课题申报范本：4227-物联网及其相关技术支持的“智慧校园”教育生态系统建设研究
物联网及其相关技术支持的“智慧校园”教育生态系统建设研究
1、问题的提出、课题界定、国内外研究现状述评、选题意义与研究价值。
随着国务院《促进大数据发展行动纲要》的出台，物联网、云计算、大数据等新一代信息技术将与各行各业进入融合创新的时代。在此背景下，教育教学领域也需要适时顺应潮流，抢抓机遇，促进“互联网+”时代的智慧教育的发展。
随着我国教育信息化进程的加快，“数字校园”建设已成为我国各级各类学校教育改革的重要手段和方式。我国的“数字校园”建设大体经历了三个关键阶段：第一个阶段，简单的资源“数字化”，第二个阶段，业务工作的“流程化”，第三个阶段，业务数据的“共享化”。业务工作的“流程化”产生了大量的业务数据信息，而相关部门对这些数据信息的需求直接催生了业务数据的“共享化”，对数据的采集，处理和分析的需求也越来越大。
目前，我国大部分学校的数字化校园建设都处于第三个阶段中。其中一些高校已经完成了此阶段的建设，开始探讨和摸索“智慧校园”的构建，并积极探索如何有效利用与物联网相关的无线传感器技术、云计算技术和大数据技术，移动互联网等在“智慧校园”构建中得到应用和创新。
基于“智慧”的理念，学校作为知识与信息服务机构的前沿，应该抓住机遇，通过物联网的系统化发展与应用，打造“智慧校园”，构建一个教育信息化的生态系统。
2010年，信息化“十二五”规划中提出开始明确提出“智慧校园”这一概念。但对如何建设智慧校园缺乏统一、完善的理解。《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》中明确要求全国各院校加快教育信息化建设，通过建设“智慧校园”，实现学校之间优质资源共建与共享，提高教育教学质量，实现教育信息化的深度发展，让传统数字化校园中的各个教育教学组成要素和谐共生，形成助力学生全面发展，全人发展教育生态环境。
2010年,浙江大学在其信息化“十二五”规划中曾经提出建设一个令人激动的“智慧校园”概念。这个智慧校园蓝图描绘的是：无处不在的网络学习、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。与此同时，南京邮电大学也做了一个“智慧校园”的规划，南京邮电大学提出的“智慧校园”的核心特征在三个层面反映：一是为广大师生提供一个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人学校的各个应用服务领域,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一个互相交流和互相感知的接口。
纵观国内近几年来的有关“智慧校园”建设和发展的状况，智慧校园的实现主要是通过利用物联网及其相关的云计算、大数据等新一代信息技术来改变师生和校园资源相互交互的方式，以便提高交互的明确性、灵活性和响应速度，从而实现智慧化服务和管理的校园模式，改善和提升学习环境的“自适应性”，提高学生自我“量化”程度，推行教育教学相关资源的“按需供给”，使其达到“智慧”的特点。
智慧校园是在传统校园信息化的基础上，以信息网络为依托，利用数字化手段借助物联网相关技术对校园环境（包括设备、教室等）、资源（如图书、讲义、课件等）、活动（包括教学、管理、服务、办公等）等各个方面和环节进行综合管理。而物联网相关技术有望为人们提供一个完全不同的生活与工作环境。目前，对物联网在教育中，特别是在校园智能环境建设中的研究与应用虽尚处于起步阶段，但这一问题的探讨将给教育带来极大的变革。利用物联网、云计算、大数据等新一代信息技术来构建“智慧校园”，其中的应用价值主要有：
（1）建立全面和主动的教学管理体系
在建立教学管理运行体系方面，利用现有物联网的核心技术：RFID技术的支持，结合云存储，大数据分析，可以完善教学管理的组织系统、评价和考核系统，从而对教学的质量建立
全方位保障和实时监控体系。
（2）构建完全交互与智能的教研环境
利用传感网络，可实现教学环境的实时信息反馈。目前，多数高校已经实施多媒体教学设施进课堂，利用无线传感网络，可对课堂教学设备实现智能控制。
通过将大型科研设备纳入物联网，可有效改变目前教研资源不平衡问题，经过授权后的研究者可以在全球范围内控制该设备，科研过程数据也可以被实时采集并进行大数据的分析，以适当的方式提供，最终实现教学科研的数字化、网络化与智能化。
此外，利用嵌入了传感芯片的教学设施，不但能够像多媒体设施一样，对教学中的结构化信息进行处理，也可对常规多媒体设施所不能处理的非结构化信息，诸如学生的思维、体会、情感、意志等进行整合，从而真正实现教学环境的智能和交互。
（3）重构创新和开放的教学模式
基于物联网教学环境下的教学模式相比于以往的各种教学模式，具有更加开放和创新的特征。可以依托物联网强大的物质和信息资源优势来建立基于物联网的科学探究模式。在该模式中，学习者可以最大限度地利用物联网资源，并在发掘物联网信息的同时促进高级思维能力的发展。
同时，将先进的物联网技术与现代教学理念相结合，运用到学科教学活动中，也能够对协作和协同教学模式起到很好的支撑作用。传统的协作和协同教学模式标志着开放系统中大量亚系统之间相互作用的，整体的，集体的或合作的效应，能够很好地解决教学过程中的导-学关系。
（4）拓展学习空间、培养学习者自主学习能力
物联网相关的云计算，大数据技术能为学习者的常规学习、课后学习、区域合作学习提供支撑环境，拓展学习空间，有利于学习者的自主学习和满足个性化学习需要。学习者可以通过物联网，探究任何感兴趣的问题并及时地得到解决。同时，物联网的感知特性，也能够使教育者对学习者的学习过程进行有效管理。
当然，物联网在构建智慧校园中的意义绝不止这些，但物联网、云计算、大数据之于学校学习环境的应用研究都是为了让老师更好的教，学生更好的学。
本课题试图研究的智慧校园建设的相关理论体系可以给现在如火如荼的智慧校园建设提供理论指导，也可以通过建立相关的管理信息系统原型给各类基础信息服务和移动互联应用提供一些参照模型，进行比较前瞻性的规划，有比较好的应用价值。
2、课题理论依据、研究目标、研究内容、研究假设、创新之处。
国内外众多高校、科研院所为了构建智慧校园的相关硬件和软件平台，先后开展了物联网、云计算、大数据、移动互联网的研究，这些都为智慧校园相关关产品进一步的发展以及最终的商业化奠定了坚实的基础，虽然在基础技术层面已经获得了重大突破，而基于物联网以及相关的传感器技术、云计算技术和大数据技术等新一代信息技术能够为用户提供哪些独特的服务，是否有较强的理论依据，最终能否广泛推广应用是关键。
目前许多物联网相关技术的示范应用的方向之一就是与校园管理与教学活动的融合，用于促进“智慧校园/数字化”校园建设工作的推进。
本研究课题主要目标就是要研究当前如何有效的利用物联网以及相关的传感器技术、云计算技术和大数据技术等新一代信息技术与校园中各种管理和应用结合，促进“智慧校园”建设工作，并提出具体的建设规范指南以及评估体系，并据此创建一套示范性的管理信息系统软件原型。本课题准备主要从以下几方面进行研究：
（1) 基于物联网建设平安校园
大多学校通过所安装摄像设备来对校网的安全实施监控经常会出现一些漏洞，如监控力度不
强，监控死角较多，异常情况警报缺乏自主性等等，这给校园安全的管理带来诸多不便。随着物联网技术的日益成熟及深人应用，使得建立基于物联网的校园安防系统来实现平安校园的建设成为可能。利用“电子幕、红外传感器和实时录像相结合”建设感知系统，对整个校园实行监测，有效利用感知系统采集信息，利用大数据分析平台完善数据处理功能，进行安全管理。完善报警系统，值班人员针对物联网出现的异常情况，迅速作出相应的处理，从而实现平安校园的建设。
（2) 基于物联网建设实验室
实验室建设事关高校教育事业的生存与发展，尤其是对理工科院校，通过实验教学，培养学生的实践动手能力和科研创新能力。因而。对高校实验室的仪器管理就显得尤为重要。然而。实验室物多且杂，仅依靠人力管理，不但质量得不到保证，而且效率低下。借助物联网进行实验室仪器管理是解决这一问题的有效手段。
通过物联网建设安全且智能化的仿真模拟实验室，在实验仪器中植入数字化的仪器属性与使用帮助信息，实验者远程控制实验仪器，通过正确的使用方式操作仪器并获取实验数据。若实验者使用仪器不当，则会触动报警系统，保障实验的安全和效率
（3) 基于物联网管理学校事务
①学校学生管理
②学校图书管理
③校内消费管理
（4) 基于物联网优化教学环境
建设物联网络平台，实时采集教学环境信息，从而实现对教学环境的智能化控制。例如，在教室安装传感器并用无线网络进行连接，如果教室光线变弱，感知系统会将采集到的光源弱的信息通过无线网络反馈给控制系统，针对教室照明情况自动调节教室照明度；教室温度发生变化，感知系统感知，控制系统也会作出相应的温度调节等。
还可以利用目前的一些先进的手持电子设备和投影设备，实施基于电子书包的教学模式探讨，或者利用一系列的教室电子设备，实现智慧教室的教学环境。
下面是一个比较完整的基于已有的数字化校园基础设施的“智慧校园”教育信息化生态系统建设总体框架结构示意图，我们的研究主要就是针对各个部件的硬件和软件平台进行细化设计，并提供系统后期运行维护以及优化扩展升级的指导性建议和可操作的评估体系。
图1 “智慧校园”教育信息化生态系统建设的总体框架结构示意图
本研究课题的主要创新之处就是要把当前的各种物联网以及相关技术应用进行梳理，并有针对性地与智慧校园建设中的各种需求进行匹配与结合，创新原有的数字校园技术的管理与应用，最大限度地使物联网技术与其他有关硬件设备和软件系统和技术的有效融合，提升“智慧校园”建设的规范化和系统化工作，并提出具体的建设规范指南以及评估体系，并据此创建一套示范性的管理软件系统，这样更加有利于我们在进行“智慧校园”建设的过程中节省人力、物力、财力，提高人与设备技术的协同工作水平，有效消除“信息孤岛”，提供统一规范的接口，实现单点登录，便于日后扩展和升级。
随着对物联网以及相关技术研究的不断深入，它对我们的生活、生产、工作将产生越来越广泛的影响，物联网在教育中的应用也将进一步拓展。目前校园物联网的研究与建设还处于起步阶段，要真正实现校园物联网还将会是一个漫长的过程。但随着物联网技术的不断发展与日益成熟，国家对教育信息化的重视以及对“智慧校园”建设的大力推动，相信其在教育中的应用将会越来越广泛，能为实现教育现代化，提高各级各类学校的办学水平和教学质量提
供更多的技术支持和保障。
本课题理论创新程度（重难点）或实际应用价值：
（1）特色：本研究选题的特色是立足当前的新一代信息技术—物联网及相关的云计算，大数据技术，在教育信息化的大背景下，使数字化校园建设进入一个全新的阶段—“智慧校园”，力争从理论和实践两方面提出一些建设的规范和标准，讲求实用性和可操作性，而不是以信息技术为主体，炫耀信息技术的过程；研究方法的特色在于本研究采用调查研究和行动研究相结合，定性分析和定量分析相结合，系统分析和个案研究相结合，深入学校、课堂和课程，从实践中提炼理论范式和操作规范，再将这一标准应用于实践进行验证，并提出一套评价体系，是一套细致缜密的研究方案。
（2）创新点：对新一代信息技术背景下的校园信息化的概念界定、特点挖掘、内涵分析，构建的校园信息化结构模式及评价体系表都是具有新意的研究，并且把在原有数字化校园基础上的构建“智慧校园”教育信息化生态系统，属于创新点，有理论规范，也有实践策略，形成的操作流程和标准以及评价方案对智慧校园的后续发展具有重要的指导意义。
（3）应用价值及推广：本研究是涉及新阶段校园信息化建设“智慧校园”中应用物联网技术的相关理论与实践问题，新阶段的校园信息化建设涉及到新的理念、新的内容、新的技术、新的应用模式、新的建设标准及新的评价体系等，是新一代信息技术与校园信息化建设进行融合，互相促进，共同发展的交叉性研究。研究成果在高校“智慧校园”建设中有着重要的应用价值和普遍推广的意义。
3、研究思路、研究方法、技术路线、实施步骤。
本课题研究思路主要是考虑到了当前信息技术应用于教学中的一个新的发展方向--物联网技术以及无线传感器网络技术、云计算技术和大数据技术等新一代信息技术在校园教育教学中的应用，并由此考虑在“智慧校园”的建设中利用这些新一代的信息技术，达到提高教学效果，提升办事效率，方便师生学习生活的目的，具有很好的应用前景。作为新兴战略性产业的代表，物联网的出现将会促进教育信息化的进一步发展，带来更多的创新应用和服务，引起教学模式和管理模式的变革，最终将提升教育信息化水平，有利于教育质量的提高。有很大的研究价值和空间。
目前对物联网的研究主要在物流管理、智能家居等领域，在教育领域的探讨尚为鲜见，但随着物联网技术的日益成熟，相信其在教育中的应用将越来越广泛。课题探讨了物联网在构建智能化教学环境、丰富实验教学、辅助教学管理、拓展课外教学活动方面的作用。
本研究拟采取的技术路线如下图：
本课题的研究方法和实施步骤，首先主要是先调集课题组成员，利用各种信息渠道，例如调查问卷、访谈、学术会议、行为测试比照等方法，搜集到“智慧校园”建设中物联网及相关技术等新一代信息技术应用比较详实的相关情况资料，得到比较准确信息后，在2017年9月之前形成阶段性的调研报告、论文、软件原型和咨询报告等成果；然后据此提出一些基本的“智慧校园”体系和模式，进行范围从小到大的推广应用，从中总结经验和教训，提出可能产生的一些创新应用点，并对原来的阶段性成果进行深入化、系统化和全面化的整理，到2018年7月项目结题时，形成专著、软件系统和政府咨询研究报告等成果。
本课题针对在“智慧校园”的建设中利用物联网技术，提出了切实可行的目标、步骤与方法，相关人员和本单位的硬软件设备能保证项目研究的顺利实施。
项目负责人前期已经主持过两项与本课题内容相关的省级纵向项目，参与过多项各级纵横向课题，有比较丰富的项目管理、课题研究、课题组织实施和协调能力，有比较强的能力保证
研究项目的有效进行。
项目组参与了“腾讯智慧校园”在江西上饶市和江西抚州市的智慧校园试点和推进项目，可以有丰富的实践经验和充足的案例和实验对象，可提出提出了智慧校园建设中的标准化，规范化问题和智慧校园物理安全和虚拟环境信息安全保障问题，并进行实际验证研究，正好回应去年习近平总书记在全国网络安全工作会议上的讲话精神，利用这一便利条件，实施本课题的一些现实基础就有了坚强的保障。