物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校園教學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用與思考

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在校園教學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用與思考1.引言物聯(lián)網(wǎng)（ Internet of things）技術(shù)的概念于 1999 年由美國 MIT 首次提出，此后在世界各國迅速發(fā)展。 2009 年年初“智 慧地球”成為美國國家戰(zhàn)略的一部分，自 2009 年 8 月溫家寶總 理提出了建立中國的“感知中國”中心， 物聯(lián)網(wǎng)在中國受到了全 社會(huì)極大的關(guān)注， 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中國的發(fā)展以及相關(guān)技術(shù)的不斷 成熟，將會(huì)對教育教學(xué)環(huán)境的建設(shè)與管理產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。2.物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與技術(shù)原理2.1物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵物聯(lián)網(wǎng)的概念最早是由美國麻省理工學(xué)院的 Auto IDCenter （自動(dòng)識別研究中心）在 1999 年提出來的。他們對物

2、聯(lián)網(wǎng)的定義為：物聯(lián)網(wǎng)是指通過 RFID（ RadioFrequencyIdentification，射頻識別）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把 任何商品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來， 進(jìn)行信息交換和通信， 以實(shí)現(xiàn)智能 化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò) 1 。簡單點(diǎn)說， 物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)了人與人、人與物、物 與物之間的全方位的信息交換和處理。從技術(shù)架構(gòu)上看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng) 用層。感知層是由各種傳感器以及傳感網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的， 感知層的作用 相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)獲識別物 體，采集信息的來源，其主要功能是

3、識別物體，采集信息。網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò) 管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成， 相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦， 負(fù) 責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶 （包括人、 組織和其他系統(tǒng)） 的接口， 它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。2.2物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)原理國際電信聯(lián)盟（ITU ）報(bào)告提出，物聯(lián)網(wǎng)的四個(gè)關(guān)鍵性技術(shù) 為RFID （射頻識別技術(shù)）、傳感器、智能技術(shù)、納米技術(shù)。而 RFID又稱為四大技術(shù)之首2，是物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建基礎(chǔ)和核心。射頻識別（稱為電子標(biāo)簽） 技術(shù)是為每個(gè)需要了解的物品賦 予一個(gè)唯一的 ID 號，這個(gè) ID 號記錄在射頻 IC 芯片中，芯片則 安放在

4、物品上， 并采用無線方式進(jìn)行讀取和識別。 這種電子標(biāo)簽 主要用于需要了解其存在狀態(tài)的物品， 如物流中的貨品、 貨架上 的商品、借閱中的圖書、教學(xué)中的設(shè)備等。而無線傳感器則是為 了實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程設(shè)備的通信與控制， 那些被選中的設(shè)備必須配備上 各種特定的傳感器 （溫度、濕度、壓力、全球定位、 開關(guān)狀態(tài)等） ， 以將其所處環(huán)境、 電氣性能、 工作狀態(tài)以及執(zhí)行結(jié)果等信息進(jìn)行 采集、編碼和傳輸。 無線傳感器網(wǎng)的一個(gè)典型應(yīng)用是現(xiàn)在國內(nèi)許 多地方開始實(shí)行的智能電網(wǎng)系統(tǒng)， 在這個(gè)系統(tǒng)中各家的智能電度表就是物聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備。3.物聯(lián)網(wǎng)在校園教學(xué)環(huán)境中的應(yīng)用 物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)深入到了各個(gè)領(lǐng)域， 包括綠色農(nóng)業(yè)、 工業(yè)

5、監(jiān)控、公共安全、城市管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居、智能交通和 環(huán)境監(jiān)測等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，某些行業(yè)已經(jīng)積累一些成功的案例。 目前物聯(lián)網(wǎng)在教育中的研究與應(yīng)用尚處于起步階段， 但是已經(jīng)有 更多的學(xué)者在關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)在教育中的各種應(yīng)用， 本文探討物聯(lián)網(wǎng) 在校園教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用主要包括如下幾個(gè)方面：3.1 物理環(huán)境智能化 物理環(huán)境（如照明燈光強(qiáng)度、噪音、溫度等）可以在很大程 度上影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。 智能照明是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 使校園 內(nèi)的燈能夠無線自主組網(wǎng)， 使每一盞燈都能遙測和遙控， 教室內(nèi) 和道路的燈接受控制中心的命令， 反饋燈的各種狀態(tài)， 根據(jù)光強(qiáng) 度和時(shí)段自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度。 例如在教室里安裝光線傳感器，

6、可 隨時(shí)監(jiān)控光線亮度并自動(dòng)調(diào)節(jié)教室內(nèi)照明燈亮度和計(jì)算機(jī)屏幕 亮度，根據(jù)室外光照強(qiáng)度調(diào)整窗簾高度，當(dāng)教室光照比較暗，燈 自動(dòng)亮；當(dāng)光照比較強(qiáng)時(shí)，燈自動(dòng)關(guān)，如果發(fā)現(xiàn)教室里沒人，可 以智能化的控制燈的開關(guān)。 這些方式的應(yīng)用， 已在部分研究機(jī)構(gòu) 中得以實(shí)現(xiàn)，例如：濟(jì)南園博園中的 ZigBee 路燈照明節(jié)能環(huán)保 技術(shù)的應(yīng)用， 北京西門子總部室內(nèi)所有燈光都是通過物聯(lián)網(wǎng)智能 控制的。學(xué)校的教學(xué)環(huán)境、教學(xué)設(shè)施、教學(xué)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量噪音，美 國、英國和澳大利亞等對噪音對學(xué)生學(xué)習(xí)的影響進(jìn)行了一系列研 究，發(fā)現(xiàn)噪音不僅影響學(xué)生聽力，更會(huì)影響師生交流，對學(xué)生學(xué) 習(xí)產(chǎn)生消極影響，如學(xué)習(xí)注意力、閱讀計(jì)算能力和整體學(xué)業(yè)成績

7、等，特別是對那些學(xué)習(xí)有困難、聽力損失或用非母語學(xué)習(xí)的兒童。 教師也會(huì)因長期提高嗓門而導(dǎo)致聲帶拉傷。 在教室里布置傳感器 節(jié)點(diǎn)監(jiān)測教室各角落的噪音情況， 一旦超過預(yù)警值則報(bào)警通知有 關(guān)部門處理，如對墻壁等物品裝上吸音材料以降低聲反射和混響 時(shí)間。傳感器還可根據(jù)室內(nèi)二氧化碳濃度、 溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)通風(fēng)情況 和空調(diào)溫度等。總之，物聯(lián)網(wǎng)可以給教師提供智能化的教學(xué)環(huán)境， 給學(xué)生提 供一個(gè)舒適的學(xué)習(xí)環(huán)境，促進(jìn)學(xué)生更好的學(xué)習(xí)。3.2教學(xué)裝備“無痕化” 教學(xué)物聯(lián)網(wǎng)將不再需要教師關(guān)注教學(xué)設(shè)備的存在， 不需要教 師去學(xué)習(xí)它的使用。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)出現(xiàn)前的信息化教學(xué)環(huán)境中， 教師在做教學(xué)設(shè)計(jì)、編寫教案或上課時(shí)總要考慮信息化

8、教學(xué)設(shè)備 在教學(xué)過程中的作用發(fā)揮， 要對它們的使用進(jìn)行設(shè)計(jì)，對可能的 誤操作或設(shè)備故障做出應(yīng)急預(yù)案。 這些設(shè)備不再像過去傳統(tǒng)教學(xué) 中的粉筆、黑板一樣可以信手使用，而必須對它們的功能和操作 賦予更多的關(guān)注。由于各個(gè)不同學(xué)科的教師在理解和操作這些設(shè) 備上存在的巨大差異，使得它們在一些教師那里甚至成為教學(xué)的 負(fù)擔(dān)。真正優(yōu)化的信息化教學(xué)設(shè)備，應(yīng)該像粉筆、黑板一樣不必 教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)對它們的使用去進(jìn)行刻意的設(shè)計(jì)， 它們在 常態(tài)的教學(xué)活動(dòng)中表現(xiàn)得“渺無痕跡”， 但會(huì)在教學(xué)中適時(shí)地展 示相關(guān)內(nèi)容，在教學(xué)中悄悄地發(fā)揮著支持教師教學(xué)的積極作用， 產(chǎn)生著優(yōu)化教育教學(xué)的積極效果。 例如：教師按照正常的教學(xué)進(jìn)

9、度正在講解知識點(diǎn)， 當(dāng)認(rèn)為可以播放課件， 只要根據(jù)語音或者動(dòng) 作指令，待機(jī)狀態(tài)的大屏幕、計(jì)算機(jī)馬上被激活，與知識點(diǎn)相關(guān) 內(nèi)容就呈現(xiàn)到學(xué)生眼前。 教室中的傳感器察覺到所有的學(xué)生都在 注視屏幕而沒有人記筆記或看書， 就會(huì)根據(jù)教室當(dāng)前的光照度和 屏幕顯示情況適當(dāng)調(diào)整燈光， 以便達(dá)到最佳的顯示效果。 并且還 會(huì)根據(jù)教室各處的聲強(qiáng)， 自動(dòng)調(diào)節(jié)播放的音量。 當(dāng)教師做出停播 指令時(shí)， 大屏幕顯示嘎然而止， 教室內(nèi)的燈光又被恢復(fù)到正常教 學(xué)的亮度，教師則繼續(xù)按正常教學(xué)進(jìn)度進(jìn)行相關(guān)知識點(diǎn)的講解。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，教學(xué)設(shè)備充分發(fā)揮了信息化作用， 但不需要教師過多的關(guān)注它的存在，做到了無痕化。3.3教育裝備管理

10、精細(xì)化 “復(fù)雜的事情簡單化，簡單的事情流程化，流程化事情定 量化，定量的事情信息化”是一些在精細(xì)化管理中成績斐然的企 業(yè)總結(jié)出的精細(xì)化管理的有效方法 3 。信息時(shí)代，精細(xì)化管理 的最終落腳點(diǎn)是信息化管理。 而教育裝備的精細(xì)化管理則有可能 通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。學(xué)校的大型會(huì)議設(shè)備、 運(yùn)動(dòng)設(shè)施、 教學(xué)儀器等普遍存在著分 布離散、管理難度大、無專人管理和保養(yǎng)等情況。通過給各類設(shè) 備粘貼 RFID 標(biāo)簽或傳感器，感知物體的存在并獲取有關(guān)“物” 的狀態(tài)、位置等信息， 分配專人管理， 可以進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度， 一是有效防止儀器設(shè)備的丟失， 二是當(dāng)儀器出現(xiàn)高溫、 斷電等問 題時(shí)，傳感器可以自動(dòng)報(bào)警通知專人處理

11、， 三是記錄下來的詳細(xì) 的所有數(shù)據(jù)則客觀地反映了教育裝備的使用情況， 并能夠即時(shí)對 教育裝備的效能進(jìn)行評價(jià)，建立全面教育裝備管理系統(tǒng)。4.物聯(lián)網(wǎng)在校園教學(xué)環(huán)境應(yīng)用中的思考 毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)給師生帶來相當(dāng)?shù)谋憷途薮蟮陌l(fā)展前 景，同時(shí)也面臨著許多挑戰(zhàn)。其一、物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚不完整。物聯(lián)網(wǎng)主要是跨行業(yè)、 跨領(lǐng)域的應(yīng)用， 各行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)和用戶需求不同， 沒有統(tǒng)一的標(biāo) 準(zhǔn)和規(guī)范， 可能造成物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)、 集成、部署和維護(hù)的成本升高， 制約物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的應(yīng)用規(guī)模 4 。同時(shí)把物聯(lián)網(wǎng)納入教育裝備體 系時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)化問題也是丞待解決的問題。其二、物聯(lián)網(wǎng)的信息安全問題。物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中應(yīng)用時(shí)，教 學(xué)設(shè)備間聯(lián)系更緊密 ,設(shè)備和用戶也連接起來 , 使得信息采集和 交換設(shè)備大量使用 , 這些大量的數(shù)據(jù)及用戶隱私如何得到保護(hù)， 就成為有待解決的問題，普及物聯(lián)網(wǎng)就要加快信息安全立法進(jìn) 度，完善信息安全法律體系是保障