基于物联网的高职院校二级学院信息化教学档案管理系统设计

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　　摘要：随着高等教育改革的不断深化，高职院校招生规模不断扩大，现代教育教学技术得以广泛运用，对高职院校二级学院的教学档案管理工作提出了新的要求。该文基于物联网技术，结合高职院校二级学院的实际需求，提出一种新型的信息化教学档案管理系统，以期提高高职院校二级学院的信息化教学档案管理水平。该系统融合RFID技术、现代教育技术、人机交互技术和计算机网络技术，具备具有用户识别、用户状态监控、数字化档案管理、交互式查询及信息显示统计等功能。针对当前校园移动端用户数量庞大并不断增长的情况，该系统可自动识别处于高速运动状态的用户，允许多个用户同时通过无线网络连接服务器，很好地解决网络拥堵问题。
　　关键词：物联网;RFID技术;多功能卡;阅读器;教学档案管理系统
　　中图分类号：TP391        文献标识码：A
　　文章编号：1009-3044（2020）02-0113-02
　　1 概述
　　物联网（Internet of Things，简称IoT）作为信息、通信和技术产业中一种新的应用模式，近年来获得蓬勃发展。物联网（IoT）属于计算科学应用领域的产物，其通过信息载体让日常物理对象、普通物体通过互联网实现互联互通，并采用数字技术手段让处于网络中的物体与对象实现自我识别以及相互识别。物联网的重要性在于以数字方式表示对象，会变成比其自身更大的东西。对象不再仅仅与用户相关，而是与周围的对象和数据库数据相连接。当大量物体同时行动时，即具备了“环境智能”。
　　物联网与现代通信技术、传感器技术、无线技术、二维码技术紧密相连， 而射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）技术作为一种通信技术则是物联网核心技术之一。其具有识别码唯一、非接触、防水、防污染、可同时访问多个标记等特点。RFID在制造业、零售业、物流业、交通运输业、信息业等领域有着广泛的应用。与此同时，随着高等教育改革的不断深化，高职院校招生规模不断扩大，现代教育教学技术得以广泛运用，对教学档案管理工作，尤其是其二级学院的教学档案管理工作提出了新的要求，形成了新的挑战。[2]一方面，师生数量的增长使得教学档案管理系统的用户数量超越了以往，教学档案管理工作需要处理庞大的数据信息，加重了工作量，急需提高工作效率;另一方面，计算机网络技术、多媒体技术在教学档案管理中的广泛应用提升了教学管理水平，电子办公在行政、管理后勤等部门的应用提升了办公效率。然而这些都限于各个部门、系统的内部，从学校或者学院层面上来看，其整体教学档案管理效率的提高依然未能与各个系部相匹配。因此，构建一个统筹全局、协调各方的信息化教学档案管理系统，成为当前高职院校二级学院的紧迫任务。本文基于物联网的技术框架，结合高职院校二级学院的实际需求，提出一种新型的信息化教学档案管理系统，以期提高高职院校二级学院的信息化教学档案管理水平。
　　2 信息化教学档案管理系统的体系结构
　　本文设计的基于物联网的高职院校二级学院信息化教学档案管理系统采用客户端/服务器模式。用户可以使用特定的多功能RFID卡将识别信息或应答信息发送给RFID阅读器。RFID阅读器可以同时响应和处理来自多个用户的信息。RFID阅读器还可以通过USB接口、RJ45接口或RS485接口与服务器端的教学档案管理软件进行信息交换。教学档案管理软件处理来自RFID阅读器的信息，并对其发出相关指令。通过教学档案管理系统，用户可以识别教师、学生的身份及相关信息，监控教师的教学情况以及学生的学习状况。该体系尤其支持互动式查询、无纸化办公，并能在线显示查询结果并进行智能分析。[3]系统的应用框架如图1所示。
　　根据以上框架，系统给用户分配学生、教师和管理员三种角色，RFID阅读器读取学生RFID卡的数据并传输给次服务器，教师通过系次服务器接入系统，并完成相关教学档案信息的录入。次服务器通过校园网连接主服务器，管理员通过主服务器实现教学档案信息管理。此外，针对校园网在某些情况下出现不稳定，例如黑客攻击导致服务器瘫痪、网络负载过大而导致网络拥堵等意外情形，本系统设置一台备用服务器，在主服务器无法正常运行时开启。
　　3 信息化教学档案管理系统的设计与开发
　　3.1 RFID多功能卡以及阅读器的设计与开发
　　与普通的RFID标签相比，RFID多功能卡可以通过键盘输入信息，通过液晶屏幕显示信息。RFID多功能卡由微控制器、RF收发器、键盘、LCD显示器和电源管理等模块组成。其中，微控制器是RFID多功能卡的核心模块，承担指令收发功能;RF收发器承担射频信息收发功能;键盘和LCD显示器分为输入和显示设备;电源管理模块为RFID多功能卡提供工作电源，进行电源管理。
　　RFID阅读器由控制器、RF收发器、通信接口、LED灯和电源管理等模块构成。其具有功耗低、接口多的特点，且其中，控制器为RFID阅读器的核心模块，承担指令收发功能;RF收发器承担射频信息收发功能;通信接口是連接通信设备的端口，通常具备三种通信接口，即USB接口、RJ接口以及RS485接口;LED灯提示信息交换、数据读取状态;电源管理模块为RFID阅读器提供工作电源，进行电源管理。[5]
　　RFID多功能卡和RFID读写器均采用MSP430F2274芯片作为微控制器，以CC2500芯片作为射频收发器。这两个芯片的特点之一是低功耗。CC2500是一款2.4GHz无线收发器，其频带为2400M-2483.5MHz。CC2500带有一个支持各种调制格式的500Kbps数据速率调制解调器。CC2500可以通过SPI接口与微控制器一起使用。MSP430F2274是一个16位RISC结构的微控制器，有一种激活模式和五种可选择软件的低功率运行模式。其还具有一个中断事件功能，可以从五种低功耗模式中唤醒设备。MSP430F2274的指令集由51条指令组成，可以对字和字节数据进行操作。 　　3.2 教学档案管理软件的设计与开发
　　教学档案管理软件采用微软Visual Studio 2008系统开发，由用户登录与管理、用户识别与状态监控、档案管理、交互查询、档案信息显示及统计等模块组成。
　　3.2.1 用户登录与管理模块
　　教学档案管理软件可以对不同类型的用户进行管理，赋予其不同的访问权限，用户必须输入唯一的用户名和密码才能访问教学档案管理平台。对教师、学生分配不同角色，并设置系统管理员账户对用户进行管理。
　　3.2.2 用户识别与状态监控模块
　　教学档案管理软件利用RFID多功能卡的唯一标识信息来识别用户，对用户的系统使用状态如登录、在线、离线、应答进行监控。此外，在教学过程中，对教师的教学状态以及学生的学习状态进行监控，并承担考勤功能。
　　3.2.3 数字化档案管理模块
　　计算机技术的应用使传统纸质档案资料转化为数字信息存储在服务器上，实现数字化档案管理。数字化档案管理模块主要承担档案信息的录入、修改、分类、锁定等功能。[7]基于物联网的信息化教学档案管理系统通过对RFID多功能卡数据的读取，可以管理师生教学活动开展进度、对教学计划的执行情况等，便于统一管理、提高效率。
　　3.2.4 交互式查询模块
　　用户在教学档案管理软件的“信息查询”窗口中，通过点击“信息类别”“查询条件”按钮筛选索要查询信息的类别，以限定查詢条件，例如：考试成绩信息-期中/期末考试成绩，实践考核环节成绩等;点击“开始查询”“结束查询”等按钮，可以实现档案信息查询功能。
　　3.2.5 档案信息显示及统计模块
　　教学档案管理软件可以按数据表类型和图形类型在“数据信息”窗口和“图形信息”窗口中显示统计信息。
　　4 信息化教学档案管理系统的关键技术
　　4.1 RFID 技术
　　RFID技术是一种无线电磁信号检测技术。一个典型的RFID系统由三部分组成：RFID标签、RFID阅读器和应用软件。RFID标签采用唯一的识别码进行电子编程。射频识别阅读器通过天线发出无线电信号。然后在标签和阅读器之间建立无线通信。RFID标签上的数据由读卡器发送的信号读取。读取器获取数据并将其传输到计算机中的应用软件进行处理。RFID阅读器具有特定的射频，不同的射频具有不同的传输距离。对于条形码系统，标签必须定期放置，以便激光扫描仪能够检测和识别。阻碍标签和扫描仪之间光通信的物体会中断条形码扫描。与条形码不同，RFID技术可以在无线模式下识别标签。因此，RFID技术被认为是一种新颖有效的解决方案。
　　4.2 eZ430-RF2500开发工具
　　eZ430-RF2500是一个无线开发工具，带有MSP430F2274微控制器和使用USB接口的CC2500 2.4GHz无线收发器。它使用IAR嵌入式工作台集成开发环境（Embedded Workbench Integrated Development Environment，简称IDE）和代码编辑器（Code Composer Essentials，简称CCE）。EZ430-RF2500的目标板是具有USB调试接口的无线系统。USB调试接口使EZ430-RF2500能够使用MSP430应用程序UART从PC无线发送和接收数据。
　　5 结束语
　　随着现代教育技术的不断发展，高职院校办学水平的不断提高，对教学档案管理系统的要求也越来越高。有鉴于此，本文基于物联网技术，设计出一种新型信息化教学档案管理系统。该系统采用客户端/服务器模式，融合RFID技术、现代教育技术、交互式理论和计算机网络技术，具备具有用户识别、用户状态监控、数字化档案管理、交互式查询及其结果显示与统计等功能。此外，该系统还能很好地满足移动端用户的需求，解决网络拥堵问题。在高等教育改革不断深化、高职院校招生规模不断扩大的背景下，该系统可以满足高职院校二级学院的教学档案管理需求，提高高职院校二级学院的教学档案管理水平。
　　参考文献：
　　[1] 王辉.高职院校教学管理信息化建设浅议[J].中国校外教育，2013（27）：144-144.
　　[2] 周艳.提高高职院校二级学院办公室工作效率浅析——基于信息化教育管理综合平台[J].价值工程，2016，35（34）：69-70.
　　[3] 卢朝江.基于C/S和B/S混合模式的高职院校信息化建设教务管理系统分析与设计[J].数字技术与应用，2010（7）：136-137.
　　[4] 迟健男，王志良，谢秀贞，等.多点触摸人机交互技术综述[J].智能系统学报，2011，6（1）：28-37.
　　[5] 徐金凤，张路遥.高职院校教学质量监控信息化平台的设计——以无锡职业技术学院为例[J].无锡职业技术学院学报，2017，16（3）：41-44.
　　[6] 李付亮.高职信息化集成教学管理的探索与实践[J].职教通讯，2014（32）：44-45.
　　【通联编辑：朱宝贵】
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