中心”的理念改变了当前的教学模式,即知识传递在课前,知识内化在课上。MOOC为高等教育带来了生机,但也存在在线参与度不够、学习质量低等问题。SPOC是应用于校内教学的在线教学模式,主要解决MOOC(慕课)缺少师生之间互动、学生成功率低等问题[1]。SPOC的提出是为了解决MOOC实施过程中所面临的问题,其对高等学校校园课程的学习以及学生个性化发展、素质能力的提高有重要意义。在高等学校展开SPOC课程建设与应用研究探索,可以促进高等教育改革,又可以辅助课堂教学,提高高等教育教学质量。现代信息技术加速融入高等教育领域,促进教育教学模式改革,提高人才培养质量,是当前高等教育教学改革的重要突破口[2]。雨课堂是先进的智慧教学平台,可以助力于传统课上教学。雨课堂融合信息技术与教育教学过程,建立课内课外教学之间的桥梁,让课内课外全贯通。本文结合SPOC和雨课堂的特点,提出基于SPOC和雨课堂课内课外混合教学模式,旨在提高学生学习质量,促进学生个人能力的提升。
1SPOC和雨课堂概述
1.1SPOC概述
SPOC是MOOC的升级版,它是校内小范围的在线课程。学生可以在课前学习相关视频等资源,课上探究知识内化,课后反思巩固知识。国内一些学者相继对SPOC教学流程、SPOC+翻转课堂、面向SPOC的混合设计与实证研究[3-6]等方面进行了有效探讨,国内的高等院校及培训机构,如清华大学学堂在线、大学MOOC平台、爱课程平台等都相继开展SPOC的教学实践。对于SPOC的教学应用研究,国外的一线教师及研究者都做过不少尝试,重点针对教学设计、教学方式、互动交流、资源整合等方面展开研究,例如哈佛大学、加州大学伯克利分校等都推出各自的SPOC课程。
1.2雨课堂概述
雨课堂是一个兼具智能化和数据可视化的智慧学习平台,它集个人移动设备(手机、平板等)、PPT和微信于一体,为课内课外教学环节提供多方面的学习服务支持,能够全过程采集数据,比如课前学习测试、课堂交互练习、课后考核评价,每一环节都可以获得有效的数据分析,这将为教学提供智能化、个性化和可视化学习服务支持[7-9]。雨课堂能够将学习资源推送到手机端,无论课前还是课后都可以随时随地开展自主学习,完成测试题并评估学习状态;同时课上还可以同步教师PPT,通过多种形式的互动,教师实时掌握学生的学习动态。雨课堂全过程记录学生学习行为数据,这些数据分析让教师精确了解教学状态,让学生清楚知道知识不足之处[10]。
2基于SPOC和雨课堂课内课外混合教学模式
手机、平板等移动设备的普及,课内课外混合翻转教学模式作为一种崭新的形式,越来越被教育工作者所接受。这种教学模式可以突破时空限制,随时随地进行。雨课堂智慧学习平台为方便学生开展课外线下学习提供了便利,为此将结合SPOC和雨课堂智慧学习平台,建立“以学生为中心”的课内课外混合教学模式。这种教学模式由课前学习、课中内化和课后提升三部分组成,如图1所示,充分利用SPOC和雨课堂将传统以教师为主导向以学生为主的教学模式转变,满足学生个性化学习需求。(1)课前教师导学、学生自主学习。教师通过雨课堂课前导学公告,学生通过SPOC平台自主学习有关资源(微视频、PPT等),师生、生生之间通过微信群共同讨论交流,完成预习内容。教师通过雨课堂课前测试题,精准掌握学生学习状况,并汇总存在的共性问题,以便设计课堂教学形式与内容;同时可以查看哪些学生没有完成测试,可以给予提醒。(2)课中答疑解惑、促进知识内化。教师通过雨课堂实时推送PPT,根据课前收集的问题汇总以及学生学习状况,了解学生的学习困难,有针对性地组织教学,师生之间答疑解惑,形成互动讨论模式。对于重要的知识内容教师通过雨课堂布置扩展任务,开启分组合作模式,根据学生完成情况进行点评。学生利用雨课堂完成任务,并积极与老师进行课堂讨论,将学习动态实时反馈给教师。课中有针对性的教学内容和教学形式设计,促进每个学生掌握知识。(3)课后反思、知识掌握。在SPOC学习平台上布置知识,延伸拓展学习任务,雨课堂课后作业,引导学生复习和巩固,结合课前、课中开展过程性评价。教师利用雨课堂后台数据统计功能,及时了解学生对学习内容的掌握情况,对存在很大问题的学生给予学习预警,并进行个性化指导。教师和学生课后总结与反思,调整与促进后续教与学效果。
3基于SPOC和雨课堂课内课外混合教学模式应用案例
一、项目教学法的在课堂教学中的优势
实训教学的目标是提高学生的全面能力,使专业实训更接近社会需求,最终能实现学生的零距离上岗。为此,研究了一种更贴近实际应用的教学策略――项目教学法。在项目教学法的具体实践中,教师的作用不再是一部百科全书或一个供学生利用的资料库,而成为了一名向导和顾问,帮助学生在独立研究的道路上迅速前进,引导学生如何在实践中发现新知识,掌握新内容。学生作为学习的主体,通过独立完成项目把理论与实践有机地结合起来,不仅提高了理论水平和实操技能,而且又在教师有目的的引导下,培养了合作、解决问题等综合能力。同时,教师在观察学生、帮助学生的过程中,开阔了视野,提高了专业水平。可以说,项目教学法是师生共同完成项目,共同取得进步的教学方法。在技工院校、职业教育中,项目教学法有其独特的优势,应进一步总结提高,大力试用推广。
二、《物联网应用技术》课实施项目教学法的必要性
(1)物联网应用技术课程是一门实践性很强的专业课程,具有指令多、理论知识抽象、编程思想复杂,但实践性强等特点,学生在学习时常常感觉内容抽象,枯燥无味,不容易听懂。在教学过程中采用项目教学法,能够使学生在项目实践中掌握物联网应用技术课程的理论知识,提高物联网应用技术操作技能水平,做到学、做合一,理实一体,最终达到培养技能型人才的目标。
(2)激发学生的学习兴趣形成积极学习的态度。在教师精心创设的环境中,把学生带入学习的主题,学生的共同兴趣必然会相互促进形成积极向上的学习态度。而这些多个项目兴趣的累积同时也会逐渐在学生中形成良好的兴趣氛围和学习氛围。
(3)让学生养成自主学习的行为习惯。学生在项目里不断讨论、交流、自主探索,必然能够养成自主学习的行为习惯,这为陪养学生的学习能力提供了可靠的前提。诚然,学生能养成自主学习的行为习惯也是我们教学的一个目的所在,而实践证明项目教学确实能达到这一目的。
(4)有利于提升教师自身的教学能力。将项目教学法应用于《物联网应用技术》课程中,不仅仅对学生是一种考验,对教师也是一种挑战。高质量的教学效果要有高质量的师资作保障,在进行项目教学时,教师要了解和熟悉所选项目,并且要对可能出现的情况问题进行预测和分析,在项目进行过程中还要进行跟踪并对学生进行指导。这就要求教师具备深厚的专业功底和广博的知识,同时还要加强对相邻学科的学习。因此,运用项目教学法有利于优化教师自身的知识结构和提升自身教学能力。
三、项目教学法在《物联网应用技术》教学中的实施
(1)确定项目任务。在项目教学法中,教学的整个过程和内容都以项目为主线,项目确定后,整个教学过程也就确定了下来,所以项目的选择是关键。但是项目的选择要以教学内容为依据,它既要与书本知识紧密结合,又要能提供一定的想象空间,让学生既能运用已有知识,又可以发挥创造力。就《物联网应用技术实训》课程,由教师提出项目任务设想,然后与学生一起讨论,最终确定项目的目标和任务(详见下表)。
(2)制定计划。首先由学生组建团队,这一步很重要,它是贯穿整个项目教学活动的基础。笔者根据班级学生综合情况,把班级学生划分为三类:一类为VC编程较好的学生,另一类为eclipse编程较好的学生,第三类为动手能力较强的学生。每类出一个学生自由组合,三人组成一个小组。这样利于学生的项目分工、合作、融洽等好处。每小组选举产生组长,小组成员讨论并制定项目实施计划,根据个人特长分配不同的工作。小组制定一份完成“项目”的计划书,其内容包括人力分配、完成项目所需时间计划、使用材料计划、所需模块等。
(3)实施计划。每个小组安排一台物联网综合实训设备及两台电脑,根据小组制定的计划,完成对项目的功能拓扑图、程序流程图、程序设计、连接图绘制、器件安装、项目调试等。在实施过程中,学生会遇到各种各样的问题,教师应鼓励学生积极地探索和解决问题,并提供解决问题的思路,切忌走回教师讲授、示范,学生完成实操的老路。学生遇到的集体性问题,教师应进行集中讲解,但一定要把握切入的时机。教师恰到好处的讲授,将有助于理论与实践的结合,也可以扩充学生的相关理论知识,帮助学生解答疑难问题。总之在这个环节,教师的角色是辅助者、监督员,学生才是项目的完成者。在实施项目过程中,教师起到主持人的作用,而学生起到主导作用,引导学生边做边想,从不同的项目中去了解整个流程,从而培养学生动手能力、分析解决问题能力、小组沟通协调能力等。
四、项目评价
项目的评价是项目教学法的重要环节。针对所给出的项目,教师应设计出相应的评价标准,使其能够客观公正地对学生的学习成果给予评价。在设计过程中采用阶段性评价与目标性评价相结合的方式,分阶段、分目标地给出考核结果。同时建立小组自评、小组互评、相关专业教师综合评定的多元评定机制。将学生的知识掌握程度、操作熟练程度、团队合作意识、问题处理能力等各个方面有机结合起来,客观地给出考核评价结果。
五、实施项目教学法的反思
项目教学法突破了传统的教学模式,通过选取项目来创设情景,通过合作学习的方式开展学习,通过完成项目实现“意义建构”,通过解决现实问题促使学生学习知识与技能。这给学生足够的空间,允许学生形成自己的看法,按自己的方式去研究,同时又培养了良好的团队合作精神,充分体现以学生的全面发展为中心的教育思想。这种教学方法可以广泛应用到技能实训中,但在实施项目教学的过程中一定要重视以下几个问题。
1 研究背景和相关概念
公安海警学院的前身是公安海警高等专科学校。公安海警高等专科学校原名为“武警水面船艇学校”,始建于1983年7月(国务院[1983]149号文件),当时隶属于武警总部,1985年9月开始招生开学。1993年8月,学院移 交公安部领导,归口公安部边防局管理,更名“公安边防水面船艇学校”。1996年开始组织申办专科的筹备工作,1997年9月终止中专招生、依托武警学院(廊坊)实施大专教学。1997年下半年,由教育部组织的在长沙召开的会议上,顺利通过全国高校设置评议委员会评审。1998年3月教育部下发《关于同意建立公安海警高等专科学校的通知》(教发[1998]18号文件),学校更名为“公安海警高等专科学校”,成为公安部直属的一所普通学校。近年来,物联网技术的海警学院网上自助订餐系统在海警学院正式运行。
1.1 物联网的概念
随着信息领域及相关学科的发展,不同领域的研究者对物联网思考所基于的起点各异,对物联网的描述侧重于不同的方面,短期内还没有一个权威、完整和精确的物联网定义。
大多数比较偏向的物联网定义是信息空间与物理空间的融合,将一切事物数字化、网络化,在物品之间、物品与人之间、人与现实环境之间实现高效信息交互方式,并通过新的服务模式使各种信息技术融入社会行为,是信息化在人类社会综合应用达到的更高境界。
1.2 物联网技术体系
物联网的技术体系框架包括感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术,这也体现出了物联网的三个基本特征,即全面感知、可靠传输和智能处理。
2 基于物联网技术的海警学院网上自助订餐系统物理基础
订餐系统采用了160×98点阵的显示屏和超小的输入键盘,整个机身小巧美观,重量只有70克。无线数据下载功能,无需使用连接线即可进行系统数据的下载,真正实现了无线双向通信。采用了国际先进的信号放大技术,使其空旷通信距离可达1000多米室内可达200米以上。采用了国际通用的ISM频段,不需要申请无线频率、无需支付信道使用费,具有通信稳定可靠、费用低廉等优点。实现了餐饮业向规范化、智能化、现代化的飞跃,具有高可靠性、稳定性、无线集成等特点,利用RFID射频技术,在每一个餐具底部植入RFID射频芯片,餐具进入结算区后(射频天线感应区),通过对餐具底部RFID射频芯片进行读写操作,借助于计算机及其通讯技术,实现对餐具底部RFID射频芯片的通信和管理,实现快速结算。主要为学校食堂、企事业单位餐厅、快餐连锁店等提供自选式快速结算服务,通过在餐盘底部植入射频芯片的方式,实现快速结算,与传统的结算方式相比,智盘系统具有速度快、核算准、体验佳、无人值守等特点。
该方案采用物联网、云计算等先进技术,涵盖用户自助开台、自助选菜、自助结算、自助服务功能,通过智慧餐台对餐厅进行智能化布控,全方位升级改造,有效降低餐厅运营成本、提升顾客用餐感受,打造智能化、现代化的餐厅。
2.1 方案介绍
基于RFID物联网技术及云计算技术的智慧餐台智能结算综合解决方案。主要通过读取智慧餐具中RFID标签的方式,进行统一计价,并通过一卡通账户中的卡片进行支付。数据信息交予一卡通系统进行汇总管理,智慧餐台通过液晶显示屏将各类图文信息直观形象的展示给客户。
集成一系列智能化、自主化的应用设备,并应用在充值、结算、就餐等各环节,对餐厅实施智能化布控,实现自动结算、自助充值等功能,节省餐厅人工,降低运营成本,打造智能化、现代化的餐厅,可广泛应用在学校食堂、企事业单位餐厅及快餐连锁店。
系统能够7×24小时不间断运行,故障率低,并且能确保在发生故障时,交易流水等重要数据不丢失。系统具备快速支付、安全高效等特点。
2.2 系统结构――分为两大部分
智慧餐具:智慧餐台系统的重要组成部分,有各种色彩的碗碟,每一种色彩对应一个价格,内置RFID标签,供智慧餐台读取菜品和价格信息进行结算。
智慧餐台结算系统:在每一个餐具底部植入RFID射频芯片,餐具进入餐台结算区后(射频天线感应区),通过对餐具底部RFID射频芯片进行读写操作,借助于计算机及其通讯技术,实现对餐具底部RFID射频芯片的通信和管理,实现快速结算。
3 基于物联网技术的海警学院网上自助订餐系统特点
由于打印系统所使用的串口通讯线路较长,很容易受外界电磁脉冲的干扰(如大型用电设备开启与关闭的瞬间都会产生高压脉冲),会导致信号传输失败或烧坏打印机和电脑设备,针对此问题特别自行设计制作了光电隔离器(打印长线驱动器)。系统特点为:
3.1 人机交互
系统界面通过色块对各类信息进行区分,重要信息将在界面上突出显示,我们为您呈现更多精彩;触控操作灵动流畅,强大功能,一触即发;可自定义的语音提示,伴随整个流程。
3.2 安全稳定
工业级的系统环境,8mm厚度的钢化玻璃台面,台身采用高强度冷轧钢板静电喷塑,轻松应对高温、潮湿、油污,为您全天候待命;数据本地存储并自动上传服务器,支持脱机使用,数据安全双重保障;内置工业级读头天线,信息读取更稳定,更灵敏!
3.3 操作简单
智慧餐台使用全中文触控操作,具有良好的人机交互界面,功能操作简单,前端操作员数量少,员工只需经过简单快速的培训就能立刻上岗,整套系统运作不会因员工流动和缺乏培训受到影响。
3.4 安装方便
智慧餐台由于采用工业级硬件配置,具有良好的环境适应性和大容量数据存储等优点,只要接通电源,连接网线,智慧餐台就能正常工作。
参考文献
[1]瞿中,熊安萍,蒋溢.计算机科学导论(第3版)[M].北京:清华大学出版社,2010(03).
[2]Peter Norton著;杨继萍,钱伟等译.计算机导论(第6版)[M].北京:清华大学出版社,2009(01).
[3]郭卫斌,杨建国.计算机导论[M].上海:华东理工大学出版社,2012(08)。
[4]吴功宜,吴英.物联网工程导论[M].北京:高等教育出版社,2012(07).
[5]刘云浩.物联网导论[M].北京:科学出版社,2011(03).
[6]张凯,张雯婷.物联网导论[M].北京:清华大学出版社,2012(04).
作者简介
中图分类号:TP309 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2013)01-0068-03
0 引 言
2009年11月,国务院批复同意《关于支持无锡建设国家传感网创新示范区(国家传感信息中心)情况的报告》,物联网(Internet of Things,IOT)被确定为国家战略性新兴产业之一。2010年2月,教育部办公厅下发了《教育部办公厅关于战略性新兴产业相关专业申报和审批工作的通知》,物联网技术成为加速高校教学改革、培养创新型人才重点支持的专业方向之一。
应用是物联网发展的动力[1],公安院校更注重实战应用能力的培养。安全技术防范课程在公安院校设置的目的就是培养符合公安实战需求的人才[2]。将物联网应用在安全技术防范课程的教学实践中,不仅适应当前我国大力推进物联网走进高校教学实践的趋势,也符合公安教育面向实战、突出实训教学的要求[3],同时也是在我国全面建设小康社会关键时期,打击各种智能化、科技化违法犯罪行为,保卫经济文化建设成果,培养公安应用型实战科技人才的强烈需求。
1 安全技术防范课程体系研究
当前,公安院校安全技术防范课程所使用的参考教材[4-7]主要内容包括入侵报警、火灾报警、视频监控以及出入口控制等四种安防系统。从安防体系组成及功能的角度,将安全技术防范课程体系的学习分为数据采集、数据传输和数据应用三个部分,其系统组成及功能如表1所列。
通过学习安全技术防范课程,学生可以明确了解安防系统的信号处理流程。事实上,组成安防系统的数据采集部分主要是通过各种传感器将防区内的物理化学信号,以有线或无线的方式通过数据传输部分送至数据应用部分的报警控制器,经报警控制器的分析、判断来确定是否报警、反应和制止。从体系结构上看,物联网的三层体系结构与安防系统有诸多相似之处。
2 物联网体系研究
物联网内涵丰富,涉及计算机网络、微电子、通信、控制等诸多领域,是当代信息技术发展的产物,物联网应用更是深入到了社会生活的各个方面。概括来讲,物联网就是一个通过信息技术将各种物体与网络进行连接,以帮助人们获取与物体相关信息的巨大网络。虽然,至今在学术界对物联网的概念没有统一的说法,但对物联网体系结构的理解和认识上,基本是一致的,物联网体系结构从下到上可分为三层:感知层、网络层和应用层。其功能如表2所列。
比较表2与表1可知,物联网体系结构中的感知层,可以实现对防区内危险信号的采集,网络层主要是将这些危险信号通过通信网络以有线或无线方式进行传输或处理,而应用层则可与安防行业相结合,实现入侵报警、火灾报警、视频报警以及出入口报警等功能。
3 物联网在安全技术防范教学实践中的应用
物联网在安全技术防范课程教学实践中的应用可以体现在理论教学和实践教学两个方面,但所涉及的内容应注重与安防工程、公安实战相结合。安全技术防范课程教学应将传统的安防系统与现代的物联网相结合,在理论中建立学生对物联网安防的感性认识,在实践中提高学生对物联网安防的运用能力,为其以后从事相关专业的警务工作打下良好基础。
3.1 基本概念
着重向学生介绍物联网的基本概念,让学生认识物联网;介绍物联网在国内外发展现状,让学生了解物联网最新发展动向;介绍物联网与安全技术防范在体系结构方面的相似关系,让学生明确物联网与安全技术防范之间的关系;介绍物联网安防在公安工作中的相关应用,让学生清楚学习该课程在公安实战工作中的现实意义。
对于基本概念方面的教学实践,可以通过视频演示物联网在安防工程和公安工作中的应用案例,或者以任务书的形式对物联网在安防行业中的应用展开调查,以认知方式促进学生对物联网系统的理解。另外,还可以通过物联网学习网站、物联网知识竞赛,甚至开展物联网文艺展演[8] 来激发学生学习物联网的兴趣和自主学习的积极性。
3.2 数据感知
在数据感知方面,可以着重向学生介绍与安防系统相关的各种传感技术,例如开关、振动、声波(超声波、可闻声波和次声波)、红外、微波、光电、光纤、视频、指纹等在安防行业中应用的传统传感器的工作原理和使用安装方法,另外还应包括例如传感网、一维和二维条码、射频识别(RFID,Radio Frequency Identification)等物联网关键技术,突出物联网的信息感知和物体识别这两个方面的作用。
该部分的教学实践应根据安防行业的相关应用,例如在入侵报警系统中的移动人体红外信号采集与误报警识别,在火灾报警系统中,火灾发生后的光、热、烟以及气味等信息的采集与火识别,视频监控系统中的图像、声音以及报警联动信息的采集与人像识别,出入口控制系统中的人像、指纹、车牌以及卡片信息的采集与人像、危险物品、车辆识别等。在模拟的实验实训环境下,让学生掌握各种传感器的使用范围和应用场合,引导学生学会多种数据的综合采集与识别,并依靠软件系统集成在同一界面,以软硬件结合方式巩固学生对物联网安防数据感知的理解。
3.3 数据传输
很显然,这部分涉及到通信方面的知识。首先,需要向学生阐明物联网与互联网的关系:物联网是互联网接入方式与终端系统的延伸,也是互联网服务功能的扩展[9];其次,应介绍互联网与物联网的特点与作用,传统互联网方面包括公共交换电话网络(Public Switched Telephone Network,PSTN)、非对称数字用户环路(Asymmetric Digital Subscriber Line,ADSL)、综合业务数字网(Integrated Services Digital Network,ISDN)等有线通信知识,以及无线广域网(Wireless Wide Area Network,WWAN)、无线局域网(Wireless Local Area Network,WLAN),物联网方面包括无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN);最后,介绍物联网与互联网的互联互通接口方面的知识,是学习物联网扩展应用互联网的关键一环。
该部分的实践教学,应主要突出物联网与互联网的交会对接以及传感器节点的组网通信,例如无线保真(Wi-Fi ,Wireless Fidelity)、ZigBee,实现对采集信息的融合和初步处理,为下一步物联网安防系统的决策提供信息传输通道。大量传感器节点组网通信方式多种多样,学生可以深入理解物联网安防系统中信息传输的方式和创新路由协议,摆脱传统程式化实验实训方式,突出实践和创新,帮助学生提高专业素质,增强应变能力,对适应日趋复杂的社会治安形势具有现实意义。
3.4 数据处理
数据经过感知、传输,最终的目的是为了应用。安全技术防范课程的主要目的是培养学生解决实际问题的能力。因此,该部分应着重向学生介绍传统的数据处理技术、物联网数据融合技术、云计算技术、物联网信息安全以及物联网操作系统(例如TinyOS、MAINTIS OS、MagnetOS)等技术。
安防系统中数据处理的最终目的就是要实现对报警联动装置的控制,这就使得这部分的实践教学具有一定的独立性,同时在此基础上,又具有综合性。例如,进一步将各种数据和报警信息进行融合和挖掘,可以以此为依据制定应急预案、突发事件现场处置、案件决策指挥,有利于培养学生分析问题、思考问题、解决问题的能力,强化公安机关的指导监督作用,明确该课程在警察职业中的角色意识。
4 教学实践中所面临的主要问题
4.1 思想认识问题
目前,物联网安防的应用还处于起步阶段,尽管已经有部分院校[10-12]在物联网教学方面初见成效,但是在公安实战中的应用还处在研究阶段。当前公安院校在这个方面还没有积累足够的教学实践经验,而且在安全技术防范课程中的应用更是没有启动,没有成形的教学实践模板,这就使得公安院校相关主管部门的决策者对于物联网在安全技术防范课程教学实践中的应用尝试会有所顾忌,举棋不定。
4.2 课程体系设置问题
不管是物联网,还是安全技术防范这门课,其内容中都涵盖了大量的物理、电子、通信、计算机处理甚至高等数学等方面的知识,综合性非常强,这对于公安专业的学生,学习起来还是比较困难的,没有必要的前导课程做铺垫,势必无法达到应有的教学效果。
即使课程体系经过完善之后,随之而来的将是教材问题。教材决定着课程教学实践的成败,市面上适用于安全技术防范课程的教材本来就比较少,而适用于公安院校且以物联网为应用背景的安防教材几乎是空白,因此,是自编讲义还是出版教材,这都将是试图在物联网应用方面有所突破所必须跨越的鸿沟。
另外,教师问题将伴随着教材问题同时出现。安全技术防范课程的任课教师需要有深厚的安防工程经验和丰富的案件处置经历,而且物联网是一门新兴的技术,这就要求任课教师要不断地充实和完善自己的知识结构,结合最新的安防成果和与安防工程相关的科技犯罪案例,将复杂的问题简单化,让学生更容易接受并理解。这无疑又对任课教师提出了更高的要求。
4.3 资金投入问题
物联网在安全技术防范课程的推广应用需要大量的硬件和软件。安全技术防范作为工程实践性比较强的课程,单一的课堂讲解无法达到教学目标,也不符合公安教育的要求。因此,需要配备配套的实验实训软硬件设施,主要包括实验实训场地的建设、配套设施的装修,大量传感器、数据通信和处理设备以及配套软件的购置及更新,这些都需要大量的资金投入。
软件投入则包括教师安防行业调研与物联网技术培训,还需要定期参与安防工程的方案论证、项目验收等公安一线的挂职;另外,邀请或选聘那些在公安一线有着扎实的理论功底和丰富的安防工程经验的专家[3]以及物联网方面的专家学者来校做讲座或成为专职教师,这些都将是不小的开支。因此,资金的投入使得物联网在安全技术防范课程中的应用可能会受到一定的限制。
5 结 语
物联网“十二五”发展规划显示,物联网在安防领域已经初步取得了一定效果。物联网已经被确定为国家性战略新兴产业,党的十报告中再次强调了“推动战略性新兴产业的发展”。在良好的政策环境下,物联网为公安院校安全技术防范课程的教学实践带来了崭新的思路。通过物联网在教学实践中的应用,能激发学生学习兴趣和主动性,优化课程体系,完善教师的知识结构,更有利于学生的实践能力和创新能力的培养和提高,为其以后灵活应对复杂多变的治安环境提供良好的实战平台。但是,我们也不能不看到,物联网在安全技术防范课程中的应用还处在起步和探索阶段,还有许多问题需要解决。
参 考 文 献
[1] 瞿惠琴.高职物联网专业传感器技术课程教学改革初探[J].科技视界,2012(14):123,128.
[2] 卜全民.《安全技术防范》课程教学改革研究[J].科技信息,2008(36):39-40.
[3] 杨辉解.公安专业实践教学的难点及解决路径——以公安招录培养体制改革为视角[J].中国城市经济,2010(8):158-159.
[4] 齐霞.安全防范技术教程[M].广州:暨南大学出版社,2011.
[5] 黄超,杨跃杰.安全技术防范[M].北京:群众出版社,2009.
[6] 汪光华.安全技术防范基础[M].北京:高等教育出版社,2008.
[7] 范晓丽,吕立波,杨世臣.安全防范技术教程[M].北京:中国人民公安大学出版社,2005.
[8] 哈艳,梁森,陈晓健.物联网教学模式探究[J].保定学院学报,2012(4):121-123.
[9] 中国物联网发展研究中心.中国物联网产业发展年度蓝皮书(2012)[R].无锡:中国物联网发展研究中心,2012.
doi:10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.06.102
[中图分类号]R197.6 [文献标识码]A [文章编号]1673-0194(2017)06-0-01
目前,我国物联网技术在关键技术和应用上都还存在明显的不足之处,同世界先进技术水平还有较大的差距,作为未来国际竞争的关键技术之一,其能够有力地推动产业结构的升级和变革。因此,利用物联网技术加强血站信息化管理,提高血站工作质量和效率,是我国血站行业发展的重要方向。
1 物网技术的基本概述
近年来,随着信息化的发展,物联网技术也有了很大程度的进步,其作为现代智能系统的重要部分,是新一轮技术革命的重点,也是学术界研究和国家战略规划的重点内容。2009年,在摆脱金融危机的战略时,美国便将物联网技术作为刺激经济复苏的关键,并摆在重要的战略位置。同时将物联网列为对美国利益有潜在影响的关键技术之一。面对物联网技术掀起的全球技术革命,我国也将物联网作为重点发展对象,并上升到国家战略层面。还出台了《物联网“十二五”发展规划》。目前,我国物联网技术还处于发展的初级阶段,同世界先进水平还有较大的差距,无论是在关键技术的研发方面还是在规模化的应用方面,都需要做出进一步的突破和发展。物联网技术的发展,采用了创新性的设计理念,融合了存储、计算、传感、应用等多种技术,能够广泛地应用于工业生产、商业流通以及医疗卫生等各个领域。在互联网的平台上,物联网以信息技术为支持,建立了物品之间的联系,形成了一个交互性的立体网络。在这种技术下,虚拟世界和现实世界能够建立起密切的联系,能够有效地改变传统产业发展的结构和模式,提高信息交互的效率、反应速度和灵活程度。在物联网技术的分类上,根据其特征,我国将物联网划分为感知层、网络层以及服务层。感知层主要是指信息采集技术,用于现实世界中的信息识别和感知。例如,传感器、RFID、地理识别、定位、二维码技术等。网络层主要是建立互联网络进行信息的传送,例如,认知无线电、环境感知、物物增强等技术。服务层是指通过应用平台实现信息共享和协同功能,包括云计算、SOA技术等。
2 物联网技术在血站信息化管理中的应用
2.1 利用RFID技术进行血液信息化管理
血站的主要业务流程包括招募、信息登记、体检、采血、血液初检、复检、入库和临床使用等。在这个过程中,需要录入、匹配和管理大量的数据,包括献血者的档案和血液成分等,大量的数据给血液信息管理造成了极大的困难,例如,血液的存储、运输、监控等。在临床使用时,血液匹配、出库的效率较低,影响了医疗活动的顺利进行。针对这种情况,RFID技术能够极大程度地解决血液的信息化管理问题。在RFID技术下,每袋血液都能形成唯一的电子标签,与数据库进行互联。在血液采集、存储、运输的各个环节,实现全程跟踪和监控,极大地简化了血液的出、入库程序。此外,利用RFID技术进行血液管理还具有几个优势:一方面,RFID技术能够实现大量数据的处理,有利于减少人力成本,同时能有效地避免人为操作失误;另一方面,RFID技术的识别是非接触性的,能够降低血液在识别和检测过程中造成血液污染的风险。
2.2 通过应用平台实现血站信息共享
随着血站规模的不断扩大,血站的数据量也变得更加庞大,血站之间的业务联系也越来越多,迫切需要进行信息分享,开展系统合作。传统血站工作模式由于信息分散,已经不能适应当前社会对血站工作的新要求,且出现了严重的资源浪费、效率低下以及重复投资等现象。通过物联网技术,建立应用平台进行信息的分享和交互,打破了传统血站工作的信息限制,能够极大地提高血站的工作效率,在应对突发事件时,能够提高反应速度和灵活程度,对于不宜献血以及高危献血人群,能够通过信息共享实现各个血站、各个区域的屏蔽,避免了大量重复的工作。同时,在检测信息的传递和献血间隔期的控制上,信息共享平台也能实现良好的管控效果。可见,加大资源投入和发展力度,建立血站行业的信息互联平台,对血站信息进行数据化管理,对提高我国血站工作质量和效率具有重要的意义。因此,我国要按照国际主流血站信息化建设标准,加强我国血站信息标准体系建设,进一步推动区域内信息共享工作。例如,利用物联网技术开发云模式,建立各个血站系统之间的协同工作网络,实现血站系统之间的数据传递和交换。
2.3 通过物联网技术强化后勤服务和管理
血站的后勤管理和服务工作是血站正常运行的基础和支撑,是血站工作的重要内容。完善的后勤管理和服务,也体现了血站的工作态度、精神风貌和管理水平。利用物联网技术等现代化信息技术手段,在库存管理、设备管理、消毒供应、资源采购等各个方面,提高服务质量和管理效率,推动和谐血站建设。物联网技术的应用,是对现有设备、物资管理体系变革的重要基础,能够在安全保障和工作效率上,都有显著的提高。通过对后勤工作智能化、动态化的管理和监控,能够为血站创造一个稳定、安全的工作环境,为血站的发展提供强大的后勤保障。
3 结 语
随着我国物联网技术中核心技术能力的不断增强,进一步深化技术改革,能够提高我国在国际市场中的竞争能力。在血站的信息化管理中,我国应积极发挥物联网技术的优势,利用物联网技术进行血液信息化管理,强化后勤服务,建设应用平台,实现血站信息共享,推动血站信息化建设发展。
中图分类号:TP399 文献标识码:A 文章编号:2095-1302(2016)06-0-03
0 引 言
“现代学徒制”以企业用人需求与岗位资格标准为服务目标,以校企合作为基础,以学生(学徒)的培养为核心,以课程为纽带,以工学结合、半工半读为形式,以学校、行业、企业的深度参与和教师、师傅的深入指导为支撑的人才培养模式,强调“做中学、学中做”[1]。而专业应用技术平台建设通过信息技术实现教学资源的共享,方便教师和学生的学习与工作,便于开展教学过程控制[2]。
在研究国内外专业应用技术平台应用方面所取得的理论和实践成果的基础上[3-6],对工学结合校企合作“现代学徒制”培养模式与课程体系及实施过程进行系统的整理与重构,为学生、教师、企业提供一个无缝连接的开放的柔性平台,不断推进教学资源的共建共享,提高优质教学资源的使用效率,扩大受益面。
1 现代学徒制平台的设计方案
1.1 现代学徒制平台的设计目标
基于现代学徒制的物联网应用技术专业平台是一个基于Internet的网络教学应用系统。本平台的建设不仅针对高校物联网应用技术专业的在校生自主学习,还可以满足物联网相关服务类企业人员、社会学习者学习咨询及培训和开展科技服务工作的需要。从在校生学习的角度,物联网应用技术专业资源库提供给学生丰富的学习资料,拓展了学习空间,培养学生自主学习协作学习探究学习的能力;从教师教学的角度,通过资源平台可以进行课程开发和课程教学,为教学提供了丰富优质的教学资源;从物联网相关和社会人员使用的角度,物联网应用技术专业资源平台项目为企业和社会人员提供了资源检索、信息查询、资料下载、教学指导、学习咨询、人员培训等功能。
1.2 平台的运行环境
(1)服务端
一台用于提供Web服务运行的Web服务器,可以安装Windows Server 2012操作系统+IIS7.0+。
一台用于管理数据库空间并提供数据读写操作的数据库服务器,应当安装Windows Server 2012操作系统+SQL Server 2012。
一台用于提供文件共享的文件服务器,主要安装Windows Server 2012操作系统。
一台专门处理流媒体文件的流媒体服务器,可以安装Windows Server 2003操作系统+Windows Media Encoder 7.1+H264编码器+数码摄像机。
(2)客户端
普通PC机或智能终端,可以安装Windows操作系统或其他操作系统+浏览器+VLC多媒体播放器。
1.3 平台的组成及其功能模块
根据文献[7]与文献[8]的阐述,综合考虑系统设计的实用性和经济性,确定采用B/S模式下Web访问的网络教育和交流环境。平台的网络拓扑如图1所示。
基于现代学徒制的物联网应用技术专业平台不仅能为在校学生提供学习和企业员工再学习的机会,还能为在校老师和企业导师提供交流的平台。因此该平台主要涉及的三类用户分别为教员、学员和系统管理员。平台的顶层用例图如图2所示。其中学员包含了在校学生和企业员工两类用户,而教师和企业导师都可以视为教员。
平台三类用户的需求是构建一个现代学徒制下物联网应用技术专业知识的学习和交流平台。针对三类用户的需求分析,该平台由在线实时学习、离线学习、岗位技能培训、项目工作室、互动交流等应用子系统组成,平台功能模块图如图3所示。
教员利用该平台可以完成对教学资源的组织和管理工作,包括教学资源的增删改操作等。教员可以通过专用摄像机将其讲课过程实时传输到服务器或者经录制处理后上传到服务器,供学员在客户端在线或离线学习。同时,作为教员的企业导师可以依据企业岗位需求在平台上制定岗位技能培训计划和任务,供学员进行技能培训。该平台提供了一个学员和教员二者之间项目合作交流的平台,从而提高高校和企业的产学研合作。在该平台上教员可以依据学员的综合表现做出综合性评价。各应用子系统的功能简要说明如下:
(1)在线实时学习子系统
该子系统主要用来实现学习的实时直播功能,满足学员线上实时学习的需求。在服务端,利用数字摄像机将教员的讲课过程实时传输到服务器,然后通过视频直播模块将音视频信号采集编码压缩生成ASF流媒体文件,并经服务器传送到网络上。客户端,学员只需在浏览器上通过视频直播连接就可以实时接收到教员讲课的过程。
(2)离线学习子系统
该子系统主要实现的是学习的点播功能,满足学员线下自学的需求。在服务端,利用数字摄像机将教员的讲课过程进行录制处理,通过专业的视频处理软件生成ASF流媒体文件后上传到服务器的指定目录下。客户端,学员只需在浏览器上选择教学视频点播就可以进行学习。
(3)岗位技能培训子系统
该子系统主要实现的是学员企业岗位技能的培训。其主要参与者为企业导师与学员。企业导师根据实际企业岗位的技能需求指定培训计划,并给学员安排日常的工作和学习培训任务。学员根据企业导师的任务安排按时按量完成任务,并通过该系统上传任务成果。企业导师可以实时跟踪学员的动态,并依据学员的成果进行相应的评价。
(4)项目工作室
教员通过公告栏可以在网上项目招募信息。线下学员与教员之间可以通过各种形式完成项目,并上传项目成果供其他成员参考使用。学员或教员也可以自己完成的研究成果,供其他成员参考使用与评价。
(5)资源共享平台
提供一个基于Web的资源上传下载平台。教员可以上传教学资源或相关优质资源到服务器的指定目录下。学员可以通过下载链接下载相关教学资源。
(6)互动交流平台
提供一个在线师徒交流、讨论场所。学员可以向教员提问,教员进行实时解答,也可以对某个问题或某个领域的典型解答。
(7)考核评价子系统
该系统用于教员对学员的考核评价。主要包含岗位技能认证子系统、网上作业评价子系统、网上考试子系统和项目成果效益评价子系统。具体如下:
a.岗位技能认证子系统是对学员日常任务完成效果和岗位技能证书的综合评价;
b.网上作业评价子系统在日常作业后,学员完成作业后对作业效果的综合评价;
c.网上考试子系统通过在线考试题目,学员完成在线考试后进行的考核评价;
d.项目成果效益评价子系统对学员在项目工作室中参与的程度以及完成项目的社会效益等进行综合评价。
2 平台实现的主要关键技术
2.1 基于Web服务的五层软件体系结构
采用基于Web服务的五层软件体系结构,分为数据层、数据服务层、业务逻辑层、业务接口层和业务表示层。其五层结构如图4所示。
(1)数据层。主要实现数据存储、数据间的联系等逻辑关系。该层采用SQL Server 2012以及XML来完成;
(2)数据服务层。该层起中介作用,是承接业务逻辑层对数据层的数据调用。将后台数据库表的操作封装于该层,即DAO组件都放在该层;
(3)业务逻辑层。该层主要将各种业务功能逻辑组件以Web服务组件进行封装,比如用户登录、视频播放、文件上传下载等功能;
(4)业务接口层。该层主要对业务逻辑层封装的Web服务组件进行描述和组合,并将Web服务组件注册到IIS上,实现各个服务之间的交互;
(5)业务表示层。该层主要为用户提供输入/输出交互界面,通过调用业务接口层上的Web服务将系统的各个功能在浏览器上输出。
2.2 基于RTP/RTSP协议的视频直播
提供教学视频直播是基于现代学徒制的物联网应用技术专业平台的主要功能之一。目前流媒体技术的成熟发展为实现教学视频直播提供了有效的技术支持。由于移动终端的普及,根据文献[9]与文献[10]的描述,该平台使用基于RTP/RTSP协议的视频直播技术,主要解决客户端在不同应用平台(PC机或智能终端)上视频的实时播放问题。工作流程如图5所示,采集端将采集到的音视频信号进行处理,并用H264编码,经RTP和UDP封装后上传至流媒体服务器。流媒体服务器根据客户端发送的RTSP交互协议发起或终结流媒体处理,并将经过UDP、RTP拆包后的数据通过VLC编码后在客户端播放。
3 关于系统进一步完善与应用的思考
本文提出的基于现代学徒制的物联网应用专业平台只是网络教学和专业交流平台的一个基本雏形,平台现有的基本功能可以进一步完善和扩充。目前可以从以下几方面考虑:
(1)优化考核评价标准,需要研究现代学徒制下考核评价的标准化和评价分析功能;
(2)完善开发更为友好的交互界面,继续研究更为有效的视频直播技术;
(3)在资源共享模块方面,考虑采用Hadoop云平台解决文件服务器资源不足的问题;
(4)在项目工作室方面,考虑引进O2O模式来提高共同合作开发项目的服务。
4 结 语
本文给出了现代学徒制下物联网应用专业平台的设计方案,该平台包含了在线实时学习子系统、离线学习子系统、岗位技能培训子系统、考核评价子系统、项目工作室、互动交流平台和资源共享平台等功能模块,并提出了该平台的基于Web服务的五层软件体系结构。针对实时视频播放问题,给出一个基于RTP/RTSP协议的视频直播工作流程。平台部署和实施工作成为后期研究的重点。
参考文献
[1]熊苹.走进现代学徒制[D].上海:华东师范大学,2004.
[2]刘艳莉,孙雨耕,程鹏,等.数字化教学资源共享信息平台建设研究[J].现代远距离教育,2011(2):39-42.
[3]郜激扬,刘凤伟.基于校园网的教学资源平台设计[J].中山大学学报(自然科学版),2009,48(S1):213-214.
[4]李健,谭爱平,刘曼春.基于Web 2.0的网络教学资源平台的构建[J].计算机与现代化,2012(5):141-143,148.
[5]陈浩.基于AJAX的教学资源平台的设计与实现[D].上海:华中师范大学,2009.
[6]吕元海.基于Native XML数据库的视频教学资源平台构建[D].西安:西安电子科技大学,2011.
[7]刘柏洋.流媒体系统架构的技术分析[J].四川理工学院学报(自然科学版),2006,19(5):51-54.
引言
物联网一词已渗透到我们的日常生活之中,行业都能看到物联网的踪影,如智能家居、智能交通、智能城市、智能校园等等。随着科学技术及信息化的不断革新,不可否认其很大程度上改变了人们的生活和学习方式,目前校园网在物联网技术的支撑下更是对教育管理模式提出挑战。
1 物联网技术
1.1 物联网的定义
物联网是在RFID无线射频识别技术、传感器、二维码技术等感知技术的基础上,通过有线或无线网络进行信息交换和通信,对物品实现智能化识别、定位、跟踪和管理的一种网络。通过物联网技术可以随时随地对信息和物品进行采集,实现对实体物品的全面感知,再利用无线网络将信息进行实时传输,在信息处理层对接收到的信息进行智能处理,实现人与物时时刻刻的沟通和控制。
1.2 物联网的基本架构
(1)信息感知层,是物联网的基础,处于物联网的最底层,该层包括传感器、电子标签、阅读器和摄像头等数据采集设备,使用的技术主要有射频识别技术RFID,短距离无线通信技术等,主要功能是获取世界中的信息和自动识别监测对象。(2)信息传输层,是物联网的中间层,主要工作是将感知层获取的数据传输到应用层,该层是在基于现有互联网之上,负责感知层和信息层之间数据可靠安全的传输和信息的控制。(3)信息应用层,包含物联网的中间件、云计算和应用设备。中间件是硬件和软件之间的计算机软件,通过标准接口和协议把通用的服务封装起来。该层的主要功能是对数据进行融合、分析和处理,并通过各种终端移动设备与用户进行交互,实现智能化和自动控制化。
2 基于物联网的智慧校园
基于物联网技术的智慧校园建设,原理是通过RFID技术、无线传感技术、定位等,对校园里需要感知的对象进行识别;接着再用标签读写器、智能终端设备接收对象的信息,通过有线或无线网络将信息精准的传送到信息处理层,信息处理层将数据进行汇总和融合后,传输到校园的各个指挥中心系统,指挥中心系统通过对得到的信息进行智能分析后,校园管理部门能够实时掌握各个对象的详细信息,从而给校园提供一个安全决策的依据。
3 物联网技术在智慧校园的应用实例
3.1 实例概述
目前,学校在实现智能校园时,最基础就是要先建立学生考勤管理系统。传统的学校考勤制度是通过人工登记考勤,这种模式效率低下、速度慢,数据统计起来费时费力,但学生的考勤是学校一直以来最重要的一个管理环节,因此,在现代科技信息时代,建立学生考勤管理系统是每个学校首先考虑到的。文章将物联网技术应用到实现学生考勤管理系统中,分析物联网技术在考生考勤管理系统中的智能性及自动化,让学生在携带一个含有RFID芯片的学生卡的情况下实现考勤的管理,同时解决人工考勤系统遇到的难题。
3.2 系统功能
该考勤系统实现的功能有校门口安全管理、自动识别身份、违规进入报警和考勤数据处理,具体如下:(1)考勤登记:读取学生卡芯片中的电子标签信息,并将数据实时传输到后台管理系统,并能够在终端系统显示出学生的相关信息,如学生资料、门点的方位等,如果遇到没携带卡却进入感应区域,还能够及时自动发出警报信息。(2)查询信息:可以利用终端对学生的信息进行查询,如所在班级、专业、考勤记录和报警记录等。(3)统计功能:系统可以生成一些报表,还可以按照自定义条件对数据进行统计。报表可以按照用户需求导出相应的文件格式,为其他应用软件或管理系统使用。(4)系统管理:学校系统管理员可以登录系统管理后台对系统的参数进行初始化设置和修改,对其他非管理员用户设置应有的权限,还可以设置硬件设备的参数等。
3.3 系统流程
学生在入学注册后,学校需将学生的相关信息录入到考勤管理系统中,与电子标签绑定后制作学生卡,学校大门口会安装摄像感应器,学生携带学生卡在进入学校大门时,阅读器将读取学生卡信息,通过RFID中间件进行数据过滤,有效的数据通过网络会上传到数据库与信息进行核对,如果能够匹配,登记出勤并放行;如无法匹配,则提示报警信息,由保安人员进行处理。文章的学生考勤管理系统流程图如1所示。
图1 学生考勤管理系统流程图
3.4 关键技术
3.4.1 系统运行环境
操作系统:Windows 2003以上操作系统。
软件框架: framework 3.5以上,支持XML标准数据交换格式
数据库:采用Sql Server 2008
开发软件: Visual Studio 2008编程工具
3.4.2 物联网关键技术。文章的物联网设计使用RFID标签、传感器等设备,一般情况下,这些处于信息最底层的设备都会24小时全天候保持启用状态,这就要求数据传输网络必须具有成本低和耗能低的特点。因此,文章选用具有该特点的Wi-Fi短距离传输通讯技术,这也是目前大多数物联网构建所使用的通讯技术之一。(1)Wi-Fi技术。Wi-Fi是在IEEE802.11系列协议的无线网络的基础上制定的标准。目前,智能手机、电脑、相机等有数据传输功能的电子设备几乎都支持Wi-Fi连接,它的信号源由ADSL等有线网络提供,通过具有无线功能的路由器发射信号,它使用开放的2.4GHz微波频段,最高速率可达到54Mbps,传输距离在100到300m之间。(2)射频识别技术(RFID)。RFID系统由电子标签、阅读器、天线和后台数据管理系统组成,是Radio Frequency Identification的缩写。本学生考勤管理系统中,将RFID系统应用到校门口的感应区域中获取学生进入学校的信息。
4 结束语
文章在介绍物联网技术和智慧校园概念的基础上,通过一个实例分析物联网技术应用到实际校园的学生考勤管理系统中,给校园管理带来的便捷性,可以很明显的看出,与传统的人力考勤系统相比,体现出很大的优越性和智能性。随着信息化和科技化的深入发展,物联网技术还将会得到更进一步的应用,势必会渗透到我们的日常生活之中。
参考文献
[1]徐鲁宁,郭晓功.基于物联网技术的学生智能考勤系统设计与实现[J].九江职业技术学院学报,2014(3).
中图分类号:G434 文献标识码:B 文章编号:1673—8454(2012)17—0033—03
根据“十二五”发展规划,物联网将成为我国战略性新兴产业。据Forrester Research 预测:2015年中国物联网产业的整体产值将超过1万亿元,到2020年,将达到5万亿规模。为适应物联网技术和产业发展对高技能人才的要求,为推动物联网应用技术专业建设,提高物联网应用技术专业的人才培养水平,高职院校需要依托正在形成并迅速发展的物联网行业,整合各种资源,建设高职物联网应用技术专业教学资源库。
一、高职物联网应用技术专业教学资源平台建设存在问题
目前教学资源平台建设取得了一定的成果,但由于建设速度快,而建设水平没有随之进步,重数量轻质量,因此在建设过程中,出现了一些共同的问题,主要表现为以下几方面:
(1)入库资源种类繁多,没有统一的具体的技术规范和标准。由于教学资源的结构、类型和属性等方面的不同,在教学资源的建设中,教育部已制定了一系列统一的标准体系。[1]高校按照这些统一的标准来建设教学资源,但许多学校在资源建设过程中对技术规范和标准的执行缺乏力度。在资源的建设中,建立资源的开发、管理和应用服务平台无法解决资源存储容量大、类型多、可扩展以及不断更新等问题。
(2)资源利用率较低,平台安全性差,没有统一的评价体系。多数学校在建设教学资源平台时轻视学生自主学习的能力,出现了“以教师为中心”,学生与平台的互动性不够的现象。大部分高校把对平台的建设视为数据库的建设,把资料放进去以后就不管了。造成资源利用率低、安全性差等问题。
(3)“信息孤岛”现象严重,资源“透明度”低,重复建设现象严重。各个高校教学资源建设大多系单独建设,独自使用,相互之间缺乏交流,即各高校教学资源的共享性和可用性差,造成资源的重复建设以及资源的严重浪费。
二、高职物联网应用技术专业教学资源平台建设思想
在进行教学资源平台设计时,以“个性化服务、资源共享”为目标,突出强调个人体验,提供的功能包括:资源垂直智能搜索、相关课程自动推荐、开放信息推广展示、全媒体浏览支持、核心资源访问控制等。为教学者用户提供在线备课、网络课程、技能测评和资源管理等教学应用服务模块;为学习者提供网络课堂、技能测评等课堂教学模块以及职业规划、项目实训、职业提升、网上求职等职业服务模块;为企业提供网络招聘、技能认证和实训管理等服务模块;为院校提供专业建设、课程建设以及校企合作等服务模块。物联网应用技术专业教学资源平台结构设计如图1所示。
三、基于云计算的高职物联网应用技术专业教学资源平台总体结构设计
为构建长效反馈驱动机制,打造优质专业教学资源库,实现优质教学资源整合、共享与共评,我们融入了云计算模式来搭建高职物联网应用技术专业教学资源平台。
1.融入云计算模式的基础支撑平台设计
依据高标准、国际化的建设原则,在系统基础架构上融入云计算模型,依托学院新校园先进的网络基础设施,采用集中式服务、分布式布局的网络体系架构,搭建技术先进、功能强大的基础支撑平台。
高校校园网采用IPv4和IPv6双栈设计,核心设备均采用冗余热备;4出口、万兆骨干、千兆到桌面;服务器负载均衡,部署高性能防火墙和入侵检测设备。硬件基础平台分别由服务器、存储阵列、光纤存储交换机、磁带库等设备组成,通过虚拟化技术将这些设备整合为各种统一的资源池,提供计算、存储、在线备份等互联网基础服务,其硬件基础平台如图2所示。满足院内、院外各种用户安全、稳定、快速访问,文件上下载、高清视频点播等多种应用,支持10万在线用户、100万日访问量。
2.实施架构设计
我们根据面向用户,强化应用;以学生为中心,提供个性化的学习、培训和认证服务;向各高职院校推进“优质教学资源共享”;开展“远程课堂”,推进教育公平的原则,采用“三层三部”架构来构建高职物联网应用技术专业教学资源平台,其实施架构如图3所示。
四、基于云计算的高职物联网应用技术专业教学资源平台实现
教学资源平台采用了基于云计算的浏览器/服务器(Browser/Server,简称B/S)模式。使用JSP+Oracle+Linux开发模式。采用这种架构既保证了平台的稳定性、灵活性和安全性,又提供了良好的兼容性、可移植性和可扩展性,有效地实现了海量资源和分布式资源的整合。
我们采用B/S模式的三层体系结构B/S/S(Browser/Web Server/Cloud Server)来开发设计模型,即前台客户端直接采用浏览器,中间服务器是Web服务器,后台为云服务器,如图4所示。由客户端在Web页面发出请求至系统管理、服务目录等进行一系列的分类处理后,发送至Web服务器,然后再由中间服务器对云服务器发出请求,客户端与云服务器不直接联系,保证了数据的安全性,具有跨平台、可移植、操作简单等优点。
五、基于云计算的高职物联网应用技术专业教学资源平台关键技术分析
1.云存储技术
教学资源库是一个存储资源、管理资源、共享资源的平台,具有资源的媒体类型多、存储容量大、动态性和异构性等特点。同时仍然存在着数据扩展性不高、异构性和兼容性较差、数据的存储速率无法满足大数据量、大并发访问的要求等问题。在云计算环境下,我们采用了云存储技术来解决教学资源的存储问题。
我们结合云存储的特点,融合虚拟化等技术,利用高职院校存放服务的磁盘阵列、硬件服务器等存储设备,将其空间划分成一定大小的可灵活扩展的云,把类型复杂、种类繁多的教学资源按需分配,存放至这些云上,形成内部架构透明的教学资源存储云。我们只需提供接口,各高职院校即可通过此接口直接访问到存储云上的各类教学资源并与平台进行交互。根据提供教学资源的方式不同,把教学资源存储云划分成公有存储云、私有存储云和混合存储云三种。在公有存储云上主要存放一些包括课程标准、课程设计、电子教案、教学课件、教学录像视频、项目案例资料和试题库等开放式的或可在一定范围内共享协议的教学资源。由于涉及版权或的原因,在私有存储云上主要存放为某些单位内部的师生服务的资源。例如教师通过教学资源库积累的私有的教学资料及统计信息,包括完整的备课笔记、教学日志、教学反思、练习与测试成绩和师生交流等资源。在混合存储云上主要存放商业化的如文献数据库、课件、视频等教学资源,用户可通过一定的付费方式来使用其资源。
2.安全防范技术
在教学资源库建设中,我们不必再花费大量的时间来管理数据。因为在云端,有强大的技术管理团队来管理存放的数据资源,同时也有先进的数据中心来保护这些教学资源,因此我们可以把更多的精力投入到资源库的建设中。[2]数据安全对教学资源库至关重要。任何数据的丢失对资源库都是很大的损失。要选择有效的安全策略和安全保护机制,解决数据安全复制问题。我们采用了云备份策略,云备份是一个新技术,针对云存储数据的丢失、破坏等的安全防范技术,能保护相关的教学资源。
3.虚拟化技术
虚拟化是云计算的最主要的特征之一。在教学资源平台建设过程中,为了解决有的服务器超载,而有的服务器闲置等问题,我们利用了资源虚拟化技术,来解决高职院校用户需求快速变化的难题,实现了软硬件的分离。用户只需在虚拟层运行自己的软件,而不必关心后台硬件的实现,当一台服务器忙碌时,任务会自动寻找到其他空闲的服务器上运行,从而进一步提高了教学资源的最大化利用率。
六、结束语
本文采用云计算的技术与理念构建高职物联网应用技术专业教学资源平台,有效地解决了教学资源建设重复、分布不均和“孤岛”现象,实现了软硬件资源、教学资源等的共享,增加了学生自主学习的能力,提高了教学质量,实现了教师好用、学生乐用、资源不断更新的教学资源库建设目的。