物联网环境下的智能教育系统的设计与研究

徐正巧　赵德伟

摘要：互联网和物联网技术的发展，高校招生规模的扩大，普通的教学系统和教学环境已经无法满足学生们的学习需求，为学生服务。笔者通过对教育现状和学习需求分析，利用物联网技术和互联网技术，构建了智能化集成教育系统，对物联网技术支持下的教学进行了初步的研究和探索。

关键词：互联网；物联网；智能教育

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）28-6688-02

随着信息技术和互联网技术的广泛应用，人类社会步入了高度信息化的时代，信息获取方式逐步从人工生成的单一模式向人工与自动获取并重的模式发展，强烈的社会需求为物理世界与信息世界的融合提供了原动力，物联网随之扑面而来。

物联网应用涵盖的范围小到家庭网络，大到数字医疗、智能交通、公共安全，控件探测，甚至是国家和世界，受到了各国政府、产业界与学术界的高度重视。

物联网对教育事业的促进作用也日趋明显，尤其是基于RFID的校园一卡通工程对管理水平的提高为高校教育的改革和发展提供良好的技术支持，许多高校正在努力构建全面智能感知个性化服务的学习环境，实现新的教学环境：无处不在的网络教学、 融合创新的网络科研、透明高效的校务治理、丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活，为教育学生提供良好的环境和设施条件 [1]。

本文作者通过对物联网的研究，利用物联网技术，构建了智能化集成教育系统，对物联网技术支持下的教学进行了初步的研究和探索。

1 物联网及物联网技术

1.1 物联网的定义和特征

物联网在人类生活中的应用越来越多，但是人们对物联网的定义任然没有明确和统一。在比较各种物联网定义的寄出上，根据目前对物联网技术特点的认知水平，将物联网定义为：物联网是在互联网和通信网等基础上，针对不同领域的需求，利用具有智能感知、识别技术与普适计算等技术，自动获取物理世界的各种信息，将所有能够独立寻址的物理对象互联起来，实现信息化、远程管理控制盒智能化的网络，构建物物相联的智能信息服务系统[2]。

物联网中任何一个合法的用户（人或物）可以在任何时候（Anytime）、任何地点（Anywhere）与任何一个物体（Anything）通信，交换和共享信息，协同完成特定的服务功能。

物联网分为感知层、网络层与应用层。感知层是物理世界与虚拟世界的纽带，是物联网的基础。感知层主要负责信息采集，利用激光识别等技术实现物联网中人与物、物与物之间的信息交互的传感器技术。网络层是物联网规模应用的基础设施，包含局域网、城域网和广域网的各种接入网络。应用层提供海量数据的高效、可靠地汇聚、整合与存储，通过数据挖掘、智能数据处理与智能决策计算，提供安全网络管理与智能服务。

物联网是一个形式多样、设计社会生活各个领域的复杂系统，从实现技术角度看，物联网的特点是：网络的异构性，规模的差异性，接入的多样性。

1.2 物联网关键技术

物联网的多样化、个性化与行业化的特点，使得物联网涉及的技术种类繁多，从物联网应用系统设计、运行、应用和管理的角度来看，物联网技术主要包括：自动感知技术、嵌入式技术、移动通信技术、计算机网络技术、智能数据处理技术、智能控制技术、位置服务技术和信息安全技术。物联网技术的引入可以使得现实世界的物品互为连通.实现物理空间与数字化信息空间的互联.使真实空间与虚拟学习环境实现比较有效地整合。它让教学环境中每个物件形成数字化、网络化、可视化特性，学生在课堂中就可以感知自然、感知真实的场景.有效地促进人机交互、人与环境的交互，加强了师生之间、生生之间的交流[3]。

2 智能教育系统概述

传统的教学体制和教学系统仅仅是为学生提供了学习的空间，相对而言，智能教育系统为学生提供了一个全面的智能感知环境和智能学习服务平台，有效地采集学生学习的相关信息，获得个性化、智能化的学习和管理服务。

智能教育系统，能够智能化的针对每一个学习者、每个学习阶段的学习信息进行采集和处理，建立新一代的学习环境和交流环境，该系统能够利用智能手机、RFID标签与读写设备以及各类型的传感器实时的采集教师的教学轨迹和学生的学习痕迹，同时进行统计分析和处理，把传统的以“教”为主的教学形式，改变为以“学”为主的形式，更能调动学习者的学习积极性和主动性，及时反馈和调整教学内容，体现因材施教、因人而异的教学风格。

3 智能系统设计

物联网技术的引入使得智能化教学环境的每个物件都具有连通性、技术性、智能性、嵌入性的特性，可以随时捕捉、分析教师和学生信息，并进行反馈，提供一个物联网智能化的教学系统[4]。

本文利用物联网设计的智能化教学系统主要包括智能管理模块、智能资源模块、智能监测模块、智能导学模块、虚拟交流社区五个模块，如图1所示。

1） 智能管理模块：实现对系统中学习者的信息管理、实施双向教学评价考核、学习辅助工具集成和成绩查询等功能。

2） 智能资源模块：在学生的学习资料和教师的教学材料中加入RFID标签，使得这些资料置身物联网之中，具有物联网中多样性、智能性、规模性、嵌入性等特性。通过互动终端通过3G/4G 网络连接终端资料数据库和多媒体库，根据课程教学大纲提供的内容要求获得关联的教学资源，结果输出到学生或教师所在的网络终端[5]。同时存放专门针对移动学习优化过的大量课件资源、考试试题库、知识库、新闻消息库和有关系统运行的数据等。

3）智能监测模块：通过智能摄像头、智能手机、智能测控设备等记录和实时采集学生的学习痕迹和教师的教学轨迹。同时集成了学习评价系统，通过对学习者的学习时间、閱览次数和学习地点、学习对象以及参与交流与协作的指标等进行统计分析，得出关于学习者的学习积极性、学习深度和学习效果等情况的综合评定，连同学习后获得的成绩和学分一同记录到后台相关数据库中[4]。

4） 智能导学模块：通过数据挖掘、智能数据处理与智能计策计算，将智能监控模块中采集来的数据进行有效的整合、统计分析和利用，分析学生的学习需求和学习兴趣，，为每个学生进行个性化学习推荐，大豆更好的教学效果。

5） 虚拟交流社区：通过无线智能设备如无线笔、无线话筒等，实现基于语音、视频和文字等多种信息媒介的互动交流功能，为学习者提供方便快捷的网络通信，强大的信息交流和网络资料信息的共享支持，在线虚拟团队合作等功能。

4 结束语

近年来，互联网技术和信息技术的广泛应用，物联网技术在教育界应用研究逐渐深入，从理论的研究逐渐深入到课堂领域，对教育事业的改革作业已经日趋明显。该文利用物联网相关技术及理论，提出并设计了集成教育系统，优化学习环境，丰富学习资源，改善学习方式，提高了学习效率，对教育环境的改善起了很大的作用，促进了物联网在教育中的应用和发展。

参考文献：

[1] 杨进中，张剑平，李杭彩，李红美，许玮.基于物联网的环境教育系统设计与实现[J]. 华中科技大学学报（自然科学版）.2012，12（40）：157-169.

[2] 吴功宜，吴英.物联网工程导论[M].北京：机械工业出版社，2012.

[3] 王小妮，郝媛.物联网技术在现代远程教育领域的应用[J].中国电力教育，2012（6）：113-114.

[4] 吴怀广，赵家明.基于物联网技术的移动学习模型研究[J]. 中国电力教育，2013（13）：223-224.

[5] 周文辉，黎冬媛，莫剑斌. 基于物联网的数字化学习平台的设计与实现[J].计算机技术与展望，2012.11（22）：216-219.