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    物联网在教育中的应用作者: 李卢一 郑燕林   【摘要】物联网强调物品的互联,是通过各种信息传感设备将现实世界中各种物件互为连通而变成的网络,其中所有物品都有数字化、网络化标识,方便识别、管理与共享。本文从理解物联网的内涵与特征起程,基于对物联网研讨现状的把握,探讨物联网在构建智能化教学环境、丰富实验教学、辅助教学管理、拓展课外教学活动方面的作用。
  【关键词】物联网;教育;传感网
  【中图分类号】G40-057【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2010)02―0008―03
  
  引言
  
  物联网(The Internet of things)的观念自从1999年被提出后受到了越来越多的关注。物联网旨在将所有物品通过各种信息传感设备与互联网连接起来以实现智能化识别和管理。2005年国际电信联盟(ITU)发布的《ITU互联网汇报2005:物联网》描绘了“物联网”时代的图景[1]:当司机出现操作失误时汽车会自动报警;公文包会提醒主人忘带了什么东西;衣服会告诉洗衣机对颜色和水温的要求等等。物联网有望为人们提供智能化的生活与事务环境,变革人们的生活、事务与学习方式。本文基于对物联网内涵、特征及研讨现状的把握,探讨物联网在教育中的应用。
  
  一 物联网的内涵与特征
  
  1 物联网的内涵
  目前关于“物联网”(The Internet of Things)的一个较为权威的定义是欧洲信息社会与媒体委员会在其2008年发布的《2020年的物联网:未来之路》中提出的。其中将“物联网”定义为由一些“具怀孕份标识与虚拟的个性化特征,能够利用智能化接口在智能空间进行相关操作,并能够与社会的、环境的、用户的上下文相互连接并进行有效沟通”的物体构成的网络,认为物联网具有“整合性”,是未来的因特网,其中的物体互为连通且扮演积极角色,具有主体性[2]。
  从中文字面上看,物联网强调物品的互联,被看作是一种通过各种信息传感设备使现实世界中各种物件互为连通而变成的网络,使得所有物品都有数字化、网络化标识,方便识别、管理与共享。在英文表述中,物联网被称之为“The Internet of Things”,具有更为深广的含义,强调“any things connection”,而“things”不仅包括现实世界的物件(object),也包括各种计算设备(computer)与虚拟空间的人工物件(artifact),还包括网络用户(human)[1]。可见,在广义上,物联网实际上是包含了对物件之间、人与物件之间、人机之间、人人之间、物件与计算机之间、计算机之间等各种“主体”之间的互联。自90年代以来,互联网日益普及,人机交互、人与人之间的社会性交互、计算机与计算机之间的通讯已经得以实现,因此在当前对物联网的研讨与实践中,主要关注现实世界中物件(object)的互联。
  2 物联网的特征
  (1)连通性:连通性是物联网的性子特征之一。国际电信联盟认为,物联网的“连通性”有三个维度[1]:一是任意时间的连通性(any time connection),二是任意地点的连通性(any place connection),三是任意物体的连通性(any thing connection)。
  (2)技能性:物联网是技能变革的产物,代表着未来计算与通讯技能的发展趋势,而其发展又依赖众多技能的支持,尤其是射频识别(Radio-frequency identification,简称RFID)技能、传感技能、纳米技能、智能嵌入技能。
  (3)智能性:物联网使得人们所处的物质世界得以极大程度地数字化、网络化,使得世界中的物体不但以传感方式也以智能化方式关联起来,网络服务也得以智能化。物联网具有智能化感知性,它能够感知人们所处的环境,最大限度地支持人们更好地洞察、利用各种环境资源以便做出准确的判断。
  (4)嵌入性:物联网的嵌入性表如今两个方面,一是各种各样的物件本身被嵌入在人们所生活的环境中;二是由物联网提供的网络服务将被无缝地嵌入到人们日常事务与生活中。
  
  二 物联网研讨现状
  
  近年来,物联网受到了来自各种研讨机构与团体的越来越多的关注,并取得了一些令人瞩目的研讨成果,其中较具影响力的包括国际电信联盟发布的《ITU互联网汇报2005:物联网》、欧洲信息社会与媒体委员会发布的《2020年的物联网:未来之路》、IBM的“智慧地球”项目。物联网的研讨也受到了各国政府的重视,比如,日本与韩国2006年起初相继实施U-Japan打算与U-Korea打算,我国在国家中长期科学与技能发展规划(2006-2020)中也提出要重视传感网的开发与利用,我国台湾地区提出了U-Taiwan打算,国家传感网创新研发中心与家当园2009年12月在无锡落成,而这些打算中都重点关注物联网的发展与应用。这里仅列举日本的U-Japan打算与IBM的“智慧地球”项目。
  1 U-Japan打算
  U-Japan(2006-2010)是日本2006年起初实施的在e-Japan打算基础上提出的基于物联网的信息技能战略打算,预期在2010年实现泛在网络社会(ubiquitous network society)[3]。日本政府认为,日本自2001年实施e-Japan打算以来,在信息基础设施建设、高速信息带宽建设等方面取得了较大成果,但在网络的互联空间拓展与有效应用方面需要进一步规划与推进。
  U-Japan的“U”有四方面含义:一是泛在互联Ubiquitous (Connects everyone and everything),其中重点强调了人与物品、物品之间的互联;二是网络的通用性(universal),即要弱化对用户的技能性要求,使网络具有用户友好性,支持用户的各种交流需求;三是面向用户性(User-oriented),要求所有的网络服务应该基于用户的视角,使得用户能够便捷地利用网络服务,同时也能够成为网络信息的提供者;四是网络服务应该具有独特性与创新性(Unique),不仅使用户利用网络服务更具有创造性,获得独特的体验,也使整个社会更具活力。
  在U-Japan打算背景下,以RFID技能、传感技能为代表的物联网技能将得到广泛的应用。物联网将被用于解决日本社会由于人口低出身率、老龄化带来的各种社会问题,包括环境问题、劳动就业问题、健康与福利问题、教育与人力资源问题、政府管理服务问题、公共平安与防灾问题、交通问题、环境与能源问题、经济与工业问题、国际问题等。比如,在健康与福利问题解决方面,物联网技能能够用来帮助看护独居的老人,配戴在老人手腕上的传感器能够自动测报老人的体温、血压等数据,当老人生病或遇到意外情况时,数据采集系统会自动监测并报警。
  2 IBM“智慧地球”项目
  “智慧地球”(Smarter Planet)是由IBM在2008年底提出的基于物联网的新的全球战略[4]。IBM专家认为,目前每个人、公司、组织、城市、国家、自然系统和人工系统都正在实现更透彻的感应和度量、更全面的互联互通。在此基础上,人们能够获得更智能的洞察力。智慧地球战略以优化交互为核心,以智慧的方法为途径,从四个方面保证实施,从而实现物联网在多个领域的有效应用。
  智慧地球的核心是以一种更智慧的方法通过利用新一代信息技能来改变人们在现实世界与信息空间中的交互方式,以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。
  智慧的方法具体来说是以以下三方面为特征的:一是更透彻的感知,即要利用任何能够随时随地感知、测量、捕获和传递信息的设备、系统或流程;二是更为广泛的互联互通,即要实现人与人之间、人与物件之间、物件之间等各种主体之间的互联;三是更深入的智能化,主要是利用先进技能收集、处理数据,以获取更加新颖、系统且全面的洞察来解决特定的问题,使得特定的知识能够有效地应用到特定行业、特定的场景、特定的解决方案中以更好地支持用户的决策和行动。
  IBM将“智慧的地球”战略分解为四个关键问题以保证该战略的有效实施[5]:一是利用新智能(New Intelligence)技能;二是智慧运作(Smart Work),关注开发和设计新的业务流程,变成在灵活、动态流程支持下的智能运作,使人类实现全新的生活和事务方式;三是动态架构(Dynamic Infrastructure),旨在建立一种能够降低成本,具有智能化和平安特性的动态基础设施;四是绿色未来(Green & Beyond),旨在采取行动解决能源、环境和可持续发展的问题,提高效率与竞争力。
  根据物联网技能在不同领域的应用,“智慧的地球”战略规划了六个具有代表性的智慧行动方案,包括智慧的电力、智慧的医疗、智慧的城市、智慧的交通、智慧的供应链以及智慧的银行。
  
  三 物联网在教育中的应用
  
  1 利用物联网构建智能化教学环境
  教学环境的特性直接影响着教学绩效。传统课堂教学的物理环境所包含的教学资源对照有限,虚拟学习环境又缺乏与现实世界的交互,而物理教学环境与虚拟学习环境的整合也容易停留在表层。通过物联网,不仅使得现实世界的物品互为连通,而且实现了现实世界(物理空间)与虚拟世界(数字化信息空间)的互联,可以有效地支持人机交互、人与物品之间的交互、人与人之间的社会性交互。物联网的引入使得物理教学环境的每个物件都具有数字化、网络化、智能化特性,能够与虚拟学习环境进行无缝整合,能够即时地捕捉、分析师生的教与学的需求信息,并进行相应的调整,为师生提供智能化的教学环境与教学资源。比如,在教室里能够有感知光线的传感器,会随时监控光线亮度,抑制教室照明灯的开关,还能够根据光线强度调控学生所用计算机屏幕的亮度;学生能够在教室内利用计算设备读取本地或调用异地嵌入了传感器的物体的数据用于当前的学习。
  2 利用物联网丰富实验教学
  实验教学是培养学生动手能力和创新思想能力的重要教学手段,但传统的实验教学有其局限性,比如,因为存在平安性问题或者缺乏实验器材,许多实验无法让学生亲自动手做。物联网的介入能够为实验教学提供一个平安的、共享的、智能化的实验教学环境,比如,每一种实验器材都有数字化属性与使用帮助信息,当实验器材使用不那时会自动启动报警系统;实验者能够远程抑制异地纳入物联网的实验器材;实验过程数据能够被实时采集并以适当的方式提供给实验者,实现实验教学的数字化、网络化与智能化。
  3 利用物联网支持教学管理
  物联网能够用于学校考勤管理、学校图书管理、教学仪器设备管理、学校教育平安管理。比如,台湾利用物联网的核心技能RFID技能支持学校平安管理,主要包括八个服务领域[6]:上下学及在校行踪通知服务;学生保健服务;校外教学管理;危险区域管理服务;校园访客管理系统;教育设备管理服务;学校大型会议人员管理服务;运动设施使用人员管理服务。2008年度,台湾成立了校园平安应用RFID技能协助学生平安建置打算,逢甲大学和台中特殊教育学校配合进行了包括上下学及在校行踪通知服务、学生体温异常管理服务、危险区域管理服务与访客机制管理服务四项实践。在实验学校的教室、走廊、大楼入口处、地下室及顶楼等地点架设约30个点RFID读取器,每个学生配戴RFID标签。实验系统会自动感测RFID信息,统计学生出勤情况,老师可通过网络查询学生出勤情况及目前所在位置或行进路线。系统提供的腕带式标签能够自动感测学生体温,当学生体温异常时,系统将发出警报信息通知相关人员,做即时健康管理及处置措施。当学生到了顶楼、地下停车室、因短期施工而具有不平安因素的环境时,系统能够灵活地变更RFID的感测范围的危险等级,自动发出语音作现场警示,同时发出警报信息通知相关人员做即时处理,并配合校方监视系统以有效监视现场状况使得管理人员易于指挥调度。当访客进入校园有RFID的感测范围的管制区域时,系统将发出语音警示同时产生信息通知学校相关人员进行适宜处理。
  4 利用物联网拓展课外教学活动
  通过实地参观、观摩、实践,学生能够获得直观的体验与真实的感受。课外教学活动一直以来是激发学生学习兴趣、拓展学生知识空间与视野、培养学生科学探究能力的重要手段。物联网能够拓展课外教学活动。比如,我国香港、台湾、北京、广州等地区开展了基于物联网的“数字化微型气象站”在科学教育中的应用实践,将先进的测量技能、传感技能与现代教学理念相联合,支持学生的正式学习、户外学习、区域合作学习。2003年底,台北市内中小学都建立了各自的校园气象台,每个校园气象台都能够是一个独立的气象观测站,通过传感器收集实时气象相关信息发布到各自的校园气象台网页上,各个校园气象台还会将每天收集到的数据发送至台北校园气象网实现数据与资源共享[7]。
  
  四 结束语
  
  目前对物联网的研讨主要在物流管理、智能家居等领域,在教育领域的探讨尚为鲜见,但随着物联网技能的日益成熟,相信其在教育中的应用将越来越广泛。本文探讨了物联网在构建智能化教学环境、丰富实验教学、辅助教学管理、拓展课外教学活动方面的作用,期望本文能够为关注物联网教育应用的研讨者与实践者们提供一些有益参考。
  
  参考文献
  [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] 智慧地球项目[EB/OL].
  
  [5] IBM“智慧的地球”新战略揭秘[EB/OL].
  
  [6] 学童平安之特殊学校RFID应用[EB/OL].
  
  [7] 台北市校园数位气象网[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
   编辑:宋树

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