“互联网+”背景下智慧教育互联系统设计与实现研究

傅杰梅

摘要：“互联网”的生态圈下，智慧教育成为大趋势，也是教育改革发展的方向。如何为学校、师生家长构筑起切实可行的智慧教育互联系统已成为具有时代普适意义的教育范畴和前沿性思考。基于此，文章探究了“互联网+”背景下智慧教育互联系统的设计内容与实现方式。

关键词：智慧教育；教育互联；沟通平台

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）08-0096-02

著名教育家苏霍姆林斯基说过：“只有学校教育而没有家庭教育，或者只有家庭教育而无学校教育，都不能完成培养人这一极其艰巨而复杂的任务。”促进学生全面的发展，离不开学校教育和家庭教育聚集形成目标认同、行动协调、互促互补的教育合力。当前，信息时代的来临，云计算、物联网、大数据等技术推动了教育模式的改变与转型，教育已然趋于智慧化。其中，智慧教育互联通过建设一个带有感知和智能的新形态系统，能够为学生、教师、家长提供学习、教育以及互动沟通的良性平台。因而，可看出构建智慧校园是时代的要求，实现“互联网+”背景下智慧教育互联具有必要性。

1智慧教育互联系统框架的设计

智慧教育互联系统是现代化交互平台，也是现代信息有效管理平台，该系统实现了家长、学生以及老师更加密切的联系，系统当中所有的用户都可以把相关消息利用手中的终端设备实现向云平台的上传，同时，相关硬件设备在实现数据采集之后，也可以将相应数据在无线网络的连接之下向云平台当中传输，并通过云平台实现二次转发。

智慧教育互联系统技术性能非常高，系统自身包括了射频识别技术、云服务、移动应用开发技术以及物联网通讯技术，在实现多种技术应用之后，该系统运维效率非常高，师生在利用该系统实现沟通过程中更加迅速和便捷，同时在体统当中还可以实现数据便捷的共享，各种功能都比较齐全。系统构成部分以及分层结构图可以见图1。

1.1网络层

系统当中的网络层相应构成部分是移动通信系统和云平台，当中的云平台采用的是Saa模式，在该模式利用下，实现信息统一化的推送服务，在实现消息推动过程中，不需要考虑上层应用程序相应类型，也不需要考虑是否在线，直接就能够通过最大线路实现信息推送。同时，在网络层还能提供存储服务以及信息沟通服务。在这一层当中的所有新配置、新消息以及新邮件都会在PUSH机制应用之下实现向上层相关应用程序当中的推送。

系统当中的移动通信系统属于控制层和云平台相应衔接系统，在连接网络之后可以对控制层相关消息进行获取，并对硬件设备相应指令进行采集，以实现分析信息并存储信息，当即将达到相应警戒边缘的时候，就会向指定的用户实现警戒消息的推送。

1.2控制层

控制层主要是实现采集信息的相关工作，改成主要构成部分包括主控制器、相关传感器以及RFID阅读器。

1.3终端应用系统

终端应用系统是用户和网络层之间的相应接口，构成部分包括PC端程序以及iOSAPP和Android的移动应用程序。该系统和网络层进行数据的有效传输，通过相应APP以及Web等形式实现向终端用户呈现相应的信息和内容。

2智慧教育互联系统网络层的设计

网络层是系统上层和下层之间重要的接口，该层将以往PV机服务器端替换成云平台，实现替换之后，云平台属于上位机，通过此实现和设备传输相关数据，并以此实现向终端应用系统推送消息。

2.1云平台设计方案

当前我国在应用云平台当中属于初级阶段，其中相关的云储存相应形式较为简单，所以，在实际设计网络层当中，要积极利用公共云，以此确保功能更全面，并且使用的更加灵活。

在云计算当中，实际面向的对象具有较大差异性，因此，将云计算服务直接分为三个层次，即：SaaS、IaaS和PaaS。由于设计的智慧教育互联系统最主要是为学生、教师以及家长提供服务的，服务对象在相应移动终端实现服务的获取，所以，设计当中网络层主要将SaaS模式当做终端系统实际开发当中后台相应云服务的提供者。

SaaS模式自身功能众多，能够实现托管环境、存储等方面功能提供，还能够实现通行后端相应技术能力，比如推送服务等，该模式能够有效促使软件开发转向云端，并实现常用资源转化为独立API。在该模式利用下，把系统需要的各方面资源实现了有效的汇集和分类，促使开发者在实际开发当中效率更高。网络层的具体结构设计可见图2。

2.2移动通信设计方案

当前移动终端在与云平台实现通信主要通过两种形式进行，即API接口和Socket。在实际应用当中，利用API接口能够促使通信流程更加清晰，并且在各种流行框架实现封装之后，能够将通信流程实现大程度的简化，所以，在系统设计当中利用API接口的方式进行通信实现。

选择通信形式之后，以云平台当做实际服务器端，将通过Java Script實现编写的基于服务相应RESTRPI发布给每个移动终端，在API当中包括了数据相应发送方法与读取方法，重复利用API当中的方法经过统一模型，促使和终端设备实现通信的相应编程流程得到了极大的简化。平板、PC以及手机等其他终端能够利用发布之后的相应API对传感器等相应硬件设备进行监测和操作，同时，本地系统在与云平台相应服务器进行信息的交互过程中，不需要考虑在线与否的问题。

3智慧教育互联系统控制层的设计

系统控制层能够对周边环境、学习情况等相应信息实现便捷有效的获取，并将获取到的信息数据实现向网络层的反馈。控制层要实现高效实时的解决相关问题，可以利用模块化相关设计思想，并将控制层实现三个部分的设计，即RFID阅读器、主控制器以及采集模块。

3.1主控制器

AVR单片机Arduino UNO开发板具有可以跨越平台的特点，因此，主控制器设计当中要积极进行利用。它的处理器是Atmega 328，该处理器操作灵活，上手比较方便，能够进行大量资源的连接，并且不同种类的资源都能够和Arduino实现连接控制或者输入与输出的操作，并具有多人交互功能。控制层当中通过Arduino开发板实现采集传感器当中的相关数据，并能分发指令，还能对RFID系统相应数据进行后期的处理操作，同时还可将相应数据提供给上位机，以实现数据显示。

3.2采集模块

在采集模式当中，包含了GPS模块、传感器、摄像头以及继电器等相关硬件涉笔，以实现采集和控制环境数据，并针对环境情况实现报警功能，还能定位相应地理位置以及对摄像头相应内容实现远程调取等。

3.3 RFID阅读器

将RFID阅读器进行完好的封装，并将其安装到特定的通道内部，并将相应通道设定在校园内部，在此基础上，学生将RFID卡片以贴片形式安置在手机内部，实现学生对卡片的随身携带，只要学生出现在可读区域内，卡片内部的相关信息就会被阅读器进行识别，对相应时间进行记录，同时把相关信息上传到主控制器当中，之后针对相关数据进行整理和操作，将整理好的数据实现向云平台服务器的有效传递。

在系统的控制层，RFID阅读器使用的是ETAG-R530超高频RFID阅读模块，并通过impini R2000模块设计，对相应区域内所有电子标签当中的信息以及数量通过无线电信号实现有效检测，该技术能够识别的标签数量比较多，一般能够100张。以此为前提通过内置的防碰撞实现检测，可以将相关信息快速准确地向主控制器当中反馈。

该模块符合ISO18000-6B/6C协议，能够有效读取电子标签当中多重并且超高频的信息，在对阅读器与指定标签相应端口实现利用之后，能够有效识别距离较广的相关标签。通过串口实现读取电子标签其内部各种信息，头部信息是0×BB，末尾信息是0×7E。在保证信号具有较高准确度的同时，可以科学的规划信号相应数据段，依据实际需求进行所需字段的获取，以实现更加快速的读取信息。

3.4与网络层之间的接口

为了能够完成数据的上传以及快速进行指令传输，在设计当中利用无线路由器进行WIFI网络的创建，在选择较为合适的路由器之后把它配置为相应客户端，在此设计基础上，无线路由器就成为网络层和控制层传输数据的相应桥梁。网络层和控制层相应通讯形式可见图3。

要实现网络层和主控制器之间数据有效传输，其基础就是TCP协议。在对Socket实现使用过程中，要通过：服务器监听→客户端请求→连接确认这样的流程实现连接。与此同时，利用HTTP当中相应Post方法将采集模块当中相关数据向云平台当中进行上传。

一旦有紧急情况出现，急需向终端实现信息的发送，则可以通过GPRS模块将短消息传送给指定用户相应终端当中。

4智慧教育互联系统终端应用系统的设计

智慧教育互联系统把学生的各类信息结合不同的使用者不同的功能需求实现信息不同形式的展现，促使教育互联得以有效实现。在相应平台当中，学生的出勤信息、课程信息、成绩信息、请假信息、作业信息以及教师信息与通知信息都会展现出来，同时教师能够方面快捷的将相关信息发送给家长，并能够实现一对多的发送，家长也能够实时掌握学生在校的相关情况与信息，教师实现工作负担逐渐减轻的同时，家长对学生实际在校状态掌握得更加全面。

终端应用系统和用户的联系是最紧密的，该系统包括了PC端、Android客户端以及iOS客戶端，三者能够独立地进行运行，并能够同步对数据进行有效接收，所以，用户可以根据自身实际情况对终端设备进行自由的选择。

在对终端应用设计当中，充分考虑到了不同使用者其使用需求，在功能与界面方面都进行了针对性的设计，操作更加方便，只要用户会操作相应终端设备即可实现信息的获取与接收相关推送消息，上手容易并且容易维护。老师的应用界面当中将丰富的功能凸显出来，帮助老师便捷的管理；家长界面将消息接收和信息查找凸显出来，促使家长能一目了然地看到相关信息；学生界面当中设计的操作比较简单，界面设计比较生动活泼。

终端应用系统实际结构图可见图4，图中依据不同角色对终端应用相关主要功能进行了介绍。

4.1教师角色

教师在相应终端应用当中能够操作消息发送，包括校园动态、学生作业、学生成绩以及学校通知等信息，同时教师还能在应用当中对学生提交到系统中的作业进行在线批改，同时将结果反馈给学生。还能在应用中批示家长提交的相应请假信息。

4.2家长角色

家长在登录到应用当中之后，可以对系统当中关于学生的作业、考勤、通知以及成绩等消息进行接收，新消息进来之后会出现红点，以提示家长查看。在应用当中家长还能对学生实际地理位置进行查看，并在系统中提交学生请假申请。

4.3学生角色

学生在进入相应应用当中之后，可以对老师发布的相关通知与作业进行查看，在系统当中完成作业，并提交上传。所有角色都能进到用户中心当中，对基本信息进行查看，还可修改密码以及提出反馈意见。

5结束语

要实现现代化教育建设，就要注重学校和家庭之间的互动和谐，在实现基于“互联网+”的智慧教育互联系统设计之后，将学校和家庭之间的关系拉得更近，不仅方便了教师管理，也使家长动态的掌握学生相关信息，家长和老师共同努力，推动学生健康全面的成长和发展。