高德民　劉云飛　林海峰

摘 要：物聯(lián)網技術是當前國內外各領域應用的重點，具有全面感知、可靠傳遞、智能處理等特征，給人們的生活、工作和學習帶來了更智能、更便捷的變革。物聯(lián)網可以有效解決傳統(tǒng)教學過程中教學資源有限和教學過程單一的問題，構建智能化教學環(huán)境來提高教學效果，豐富實驗教學活動，獲得直觀的體驗與真實的感受，必將帶來現(xiàn)代教育技術新的變革。

關鍵詞：物聯(lián)網；創(chuàng)新模式；創(chuàng)新研究；傳感器網絡

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2014）20-0070-03

一、引言

近些年來，一場關于物聯(lián)網的風暴席卷全球，物聯(lián)網（Internet of Things， IOT）技術被稱為繼計算機技術、互聯(lián)網技術和移動通信技術之后的信息產業(yè)技術的又一次技術浪潮，它代表了下一代信息技術發(fā)展的重要方向。[1] 我國于2009年制定了“感知中國”的戰(zhàn)略性新興產業(yè)規(guī)劃，將其列為重點研究領域。[2] 如果說在過去的十幾年中，計算機和互聯(lián)網技術深刻的改變了現(xiàn)代教育教學模式，使得單純的依靠紙質的教育模式發(fā)展到現(xiàn)在依靠多媒體教學平臺和遠程教學平臺等新型教學模式。那么物聯(lián)網技術將使現(xiàn)代教育教學邁向更高的高度，是現(xiàn)代教育教學模式提升的新的發(fā)動機，將使得現(xiàn)代教育教學模式產生質的飛躍。

在教育領域，新課改提出“大力推進信息技術在教學過程中的普遍應用，促進信息技術與學科課程的整合，逐步實現(xiàn)教學內容的呈現(xiàn)方式、學生的學習方式、教師的教學方式和師生互動方式的變革，充分發(fā)揮信息技術的優(yōu)勢，為學生的學習和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學習工具”的要求。[3] 目前計算機多媒體技術日臻成熟，特別是微處理器技術的發(fā)展，使得信息裝備從巨型化走向微型化，學生可以通過微型個人終端設備了解知識。作為下一代“計算無處不在”的關鍵技術，[4] 無線傳感器網絡技術的發(fā)展，為物聯(lián)網技術在教育改革領域的發(fā)展提供了保障。在新的時期，高校必須具有科技敏銳性，需要不斷采用新技術、新方法提高教學管理，以更好的服務于學生，所以有必要在教學領域引入物聯(lián)網技術，提高管理效率和質量。

同時，當代高校大學生更具有自我探索精神和獨立思考的能力，他們對新事物嗅覺更靈敏，接受速度更快，對高新技術的出現(xiàn)和應用熱情更高。將物聯(lián)網技術應用于現(xiàn)代創(chuàng)新教育模式中，在提升教學管理水平的同時，也有利于激發(fā)學生的好奇心和對新技術的感知能力。物聯(lián)網技術將有助于全面提升教學水平和教學環(huán)境，加快推進教育現(xiàn)代化進程。教育物聯(lián)網的時代已經來臨，基于物聯(lián)網技術的教學模式創(chuàng)新研究可以有效為當前高校教育教學模式探索拓寬思路。

二、物聯(lián)網技術特征

物聯(lián)網技術是指通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡技術。[5，6] 物聯(lián)網是一個全球的基礎網絡，通過數(shù)據獲取開發(fā)和通信能力，將實際物體和虛擬物體聯(lián)系在一起。該網絡包括現(xiàn)存的互聯(lián)網及其延伸和拓展，并具有具體物體識別、傳感器、激光掃描器和通信連接功能等為其提供獨立聯(lián)合服務和應用基礎。[7]

物聯(lián)網是利用無所不在的網絡技術建立起來的，主要有以下幾個特點：全面感知，利用RFID、傳感器、二維碼以及其它各種感知設備，隨時隨地采集各種動態(tài)對象，全面感知世界；可靠的傳輸，感知的信息通過以太網、無線網、移動網進行實時傳送。[8] 無線網絡已經全面覆蓋，感知信息的自由傳送成為現(xiàn)實。智能處理，利用云計算技術及時對海量信息進行處理，實現(xiàn)智能化的控制和管理，真正達到人與物的溝通，如圖1所示。

三、傳統(tǒng)課堂教學中面臨的挑戰(zhàn)

1.教學資源有限和教學過程單一

在傳統(tǒng)課堂教學中，教學資源比較有限，特別是在早期，一塊黑板、一本書、一支粉筆貫穿整個教學過程。在互聯(lián)網時代，多媒體技術在課堂教學中被普遍使用，將內容投放到黑板上，圖文并茂，使得教師更專注于知識的講解，極大地提高了課堂教學效率，也提高了學生的興趣。但是目前的教學模式中，單純依靠教師講解或使用投影設備的“開會式的學習”枯燥、呆板，學生缺乏主動；教師的“主導”幾乎完全代替了學生的“主體”，課堂教學缺乏活力。這種傳統(tǒng)教學模式使得學生過分依賴教師與書本，造成主體意識淡薄，缺乏創(chuàng)新精神，阻礙其素質全面發(fā)展。單調枯燥的方式對學生已經不再具有吸引力，有限的教學資源和單一的教學過程已經不能滿足課堂中學生的需要。

2.繁瑣的傳統(tǒng)的教學管理需要投入大量的人力物力，費時費力，并且可靠度差

當前學校教學活動中，需要讓學生使用大量的教學儀器設備，各個學科都配備了教學實驗室，作為學校的固定資產，需要有專人負責設備的管理清點工作。每一個教學實驗室，在每一天都會有不同班級參與實驗學習。一方面，為了防止資產流失，需要投入大量人力物力進行教學管理，另一方面，還需要專業(yè)人員隨時監(jiān)督，防止設備儀器或者原材料對學生造成傷害。不但費時費力，可靠性也差。

3.傳統(tǒng)的課外教學過于單一、枯燥，難以調動學生的積極性

課外教學被稱之為第二課堂，是在課堂教學以外，以發(fā)展學生的個性特長、開發(fā)智力、培養(yǎng)能力為中心，有計劃地開展各種教育教學實驗活動。傳統(tǒng)課外教學主要使用互聯(lián)網進行遠程教學，這雖然可以方便學生在任何地方和任何時候都能進行學習，但是學生和教師直接交互較少，主要是學生聽、教師教的方式，學生被動的接受，互動性差。

四、基于物聯(lián)網技術的教學模式

1.利用物聯(lián)網技術構建智能化教學環(huán)境

物聯(lián)網技術的發(fā)展使現(xiàn)實世界中的物體具有感知性和智能性成為可能，可以實現(xiàn)人與機器之間的交互、人與物品之間的交互、人與人之間的社會性交互。客體可以借助物聯(lián)網技術與虛擬環(huán)境進行無縫連接，人與物可以進行交流。在課堂教學中，學生可以有選擇的獲取教師內容，教師可以即時捕捉、分析學生在學習過程中的需求信息，并進行相應調整。為實現(xiàn)學生出勤情況的智能統(tǒng)計，可以將RFID芯片集成到學生一卡通中，教室設置自動感測RFID信息系統(tǒng)，即時統(tǒng)計學生人數(shù)。教務管理部門也可以通過網絡查詢學生出勤情況。

對于年齡段較小的學生教育中，可以讓幼兒佩戴腕帶式標簽，學校通過信息系統(tǒng)自動檢測學生體溫，當體溫異常時，系統(tǒng)將發(fā)出警報并通知相關人員，及時進行處置，同時還可以在標簽中配備定位系統(tǒng)，隨時了解學生的位置，避免幼兒走失和被拐賣，即使發(fā)生意外，也能被及時找到。物聯(lián)網技術還可以用來控制教室中的教學設備，教室內安裝具有光敏和溫控的傳感器節(jié)點，通過智能調節(jié)系統(tǒng)，根據教室光線強弱自動調節(jié)教室窗簾的開關，也可以根據溫濕度高低調節(jié)空調溫度或者進行通風切換。

2.利用物聯(lián)網技術豐富實驗教學活動

當前實驗過程主要是讓學生到指定的實驗環(huán)境中進行相應實驗，但是對于一些需要采用遠程教學的活動，如成人教育、遠程教育等，學生無法實時參與教學實驗。物聯(lián)網技術使達到與現(xiàn)場教學類似的效果成為可能。通過在實驗室和遠程終端配置RFID設備，在本地實驗室將實驗器材加入到物聯(lián)網環(huán)境中，實驗過程數(shù)據被實時采集，并通過網絡傳輸?shù)竭_遠程終端，實驗者在遠程通過RFID設備可以實時監(jiān)測數(shù)據的變化。教師在授課過程中可以通過實驗儀器上的RFID遠程控制教學儀器，通過網絡傳輸方式，將實驗過程與結果實時顯示在課堂中，學生也可以遠程控制實驗設備，調整實驗參數(shù)，觀察實驗結果，實現(xiàn)實驗教學的網絡化與智能化。

物聯(lián)網技術還可用于校園安全管理，當前學校學生人數(shù)密度大，社會閑散人員偽裝成學生進入學校盜竊事件時有發(fā)生。可以在宿舍門口設置RFID系統(tǒng)，自動檢測學生配戴的智能標簽，在顯示屏顯示學生圖像信息，物管人員很容易區(qū)別校內外人員，以保證校園安全。

3.利用物聯(lián)網技術實現(xiàn)課堂教學效果的實時測評

當前教學評測一般以督導組聽課，學期末學生對教師系統(tǒng)評分為主，這種模式對評價教師教學水平，督促教師重視教學質量方面效果明顯。但是面臨的主要問題是主觀性強，督導組聽課次數(shù)有限，學生評價一般在考試成績公布后進行，課程已經結束相當長一段時間，學生在評測時隨意度大，反應實際情況差，同時也不能反應學生課程活動的情況。教學活動是雙方面的，教學評測需要教與學的雙方參與，所以教學評測需要反應教師和學生兩個方面的效果，而物聯(lián)網為此提供了技術可能。實時教學測評是基于學生互動反饋系統(tǒng)，可反復使用。為每個學生配備簡易傳感節(jié)點，或者在每個課桌上安裝簡易傳感節(jié)點，學生在一堂課結束后，可以及時通過傳感器節(jié)點信息輸入屏將教學信息反饋給教師或者教務處。另一方面，教師可以通過傳感節(jié)點捕捉學生上課時的聽課狀態(tài)，教師根據學生反饋的信息及時調整上課方式或內容。

4.利用物聯(lián)網拓展課外教學

課外教學是學校教學的第二課堂，可以有效拓展學生知識空間和激發(fā)學生學習興趣。在一些實踐性較強的課程中，比如農學、林學等相關課程，學生通過實地參觀學習可以獲得直觀的體驗與真實的感受。當前農業(yè)、林業(yè)與物聯(lián)網技術正逐漸密切結合，建立相應的農業(yè)物聯(lián)網和林業(yè)物聯(lián)網基地。通過在學校開展基于物聯(lián)網技術的應用實踐活動，讓學生了解學習當前的先進測量技術和傳感技術，使得學生密切關注物聯(lián)網技術在實際應用的發(fā)展動向。

五、在現(xiàn)代教學中應用物聯(lián)網技術的重要意義

1.有利于建立全面和主動的教學管理體系

當前大學校園的學習環(huán)境相對比較寬松，學生時間較自由，利用物聯(lián)網技術可以實現(xiàn)教師和學生的無縫連接。教師可以使用RFID隨時了解學生的情況，學生也可以通過RFID隨時與教師建立聯(lián)系。同時，利用物聯(lián)網技術可以有效完善教學管理的組織、評價和考核系統(tǒng)，從而建立全面的教學質量保障和監(jiān)控體系。

2.有利于構建智能的教學科研環(huán)境

利用物聯(lián)網技術無所不在的特點和信息完整與可靠傳輸特性，可實現(xiàn)教學環(huán)境的真正交互。物聯(lián)網技術為實驗教學提供了一個共享的、安全的、智能化的實驗教學環(huán)境。徹底改變現(xiàn)行多媒體教學單一化、實驗過程模擬化、實驗效果抽象化的弊病。

3.有利于創(chuàng)新教學模式的開展

基于物聯(lián)網技術的教學模式更具開放性和創(chuàng)新性。當前基于互聯(lián)網的教學模式是單向輸出，而基于物聯(lián)網技術的教學模式具有互動交互性，更能吸引學生參與和激發(fā)學生深層思考。物聯(lián)網技術將教學模式從多媒體技術支持拓展到全空間全方位的開放模式，有助于培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

4.有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)

將物聯(lián)網的技術方法、產品運用到教與學的過程及資源的設計、開發(fā)、利用、管理和評價中，改進創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的模式，提高學生的創(chuàng)新精神及能力，讓未來學習充滿智慧，探討物聯(lián)網對創(chuàng)新教育模式的教學研究，擴充對新時期大學生創(chuàng)新模式教育的理論研究。物聯(lián)網技術與創(chuàng)新教育模式研究互為促進，在思考物聯(lián)網技術對教學模式創(chuàng)新研究的探索過程中，也會為物聯(lián)網技術的應用提供新的方向，拓展物聯(lián)網技術的應用領域，并最終會形成一支服務于創(chuàng)新人才體系的應用體系，這同樣具有重要的理論意義。

六、結束語

本文首先介紹了物聯(lián)網技術的發(fā)展和特征，物聯(lián)網技術的不斷發(fā)展為現(xiàn)代教育教學模式的創(chuàng)新提供了新的契機。本文主要研究了物聯(lián)網技術在創(chuàng)新教育模式中的應用，作為一項新技術應用，設計了物聯(lián)網在教學中的若干應用模式，給出了物聯(lián)網與課程整合的想法。物聯(lián)網技術在現(xiàn)代教學模式中的應用具有重大的意義，有利于建立全面和主動的教學管理體系，有利于構建智能的教研環(huán)境和有利于重構創(chuàng)新、開放的教學模式。但是，物聯(lián)網在創(chuàng)新教育中的應用研究才剛剛開始。隨著應用的深入，物聯(lián)網在創(chuàng)新教育培養(yǎng)中的研究將會逐步深入。

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