【摘要】物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)物品的互聯(lián)，是通過各種信息傳感設(shè)備將現(xiàn)實(shí)世界中各種物件互為連通而形成的網(wǎng)絡(luò)，其中所有物品都有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)識(shí)，方便識(shí)別、管理與共享。本文從理解物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與特征出發(fā)，基于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀的把握，探討物聯(lián)網(wǎng)在構(gòu)建智能化教學(xué)環(huán)境、豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)、輔助教學(xué)管理、拓展課外教學(xué)活動(dòng)方面的作用。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng);教育;傳感網(wǎng)

【中圖分類號(hào)】G40-057【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097(2010)02—0008—03

引言

物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of things)的概念自從1999年被提出后受到了越來越多的關(guān)注。物聯(lián)網(wǎng)旨在將所有物品通過各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。2005年國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》描繪了“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代的圖景[1]:當(dāng)司機(jī)出現(xiàn)操作失誤時(shí)汽車會(huì)自動(dòng)報(bào)警;公文包會(huì)提醒主人忘帶了什么東西;衣服會(huì)告訴洗衣機(jī)對(duì)顏色和水溫的要求等等。物聯(lián)網(wǎng)有望為人們提供智能化的生活與工作環(huán)境，變革人們的生活、工作與學(xué)習(xí)方式。本文基于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵、特征及研究現(xiàn)狀的把握，探討物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用。

一 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與特征

1 物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵

目前關(guān)于“物聯(lián)網(wǎng)”(The Internet of Things)的一個(gè)較為權(quán)威的定義是歐洲信息社會(huì)與媒體委員會(huì)在其2008年發(fā)布的《2020年的物聯(lián)網(wǎng):未來之路》中提出的。其中將“物聯(lián)網(wǎng)”定義為由一些“具有身份標(biāo)識(shí)與虛擬的個(gè)性化特征，可以利用智能化接口在智能空間進(jìn)行相關(guān)操作，并可以與社會(huì)的、環(huán)境的、用戶的上下文相互連接并進(jìn)行有效溝通”的物體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)具有“整合性”，是未來的因特網(wǎng)，其中的物體互為連通且扮演積極角色，具有主體性[2]。

從中文字面上看，物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)調(diào)物品的互聯(lián)，被看作是一種通過各種信息傳感設(shè)備使現(xiàn)實(shí)世界中各種物件互為連通而形成的網(wǎng)絡(luò)，使得所有物品都有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化標(biāo)識(shí)，方便識(shí)別、管理與共享。在英文表述中，物聯(lián)網(wǎng)被稱之為“The Internet of Things”，具有更為深廣的含義，強(qiáng)調(diào)“any things connection”，而“things”不但包括現(xiàn)實(shí)世界的物件(object)，也包括各種計(jì)算設(shè)備(computer)與虛擬空間的人工物件(artifact)，還包括網(wǎng)絡(luò)用戶(human)[1]?？梢?，在廣義上，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際上是包含了對(duì)物件之間、人與物件之間、人機(jī)之間、人人之間、物件與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)之間等各種“主體”之間的互聯(lián)。自90年代以來，互聯(lián)網(wǎng)日益普及，人機(jī)交互、人與人之間的社會(huì)性交互、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，因此在當(dāng)前對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究與實(shí)踐中，主要關(guān)注現(xiàn)實(shí)世界中物件(object)的互聯(lián)。

2 物聯(lián)網(wǎng)的特征

(1)連通性:連通性是物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)特征之一。國(guó)際電信聯(lián)盟認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)的“連通性”有三個(gè)維度[1]:一是任意時(shí)間的連通性(any time connection)，二是任意地點(diǎn)的連通性(any place connection)，三是任意物體的連通性(any thing connection)。

(2)技術(shù)性:物聯(lián)網(wǎng)是技術(shù)變革的產(chǎn)物，代表著未來計(jì)算與通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，而其發(fā)展又依賴眾多技術(shù)的支持，尤其是射頻識(shí)別(Radio-frequency identification，簡(jiǎn)稱RFID)技術(shù)、傳感技術(shù)、納米技術(shù)、智能嵌入技術(shù)。

(3)智能性:物聯(lián)網(wǎng)使得人們所處的物質(zhì)世界得以極大程度地?cái)?shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，使得世界中的物體不僅以傳感方式也以智能化方式關(guān)聯(lián)起來，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)也得以智能化。物聯(lián)網(wǎng)具有智能化感知性，它可以感知人們所處的環(huán)境，最大限度地支持人們更好地洞察、利用各種環(huán)境資源以便做出正確的判斷。

(4)嵌入性:物聯(lián)網(wǎng)的嵌入性表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是各種各樣的物件本身被嵌入在人們所生活的環(huán)境中;二是由物聯(lián)網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將被無縫地嵌入到人們?nèi)粘９ぷ髋c生活中。

二 物聯(lián)網(wǎng)研究現(xiàn)狀

近年來，物聯(lián)網(wǎng)受到了來自各種研究機(jī)構(gòu)與團(tuán)體的越來越多的關(guān)注，并取得了一些令人矚目的研究成果，其中較具影響力的包括國(guó)際電信聯(lián)盟發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》、歐洲信息社會(huì)與媒體委員會(huì)發(fā)布的《2020年的物聯(lián)網(wǎng):未來之路》、IBM的“智慧地球”項(xiàng)目。物聯(lián)網(wǎng)的研究也受到了各國(guó)政府的重視，比如，日本與韓國(guó)2006年開始相繼實(shí)施U-Japan計(jì)劃與U-Korea計(jì)劃，我國(guó)在國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006-2020)中也提出要重視傳感網(wǎng)的開發(fā)與利用，我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)提出了U-Taiwan計(jì)劃，國(guó)家傳感網(wǎng)創(chuàng)新研發(fā)中心與產(chǎn)業(yè)園2009年12月在無錫落成，而這些計(jì)劃中都重點(diǎn)關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用。這里僅列舉日本的U-Japan計(jì)劃與IBM的“智慧地球”項(xiàng)目。

1 U-Japan計(jì)劃

U-Japan(2006-2010)是日本2006年開始實(shí)施的在e-Japan計(jì)劃基礎(chǔ)上提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的信息技術(shù)戰(zhàn)略計(jì)劃，預(yù)期在2010年實(shí)現(xiàn)泛在網(wǎng)絡(luò)社會(huì)(ubiquitous network society)[3]。日本政府認(rèn)為，日本自2001年實(shí)施e-Japan計(jì)劃以來，在信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、高速信息帶寬建設(shè)等方面取得了較大成果，但在網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)空間拓展與有效應(yīng)用方面需要進(jìn)一步規(guī)劃與推進(jìn)。

U-Japan的“U”有四方面含義:一是泛在互聯(lián)Ubiquitous (Connects everyone and everything)，其中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了人與物品、物品之間的互聯(lián);二是網(wǎng)絡(luò)的通用性(universal)，即要弱化對(duì)用戶的技術(shù)性要求，使網(wǎng)絡(luò)具有用戶友好性，支持用戶的各種交流需求;三是面向用戶性(User-oriented)，要求所有的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)該基于用戶的視角，使得用戶可以便捷地利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時(shí)也可以成為網(wǎng)絡(luò)信息的提供者;四是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)該具有獨(dú)特性與創(chuàng)新性(Unique)，不但使用戶利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)更具有創(chuàng)造性，獲得獨(dú)特的體驗(yàn)，也使整個(gè)社會(huì)更具活力。

在U-Japan計(jì)劃背景下，以RFID技術(shù)、傳感技術(shù)為代表的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將得到廣泛的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)將被用于解決日本社會(huì)由于人口低出生率、老齡化帶來的各種社會(huì)問題，包括環(huán)境問題、勞動(dòng)就業(yè)問題、健康與福利問題、教育與人力資源問題、政府管理服務(wù)問題、公共安全與防災(zāi)問題、交通問題、環(huán)境與能源問題、經(jīng)濟(jì)與工業(yè)問題、國(guó)際問題等。比如，在健康與福利問題解決方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以用來幫助看護(hù)獨(dú)居的老人，配戴在老人手腕上的傳感器可以自動(dòng)測(cè)報(bào)老人的體溫、血壓等數(shù)據(jù)，當(dāng)老人生病或遇到意外情況時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)并報(bào)警。

2 IBM“智慧地球”項(xiàng)目

“智慧地球”(Smarter Planet)是由IBM在2008年底提出的基于物聯(lián)網(wǎng)的新的全球戰(zhàn)略[4]。IBM專家認(rèn)為，目前每個(gè)人、公司、組織、城市、國(guó)家、自然系統(tǒng)和人工系統(tǒng)都正在實(shí)現(xiàn)更透徹的感應(yīng)和度量、更全面的互聯(lián)互通。在此基礎(chǔ)上，人們可以獲得更智能的洞察力。智慧地球戰(zhàn)略以優(yōu)化交互為核心，以智慧的方法為途徑，從四個(gè)方面保證實(shí)施，從而實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在多個(gè)領(lǐng)域的有效應(yīng)用。

智慧地球的核心是以一種更智慧的方法通過利用新一代信息技術(shù)來改變?nèi)藗冊(cè)诂F(xiàn)實(shí)世界與信息空間中的交互方式，以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應(yīng)速度。

智慧的方法具體來說是以以下三方面為特征的:一是更透徹的感知，即要利用任何可以隨時(shí)隨地感知、測(cè)量、捕獲和傳遞信息的設(shè)備、系統(tǒng)或流程;二是更為廣泛的互聯(lián)互通，即要實(shí)現(xiàn)人與人之間、人與物件之間、物件之間等各種主體之間的互聯(lián);三是更深入的智能化，主要是利用先進(jìn)技術(shù)收集、處理數(shù)據(jù)，以獲取更加新穎、系統(tǒng)且全面的洞察來解決特定的問題，使得特定的知識(shí)可以有效地應(yīng)用到特定行業(yè)、特定的場(chǎng)景、特定的解決方案中以更好地支持用戶的決策和行動(dòng)。

IBM將“智慧的地球”戰(zhàn)略分解為四個(gè)關(guān)鍵問題以保證該戰(zhàn)略的有效實(shí)施[5]:一是利用新智能(New Intelligence)技術(shù);二是智慧運(yùn)作(Smart Work)，關(guān)注開發(fā)和設(shè)計(jì)新的業(yè)務(wù)流程，形成在靈活、動(dòng)態(tài)流程支持下的智能運(yùn)作，使人類實(shí)現(xiàn)全新的生活和工作方式;三是動(dòng)態(tài)架構(gòu)(Dynamic Infrastructure)，旨在建立一種可以降低成本，具有智能化和安全特性的動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施;四是綠色未來(Green Beyond)，旨在采取行動(dòng)解決能源、環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的問題，提高效率與競(jìng)爭(zhēng)力。

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，“智慧的地球”戰(zhàn)略規(guī)劃了六個(gè)具有代表性的智慧行動(dòng)方案，包括智慧的電力、智慧的醫(yī)療、智慧的城市、智慧的交通、智慧的供應(yīng)鏈以及智慧的銀行。

三 物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用

1 利用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建智能化教學(xué)環(huán)境

教學(xué)環(huán)境的特性直接影響著教學(xué)績(jī)效。傳統(tǒng)課堂教學(xué)的物理環(huán)境所包含的教學(xué)資源比較有限，虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境又缺乏與現(xiàn)實(shí)世界的交互，而物理教學(xué)環(huán)境與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境的整合也容易停留在表層。通過物聯(lián)網(wǎng)，不但使得現(xiàn)實(shí)世界的物品互為連通，而且實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)世界(物理空間)與虛擬世界(數(shù)字化信息空間)的互聯(lián)，能夠有效地支持人機(jī)交互、人與物品之間的交互、人與人之間的社會(huì)性交互。物聯(lián)網(wǎng)的引入使得物理教學(xué)環(huán)境的每個(gè)物件都具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化特性，可以與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行無縫整合，可以即時(shí)地捕捉、分析師生的教與學(xué)的需求信息，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，為師生提供智能化的教學(xué)環(huán)境與教學(xué)資源。比如，在教室里可以有感知光線的傳感器，會(huì)隨時(shí)監(jiān)控光線亮度，控制教室照明燈的開關(guān)，還可以根據(jù)光線強(qiáng)度調(diào)控學(xué)生所用計(jì)算機(jī)屏幕的亮度;學(xué)生可以在教室內(nèi)利用計(jì)算設(shè)備讀取本地或調(diào)用異地嵌入了傳感器的物體的數(shù)據(jù)用于當(dāng)前的學(xué)習(xí)。

2 利用物聯(lián)網(wǎng)豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力的重要教學(xué)手段，但傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)有其局限性，比如，因?yàn)榇嬖诎踩詥栴}或者缺乏實(shí)驗(yàn)器材，許多實(shí)驗(yàn)無法讓學(xué)生親自動(dòng)手做。物聯(lián)網(wǎng)的介入可以為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)安全的、共享的、智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，比如，每一種實(shí)驗(yàn)器材都有數(shù)字化屬性與使用幫助信息，當(dāng)實(shí)驗(yàn)器材使用不當(dāng)時(shí)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)者可以遠(yuǎn)程控制異地納入物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)器材;實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)可以被實(shí)時(shí)采集并以適當(dāng)?shù)姆绞教峁┙o實(shí)驗(yàn)者，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。

3 利用物聯(lián)網(wǎng)支持教學(xué)管理

物聯(lián)網(wǎng)可以用于學(xué)校考勤管理、學(xué)校圖書管理、教學(xué)儀器設(shè)備管理、學(xué)校教育安全管理。比如，臺(tái)灣利用物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)RFID技術(shù)支持學(xué)校安全管理，主要包括八個(gè)服務(wù)領(lǐng)域[6]:上下學(xué)及在校行蹤通知服務(wù);學(xué)生保健服務(wù);校外教學(xué)管理;危險(xiǎn)區(qū)域管理服務(wù);校園訪客管理系統(tǒng);教育設(shè)備管理服務(wù);學(xué)校大型會(huì)議人員管理服務(wù);運(yùn)動(dòng)設(shè)施使用人員管理服務(wù)。2008年度，臺(tái)灣成立了校園安全應(yīng)用RFID技術(shù)協(xié)助學(xué)生安全建置計(jì)劃，逢甲大學(xué)和臺(tái)中特殊教育學(xué)校配合進(jìn)行了包括上下學(xué)及在校行蹤通知服務(wù)、學(xué)生體溫異常管理服務(wù)、危險(xiǎn)區(qū)域管理服務(wù)與訪客機(jī)制管理服務(wù)四項(xiàng)實(shí)踐。在實(shí)驗(yàn)學(xué)校的教室、走廊、大樓入口處、地下室及頂樓等地點(diǎn)架設(shè)約30個(gè)點(diǎn)RFID讀取器，每個(gè)學(xué)生配戴RFID標(biāo)簽。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)感測(cè)RFID信息，統(tǒng)計(jì)學(xué)生出勤情況，老師可通過網(wǎng)絡(luò)查詢學(xué)生出勤情況及目前所在位置或行進(jìn)路線。系統(tǒng)提供的腕帶式標(biāo)簽可以自動(dòng)感測(cè)學(xué)生體溫，當(dāng)學(xué)生體溫異常時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)信息通知相關(guān)人員，做即時(shí)健康管理及處置措施。當(dāng)學(xué)生到了頂樓、地下停車室、因短期施工而具有不安全因素的環(huán)境時(shí)，系統(tǒng)可以靈活地變更RFID的感測(cè)范圍的危險(xiǎn)等級(jí)，自動(dòng)發(fā)出語(yǔ)音作現(xiàn)場(chǎng)警示，同時(shí)發(fā)出警報(bào)信息通知相關(guān)人員做即時(shí)處理，并配合校方監(jiān)視系統(tǒng)以有效監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)狀況使得管理人員易于指揮調(diào)度。當(dāng)訪客進(jìn)入校園有RFID的感測(cè)范圍的管制區(qū)域時(shí)，系統(tǒng)將發(fā)出語(yǔ)音警示同時(shí)產(chǎn)生信息通知學(xué)校相關(guān)人員進(jìn)行適宜處理。

4 利用物聯(lián)網(wǎng)拓展課外教學(xué)活動(dòng)

通過實(shí)地參觀、觀摩、實(shí)踐，學(xué)生可以獲得直觀的體驗(yàn)與真實(shí)的感受。課外教學(xué)活動(dòng)一直以來是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、拓展學(xué)生知識(shí)空間與視野、培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的重要手段。物聯(lián)網(wǎng)可以拓展課外教學(xué)活動(dòng)。比如，我國(guó)香港、臺(tái)灣、北京、廣州等地區(qū)開展了基于物聯(lián)網(wǎng)的“數(shù)字化微型氣象站”在科學(xué)教育中的應(yīng)用實(shí)踐，將先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)、傳感技術(shù)與現(xiàn)代教學(xué)理念相結(jié)合，支持學(xué)生的正式學(xué)習(xí)、戶外學(xué)習(xí)、區(qū)域合作學(xué)習(xí)。2003年底，臺(tái)北市內(nèi)中小學(xué)都建立了各自的校園氣象臺(tái)，每個(gè)校園氣象臺(tái)都可以是一個(gè)獨(dú)立的氣象觀測(cè)站，通過傳感器收集實(shí)時(shí)氣象相關(guān)信息發(fā)布到各自的校園氣象臺(tái)網(wǎng)頁(yè)上，各個(gè)校園氣象臺(tái)還會(huì)將每天收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至臺(tái)北校園氣象網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與資源共享[7]。

四 結(jié)束語(yǔ)

目前對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究主要在物流管理、智能家居等領(lǐng)域，在教育領(lǐng)域的探討尚為鮮見，但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，相信其在教育中的應(yīng)用將越來越廣泛。本文探討了物聯(lián)網(wǎng)在構(gòu)建智能化教學(xué)環(huán)境、豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)、輔助教學(xué)管理、拓展課外教學(xué)活動(dòng)方面的作用，期望本文可以為關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)教育應(yīng)用的研究者與實(shí)踐者們提供一些有益參考。

參考文獻(xiàn)

[1] The Internet of Things [EB/OL].

[2] Internet of Things in 2020: Roadmap for the future[EB/OL].

[3] U-Japan Policy [EB/OL].

[4] 智慧地球項(xiàng)目[EB/OL].

[5] IBM“智慧的地球”新戰(zhàn)略揭秘[EB/OL].

[6] 學(xué)童安全之特殊學(xué)校RFID應(yīng)用[EB/OL].

[7] 臺(tái)北市校園數(shù)位氣象網(wǎng)[EB/OL].

The Application of the Internet of Things in Education

LI Lu-yi1Zheng Yan-lin2

(1.School of Education Science， Northeast Normal University，Changchun，Jilin130024，China;

2. School of Media Science， Northeast Normal University，Changchun，Jilin，130117，China)

Abstract: The Internet of Things aims at connecting all the things in real world by means of various information devices to form a united network， in which all the things are digital and identified for different usage and sharing. Based on the understanding of the connotation and characteristics of the Internet of Things， this paper discusses two typical projects based on the Internet of Things， explores its application prospects in education， and mainly focuses on how to utilize the Internet of Things to construct intelligent instructional environments， to enrich experimental teaching， to assist educational management and to extend educational activities outside classroom.

Keywords: The Internet of Things; Education; Sensor Network

編輯:宋樹