教育信息化背景下智慧校園的關鍵技術與應用研究

盧喜利，周月鵬

教育信息化背景下智慧校園的關鍵技術與應用研究

盧喜利，周月鵬

（韶關學院信息科學與工程學院，廣東韶關512005）

隨著教育信息化的推進，智慧校園將成為未來高校信息化的主要發(fā)展方向，云計算和物聯(lián)網技術在智慧校園的建設中起著決定性的作用.這些先進技術可以對校園生活、教學進行綜合管理，可以有效的對學生安全進行防衛(wèi).通過分析物聯(lián)網和云計算技術在智慧校園中的應用，描繪智慧校園為學校師生和教職員工提供的多種多樣的校園文化、平安和諧、智能便捷的校園生活.最后對智慧校園的發(fā)展進行展望.

智慧校園；物聯(lián)網；云計算；RFID

教育信息化的建設是一個長期的發(fā)展過程，有客觀的路徑及規(guī)律性，建設的不同階段具有各異的特征. 21世紀初，國內各大高校都在建設數(shù)字校園，在建設過程中都有自己探索和規(guī)劃的模式，都是圍繞著應用展開教育信息化的建設.數(shù)字校園的內涵建設包含兩個方面：一方面是信息在應用方面的集成與數(shù)據(jù)整合，建設目標是完成學校信息在應用方面的集成、實現(xiàn)各類信息資源的整合；另一方面是構建基于標準統(tǒng)一、各種信息資源充分共享和傳輸?shù)钠脚_［1］.

數(shù)字校園建設在最初一段時期確實產生了積極作用，改變了學校的傳統(tǒng)教學模式和業(yè)務流程，但這種變革沒有產生顯著、可持續(xù)的影響，變革過程是被動且緩慢的［1］.北京師范大學的黃榮懷等人認為數(shù)字校園過渡到智慧校園是必然的，然后從學習環(huán)境的變革方面進行了分析［2］，江蘇師范大學的王運武等人則論述了這個過程中的系統(tǒng)思維缺失現(xiàn)象［3］.

隨著高校教育信息化的推進，信息化建設進入了新的發(fā)展階段.智慧地球、智慧城市、智慧校園、智能醫(yī)療、智慧交通、智能家居的建設都如火如荼的進行中，智慧校園成為教育信息化建設的重要組成部分［4］.高等學校也應該抓住機遇，圍繞“智慧”理念，打造智慧、平安、和諧的校園.

1 智慧校園

智慧校園是在數(shù)字校園，智慧城市之后產生的一個新概念.目前在中國高校中，還沒有實現(xiàn)真正意義上的智慧校園.不過隨著高校加大投入智慧校園的建設，某些高校已經能夠提供較為完善的服務［5］.

智慧校園是指通過云計算、物聯(lián)網等新技術在校園中的應用，完成對高校教職員工、學生以及學校的各種資源進行交互方式的更新，將學校的基礎設施、科研成果、教學資源進行整合，從而使得應用更加靈活、快捷，促使校園服務模式的智能化.在實際應用中，智慧校園的實現(xiàn)過程是把傳感器安裝到圖書館、教室、餐廳、實驗室、宿舍等場所中，通過互聯(lián)網實現(xiàn)“物物相連”形成“物聯(lián)網”，最終實現(xiàn)校園資源和系統(tǒng)的整合［6］.

智慧校園的建設，可以提高學校的信息服務質量，構建一個智能、協(xié)作和開放的信息服務平臺，讓每個使用者體驗該平臺的智能化服務.它是一種全新的學習、生活和管理模式，以智能化的方式來體現(xiàn)我們的工作、學習、交流與管理的校園生活.

2 智慧校園的關鍵技術

2.1 云計算

云計算是這些年被炒得比較熱的技術名詞.從本質上講，云計算不能算是一項全新的技術，它是在網格計算、虛擬化技術、并行計算以及分布式計算基礎上發(fā)展起來的一種新模式.

云計算的基本原理是利用非本地或遠程服務器群的分布式計算機為互聯(lián)網用戶提供計算、存儲、軟硬件等服務.簡單地說，云計算整合了很多位于不同地點或者相同地點的閑置的計算資源，通過計算機網絡為用戶提供“服務和解決方案”［7］.以用戶為主體并為其提供平臺、基礎架構、軟件等服務，整合大量的計算、數(shù)據(jù)、應用、存儲等分布式資源進行協(xié)同工作的超級計算模式.云計算是虛擬化技術應用成果的體現(xiàn)，而虛擬化技術為云計算的實現(xiàn)提供了很好的技術支持［8］.

云計算是計算機業(yè)界、學術界的熱點名詞與技術，已經成為未來發(fā)展的重要趨勢之一.微軟、Google、Amazon、IBM等信息巨頭都在進行與云相關的技術研究和開發(fā)［9］.

2.2 物聯(lián)網技術

物聯(lián)網是指通過激光掃描儀、射頻識別、全球定位系統(tǒng)（GPS）、紅外感應器等信息傳感設備，通過網絡通信協(xié)議把物品接入到互聯(lián)網中進行信息交換和通信，實現(xiàn)對物品的識別、跟蹤、管理和定位的一種網絡［10］.

通俗的講，物聯(lián)網是“物物相連的互聯(lián)網”，是互聯(lián)網的拓展和延伸；用戶端不再局限于人與人之間，而是物品與物品之間進行信息通信和數(shù)據(jù)交換，能夠對物品進行識別、跟蹤和定位.物聯(lián)網是繼計算機、互聯(lián)網和移動通信之后的又一次信息產業(yè)的革命性發(fā)展.

物聯(lián)網建設過程中關鍵的技術是射頻識別（RFID）技術.RFID英文全稱是Radio Frequency Identification，是一種由雷達技術衍生的技術，通過射頻信號實現(xiàn)對物體的非接觸自動識別.該技術通過閱讀器發(fā)射的電磁波自動識別目標對象和讀取相關數(shù)據(jù)，不需要人工操作，可工作于各種惡劣環(huán)境.RFID技術具有識別效果好、速度快、距離遠、環(huán)境適應性強、容量大、壽命長、可重復使用等特點，以及可支持快速讀寫、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理.

3 云計算、物聯(lián)網在智慧校園建設中的應用

3.1 云計算在智慧校園建設中的應用

（1）智慧校園的云計算平臺

智慧校園的云計算平臺包括3個層次，第一層是基礎設施層（基礎設施即服務）、第二層是平臺層（平臺即服務）、第三層是應用層（軟件即服務）.基礎設施又包括網絡系統(tǒng)、存儲系統(tǒng)和服務器等硬件部分.平臺提供虛擬硬件資源和服務器租用等服務，包括認證、授權、數(shù)據(jù)管理等.平臺服務系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、開發(fā)平臺以及中間件等組成.軟件服務層（應用層）是智慧校園的核心，也是智慧校園的上層服務.智慧校園教育信息化系統(tǒng)部署在軟件服務層，通過系統(tǒng)門戶提供服務，是用戶獲得服務的入口［11］.智慧校園云計算平臺架構見圖1.

圖1 智慧校園云計算平臺架構

（2）云計算在虛擬實驗室中的應用

云計算是支撐智慧校園建設的一項關鍵技術，借助于網絡載體，通過虛擬技術為用戶提供高效率、智能化的基礎架構和平臺.下面以云計算在虛擬實驗室中的應用為例講解云計算在智慧校園中的應用.

學生實驗是教學過程中的重要環(huán)節(jié)，通過動手調試實驗提高學生的動手能力，探索新的領域，獲取更多知識.然而，學校的實驗室不可能每天都開放，也不可能讓每個學生隨時進行實驗，不能保證每個學生都擁有自己的實驗室.為解決這個問題，可以使用云計算平臺.云計算平臺通過遠程桌面和資源共享的方式，使學校師生都可以通過客戶端訪問云平臺，體會海量存儲和高速運行，可以很好地實現(xiàn)每個師生擁有一個虛擬實驗室的構想.在虛擬實驗室的建設過程中，首先要完成實驗室環(huán)境準備，搭建虛擬化資源池，然后通過自動化方式完成資源的申請、監(jiān)控和回收，用戶通過虛擬桌面可以對虛擬實驗室進行遠程訪問［7］.

3.2 物聯(lián)網在智慧校園建設中的應用

智慧校園的一個很明顯特征是智能感知，能夠借助物聯(lián)網技術對校園生活、教學資源、教學活動，學生的安全等進行綜合管理.智慧校園展示了一個更加高效、便捷、智能、和諧的校園環(huán)境.

物聯(lián)網在智慧校園中的應用主要包括3個方面，分別是教學管理、校園生活以及安全防衛(wèi).

（1）教學管理

智慧校園的教學管理主要包括3部分：智慧課程、自動考勤管理和智慧圖書館.

智慧課程是教師將所有課程資源上傳到云平臺上，學生通過手機或計算機這些終端設備進行登陸訪問，在終端設備上完成課前預習和課后復習.教師也可以將學生需要完成的作業(yè)，通過網絡發(fā)送到學生的終端.學生完成作業(yè)后自動批改，系統(tǒng)對出錯情況進行分析，給出參考答案，教師也可以通過智慧課程模塊對學生的完成情況進行分析，便于學生自主學習和總結［12］.

考勤管理是學校授課過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，通過點名的形式實現(xiàn)，考勤一般由任課教師或者班委承擔，點名過程既浪費教師授課也耽誤學生學習.在每一間教室門口安裝一個RFID閱讀器來完成自動考勤管理，閱讀器通過讀取進出教室的教師和學生的RFID卡中信息，快速準確的記錄教師和學生進出教室的時間，同時可以生成學生曠課、早退、遲到的報表，準確性高，便于教師記錄平時成績，也方便教學管理部門查詢［12］.

智慧圖書館主要提供智慧管理、自助借還、智能統(tǒng)計服務.物聯(lián)網技術在智慧圖書館的實現(xiàn)過程中起著至關重要的作用.目前大部分圖書上面粘貼的都是普通的條形碼標簽，條形碼標簽在閱讀距離和閱讀速度方面趕不上RFID標簽，智慧圖書館的應用主要是RFID電子標簽的使用.智能書車是在移動設備上安裝了RFID閱讀器，通過移動智能書車來實現(xiàn)定位、查詢和導航功能［13］.

（2）校園生活

校園生活主要包含3個方面，分別是智能食堂管理、智能宿舍管理和智能浴室管理.

智能食堂管理是智慧校園建設過程中很重要的一部分.它包括3部分：第一部分是RFID閱讀器，第二部分是含RFID電子標簽的飯卡，第三部分是后臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).學校師生每人的飯卡中都植入了RFID標簽，卡里面包含了用戶注冊信息和使用信息.在食堂的每個窗口都安裝RFID閱讀器，通過閱讀器讀取卡中信息，比如說讀取卡中金額.刷卡后扣除相應金額，再將修改數(shù)據(jù)寫入到后臺數(shù)據(jù)庫中.后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲用戶的注冊信息和消費情況，方便用戶和管理部門對食堂權限范圍內的消費業(yè)務進行查詢［13］.

智能宿舍管理可以對學生的歸宿進行快速、高效、智能的管理.可以解決學生晚歸和夜不歸宿的問題.宿舍門口安裝有RFID閱讀器，當學生拿著RFID卡通過宿舍門口時，閱讀器可以感應學生的進出情況，從而統(tǒng)計出當前進入宿舍樓的人數(shù)，并且可以很清楚的統(tǒng)計出哪些同學在宿舍，哪些同學不在宿舍.

當學生在學校規(guī)定時間之前沒有回到宿舍，系統(tǒng)自動統(tǒng)計出這些學生信息，并給這些學生手機發(fā)送短信提示，同時將未到宿舍的學生信息發(fā)送到宿舍管理人員的手機上.通過智能宿舍管理系統(tǒng)，可以實現(xiàn)學生宿舍考勤的智能化管理，并且宿舍管理部門能及時統(tǒng)計報表，大大提高管理效率和統(tǒng)計的準確率［14］.

智能浴室管理可以實現(xiàn)用水自動化計費管理.使用時將卡放到閱讀器上，閱讀器通過發(fā)射信號讀取卡上余額并顯示出來，然后根據(jù)用水情況進行計費［15］.

（3）安全防衛(wèi)

隨著高校的擴招，學校的建筑規(guī)模和學生規(guī)模都在不斷加大，舊的安保方式在發(fā)展過程中就顯得捉襟見肘.物聯(lián)網技術為學校的安全防衛(wèi)提供了支持.學?？梢栽诿舾袇^(qū)域安裝傳感設備，安保部門則通過射頻識別、GPS及傳感技術，實現(xiàn)對學校人員和固定資產的全方位監(jiān)控，當有安全隱患時，設備自動報警，安保人員得到信息后可以第一時間到達出現(xiàn)安全隱患的現(xiàn)場［12］.

4 結語

基于云計算和物聯(lián)網技術的智慧校園，將為師生的教學工作和日常生活提供極大的便利.它將提供的是豐富多彩的校園文化、隨時隨地的網絡學習、方便周到、安全和諧的校園生活.目前智慧校園的建設既是機遇，也是挑戰(zhàn).在智慧校園的建設與實施過程中仍然有許多問題需要考慮.比如：物聯(lián)網建設成本較高，如果想一步到位全面建成需要較高的成本；而且使用物聯(lián)網技術可以跟蹤用戶的行動、了解學生的習慣以及偏好等，師生隱私將得不到很好的保護［12］.

當前智慧校園的建設還處在探索階段，隨著云計算技術、物聯(lián)網和大數(shù)據(jù)的深入研究和廣泛應用，智慧校園在建設過程中出現(xiàn)的問題將會逐步改進和提高，將來會有越來越多的學校建設成為智慧校園，實現(xiàn)校園大環(huán)境的物物相連.數(shù)字校園逐漸會被智慧校園取代，智慧校園將成為教育信息化產業(yè)發(fā)展的主流方向.

［1］胡欽太，鄭凱，林南暉.教育信息化的發(fā)展轉型：從“數(shù)字校園”到“智慧校園”［J］.中國電化教育，2014(1)：35-39.

［2］黃榮懷.從數(shù)字學習環(huán)境到智慧學習環(huán)境－學習環(huán)境的變革與趨勢［J］.開放教育研究，2012，18(1)：75-84.

［3］王運武.“數(shù)字校園”向“智慧校園”的轉型發(fā)展研究－基于系統(tǒng)思維的分析思辯視角［J］.遠程教育雜志，2013(2)：21-28.

［4］黃榮懷，張進寶，胡永斌，等.智慧校園：數(shù)字校園發(fā)展的必然趨勢［J］.開放教育研究，2012，18(4)：12-16.

［5］馮穎，俞文洋，陳羿羽，等.智慧校園建設與應用研究［J］.電腦編程技巧與維護，2014(2)：91-92.

［6］朱韶紅，王玉泉.物聯(lián)網技術在智慧校園建設中的應用［J］.中國科技信息，2013(19)：105-106.

［7］李征，王璐.云計算在智慧校園中的應用研究［J］.計算機與現(xiàn)代化，2012(5)：48-50.

［8］方巍，文學志，潘吳斌，等.云計算：概念、技術及應用研究綜述［J］.南京信息工程大學學報：自然科學版，2012，4(4)：351-361.

［9］呂倩.基于云計算及物聯(lián)網構建智慧校園［J］.計算機科學，2011，38(10A)：18-21.

［10］林成.智慧校園及其相關技術探析［J］.中小企業(yè)管理與科技(下旬刊)，2013(3)：210-211.

［11］保承軍，岳桂杰.云計算和物聯(lián)網在智慧校園系統(tǒng)構建中的應用［J］.自動化與儀器儀表，2014(3)：62-64.

［12］魏林.基于物聯(lián)網的高職智慧校園建設研究［J］.科技廣場，2014(11)：145-149.

［13］嚴大虎，陳明選.物聯(lián)網在智慧校園中的應用［J］.現(xiàn)代教育技術，2011，21(6)：123-125.

［14］張永波.RFID技術在智慧校園中的應用［J］.軟件導刊.2011，10(5)：132-134.

［15］王斌.基于RFID的水控管理系統(tǒng)［J］.中國電子商務，2009(12)：28.

Research on Key Technology and Application of Smart Campus under the Background of Educational Informatization

LU Xi-li，ZHOU Yue-peng
（Institute of information Science and Engineering,Shaoguan University, Shaoguan 512005,Guangdong,China）

With the development of education informatization,smart campus will become the main development direction of future university informatization,and the cloud computing and the technology of the Internet of things play a decisive role in the construction of smart campus.These advanced technologies can achieve the integrated management of the campus life and teaching,and it can effectively defend the safety of students.Through the analyzing of the cloud computing and the technology of the Internet of things in smart campus,it describes faculty diversity of campus culture.A harmonious,smart and convenient campus life of smart campus will be provided for the teachers and students.Finally it discusses the prospects of the development of smart campus.

smart campus；internet of things；cloud computing；RFID

TP393

：A

：1007-5348（2015）04-0018-04

（責任編輯：歐愷）

2015-03-30

廣東省教育廳“質量工程”建設項目（粵教高函〔2014〕97號）；廣東省高等教育教學改革項目（GDJG20142436）；韶關學院教育教學改革研究重點項目（SYJY20131404）；廣東省自然科學基金資助項目（2014A030307029）；廣東省高等學?？萍紕?chuàng)新（重點）項目（2013KJCX0168）.

盧喜利（1982-），女，河南焦作人，韶關學院信息科學與工程學院教師，碩士；研究方向：物聯(lián)網技術和數(shù)據(jù)挖掘.