物联网技术与教育装备精细化管理前瞻

■艾伦 兴乔 何智

物联网技术与教育装备精细化管理前瞻

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首先简单介绍物联网技术的发展与教育装备精细化管理的需求，然后提出利用物联网技术实现教育装备精细化管理的解决方案。

物联网；教育装备；精细化管理

物联网（Internet of things）技术的概念于1999年由美国MIT首次提出，此后在世界各国迅速发展。目前，物联网技术已经不是停留在概念上的东西，它正在逐渐进入人们的生活，使得信息技术、互联网技术的社会服务通过它而真正着实落地。就这一点上讲，中国与世界发达国家在技术上处于同一条起跑线上。物联网技术在中国的发展为教育装备精细化管理创造了物质条件和技术条件，使教育装备人不得不重新思考在教育装备使用、管理和评价上的创新，让工作更加有保障，更加有实效。

物联网技术发展简述

物联网是在Internet互联网基础上发展起来的新兴技术，它将无线传感器网（WSN：Wireless Sensor Networks）、射频识别（RFID：Radio Frequency Identification）、互联网、智能运算等技术融合在一起，实现人与人、人与物、物与物（M2M：Machine-to-Machine）之间全方位的信息交换和处理，而在此之前的互联网技术只能完成人与人之间的联系[1]。图1示出物联网形成的结构。人类在了解社会时，只需要通过人自己的感觉器官（眼耳鼻舌身）感知基本上就可以了。但是在了解和控制物质的物理世界时，则必须借助各种仪器设备（望远镜、显微镜、机械手等）延伸自己的感官和肢体功能。通过物联网可以使“任何人在任何时间、任何地点，以任何方式对任何事物的了解和控制”（5A）成为可能，即除人与计算机之外还实现一切必要设备的Internet的接入。

物联网的关键技术是无线传感器网和射频识别。无线传感器是为了实现对远程设备的通信与控制，那些被选中的设备必须配备上各种特定的传感器（温度、湿度、压力、全球定位、开关状态等），以将其所处环境、电气性能、工作状态以及执行结果等信息进行采集、编码和传输。无线传感器网的一个典型应用是现在国内许多地方开始实行的智能电网系统，在这个系统中各家的智能电度表就是物联网的终端设备。而射频识别（称为电子标签）技术则是为每个需要了解的物品赋予一个唯一的ID号，这个ID号记录在射频IC芯片中，芯片则安放在物品上，并采用无线方式进行读取和识别。这种电子标签主要用于需要了解其存在状态的物品，如物流中的货品、货架上的商品、借阅中的图书等。

物联网的另一个关键性的问题是标准化。2008年，中国提出的传感网发展方向的顶层设计已被纳入ISO/IEC SGSN总体技术中，自此中国在该领域与世界先进国家站在同一条起跑线上。ISO/IECJTC1 SC6的传感网标准规定了无线空中接口、设备接口、中间件技术、计算技术、存储技术、信息处理技术、管理协议、数据编码和协议、应用层协议及其他[1]。

目前，物联网也面临一些发展中的问题，如网络安全性问题、低成本传感器芯片与低成本RFID芯片的开发生产问题等。这些基本问题不解决，物联网的发展速度将受到限制。

教育装备需要精细化管理

中国教学仪器设备行业协会会长、教育部教学仪器研究所所长王富同志对全国教育装备人员多次明确提出“建、配、管、用”的工作任务，为教育装备从经验管理走向科学管理指明了方向[2]。从更宏观的角度讲，“建”与“配”也应该属于“管”的范畴，而“管”的最终目的在于“用”，即教学的充分应用与科学应用。其中的“管”就是教育装备的科学化管理（包括教育装备论证、设计、采购、建设、配备、评价等）。教育装备管理应迅速从经验型管理转变为科学化管理，并从粗放式管理转变为精细化管理。

精细化管理（Delicacy Management）的概念源于被誉为科学管理之父的泰勒（美国）在1911年发表的《科学管理原理》一书，主要用于对企业生产的管理。第二次世界大战以后，随着企业规模的扩大，生产技术日趋复杂，产品更新换代周期缩短，对生产协作的要求越来越高，从而对企业经营者管理提出更加精细化的要求。企业精细化管理最成功的案例当属零售业的沃尔玛公司。沃尔玛坚持精细化管理，专注于商品经营的每个细节，最终将小商品买卖做大，与微软公司一决雌雄，坐上了世界500强第一把交椅，成为全球公认的零售业龙头老大[3]。

企业经营追求的是商业利润，教育装备提倡精细化管理则是中国走教育现代化道路对教育装备人提出的战略要求。2010年制定的《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》中提出，到2012年全国教育经费投入将要达到全年GDP的4%的目标。2010年中国GDP约为40万亿，按照目前GDP的平均增长速率（年增长率为8%）计算，到2012年GDP将达到约45万亿，教育经费中央财政投入就会达到1.8万亿人民币，加上地方财政投入，会使全国平均每个在校生在教育装备上的经费数超过1万元/年（全国约有2.5亿在校生）。这么巨大的教育装备数量对教育装备管理人员提出更高的要求，教育装备精细化管理刻不容缓。但是，目前全国教育装备的配备情况与使用情况不容乐观。各地配备的均衡性且不必说，仅过度配备、盲目追风配备、失谐配备（不匹配）的情况就非常严重[4]。而在使用方面也存在很多问题，教育装备的效能没有充分发挥，一些设备的配置过高而使用率偏低。更重要的是在管理中并没有发现和无法如实地实时发现这些问题。采取精心化管理将是发挥装备效能，提高教学效率，优化教学效果，产生教育效益的有效途径。

基于物联网技术的教育装备精细化管理解决方案

从方法论的角度考虑，进行教育装备的科学化和精细化管理需要包括决策理论、运筹学、系统工程、复杂系统在内的很多理论和操作方法。这些理论和方法注重定量分析与数学的应用，以及系统结构与整体的协调性。但是，让所有的教育装备管理人员都去掌握这些理论和方法是不太实际的。“复杂的事情简单化，简单的事情流程化，流程化事情定量化，定量的事情信息化”是一些在精细化管理中成绩斐然的企业总结出的精细化管理的有效方法。信息时代，精细化管理的最终落脚点是信息化管理。还是那个前文提到的沃尔玛，从2003年开始在货箱和货盘上使用RFID标签，如今正在努力推进单品级RFID标签的使用。一些研究表明，引入单品级RFID管理系统的门店，销售额比非RFID门店提高14%，同时还能提供99%的店面库存可见度（也减少了货品丢失），并减少30%的劳动力和15%的库存[5]。只此一项就使沃尔玛每年可以节省83.5亿美元，其中大部分是因为不需要人工查看进货的条码而节省的劳动力成本[6]。

图2 物联网校园设备管理示意图

教育现代化需要教育装备的现代化，教育装备的现代化则主要体现在管理的现代化，教育装备管理的现代化提出精细化管理的目标，而精细化管理则有可能通过物联网技术实现。图2示意出为满足教育装备精细化管理而设计的物联网的拓扑结构，其中核心部件为物联网路由器（图中标有Cortex-M3的部分）。通过它就可以实现对校园中的各种设施、设备、仪器甚至人员进行远程、自动化和智能化的数据采集与控制，例如：多媒体教室设备的使用状态、使用时间、开关机的智能化监督；开放实验室设备无人值守、登记、使用的智能化监控；实验教学中学生操作能力评价的智能化监考；学生校园活动安全的智能化监护；等等。

为了实现上述功能，该物联网路由器必须是一个多协议的无线网络接入平台，例如：应该兼容基于微型IPV6协议栈的6LoWPAN无线网络协议；兼容基于ZIGBEE协议栈和IEEE 802.15.4的低速短距离2.4 G无线网络协议；兼容基于802.11b/g的2.4 G WiFi网络协议；兼容低于1 GHz的无线网络协议；等等。不仅如此，目前它还应该兼容各种设备的有线电气接口，如RS-232接口、RS-485接口、GPIB接口等。当然，追求的最终目标应该是无线传感器网，即所有设备的接口都应该无线化。

物联网的出现和其技术的快速发展为教育装备的精细化管理提供了优越的条件，会使装备管理工作更加科学、精准、真实而有效。抓住这个机遇，发展这个应用，必将推进教育装备现代化的进程，从而实现中国教育的现代化、培养人才的现代化和科学技术发展的现代化。■

[1]黄涛.物联网技术与应用发展的探讨[J].信息通信技术,2010,4(2):9-13,20

[2]王富.贯彻落实2011年全国教育工作会议精神 认真做好教育装备工作[J].中国教育技术装备,2011(8):21

[3]范爱民.精细化管理[EB/OL].http://www.51topsuccess.cn

[4]艾伦.理性对待电子白板[J].中国教育技术装备,2009(8):13-14

[5]刘勇.沃尔玛：物联网全程联动[J].商界：评论,2010(6):84-85

[6]RFID[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/26303.htm

（作者单位：1 首都师范大学；2 中国教育技术装备杂志社；3 北京市教育技术设备中心）

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.11.048