基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實訓教學管理系統(tǒng)設計

引言

“物聯(lián)網(wǎng)概念”是以“互聯(lián)網(wǎng)概念”為基礎，將其所涉及的用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，并且能進行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡概念叫實訓課程是高校教學的一個重要環(huán)節(jié)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術可以對教學過程實時監(jiān)控和分析,提高實訓教學管理效率，有利于培養(yǎng)學生的學習興趣和實踐能力。由于傳統(tǒng)教學環(huán)境所包含的教學資源和教學設施比較有限，虛擬學習環(huán)境沒有普及同時也缺乏與現(xiàn)實教學的交互。物聯(lián)網(wǎng)技術在教學技術中的弓I入無疑填補了傳統(tǒng)教學的漏洞，不僅實現(xiàn)了現(xiàn)實生活與虛擬網(wǎng)絡的互聯(lián)，還能夠有效地支持人與物之間的交互、人與設備或終端的交互和人與人之間的社會性交互。物聯(lián)網(wǎng)技術的弓I入還可以為實訓教學提供一個安全的、共享的、智能化的實驗教學環(huán)境，實現(xiàn)實訓教學中的每個物件都具有數(shù)字、網(wǎng)絡與智能化。目前，由于物聯(lián)網(wǎng)基礎設施不完善，國內的一些物聯(lián)網(wǎng)應用仍然局限于小范圍之內，物聯(lián)網(wǎng)在教育領域的深入應用，還有待進一步研究叫1研究基礎與方法

1.1實訓課程需求特點分析

高校實訓對大學師生來說是一門必不可少的課程，這種課程的上課方式與傳統(tǒng)的課程有很大的不同，比如學生上課方式的改變、老師授課方式的改變、上課場所的改變，以及培養(yǎng)學生的目標等。高校實訓主要針對各專業(yè)學生，對其進行專業(yè)技能的鍛煉培養(yǎng)與加強，綜合可知，高校師生對于實訓有以下新的需求:(1)追求靈活性的需求；(2)增強互動性的需求；(3)實訓時間自由支配的需求；(4)實時反饋的需求；(5)實訓資料充足可靠的需求。這些需求并不是單獨存在的，而是相互交織的。首先，不同學院專業(yè)的師生對實訓的心理訴求點是不同的，對實訓開展形式的滿意度也有所不同。學生希望教學設施完善，盡可能輕松愉快地完成實訓任務，老師希望教學方式，教學內容受到同學們喜愛，學生能真正學到相應技能。因此，在設計系統(tǒng)平臺時需要建立師生對實訓課程的感知價值模型，同時參照不同師生的需求特點，做到有的放矢叫

1.2研究對象的界定

根據(jù)問卷發(fā)放與回收數(shù)據(jù)顯示，在受訪者中，大部分參與過實訓課程(90.19%),其中普通本科高等教育院校受訪者占76.8%，普通?？聘叩冉逃盒Ｊ茉L者占19.3%，專業(yè)技術院校受訪者占3.9%。為了保證樣本更全面、更有說服力、所得數(shù)據(jù)便于收集，因此調查對象界定為有實訓經(jīng)歷的師生。

1.3問卷內容設計

問卷設計一般包括內容、提問及回答方式以及指標的選擇。本問卷內容大體分三部分：第一部分是師生的實訓滿意度，采用單選題方式。第二部分是師生對物聯(lián)網(wǎng)技術了解程度,采用單選題和多選題方式。第三部分是師生對結合物聯(lián)網(wǎng)技術的實訓課程的具體需求，采用單選題和主觀題方式。

1.4問卷回收情況

本研究樣本來源于有實訓經(jīng)歷的學生與老師，調查問卷的發(fā)放以網(wǎng)絡調查的形式展開，樣本統(tǒng)計共有153份，其中身份為學生的120份，老師的33份。

1.5問卷分析

第2、3、4題都涉及實訓器材的問題，由統(tǒng)計結果可知：100%的學生不愿意自行購買實訓耗材，老師也希望有一款實訓器材購買平臺，使得設備采購和管理像圖書館管理系統(tǒng)一

樣具有可控性與系統(tǒng)性。

由第5題統(tǒng)計結果可知：47.22%的學生愿意以預約的形式進行實訓，可以開發(fā)一款具有預約功能的實訓管理平臺，形成開放式的實訓教學管理。

第6、7題都是針對實訓學習資料提問的。根據(jù)統(tǒng)計結果可知：82.64%的學生通過網(wǎng)絡查找資料，51.39%的學生對所搜集的資料不滿意，針對此問題，可在實訓管理系統(tǒng)中加入實訓資料模塊，以供學生參考。

由第8題統(tǒng)計結果可知，84.72%的學生愿意建立一個實訓反饋平臺。由第9題統(tǒng)計結果可知，53.47%的學生對個人實習進度了解較少，這反映了學生與老師溝通不當以及自身對實訓課程參與度不高的問題。針對此問題，可添加互動反饋功能模塊，以增加學生與老師的互動。

2需求概述

基于問卷調查分析結果，實訓系統(tǒng)的需求可歸納為以下幾方面：（1）能夠錄入和查詢學生信息及實訓的所有信息；⑵能夠預約和查詢實訓設備借用及采購情況;（3）能夠支持學生、教務人員和管理人員注冊和登錄；⑷能夠實時管理學生與教務人員的互動平臺和實訓評價平臺。

3系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

課題利用RFID技術實現(xiàn)實訓設備管理，并通過API接口將其與基于GSM網(wǎng)絡的實訓管理系統(tǒng)整合，而實訓管理系統(tǒng)也可與實訓教學管理Web平臺對接。

3.1基于RFID的實訓設備管理模塊

隨著物聯(lián)網(wǎng)如火如荼的發(fā)展，RFID（RadioFrequencyIdentification）射頻識別技術已非常成熟，并在物流管理領域有眾多成功案例，但缺乏移植性強的RFID設備管理系統(tǒng)，除了技術實現(xiàn)難度外，阻礙RFID技術應用于高校實訓設備管理的一個重要因素是：成本，高校不愿意花費很大的財力引入一項新技術。

課題采用微軟的BizTalkRFID開發(fā)平臺，因為BizTalkRFID基礎框架可以和高校原有的設備管理系統(tǒng)以及其他一些專有業(yè)務系統(tǒng)很有效地配合在一起。這種良好的適應性使得應用該框架組建的RFID應用只需要進行非常少量的程序改動就可以和已有的業(yè)務系統(tǒng)軟件配合得天衣無縫。這樣就可以避免重復建設，減少不必要的投入。

目前，大部分高校的實訓設備管理采用條形碼系統(tǒng)進行管理，光筆讀取條型碼時，人工操作，效率低，須一條條逐一處理，易出差錯，勞動強度大，受環(huán)境條件影響也大。而RFID電子標簽具更多優(yōu)勢：其閱讀器無需可見光源，具有穿透性，可透過外部材料直接讀取信息，能同時處理多個射頻標簽，批量處理，簡化了勞動強度，并實時跟蹤物品位置，出差錯極低，受環(huán)境條件影響不是很大。通過對比條形碼技術和RFID技術，不難發(fā)現(xiàn)，在高校實訓設備盤點的過程中，RFID技術可以進行非接觸的批量盤點，這樣可以減少管理人員的工作量，解決了高校實訓設備盤點工作量大的問題。RFID技術的定位跟蹤功能，極大方便了實訓設備的使用和管理。RFID標簽的信息存儲容量大，可以把維修、學生借用和歸還等信息一一記錄，在出現(xiàn)異常錯誤時可以及時向管理人員發(fā)送異常信息報告，并可實現(xiàn)設備追溯和使用過程監(jiān)管。

課題所研究的實訓設備管理模塊，如圖1所示，高校根據(jù)采購單進行實訓設備采購，實訓設備送達學校后，將它們發(fā)送到設備采購/管理部門。為這些設備創(chuàng)建電子產(chǎn)品代碼（EPC）ID，并使用支持RFID（射頻標識）的打印機打印RFID標簽。然后將RFID標簽貼在設備上，打印的所有ID的列表存儲在“設備入庫”數(shù)據(jù)庫中，該數(shù)據(jù)庫還包含與采購單號的關聯(lián)。已貼標簽的設備運送到相應的實習實訓室。在實習實訓室安裝RFID讀取器，RFID讀取器讀取設備標記，對照采購單對這些設備進行驗證，生成采購單3狀態(tài)報告，將讀取的標記存儲在“設備盤點”數(shù)據(jù)庫。根據(jù)驗證詳細信息,若有異常情況，將生成異常信息通知，并發(fā)送到設備管理中心。如高校已有設備管理系統(tǒng)，可以直接整合，若沒有則重新設計,該系統(tǒng)實現(xiàn)設備智能入庫、無人操作自動盤點、管理和維修或設備異常監(jiān)控。

圖1實訓設備管理模塊

3.2基于GSM網(wǎng)絡的實訓預約管理模塊

課題利用微軟的VisualStudio2010開發(fā)平臺和Access數(shù)據(jù)庫，采用C#語言，在GSMModern硬件平臺上進行了二次開發(fā)。首先將SIM卡安裝到GSMModern卡槽里，然后安裝設備天線，最后，利用USB轉串口數(shù)據(jù)線將GSMModern與計算機串口相連接。當GSMModern綠色指示燈間歇閃爍時，表示設備與計算機連接正常。

連接設置的“端口號”取決于當前GSMModerm與計算機所連接的串口，點擊“連接”按鈕，當“連接狀態(tài)”顯示為“SIEMENS”的字樣（本系統(tǒng)GSMModerm采用西門子SIEMENS芯片），表示連接成功，如果需要斷開與GSMModern的連接，只需點擊“斷開”按鈕。“自動接收預約信息”模塊默認情況下處于關閉狀態(tài)，點擊“啟動”按鈕后，如果沒有新的預約信息，窗口會顯示“未收到新預約”的字樣；當收到學生手機客戶端發(fā)來的預約短信時，該窗口會顯示“收到一條新預約信息，請查收！”此時，只要點擊“接收預約”模塊上的“查收”按鈕，系統(tǒng)就會顯示預約信息的內容，見圖2。

如圖2所示為接收預約模塊，是實訓管理員進行實訓室安排的依據(jù)，學生學號、姓名、實訓室名稱和實訓室預約時間都應包含在預約信息里，對于無效的預約信息，可以在預約刪除模塊里進行刪除，接收到的預約信息存放在后臺數(shù)據(jù)庫中，以便進行統(tǒng)計。

這里簡單介紹“接收預約”模塊的信息內容解析，如圖2中的預約信息:1#24#8618916568775#學號:123456,學生姓名：張三，預約實訓室1，預約時間：2013年3月1日早上9點至11點#13-11-0616：08：53?！?”：表示信息編號為1；"8618916568775"：表示預約學生的手機號碼;“學號：123456,學生姓名：張三,預約實訓室1，預約時間：2013年3月1日早上9點至11點”:表示短信內容;“13-11-06":表示接收預約信息的日期；;16:08:53":表示接收預約的具體時間。

實訓管理員可以向預約學生發(fā)送反饋信息，利用發(fā)送模塊可以縮短和優(yōu)化預約流程，該系統(tǒng)還可以實現(xiàn)預約管理功能，添加和刪除預約學生的聯(lián)系方式，也可查看已發(fā)送的反饋信息。

圖2接收預約和發(fā)送反饋信息

3.3基于Web的實訓互動網(wǎng)站

實訓管理平臺主要是解決高校實訓管理問題，不僅僅是給教師和學生提供一個交流、共享實訓資源的平臺，而且做到了提高實訓教學管理效率。課題采用C#語言、ASP.NET和SQLSERVER數(shù)據(jù)庫技術，在VisualStudio開發(fā)平臺上實現(xiàn)了基于Web的實訓教學管理網(wǎng)站，該網(wǎng)站分為系統(tǒng)管理、新聞管理、教學課件管理、教學視頻管理、作業(yè)管理、互動留言管理、設備管理、用戶管理、考勤管理等模塊。

4結語

實訓教學管理系統(tǒng)的優(yōu)勢和創(chuàng)新：本課題所設計的系統(tǒng)方案有較好的擴展性，將實訓課程的教學得到延展，學生可以根據(jù)自己的需要，預約實訓室和設備進行學習和實驗，體現(xiàn)了以學生為主體的教學方式，對于實訓室管理者和教師，該系統(tǒng)提高了實訓教學效果，減少實訓管理者勞動強度，能更有效利用實訓室資源，從而實現(xiàn)實訓教學智能管理。系統(tǒng)的不足是功能不夠完善，希望在今后的應用過程中不斷改進和優(yōu)化。

20211223_61c369f63bb54__基于物聯(lián)網(wǎng)的高校實訓教學管理系統(tǒng)設計