总第12期
2018年2月刊
Focus    焦点
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物联校园助力智慧教育落地实践
文/张伟
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“智慧教育”是指通过利用移动互联网、物联网、云计算、大数据、人工智能等新技术来改变学生、教育工作者和校园资源交互的方式,将学校的教学、科研、管理与校园资源和应用系统进行系统性整合,以提高应用交互的明确性、灵活性和响应速度,从而实现智慧化服务和管理的教育模式。

“智慧校园”的三个核心的特征:一是为广大师生提供全面的智能感知环境和综合信息服务平台,提供基于角色的个性化定制服务;二是将基于计算机网络的信息服务融入学校的各个应用于服务领域,实现互联和协作;三是通过智能感知环境和综合信息服务平台,为学校与外部世界提供相互交流和相互感知的接口。

伴随着RFID、BLE、ZigBee等短距离物联网技术的成熟,LoRa、NB-IoT等LPWAN(广域低功耗)技术的发展,物联网已经应用到了智慧教育的多个场景中,物联网作为智慧教育应用发展的根基点,起到至关重要的作用。物联网可以实现底层数据采集,平台层数据汇总,应用层数据场景化服务。下面将分别介绍物联网是如何在多场景助力智慧教育发展。

一、物联网助力教学场景化应用

1. 破解走班制教学的考勤难题

走班制是开始推行的新型教课模式,这种模式为日常管理仍在一个固定的班级,称为行政班,但由学生自由选择上课内容和学习的教室,学生走班后上课的教室为教学班。不同班级的学生,根据自己所选科目的不同到不同的教室上课。走班制在给学生带来了选课的自由、充分的主动权的同时,因为教师换了,有些学生会乘此逃课。每堂课点名要耗费大量的时间,传统的刷卡考勤效率太低,大量学生同时进入教室必然会造成拥堵。

事实上学校需要一种便携的ID,利用无线信号定位来实现无感知考勤,ID的形式可以是手环手表,也可以是校徽校园卡,在教室部署RFID基站即可实现考勤。新华三推出了智能手环和校园卡终端,配合电子班牌或手机APP破解走班制考勤难题。

图1. 手环签到组网图

2. 实时监控学生健康

体育课不同于文化课,无法用分数来衡量,一堂课下来学生的运动量是否达标,心率是否正常,这些重要的教学目标也只能让老师凭经验判断。2014年和2016年,中国儿童青少年体格指标(身高、体重和BMI--身体质量指数)大部分年龄段显著高于日本;但体能指标的比较中,日本儿童青少年在心肺耐力、柔韧性和灵敏协调性方面均显著高于中国。如何提高青少年身体素质,成了体育课教学的最大挑战。一节课40分钟,一位教师很难兼顾指导所有学生,给学生佩戴智能手环,利用手环的运动监测功能实现心率监测、步数测量,还能辅助统计跳绳,仰卧起坐次数。教师上课期间实时查看数据,及时督促、指导学生。高强度训练时,对于心率异常的学生及时发出告警,也避免了运动猝死的悲剧发生。课后,老师可以在后台拉取数据,分析教学效果,为体育课教学研究提供数据支撑。

图2. 基于手环的体育课教学辅助

3. 动态感知学生安全

作为孩子在校期间的监护人,学校对于学生是否按时来上学,何时进校何时离校非常关心,在校门口部署RFID的基站就可以实现出入校的监测,记录学生进校和离校时间,为学生安全保驾护航,极大的方便了校方的管理。

图3. 出入校无感知考勤

学生在校期间如果发生爬上屋顶,跌落池塘这些危险怎么办?手环定位配合摄像头监控,一旦手环定位监测到学生处于危险区域,可以立即调动摄像头拍摄查证。一旦发现危险,校方可以立即采取措施。同时,学生也可以通过手环发出SOS求救信号。多重防护保证学生在校期间的人身安全。

图4. 学生安全

4. 多场景的身份识别

学生在校的少不了各种需要刷卡的地方,原来的校园一卡通容易丢失,遗忘,携带不便。手环支持NFC功能,可以替代原有一卡通的功能,实现多场景的身份验证。

图5. 手环身份识别

二、物联校园解决方案

了解了需求再来看物联校园的整体架构。物联校园自下而上分为基础设施层,数据层,业务平台和应用层,门户层,最后到达用户层。

图6. 物联校园方案架构

1.基础设施层主要是数据采集的终端。有涉及智慧教室的PAD、智慧手环、电子白板、云桌面等设备,还有涉及智慧教学的智能阅卷、名师讲堂等,园区管理涉及一卡通、视频监控、电子班牌等。

2.数据层完成设备管理和数据标准化的工作。为多种应用提供数据接口。

3.业务平台和应用层中实现各类应用,包括:走班制教学、体育课教学、学生考勤、学生安全、家校通、德育、刷卡消费、图书借阅等 。应用层中教育管理公共服务平台提供基础信息管理,教育资源公共服务平台提供教学资源。

4.门户层是统一的账号系统,提供身份认证。

5.大数据平台对数据统一存储,分析。

三、 结束语

智慧教育既涉及学校每一个教师、学生与管理人员,又涉及教学管理的每个环节,物联网的深度融合参与必将带来全一场变革,只有真正切合用户需求,体验好的产品才能得到师生的认可。

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