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NEC中國成立至今,已經進入第20個年頭。這期間,NEC不光是在中國各行業提品和解決方案,同時也在軟件開發和研發領域積極開展了和中國企業的合作。
現在,NEC正致力于以ICT滿足人們在社會生活中對安全、安心、高效、公平的需求,以及在全球范圍內構筑社會基礎設施。
在中國,NEC正通過提供各種產品、服務、技術、解決方案助力中國社會發展。比如,NEC基于人臉識別技術構建智慧機場解決方案和應對空氣污染問題的PM2.5解決方案,另外還有與民生息息相關的醫療和養老解決方案。今后也將繼續為中國的社會發展貢獻自己的力量。
正是在這樣的背景下, 6月27日,2016 NEC 創新解決方案展在京盛大召開。這也是NEC在中國舉辦第九屆創新解決方案展,本屆展會圍繞“智慧城市 觸手可及”這一主題向觀眾呈現NEC最新的產品、技術和解決方案。
在展會現場,筆者親身感受到了NEC在智慧機場、智慧辦公、智慧商店、智慧經銷商、智慧教育等領域的解決方案,以及NEC顯示器、投影機等產品帶來的視聽享受和體驗。
為了能從多個角度展示NEC的技術和服務帶來的智慧城市生活,展會從安心便捷的城市、高效創新的企業和多姿多彩的生活三大主題呈現了NEC在構筑智慧城市中的全方位解決方案。
NEC創新解決方案展自2008年起,每年在北京和上海交替舉辦。2015年的NEC創新解決方案展吸引了超過1500名的觀眾,可謂盛況空前。
中日經濟息息相關,NEC集團希望通過自身擁有的強大的ICT與基于ICT的各項解決方案對中國發展做出更大貢獻,同時為中日經濟交流做出貢獻。
“光明使者”的使命
NEC提出了“Orchestrating a brighter world”的品牌聲明,Orchestrating是指鼓勵人們通過協同互動、深度溝通去解決問題,去尋找發展方向。而brighter有兩層含義,一是指光明,二是指智慧。NEC希望通過智慧的解決方案來打造光明的未來。
NEC全球董事長遠藤信博表示,城市人口的增加會帶來很多問題,如能源問題、食品糧食、水源問題、老齡化問題等。NEC希望通過ICT解決人類社會的各種課題,為人類社會的進步做出貢獻。
如何解決?這就需要借助ICT的力量。
NEC將利用ICT技術聚焦在七大主題領域以推動社會解決方案事業發展:一是人與地球的和諧共生,二是打造安全安心的城市與行政基礎設施 ,三是構建安全高效的生命線基礎設施,四是為多姿多彩的社會提供支撐,五是實現產業與ICT的創新型融合,六是創造突破傳統框架的多元工作方式,七是建設人人充滿活力的豐富多彩的公平社會。
在NEC看來,ICT本身包含三個重要因素,一是計算機,二是網絡,三是解決方案的力量。依托ICT能為各個領域帶來什么價值呢?NEC認為一是實時,二是動態,三是遠程。實時是指采集信息后,能夠馬上轉換信息為解決方案。動態是指解決方案能夠根據需求隨時調整變換。遠程是指對數據進行遠程處理,以及對解決方案的遠程交付。
以NEC人臉識別技術研發實踐為例。臉部識別過程包含兩個步驟,一是識別是否為人臉,二是對人臉的測定。過去的技術對160萬張人臉進行識別需要26秒。如今,應用NEC超分散技術后,采用同樣的CPU只需要0.4秒,這就幾乎等同于實現實時識別,這在現實應用中意義很大,因為現實生活中通常人臉會頻繁地改變朝向,識別速度增加使得同時間內捕捉到的人臉信息數量大幅增加,由此也增加了識別準確度。
“光明使者”要具有智慧
2014年8月27日,經國務院同意,國家有關部門聯合印發了《關于促進智慧城市健康發展的指導意見》(以下簡稱《意見》),《意見》要求各地區、各有關部門認真落實本指導意見提出的各項任務,確保智慧城市建設健康有序推進。《意見》已被業內公認為中國指導智慧城市發展的權威性文件,里面提出的目標、原則、戰略重點、國家支持重點非常清晰。
對中國而言,發展智慧城市被公認是解決中國城鎮化出現大量的新矛盾、新沖突、新問題的一個重要的手段。
以往15年,也是中國城鎮化快速發展的15年。城市數量、城鎮化率、城市面積都在不斷增加,以北京的城市面積為例,回想上世紀90年代的時候,北京市的主城區大概是以三環為界。現在北京已擴展到六環,環數擴大了,面積也相應擴大了幾倍。
記者在展會的嘉賓發言中了解到,目前中國智慧城市發展現狀有以下特點:一是網絡基礎設施有明顯改善;二是城市基礎設施、公共服務逐步智能化;三是新城新區成為智慧城市建設的突破口;四是治理得到創新。當然,中國智慧城市建設也存在一些問題,一是碎片化,各自為戰;二是存在數據孤島,數據的公開化程度也非常低;三是當下仍以互聯網企業居多,在中國提供智慧城市建設服務或支持的,仍以互聯網企業居多,這導致在智慧城市建設市場化的推進過程中會出現缺乏多產業整合的局面;四是還有相當多的國內智慧城市建設都是政府投資,企業因相關商業模式模糊大多保持觀望。
展區掠影 體驗NEC“智慧城市的一天”
作為智慧城市方案的提供者和城市建設的技術服務者,NEC的解決方案可以說已經滲透到城市的每一個角落,與人們的生活緊密相關。在6月27日的2016NEC創新解決方案展上,我們切切實實地體驗了一下以NEC智慧城市解決方案為支撐的“智慧城市的一天”。
早上乘飛機出差,體驗安全便利的智慧機場
相信大家都有過乘坐飛機出差的經歷:冗長的等候隊伍,繁瑣的安檢、值機等乘機手續,浪費了大量寶貴的時間,有時甚至會因此耽誤行程。而NEC的智慧機場解決方案則可以輕松解決這些令人頭疼的課題。
首先帶大家到Smart Airport展區一睹為快,一起去了解支持安全高效運營的智慧機場解決方案,感受高科技給我們帶來的便利。
NEC人臉自助值機,采用世界領先的人臉識別算法,大數據條件下快速比對,方便迅捷地完成人證合一的審查并自助打印登機牌。
NEC的全自動生物識別通關系統BioFAST可以幫助機場將出入境處理流程的14個步驟減少到4個,只需手持護照或其他有效身份證件在自動通關設備處進行掃描通過對面部及指紋的識別,將出入境時邊防檢查的時間縮短到17秒,登機審查也只需3秒,在非常短的時間內實現人證合一的審查,不僅減輕機場滯留的困擾,也為出入境安全檢查提供了保障。
除此之外,NEC還提供多種航空解決方案,為中國民航保駕護航。空中交通流量管理系統,通過空中交通流量進行模擬和預測,確保最大限度地利用空中交通管制的容量,為飛機運營者提供及時、精確的信息;而航班信息顯示系統,可實時顯示最新的航班狀態及各項信息,方便大家即時安排行程。駕駛艙話音降噪解決方案可實現語音的一鍵式降噪處理,同時支持多級處理方式,可為航空公司提供安全管理技術保障。通用航空整體解決方案,集成大量世界上技術頂尖的產品和最先進的人臉識別和指靜脈識別技術,涵蓋空管設備、基礎設施、飛機維修、機場管理、機場安全等。在世界上最繁忙的機場中,采用NEC解決方案的機場占據70%。智慧民航解決方案同樣集成先進的生物識別技術,擁有多項技術專利,方案綜合全面,涵蓋路側和空側,世界上有超過200個機場應用NEC智慧民航解決方案。
上午抵達辦公室,體驗多樣化工作方式和智慧辦公
離開機場,抵達辦公室,讓我們去領略一下安心、安全、創新的NEC智慧辦公解決方案的魅力。
信息化時代,智慧辦公概念已經滲透到我們日常工作的方方面面。NEC智慧辦公解決方案,通過信息技術的靈活使用,結合空間布局設計,幫助最大程度地有效利用空間,削減辦公成本,實現安心、安全、舒適、高效辦公環境。
人臉識別智能門禁管理系統,采用NEC人臉識別技術引擎,實現對寫字樓、辦公室、庫房等重要場所的人員進出的身份安全確認。NEC的人臉識別技術在準確性和速度上均獲得NIST (美國國家標準與技術研究院)人臉識別測試三連冠。該系統還可以有效地應用在高考或其他重要考試時的防替考、防止冒名盜取物品等領域。辦公區和會議區展示的是利用信息技術助力順暢溝通的解決方案。即使身處跨地域的不同會議室,依然如同身臨其境地處于同一辦公環境,無縫實現跨區域的資料共享,大大提高溝通效果,有效幫助削減龐大的差旅費用和溝通成本。這是NEC的“SmoothSpace”和“ConforMeeting”兩個解決方案的協作效果。在移動辦公區域,我們可以體驗到,無論處于何時何地,都可通過移動終端及VPN虛擬專用網絡安全接入企業網絡,高效處理事務,實現遠程辦公。
企業信息技術部門最關心的是網絡安全和信息安全問題。網絡攻擊時時刻刻都在大量發生,NEC的SDN和網絡安全系統可以實時監測網絡攻擊并實現網絡安全管理的可視化,一旦檢測到來自網絡的攻擊,即可瞬間自動切斷被感染的設備,大幅減低信息泄露風險,實現安心安全的系統運行。在機房區域,可以體驗NEC的SDN和網絡安全解決方案。
中午在便利店購買商品,體驗高效便捷的智慧商店
中午休息吃過午餐,順便去NEC打造的智慧商店逛一下。
隨著信息技術的廣泛應用,便利店專賣店等流通領域逐步通過信息化進行管理和運營,NEC智慧商店解決方案可以為用戶提供包括“三朵云”在內的全方位服務。
首先是便利店云。基于云端技術開發面向連鎖企業實體店鋪的綜合管理信息系統,可實現快速高效的系統部署和應用。第二朵是社區云。這是大數據時代下的社區購物系統,旨在通過整合線上業務,實現線上與線下的融合。第三朵是專賣店云,是基于云端技術開發的面向專賣店企業的綜合管理信息系統,可實現快速低廉的系統部署和應用。此外,這里還有多種流通解決方案。全業務收銀系統的云POS解決方案,充分支持基于云端業務的各種應用,豐富的接口支持各種周邊設備的擴充。基于面部識別技術的云監控解決方案,可對來店客戶進行智能篩選,對于VIP客戶和黑名單人員進行即時提醒,并可實現對店鋪的遠程監管。應用大數據的促銷價格最佳實踐解決方案,通過對后臺數據對價格趨勢的把控,進行促銷方案的策劃和實踐,使店鋪銷售額最大化。需求預測與自動訂貨解決方案,通過大數據預測需求,進行智能訂貨,保持最佳庫存。應用圖像識別技術的云貨架,對貨架商品進行掃描,掌握貨物陳列和銷售情況,幫助經營者進行管理決策。
在看似平常的商店購物中,正是由于如此多的看不到的信息化解決方案在后面保駕護航,才讓經營管理者實時精準把控經營狀況,讓消費者感受輕松便捷的購物體驗。
下午前往4S店視察,體驗智能的汽車營銷
在汽車4S店,我們體驗到了智能購車的全過程。
NEC智能汽車經銷商解決方案通過應用面部識別技術的人機交互一體機設備,以及智能電子商談桌等為載體,關聯廠家系統、經銷店系統與社交媒體,建立起更高效更具吸引力的汽車銷售以及服務環境。人機交互一體機可通過購車者的面部數據識別其性別及年齡等信息,自動為其推薦合適的車型;并通過觸摸屏輕松定制自己喜歡的汽車,360度全方位了解汽車的各項信息,體驗選車的樂趣;在選定理想車型后,智能商談桌可以幫助快速提供購車金融計劃,完成購買過程。汽車廠商經銷商也可以對潛在客戶的需求及喜好利用大數據進行分析,從而進行更為有效更有針對性的新車企劃和營銷推廣活動。
怎么樣,如此便捷有趣的4S店的購車過程,是不是也想親身去體驗一下呢。
傍晚在線學習,智慧教育讓學習隨時隨地
忙完了一天的工作,還可以利用NEC智慧教育解決方案隨時隨地關注孩子的學習情況。
伴隨教育信息化進程的推進,教育模式正在不斷改革創新。NEC智慧教育解決方案,專注K12教育,全面覆蓋課堂教學、考試/閱卷、教師培訓等重要教學環節,變革傳統教學模式,讓教育更“智慧”!
其中,在課堂教學方面,睿課堂數字化教學平臺充分發揮平板電腦和無線網絡的特長,覆蓋課前、課中、課后全教學環節,加強師生互動效果,激發學生學習興趣,大幅提高教學效率。電子書包管控解決方案便于教師掌控教學過程,幫助教師根據實際教學需要限定學生使用相應程序、訪問相應網站等,從而可確保學生上課期間集中精神專注于學習。同時,在考試/閱卷方面,i-Easy網上閱卷解決方案基于高速掃描、圖像識別技術,面向中小學提供自帶題庫、可自動組卷的考試閱卷系統。支持線下和線上兩種模式,可自動生成成績統計報表,有效減輕教師閱卷負擔,有效提高考試效率。i-Easy信息技術考試系統,基于B/S架構,適用于市教育局/學校組織的信息技術考試,支持各類Office、Windows、IE等操作題且能自動評分。此外,在教師培訓方面,i-Easy在線考培教育解決方案面向學校(及企業)提供在線培訓及在線考試系統,實現7×24小時隨時隨地的學習,提高考培效率,節約教育經費。
NEC智慧教育解決方案,讓老師更省心,讓家長更放心,讓學生更開心。
晚上影院娛樂時間,享受高清絢麗的視覺體驗
經過一天的工作學習,晚上到大劇院聽聽歌劇、去天文館看看星空,放松身心,貼近自然。NEC的4K旗艦色彩工程顯示器、全新高清激光工程投影機,可以為你打造視覺的饕餮盛宴。
4K旗艦色彩工程顯示器,提供高達84英寸可視范圍和4K物理分辨率,保證了超高的畫質效果、捕獲了觀眾的注意力,加上Spectraview專業色彩校正、OPS擴展卡槽等眾多的先進功能和選配件,提供滿足各種行業需求的高端解決方案。
“知云善教” 聯想助跑教育信息化
在此次展會上,聯想全面闡釋了“雙態IT”在教育行業的應用――穩健固本的“穩態IT”以教學內容為核心,整合現有系統,構建標準化、謹的信息平臺,實現科學的“教學管理”;靈動創新的“敏態IT”以教學服務為核心,打造資源動態擴展的系統平臺,促進教育主管部門、學校與師生之間的“服務協同”。
在同期舉行的國際教育信息化會議“信息化領導與教育變革分論壇”中,聯想集團企業級技術總監、高級架構師李鑫介紹說,“雙態IT”能為教育變革做好信息化建設的頂層設計――通過業務驅動和技術驅動雙向評估應用特性和匹配的IT架構,從而制定合理的“雙態IT”架構策略、藍圖,最后給出“雙態IT”架構建設的路線圖、項目規劃和與之匹配的組織管理建議。
端到端解決方案 為智慧教育“交鑰匙”
北京金商祺科技股份有限公司 張 福
在金商祺數字校園產品中,大課堂互動學習平臺是以支持教學服務為主的產品,是一個支持混合學習模式、貫穿于“課前—課堂—課后”的綜合性互動學習平臺。以老師和學生為中心來進行功能設計,以課程為中心來組織教學活動和資源,為老師和學生搭建一個易用、實用的學習平臺。平臺支持各種瀏覽器使用,同時自帶基于Android和iPad平板的客戶端,支持平板互動課堂教學以及全過程的原筆跡教學過程的記錄,支持多種教學多媒體資源的靈活呈現。
大課堂互動學習平臺的使用,改變了傳統的老師教、學生聽的被動學習模式,形成了“人人上講臺,個個當講師”的互動式、共享式學習模式,并能夠和教學資源服務平臺很好地整合,方便教師備課、學生學習,形成了互動的教與學的全過程協同學習環境。
金商祺公司研發的自主產品:數字校園綜合平臺、網絡運維支撐平臺、文件在線存儲備份管理系統、歸檔存儲系統等,多款產品已入圍中央政府采購目錄,并獲國家創新基金支持。產品功能和性能占據國內外領先地位,并被教育、政府、醫療、電力等行業的廣大用戶采用。
公司以“誠信、服務、創新、共贏”為經營理念,以“專注IT,服務中國”為己任;運用現代管理模式,把最先進的產品和技術、完善獨特的“金色陽光”品牌服務與人文精神相結合,為廣大用戶提供國內一流的IT技術咨詢、系統規劃、系統設計、系統開發、系統實施、系統維護、軟硬件產品銷售、技術支持等全方位服務。
樂知行平板互動教學平臺
北京樂知行軟件有限公司 張少華
很多人知道樂知行,都是因為樂知行是從事數字校園解決方案開發的廠商。但是我們始終認為,能夠為課堂教學做好服務是數字校園的根本出發點。
在樂知行的產品中,最引人關注的就是平板互動教學平臺。在開發該產品之前,我們做了大量的調研活動,深入到學校、教室、課堂、師生中去。我們的思考就是,我們的產品能夠為已經精彩的課堂再做些什么?我們的目的不是對課堂進行模式上的改變,而是改善課堂中的細節,讓課堂流程更加順暢。
樂知行平板互動教學平臺以平板電腦為主,結合其他輔助設備,在保留教師原有教學方式的情況下,實現更高效的師生互動,將教師備課、課上教學、課堂表現分析貫穿在一起,是互動教學的完美解決方案。同時結合課堂已有的多媒體設備,如電子白板、一體機等,只需安裝相關軟件即可形成一個完整的數字課堂,明顯提升教學效果。此款平板互動教學平臺是支持Android、IOS平板電腦混用的平臺系統,便于多款平板電腦的安裝和使用。
作為長久以來持續關注國內教育行業發展的教育信息化軟件廠商,樂知行一直為中小學教育行業客戶提供高性價比和高附加值的解決方案和服務。希望通過樂知行的產品,提升教學質量和效率,提高學校教育信息化程度,增強學校及區域級用戶綜合實力。今后,樂知行會繼續打造更多優質的教育產品和解決方案,為中國教育事業的發展進步繼續添彩。
方正智慧教育整體解決方案
北京北大方正電子有限公司數字出版與教育業務部
劉長明
近年來,我國數字出版產業進入了快速發展期,出版集團、專業出版社、教育出版社等傳統出版單位都加快了向數字化出版的轉型。目前,很多教育出版單位在基礎教育、職業教育、出版內容數字化建設、在線教育平臺建設以及數字化教學服務領域進行了很多嘗試。隨著移動終端、移動學習、自主學習方式在國內的推動,基于學生自主學習的優質內容越來越成為數字教育發展的瓶頸。
為了改變目前教育行業應用和出版資源建設之間的不均衡,方正電子經過研發,推出了方正智慧教育整體解決方案。該方案利用移動互聯技術、移動終端觸控技術及云計算技術,提供交互式電子教材及課件制作工具、互動課堂教學系統、教育云服務平臺等系列產品,服務于教育出版機構、學校、教育教學管理機構,將進一步推動信息技術與教育的深度融合,推動中國教育出版行業的轉型,助力于教育領域課堂教學改革,促進學生在信息化環境下的學習能力培養及教師教學方式的創新。
目前,該方案已經在全國多家不同類型的學校及出版機構實現成功應用。同時,方正互動課堂及教學云服務平臺在哈爾濱香檳小學、大興瀛海二小、第一師范附屬小學等多所學校得到應用。北大方正希望能夠利用其先進的技術,借助教師、專家、教研部門以及行政部門等的指導,為推動中國教育信息化進程貢獻新的力量。
天仕博個性化學習系統——智動課堂解決方案
北京天士博科技有限公司 喬華敏
北京天仕博科技有限公司創立于2000年,是專業從事教學終端制造、數字校園及區域云平臺的教育信息化解決方案提供商,擁有著名教育品牌“天仕博(TRACEBoard)”及多項自主知識產權,創造了諸多中國教育信息化發展的里程碑事件。產品廣泛應用于課堂學習、教學管理、區域服務等方面,遠銷全球80多個國家和地區,居國內領先地位。
天仕博智動課堂為教師和學生提供了互動產品,教師通過教師終端管理,學生通過學習終端學習。智動課堂還提供了“講授式授課模式、合作式探究模式、自主學習模式”三種模式支持,為教師打造全新的個性化學習的應用情境,真正符合實際教學。智動課堂是以教育生態理論為依據,利用人機交互技術、無線技術、多媒體技術、智能終端技術創建的以提高學習成效為目標的課堂學習系統。它通過為師生創設每人一端的數字化桌桌通環境,達到教學網絡化、學習個性化、評價常態化,從而實現學生自主、合作、探究學習的高效課堂模式,增強學生運用信息技術分析問題、解決問題的能力,培養其創新精神。天仕博智動課堂系統包括:智動課堂服務器、教師移動工作站、登錄認證模塊、班級管理數據庫、課堂授課模塊、課堂管理模塊和學生端模塊。
作為教育信息化的開拓者和踐行者,天仕博始終以“自主創新、服務教育”為發展目標,以促進教育公平和均衡發展為企業使命,致力于未來教育發展,為中國乃至世界的教育事業做出貢獻。
“一對一”數字化學習案例分享
天聞數媒教育研究院 滕秋麗
現代信息技術的應用為教育教學帶來了根本性的變化。但仔細觀察我們的課堂,我們依然發現存在著很多問題。隨著多媒體等各種技術的應用,中國成為一個“課件”大國。但是課堂的教學方式沒有改變,教師仍然主宰著課堂,學生沒有處于主體地位,技術促進學生學習的作用沒有得到發揮。于是,利用信息技術改變學生的學習,讓技術成為學生的認知工具,隨著“一對一”數字化學習的出現而興起。
將智慧教育理念應用于校本課程,構建個性化、智能化、數字化的課堂學習環境,能夠讓學生在掌握知識和技能的同時,增加智慧,培養能力。本文將以《垃圾分類》一課為例,探討智慧教育理念是如何支撐小學校本課程教學的。
垃圾分類》一課原有教學存在的問題
1.教學內容枯燥乏味,淹沒了學生的學習興趣
在一般教學實踐過程中,教師往往只是采用講授、練習的方式,《垃圾分類》這節課也不例外。教師先講解如何給垃圾分類,然后讓學生通過回答問題或做練習題來鞏固所學知識。此種課堂教學方式嚴重打擊了學生的學習興趣,難以激發學生的學習主動性。
2.教學方式單一,無法實現學生個性化學習
校本課程不只是教給學生一些實用的知識,更注重培養學生的生活智慧和解決問題的思維。在常規的教學環境中,過于單一的授課方式使得學生按照教師統一安排的流程和任務進行學習,學生的學習方式都是統一的,從而導致學生的思維能力得不到提升,個性發展得不到體現。
3.教學環境常規化,很難實現分層訓練
在課堂訓練中,常規教學環境只提供統一的試題讓學生作答。這種試題沒有進行分類,針對的學生范圍過大,導致水平不同的學生不能根據自己的難度需要進行選擇。對知識掌握較好的學生要重復去做最簡單的題,費時費力;對知識掌握較差的學生遇到較高難度的題時,容易產生挫敗感。
智慧教育解決方案
1.開發寓教于樂的教學游戲
游戲是一種小學生喜聞樂見的學習方式。對不同種類的生活垃圾進行分類是本課教學的重點之一,由于垃圾又臟又亂且攜帶病菌,所以直接用實物分類不太可行,運用電子書包開發制作“垃圾分類”教學游戲可以解決這一難題。學生通過拖拽等方式對垃圾進行科學分類,生動有趣,易于激發學習興趣。并且,游戲還設置了“求助”“知識鏈接”等功能,讓學生在需要支持與幫助時,能在輕松愉快的氛圍中熟練掌握垃圾分類的規則與應用,可謂寓教于樂(如圖1)。
2.提供豐富且可選擇的教學資源包
電子書包存儲量豐富,可以展示形式多樣的聲音、影像、動畫等,為社會課教學提供多種學習資源。教師采用教學資料包的形式,為學生的課題選擇提供了大量的文字、圖片、視頻等資源,學習資源都是根據學習者的特征編輯過的。學生基于個人興趣確定學習主題,自行查閱學習內容,獲取與個人興趣相關的知識與技能;或者借助文字書寫、拍攝等輔助工具,對學習資料進行個性化的批注。教學資源包的使用能拓展學生的視野,實現他們的個性化學習。
技能與知識的輸送是學習的過程和內容,但不是學習的最終目的。尤其對于小學階段的學生而言,興趣的培養,充分利用和調動學生們的好奇心是啟發式教學的首要任務。因此,社團的教學活動設置首要任務是如何點燃學生的學習熱情和好奇心,進而如何做合理的活動內容設計和進階化的學習任務設置。2016年初,我們邂逅了上海喵爪網絡科技有限公司,這是一家專門提供信息化創新教育的互聯網公司。雙方在創新教育方面的理念一致,因此一拍即合,決定通過智慧社團活動,將自然與信息化相融合,做一次“智慧的探索式學習”之旅。因此,雙方團隊經過碰撞,設計了為期一年的社團活動,內容如下。
第一階段,進行Scratch編程教學;同時,在學校引入智慧農業自動監控系統,通過傳感器對空氣、水質和土壤進行監控。
第二階段,整合團隊學習任務,設計成項目制學習。所謂“項目”,即:如何利用技術,解決食品安全問題。
項目制學習的初期,問題導入最為關鍵。好的問題導入應當既可以足夠引發學生們的好奇心和學習熱情,又是一個有學習價值的探索式學習內容。我們的問題是:從田間一顆種子/幼體,到餐桌上的菜肴,期間經過了怎樣的旅行?可能碰到的問題是什么?這個提問,引發了社團學生們的熱烈討論。大家爭先恐后、積極踴躍地結合各自生活中的體驗,提出了很多思考。我們讓孩子們將他們的思考寫在花花綠綠的小紙片上,小紙片瞬間就貼滿了教室的墻面。總結學生們的“提案”,發現食品將經過種植、加工、儲存、運輸及銷售這幾個基本環節。我們還發現,孩子們小小年紀已經意識到食品安全隱患了。至此,問題導入順利完成。
秉承項目制探索式學習的初衷,我們讓學生們自主學習、探索出問題的可能解決方案,堅決不預設結果、公布“答案”。我們引導學生們自愿組成學習小組,認領種植、加工、貯存、運輸以及銷售五個環節的學習任務,鼓勵他們用已經學習過的PPT制作和Scratch編程來匯報自己的學習內容,嘗試尋求解決的方法。
到了第三階段,我們進入實踐環節,充分利用家長資源,請來了承建現代化養殖場的公司技術人員,跟大家分享“牛奶是從哪里來的”。孩子們有了一個“現身說法”的實際案例分享。
第四階段,智慧物聯網解決的是食品溯源的學習。食品安全的兩個主要方面:溯源及追蹤技術。結合學校大棚,主要側重在溯源方面。基本的技術解決單元是傳感器技術。因此,結合Scratch編程教學,引入相關傳感器的課堂學習。學生們了解空氣、水質以及土壤傳感器檢測的基本技術原理,從而了解科技對于解決食品安全的關聯。
關鍵詞:教學智慧;智慧教學
赫爾巴特曾說過:“關于你究竟是一位優秀的教育者,還是拙劣的教師,這個問題非常簡單,你是否發展了一種機智感呢”?其實細細分析,這里所提到的機智感就是教學智慧。教學智慧是一把無形的鑰匙,開啟著學生的思維,這是教師期待和學生發展的目標。智慧的研究、智慧的創造,在課堂教學中智慧無處不在,更體現著他特有的魅力。只有教育智慧環繞的課堂才是充滿活力并煥發朝氣的課堂。
課堂是一個舞臺,這個舞臺之所以七彩,是因為這里有變化的靈動,有生成的高效,更有生命期待的綻放。在這個過程中,教育的智慧便成了這個特殊舞臺最靈動的音符,它取決于教師的教育智慧。正是因為有了教師的教育智慧,在這種智慧更好地發揮了教師是平等中的首席作用,也將更深刻的影響學生的主體作用。
1 教學智慧的具體體現
教學智慧其實不是一個抽象的詞語,它貫穿在課堂教學的每個角落,從始至終。如何使教學設計精美絕倫是教育的智慧;如何使教學過程精彩紛呈是教育的智慧;如何使課堂評價深入人心是教育的智慧;如何使課堂檢測有的放矢是教育的智慧;如何使課堂小結精益求精是種智慧;如何是課堂表達言簡意賅是中教學智慧。這些都是一門藝術,更是教師智慧所激發的教育智慧,會給師生帶來無窮無盡的享受和無窮無盡的樂趣,更能激發學生的思維,讓學生的思維揚起風帆。
數學教師華應龍曾經說過:“覺得能像農民種地那樣教書是一件很踏實、很愜意、很幸福的事”。而這里我們能夠感受到的幸福可能更多的還是源自于教師的教育智慧。數學新課程所倡導的是主動、探究、合作和體驗。對于長久以來習慣于老師講解,學生被動聽課的學習主題來說,想做到主動探索和體驗也是一個挑戰。這個時候教師可以采取啟發式和探究式的教學方法,對于枯燥的數學知識來講,可能建立良好的賞識教育,也是和諧的師生關系建立的關鍵。或者在抽象的二次函數性質探索的課例中,教師可以充分的利用多媒體輔助教學,使教學內同形象化、直觀化,是學生可以在先進的教學手段下與老師一起走進數學知識的殿堂。
2 教育智慧的實施源泉
教育智慧有著無限的魅力,可以開啟學生的智慧之門。教育智慧源于一種愛――是教師對三尺講臺和莘莘學子的愛;教育智慧源于一種執著――是教師對教育事業終身熱愛的執著;教育智慧源于以后總感悟――是教師走過教育的風風雨雨對教育事業的一種內心體驗;教育的智慧源于一種理解――是教師對教育神圣的心靈觸動;教育智慧源于一種追求――是教師對教育的可塑性的一種美好的向往。為學生開啟一扇窗,激發學生的思維,為學生鋪就一條路,教會學生解決問題的辦法;為學生搭建一個平臺,使學生逐步深化感受到學習知識的奇妙。
在數學教學中我們希望學生是積極主動的學習主題,教師會巧妙借助問題情境,激發學生的認知沖突,用學生渴望知識解決的欲望來激發學生。比如,在講解位置的確定這一刻,有的老師用一部世界電影史上的名著來激發學生學習的熱情,首先播放泰坦尼克號的沉船事件片斷,然后假設同學們是船長,怎么處理這個事件?教師智慧的引導一下子將學生的學習熱情調動起來,自然的引入到位置確定的知識點。在備課、備學生,以及課堂教學中,教師要善于用一雙發現的眼睛去發現學生身上的課挖掘點,突破學科本位,讓學生在一個開放的過程中學習,并收獲學習的成果。
3 教師是教育智慧實施的傳播者
人們常說用智慧開啟智慧,教師的智慧是開啟學生智慧的鑰匙。突出一個“情”字,以情入心、以情育人以情啟智,以情激趣;突出一個“趣”字,讓學生品嘗學科教學帶給自己的獨特味道,并在學習中留下堅實的探究的足跡突出一個“活”字,不同的課型采取不同的教學方法,引導學生觀察、思考,分析和探索。讓學生在學習的感悟中提升品質;突出一個“境”字,讓課堂在學生向往的境界中開展,入境的課堂,浸潤學生的心靈,感悟各個學科的人文和精神價值。
而以上這種種,都是需要用教師的雙手去播種,靠教師的表達去傳播。所以,教師的學習力是重中之重,更是教育智慧得以開花結果的根源。數學課堂有著自身的特點,由于數學抽象,需要極強的邏輯思維,于是有很多同學對數學的學習感到恐懼和為難,為此,教師要充分的抓住學生這個心理特點,從學生感興趣的知識開始切入教學,激發學生的學習興趣,營造一種輕松和諧的學習氛圍。讓數學來源于生活有為生活中遇到的問題找到解決方案的數學價值滲透于教學中,學生會在比較真實的環境里感受和體驗數學的生活化,進而消除學生的緊張情緒,讓學生的學校效果得到保障。
4 教育智慧創造孩子們喜歡的課堂
人們常常喜歡用好和不好來評價一堂課的好壞,到底什么樣的課堂是最科學的課堂,是學生們喜歡的課堂,站在成人的角度和學生的角度給出的答案確實完全不同的。但無論怎樣,智慧型的教師一定可以造就出學生們喜歡的課堂,只有有生命力的課堂,生態的課堂,突出以人為本的課堂,強調人的生命價值的課堂才是學生喜歡的課堂。
一節充滿生命活力的課堂,是教師教育智慧的一種再現。意味著平等、共享;意味著寬松、和諧;意味著提升、拓展。他充滿了思維,閃耀著智慧。孩子們的世界往往和成人的世界有著很大的區別,一個智慧的教師是完全可以意識到這一點的,于是在自己的教育教學工作中,用心學習,智慧思考,智慧引領學生的成長。
在數學學科的教育中,教師的教育智慧更多的提點在掌握好三維目標的評價上,既要注重知識的結果,更要關注知識發生的過程中,這樣可以給學生更深刻的體驗,讓學生能夠在思中學,在學生悟;既要關注學生知識的掌握更要關注學生能力的提升,比如,分析問題和解決問題的能力,甚至發現問題的能力,都是課堂高效的一個增長點;教師不但要關注學生數學知識本身的增長,更要關注學生情感態度和價值觀的變化,在教師的悉心引導下,讓學生有強烈的求知欲望,更要有鉆研和持續探究的態度。做到了一上課,學生邊張開了思維的翅膀迎接數學學習的無限樂趣。
5 教育智慧激發課堂生命的活力
課堂是一個精彩而有值得期待的場所,課堂教學是一曲動聽的旋律,每個音階的調動都會使整個樂章波瀾壯闊;課堂是一眼無垠的大海,每一滴浪花的涌動都會影響大海的洶涌澎湃;課堂更是廣闊蔚藍的天空,每一片云彩的變幻都會影響天空的千姿百態。教育智慧體現在課堂細節里,從課堂的導入到課程的探索,從知識的提升到知識的更新,從課堂的評價到課堂的檢測,教育智慧都如一種無形的力量讓教與學的雙方都體驗著知識的魅力,享受著學習的收獲,感受著學習的快樂。
教學智慧可以激發課堂中每個個體生命的活力,促進人的生命發展,高質量的課堂教學,教師和學生都會在共同研究和創造中交流和互動,形成教育的資源。在數學教學中,一個智慧的教師會多一雙發現的眼睛,既從理論認知上給學生指引,提升學生的認知水平,更會以課堂評價、師生互動等方式來給學生人文關懷,讓學生從外而內感受到數學學習是最求真的一個過程,數學學習的過程中應該是一種享受。
6 教師的教學探究力是教學智慧提升的助推器
很多人把探究力、學習力、思考力和反思力作為提升學校品質和教學品質的重要途徑,在很多國家,合作探究的能力已經成為一種社會倡導的良好精神風貌。同樣,在智慧教育中,教師的探究力就像一個助推器,一樣引領著教師在教育的智慧中與孩子的生命成長共舞。
關鍵詞:大數據平臺;智慧教育;電力系統災變教學
隨著互聯網技術的快速發展,云計算、泛在互聯網、區塊鏈技術的迅速普及,極大推動了教育領域的創新改革,以信息化驅動現代化教育教學模式已經上升到國家策略的高度。目前高校存在多種新型的教學模式,例如慕課、翻轉課堂等[1~3]。他們共同的特點就是借助信息化教育環境,探索技術與教學的深度融合,讓教學更加智慧。智能終端的普及和現代通訊技術的快速發展,讓我們每個人都成為了互聯網中的一分子,互聯網時代正在邁向泛互聯網時代。云計算技術讓各種數據和社交信息的存儲變得簡單,大數據系統在物聯網和因特網的貫通中誕生,為現實課題實現智慧教育提供了重要支撐,因此智慧教育在信息化技術在校園課堂中高度利用的必然產物,它賦予了比傳統教育更為豐富的內涵和教學手段[4]。教育信息化的不斷發展,不僅給我們老師帶來了全新的教育形式也給同學們帶來了不一樣的學習方式,這無疑促進教育改革。與傳統教育知識灌輸教育理論不同,智慧教育以數字資源為核心載體,更加注重學習者參與教育過程的師生互動。學生不再僅僅是知識的被動接收者,也是問題的主動發現者和解決方法的探索者。由于智慧教學模式尤其注重學生的自主能力和合作能力,所以智慧教學模式能大大提高學生的學習效率。
1基于大數據平臺云教育的優勢
云教育將現代云計算技術有機的融入教育教學當中,充分利用云計算技術大規模、擴展性、可靠性、虛擬性等特征。大數據平臺通過整合高校數據資源庫,通過云計算對各種教育資源進行智能分類,為學習者提供豐富的教學資源。云教育大數據平臺和傳統的教學模式相比,有以下幾個方面的優勢。一是大數據平臺可以利用計算能力根據學習者學習習慣智能匹配教學資源,幫助學習者制訂學習計劃等。二是云教育大數據平臺通過與互聯網的連接給學生提供一個虛擬的課堂學習環境;與其他現實學習環境相比,該平臺具有軟件多、資源豐富、互動頻繁等優勢。三是學習成果可以互相充分利用、平等共享,現在每個人都是一個自媒體,學習者可以利用平臺及時上傳自己的Word、PPT、音頻等學習資源,達到和學習伙伴深度互動的目的。
2大數據平臺對電力系統災害智慧教育的推動作用
大數據平臺對電力系統災害智慧教育有很大的促進作用,電力系統災害認知課程主要是幫助學生了解何種極端氣象災害環境會對電力系統產生什么樣的影響和后果以及電力系統是采取什么樣的應對措施去解決各種復雜極端氣象條件對電網造成的影響。學生對電力系統災害情況的理解都來自老師的簡單口頭描述,因此學生對這方面的知識的印象不會很深刻。采用大數據分析平臺直觀為學生演示各種氣象災害條件對電力系統造成的各種影響,例如風機大面積脫網、電網潮流影響等。之后加上老師介紹在極端氣象條件下電力系統災害機理,學生不僅能直觀的了解到不同氣象條件會對電力系統產生什么樣的故障,同時也能深刻理解電力系統發生故障的本質原因。老師和學生也可以上傳各種關于電力系統災害的學習資料至大數據平臺,學生可以從大數據平臺上獲取學習資料,同時通過學生們的實際操作讓學生進一步加深對電力系統災害的理解。
3電力系統災害智慧教育大數據平臺構建
端云協同大數據平臺是采用大數據平臺架構搭建的智慧教學平臺,它由數據集成系統、數據治理系統、平臺管理系統三個子系統組成。數據集成系統通過與監測區域內風機、儲能電池、光伏逆變器等各種設備信息建立通訊,采集監測區域內各種設備的運行數據并上傳至云端。數據治理系統基于分布式存儲系統,根據不同數據處理階段的數據特點分別存儲于Hadoop平臺、MPP分布式數據庫、關系數據庫集群,通過配置數據流入和流出規則,控制數據進出大數據平臺過程,平臺管理子系統通過可視化建模提供多層級結構可視化呈現能力和3D動畫實時展示極端災害下電力系統運行狀態的變化情況。
3.1數據集成子系統
數據集成子系統作為端云協同大數據平臺的基礎層,它為大數據平臺提供可靠的海量電力數據,該層包括等可控負荷、風力發電機、儲能儲熱設備、光伏發電等一些具有邊緣計算能力的終端設備。在萬物互聯和數據爆炸的環境下,通過分布式邊緣終端設備協作完成邊緣計算任務,對邊緣環境中計算、存儲、網絡資源的高效分配,以實現任務及數據的動態部署,這種分布式數據處理架構相比傳統的集中式數據處理架構能顯著提高平臺數據處理能力和效率。
3.2數據處理子系統
數據處理子系統以關系型數據庫MySQL承擔對結構化的數據的存儲和管理;建立數據倉庫來實現對用于結構化數據和元數據的集中存儲與管理,利用大數據應用框架Hadoop平臺的數據倉庫作為傳統數據倉庫的補充,實現對非結構化數據的存儲和管理,并對來自搜索引擎的海量數據查詢提供支撐。通過定義數據質量清晰規則,系統執行數據質量規則保障大數據平臺數據質量,數據獲取過程需將原始數據進行抽取、清洗、合并和裝載等操作后生成新數據集提供數據分析使用。同時系統考慮未來的擴展性,為了便于與第三方系統快速對接,構建了數據共享平臺體系。平臺還兼容基于matlab、python、R語言開發的電力系統優化調度模型,系統能直接對接學生開發的各種算法模型,便于學生進行仿真試驗。
3.3平臺管理子系統
平臺管理子系統采用最新的窗口顯示技術,提供的顯示應具有諸如多窗口顯示、滾動畫面顯示、圖像縮放顯示。提供區域板塊可視化呈現能力,構建了從湖南省(湖南500kV網架結構)-湖南省六大區域-特定地點(邵陽地區電網結構),從大到小、從上到下的多空間尺度,以及包括實時數據和歷史數據多時間尺度展示的集成地圖電力GIS極端氣象下(覆冰、暴風、暴雨等)分析展示系統,提供多層級結構可視化呈現能力,包括電力設備(源-網-荷)設施信息、電網運行狀態信息、電力市場信息與交通、電網相關公路街道,以及氣象等自然環境信息集中于平臺展示。通過3D動畫形象的向學生展示在一種或幾種極端氣象條件下電力系統運行的變換情況,提升學生對電力系統應對極端災害的措施和方案的理解。
4基于大數據平臺的電力系統災害實踐教學模式
4.1基于大數據平臺的移動學習模式
智慧教育大數據平臺目前已和校內多個數據分析平臺實現數據交互以及資源共享。課程組老師通過該平臺為同學實際演示電力系統在各種極端氣象災害下的不同情況以及多種極端條件同時作用下電力系統的變化情況。學生可以利用課余時間去登陸平臺進行自己動手實際操作,提升自己對電力系統災害相關知識的理解。同時平臺還可以接入學生基于matlab、python、R語言等編寫的優化算法模型,利用大數據平臺分布式計算的特點快速驗證模型的正確與否。學生只要在連接互聯網的情況下都能夠訪問平臺進行算法程序開發學習,因此在這種獨特的優勢下,學生的學習時間和程序開發時間不再局限于老師的上課時間,學生可以利用自己的空閑時間連接平臺進行開發完成項目。同時學生們的實踐地點也不再局限于實驗教學室,同學們可以在圖書館、教室等任何地方完成實踐項目進行算法程序開發設計學習。這樣學生們的學習進程不會像傳統的教學模式一樣受到時間和地點的限制,同學們可以更加自由的選擇時間和地點發揮自己的主觀能動性完成實踐項目。這種教學模式想對傳統教學模式對學生的自我學習能力和學習規劃能力更有提升的效果,傳統模式下學生都是跟著老師的時間規劃下完成課題,老師會在指定時間節點完成哪部分內容,在這種模式下學生完全依賴于老師的指導。
4.2基于大數據平臺的翻轉課堂教學模式
利用大數據平臺與市面上現有的免費開放在線教育平臺對接,實現資源共享、數據互通。學生可以在此平臺上自由注冊和選課、免費學習,通過平臺上課程相關考試還能獲得考試合格證書。依托大數據平臺的翻轉課堂教學模式的實現包括以下過程,首先是課程制作,在每個課程中教師需針對一個特定的問題深入分析,提煉每個問題的知識要點,拍攝錄制成教學視頻,連同其它教學資料一并上傳到平臺;然后,注冊學生可以在平臺上選擇感興趣的課程,觀看視頻、完成考核、獲得證書;然后,教師利用大數據平臺了解學生學習進度,針對學生普遍困惑的難題,集中重點講解;最后:分析學生提出的思路和解決方案,完成課堂練習,進行相關知識點的測試。與傳統教學方法相比,翻轉課堂更加關注學生的發展,把課堂的主動權交給學生,老師側重于解決學生的疑惑,引導學生分析問題,展開討論,提出各自的見解,探索最佳解決方案,教師是學習內容的設計者、幫助者和合作伙伴,是教學過程的引導者,讓學生全心投入教學過程,發表自己的意見,老師只用少量時間集中解答問題,這種模式發揮了學生的能動性,有利于提高學生解決問題的能力。
4.3基于任務驅動的團隊教學模式
在此課程實踐教學中,學生可以根據自己的興趣和自己擅長的模塊個性化選擇自己的實踐題目,同時該課程還設置小組團隊課題,學生分組共同完成一個較大的課題,學生之間分工合作,每個人都負責該項課題的一部分,因此學生都能夠選擇到自己感興趣和自己擅長的模塊,這就能有效激學生學習和參與項目開發的積極性。學生選擇的題目不再僅僅局限于老師所出的題庫,也不會出現全班同學完成同一個項目的情況,這就有效避免了學生之間出現互相抄襲的情況,確保了每位同學都能參與到這門課程中來,使同學們能夠從這門課中真正學到有用的知識,提高自己的程序設計能力,為以后的學習打下牢固的基礎。
1、產生背景
在日常教學工作中,同學科教師經常圍繞教學內容、學生的表現等展開研討交流,總感覺現在的學生學習被動,不懂如何求知。我們物理教研組在開展“一課三議、三課一評”等校本教研的活動中認識到不能將課堂教學過程當成暗箱,如果學生對教學過程先有些預習,那么在課堂教學時就會參與性高、主動性強。但要達到學生能預之有物、習之有獲,就要給學生提出具體預習內容和相關的知識準備,并能同時讓學生了解老師的上課流程,就有了教學案的想法。
教學案是教師備教材與備學生的綜合體現,其宗旨是教學以學生為中心,主線是:先由同年級的任課教師分別進行每章中自己的備課任務,按照學習目標、課前準備、學習過程、課后練習完成備課稿,然后不定時進行集體討論,分析教學得失、交流學生學習情況,共同研究確定上課時應采用的教學方案,并將教師的上課過程以預習稿的形式印發給學生。這種具備教師備課與學生預習功能的講義我們稱之為“教學案”。
2、對學生學習的功效
2.1、針對性功效
認知心理學認為:影響學習的最重要的因素是學生已知的內容,然后據此進行相應的教學安排,只有當學生把課程內容與他們自己的認知結構聯系起來時,才會發生有意義的學習。學生能否習得新信息,主要取決于他們認知結構中已有的有關觀念,以便把新知識“掛靠”在這些有關的觀念上,有意義的學習是通過新信息與這些有關觀念的相互作用才得以發生的。教學案在編寫時首先以預習題形式回顧與教材有相關聯的準備知識,以期學生在預習自學階段先將新知與舊知掛靠,并通過它讓學生了解到老師上課時要講什么、什么要重點講解。教師批閱預習題后也能從學生的預習情況出發,針對學生實際“以學定教”,明白本節教學內容中哪些知識學生已有基礎,哪些還比較模糊。如在講解壓強、密度公式的應用時,在預習稿中發現學生對冪指數的運算較生疏或易粗心,再找學生詢問,果然他們反應出對科學記數法的除法運算不熟練存在擔憂,并有運算方法不當的缺點,教師在教學中就針對這方面的數學知識進行了補充訓練。
2.2、主體性功效
現代教學理念認為:教師作用是促進學生積極投入知識的心理建構過程中去。首先,學生需要教師的充分指導,以幫助其將新知識與原有知識相聯系;其次,在認知上,學生是獨立的學習者,知識建構過程需要學生有主動學習的心理傾向,而不是完全受控于教師的指導。教學案的設計要考慮學習的積極性,如在例題選講中,要求例題要有針對性,并且在課堂上能精講少講,誘導學生主動去發現方法、尋找規律,教師進行適當的引導、補充與加深。學生的智慧能讓課堂更加精彩,在學習畫力的示意圖時,學生就總結出了畫圖可分為三步:一找點、二畫線、三標力,言簡意賅,切實可行;在密度知識學習中,學生也總結出密度計算題可大致分成三種“替代”:體積、質量、密度的替代。如同一容器裝滿不同液體屬體積替代(體積相等),就要先求體積,后解決問題,而冰化成水是質量替代,取樣品是密度的替代。不同的題目歸類后,就有了參照依據,就降低了難度。
事實上,知識的鞏固、能力的提高,都離不開做題,而選擇題目的關鍵是要適量、難度適中,要培養學生做后思考的習慣,這既是對學習過程的深化,也有利于掌握規律,達到舉一反三、觸類旁通的效果。
2.3、實效性功效
教學案注重教師個體的獨立思考和集體的合作交流,由于許多問題的解決方案凝結了集體智慧,往往可操作程度較高,實施起來就會具有實效性。在集體討論的基礎上再讓教師進行第二次備課,就是在實際教學中要根據實際班級情況,體現自己的教學思想,體現班級學生特點。在這樣一個研討流程中,對同一個教學內容,不同的教師在某一環節上就會有創新點,在重點、難點的突破上就會有亮點,這一過程實質上是對教材的多人多元解讀,對課堂的多元構建,讓課堂煥發無限創意。
有時教學案經討論后的定稿甚至與初稿大相徑庭,但內容結構更完善、教學方法更理性,既提高了教研活動的質量,能接觸運用更新的教學理念,也帶來了學生成績的大面積提升。
3、對教師教與研的功效
3.1、促進性功效
G.H.赫爾費施和P.G.史密斯在《反思性思維:教育的方法》一書中認為集體中的個人和團體總是在不斷地進行知識建構和改組,個人不只是在環境中通過感官的相互作用獲取知識,而且必須通過自己的體驗去創造知識。團體內的合作氣氛越濃厚,個人的創造態度就會越積極,每次教學案的構思與討論就是對教師的一次促進,通過問題解決――新問題產生――新問題解決的不斷改進,以備課組為載體,注重“以老帶新,以強帶弱”,發揮集體的智慧,使教學內容更充實、教學經驗更豐富,這對每位教師都是有益的,特別是對青年教師的教學成長有非常大的促進作用。
如在“走進分子世界”的教學中,為了幫助學生更好地建立物質的微粒模型,備課組經過不斷的討論改進,增加了在實物投影儀下觀察報紙圖畫痕跡的實驗,并動手制作了微粒模型等等。這些努力無論是在促進教師個人進步方面還是在提高教學效果方面都起到了很好的效果。
3.2、科研性功效
關鍵詞:Zigbee;web;校園無線網絡;智慧校園
中圖分類號:TP212.9;TN929.5
隨著“數字化校園”建設進展的推進,各個高校都已經基本建設成了基于光纖為主干線路的校園有線網。基于物聯網的無線智慧校園網的建設就是在校園已有的有線網絡的基礎框架上,進一步部署校園無線傳感器網絡和移動通信網,從而實現校園教學樓、辦公樓、學生宿舍、教職工宿舍和其他公共場所的無線全覆蓋。無線智慧校園=校園+物聯網+云計算+智慧化設備,它通過物聯網來實現更加合理和人性化的服務和管理。智慧校園通過物聯網實現人與人之間、人與物之間、物與物之間、人與信息資源之間以及信息資源與信息資源之間的通信。它的最高階段就是校園服務和管理各部分都是由物與物之間智慧化地完成,無需人工干預,從而達到“智慧”狀態,向廣大師生提供更加人性化的服務。
近幾年來,互聯網技術與移動通信技術的不斷深入發展促使了新一代信息通信技術――物聯網的形成與發展。隨著物聯網技術的研究與應用,利用物聯網可以解決傳統意義上互聯網沒有考慮的與物件互接的問題。就此,這將有力地推動校園信息化向下一個階段――“無線智慧校園”的發展,為高校數字化資源與信息化系統的高效整合提供更有利的條件,更好地為廣大師生的工作、學習和日常生活服務。Zigbee技術是其中很重要的一種。
Zigbee技術作為一種新興的遠距離、低復雜度、低功耗、低數據傳輸率、可愈的雙向無線通信技術完全適用于無線校園系統,成為連接各個傳感器單元的絡技術,其層次化的結構和多樣化的功能能夠很好地解決物聯網中無線傳感器節點間網絡連接的問題,因此,zigbee技術能夠很好地應用于智慧校園網的建設當中,成為連接各個傳感器節點的網絡技術。
1 關鍵技術――Zigbee
1.1 概念及特點
Zigbee技術是由Zigbee聯盟提出的一種基于IEEE802.15.4標準的短距離、低速率、低功耗的無線通信技術[1]。
由于其層次化的結構和多樣化的功能能夠很好地解決物聯網中無線傳感器節點間網絡連接的問題,因此,Zigbee技術能夠很好地應用于智慧校園網的建設當中,成為連接各個傳感器節點的網絡技術。其主要具有以下特點[2]:(1)低功耗,可用電池供電;(2)低但可靠的數據傳輸率;(3)可同時支持多節點的連接;(4)支持動態節點的網絡;(5)支持自組織性網絡;(6)網絡覆蓋范圍大。
1.2 體系結構
Zigbee網絡自上而下分為應用層、網絡層、媒體訪問控制層和物理層,其體系結構圖如圖1所示[3]。(1)應用層:該層由應用框架、Zigbee設備對象和應用支持子層組成,其主要負責各個應用對象的運行。(2)網絡層:該層主要提供網絡管理、路由管理、網絡信息轉發和網絡安全管理等功能,從而形成自組網機制。(3)媒體訪問控制層:該層主要為高層提供數據編址、CSMA/CA訪問機制、信標等功能支持。(4)物理層:該層主要負責WPAN設備通訊頻段的分配,從而避免干擾的產生。
圖1 Zigbee網絡體系結構圖
1.3 網狀Zigbee網絡
該Zigbee網的組建方式與樹型Zigbee網類似,不同的是其各層路由器之間也進行了連接[4],其結構圖如圖2所示。
圖2 網狀Zigbee網拓撲結構圖
該網狀Zigbee網是基于樹型Zigbee網改進的,其具有網絡自組織功能,即源節點與終節點之間的通信路徑并不唯一,當其中某臺路由器發生故障時,該網狀Zigbee網絡能夠啟用網絡自組織功能尋找另一條替代通信路徑[5]。本文采用的技術就是網狀Zigbee網。
2 具體設計
基于物聯網的智慧校園網主要有以下三種網絡組建而成:
(1)校園有線網。該網絡是指目前各個高校已經建成的校園主干網,在整個智慧校園網內,該網絡主要作為校園主干線路網絡,承擔校園主干線路的大數據量通信。目前主流的高速網絡技術主要有ATM技術、光纖分布式接口(FDDI)、千兆以太網(Gigabit Ethernet)和快速以太網[6]。鑒于快速以太網技術能夠有效地支持3、4、5類雙絞線和光纖的連接,以及有效地利用各個高校現有的設備,本基于物聯網的智慧校園設計方案網仍選用快速以太網作為校園主干網絡技術。
(2)校園無線傳感器網(WSN)。在整個智慧校園網內,該網絡主要作為校園各個局部區域(例如:宿舍樓、辦公樓、圖書館、教學樓、實驗樓等)的網絡,承擔著該局部區域無線傳感器之間的通信。鑒于zigbee技術是一種新興的短距離、低復雜度、低功耗、低數據傳輸率、高可靠性、可愈的雙向無線通信技術和其層次化的結構和多樣化的功能能夠很好地解決物聯網中無線傳感器節點間網絡連接的問題,因此,本基于物聯網的智慧校園網設計選用其作為校園無線傳感器網絡的核心支撐技術[7~9]。
(3)移動通信網。在整個智慧校園網內,該網絡主要承擔校園手機短信息的收發。該網絡的建設工作主要由智慧校園合作方――移動通信服務提供商負責。
2.1 網絡拓撲結構選擇
(1)整個無線智慧校園網拓撲結構選擇
由于各個校園的規模和建筑物地理分布的不同,其校園網具體搭建方式也各不相同,但其整個校園網的拓撲結構設計可大致相同。
本基于物聯網的智慧校園網采用“物理上總線型,邏輯上星型”拓撲結構,如圖3所示。
圖3 基于物聯網的智慧校園網拓撲結構圖
(2)基于Zigbee的校園無線傳感器網拓撲結構選擇
由上一小節的論述可知,Zigbee支持星型、樹型和網狀三種拓撲結構。其中,星型Zigbee網可看作為簡化版的樹型Zigbee網,兩者都具有邏輯層次鮮明的優點,但同時也存在“整個網絡的性能受協調中心的制約、通信路徑唯一、通信不可靠”的缺點;網狀Zigbee網具有網絡自組織能力,具有靈活、通信可靠的優點。
因此,我們在進行智慧校園無線傳感器網建設時,可依據各局部區域的實際情況(所需布置傳感器節點數、覆蓋范圍、數據通信量、數據傳輸速率等)部署不同拓撲結構的無線傳感器網絡。
下面舉一個利用基于Zigbee校園無線傳感器網實現學生上課考勤統計的應用事例。圖4為該教室設備分布示意圖。
圖4 教室設備分布示意圖
其中,Zigbee協調中心布置于教室中心,每一個攜帶配置RFID-SIM卡手機的學生作為Zigbee終端設備。考慮到教室組網這個特殊的環境,包括每一個課堂的學生和教師人數較多,使得Zigbee終端分布密集。因此,在此種情況如果部設樹型Zigbee網的話,網絡數據的傳輸性能會受到一定的影響,所以這里最好部設網狀zigbee網。
通過上面的學生上課考勤統計應用例子,我們可以發現,在終端節點較多的情況下,網狀Zigbee網不僅比樹型Zigbee網和星型Zigbee網更為靈活和可靠,而且在網絡傳輸更為高效。因此,基于校園終端設備數量較多這一實際情況出發,我們在進行校園無線傳感器網組網時,如果不是網絡結構較簡單,或對終端的數據傳輸有嚴格的中繼和管理要求時,我們應優先考慮網狀拓撲。
2.2 三網融合設計
本智慧校園網采用如圖5所示的方案進行校園有線網、基于Zigbee的校園無線傳感器網和移動通信網的融合,即通過Zigbee網關設備的使用實現三者的融合。
圖5 三網融合示意圖
其中,通過Zigbee網關系統總線內置GSM模塊來實現與移動通信網的連接;通過提供以太網接口以有線的方式或內置無線上網卡(支持IEEE802.11 a/b/g①)以建立WLAN②的方式來實現與校園有線網的連接。另外,校園有線網通過總的學校網絡網關實現與Internet的連接。
3 結束語
本文在研究Zigbee技術和無線智慧校園國內外建設情況的基礎上,結合我國無線智慧校園實際應用需求,提出了一套基于Zigbee的無線智慧校園解決方案,旨在解決目前數字校園所存在的校內信息資源整合與共享、自動身份識別、信息化保障機制和安全保障體系的搭建、信息資源及時采集與更新和校內各信息系統集成等難題,為即將實施或正在實施無線智慧校園建設的各大院校提供參考和借鑒。
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[6]邵開麗,周小佳,閆斌.無線傳感器網絡數據融合技術研究[J].計算機與現代化,2011(02).
[7]智慧的地球――IBM 動態基礎架構白書.http:///cn/express/mig ratetoibm/dynamicinfrastructure/download/dynamicinfrastructure_whitepaper_0903.pdf.
[8]International Telecommunication Union.ITU Internet Report 2005:The Internet of Things.http://itu.int/pub/S-POL-IR.IT-2005/e.Geneva:ITU,2005.
[9]European Research Projects on the Internet of Things (CERP-IoT) Strategic Research Agenda(SRA). Internet of things strategic research roadmap[EB/OL][2010-05-12]http://ec.europa.eu/information_society/policy/rfid/documents/ in_cerp. pdf.
注:
①802.11是IEEE最初制定的一個無線局域網標準,主要用于解決辦公室局域網和校園網中,用戶與用戶終端的無線接入,業務主要限于數據存取,速率最高只能達到2Mbps。
②無線局域網絡(Wireless Local Area Networks;WLAN)是一種便利的數據傳輸系統,它是利用射頻(Radio Frequency;RF)的技術取代舊式礙手礙腳的雙絞銅線(Coaxial)所構成的局域網絡。