物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及標準納入教育裝備體系的若干思考

艾倫 興喬 李立文

1 首都師范大學(xué) 北京 100048 2 中國教育技術(shù)裝備雜志社 北京 100081 3 北京師范大學(xué) 北京 100875

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及標準納入教育裝備體系的若干思考

艾倫1興喬2李立文3

1 首都師范大學(xué) 北京 100048 2 中國教育技術(shù)裝備雜志社 北京 100081 3 北京師范大學(xué) 北京 100875

從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對教育裝備“四效”問題（裝備使用效能、學(xué)生學(xué)習(xí)效果、教師教學(xué)效率、教育中觀效益）的作用和作為教育裝備的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準化問題兩個方面做出更加詳細的論述。

教育裝備；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；四效；裝備標準

筆者在《中國教育技術(shù)裝備》2011年第11期刊出的《物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與教育裝備精細化管理前瞻》一文中通過實例和數(shù)據(jù)論證了教育裝備精細化管理的必要性，以及其依賴物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)的可行性[1]。為了進一步說明它們之間的相互關(guān)系，本文擬從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對教育裝備“四效”問題（裝備使用效能、學(xué)生學(xué)習(xí)效果、教師教學(xué)效率、教育中觀效益[2]）的作用和作為教育裝備的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準化問題兩個方面做出更加詳細的論述。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對提高教育裝備使用效能的作用

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）技術(shù)以Internet互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，利用無線傳感器網(wǎng)（Wireless Sensor Networks，簡稱WSN）和射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID）將人與物、物與物（Machineto-Machine，簡稱M2M）實時地、智能化地聯(lián)系起來，實現(xiàn)除人與計算機之外的一切必要設(shè)備的Internet接入。

物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，這意味著：1）物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；2）其用戶端延伸和擴展到任何物品與物品之間，進行信息交換和通訊。物聯(lián)網(wǎng)可以定義為：通過射頻識別、紅外感應(yīng)、全球定位、激光掃描等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)是集信息采集、信息處理、信息傳輸于一體的綜合智能信息系統(tǒng)，在軍事應(yīng)用、環(huán)境觀測和預(yù)報系統(tǒng)、醫(yī)療護理、智能家居、建筑物狀態(tài)監(jiān)控等諸多領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景，而將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入教育裝備管理體系，會使教育裝備管理更加精細化。此時，所有教育裝備的工作狀態(tài)都被自動或遠程地監(jiān)視和控制起來，所有數(shù)據(jù)都無一遺漏地被記錄下來。智能的相互制約和控制，使得教育裝備能夠充分發(fā)揮其效能，而記錄下來的這些數(shù)據(jù)則客觀地反映了教育裝備的使用情況，并能夠即時對教育裝備的效能進行評價。毫無疑問，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入教育裝備體系對提高教育裝備使用效能將會起到巨大作用。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果的作用

實證研究方法在經(jīng)濟學(xué)、管理學(xué)等社會科學(xué)領(lǐng)域的成功使人們將它迅速地引入教育學(xué)和教育技術(shù)學(xué)中來。比較保守地估計，這種研究已經(jīng)在教育技術(shù)領(lǐng)域進行了將近七八個年頭。但是，在進行實證研究的問題上應(yīng)該采取更加慎重的態(tài)度和考慮更加科學(xué)的研究形式，這是因為研究對象是 具體的人，是一些甚至還未成年的學(xué)生。

例如，希望證明多媒體技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)上的有效性，可以采取兩種研究方式。

1）沿時間軸展開的研究方法。選取試驗組和對照組，做出前測；控制各個變量實施一個學(xué)期或兩個學(xué)期時間的教學(xué)，做中測和后測；建立檢驗假設(shè)，用統(tǒng)計學(xué)的方法驗證其有效性。這種方法其實是在用學(xué)生做試驗，應(yīng)該慎重使用。北京師范大學(xué)楊開城教授的文章指出這種實證研究的問題，認為是對學(xué)生不公平，并且批評這種研究“一試驗就成功，一推廣就失敗”[3]（這是因為試驗中加入過多的人為主觀因素）。

2）沿空間軸展開的研究方法。通過對大范圍學(xué)校班級多媒體使用情況和使用效果的統(tǒng)計，得出更加客觀的研究結(jié)論。這種研究方法是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的，需要通過物聯(lián)網(wǎng)對多媒體設(shè)備使用狀況和學(xué)生學(xué)習(xí)情況的數(shù)據(jù)進行采集，并按照空間序列進行統(tǒng)計分析。

從理論上講，這兩種研究方式在統(tǒng)計學(xué)意義上效果是一致的。舉個統(tǒng)計學(xué)上古典概型的例子說明：如果將一枚硬幣拋在地上，然后拾起來再拋下去，共重復(fù)100次，則硬幣出現(xiàn)正反面的概率基本相等，各占50%，此時，這一枚硬幣的表現(xiàn)為一個時間序列；而如果將100枚硬幣同時拋下，硬幣出現(xiàn)正反面的概率也基本相等，各占50%，此時全部硬幣的表現(xiàn)為一個空間序列。統(tǒng)計學(xué)指出，這兩個概率其實就是同一個概率。因此，不必擔(dān)心沿時間軸或沿空間軸進行試證研究是否會不具有一致性的問題，而只要選擇更加有利的方式并且去擔(dān)心那些更需要擔(dān)心的事情就行了。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對提高教師教學(xué)效率的作用

我國在此次課改的高中新課程標準中提出探究性實驗教學(xué)的理念。2009年教育部制定《中小學(xué)實驗室規(guī)程》，該規(guī)程的執(zhí)筆者蔡耘處長（教育部基礎(chǔ)教育司條件裝備處）在對規(guī)程的解讀宣講時曾多次強調(diào)探究性實驗教學(xué)對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要作用。在2010年2月教育部頒布的《中小學(xué)理科實驗室裝備規(guī)范》中，則將科學(xué)探究實驗室正式列入實驗室系列。至此，探究性實驗教學(xué)就成為基礎(chǔ)教育教學(xué)（特別是理科教學(xué)）中和實驗室建設(shè)中追求的主要目標。在探究性實驗教學(xué)的實施中，主要采取開放實驗室的形式，讓學(xué)生通過相互協(xié)作，自行建立研究目標、自行設(shè)計實驗過程、自行掌握和發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的原理與結(jié)論。其目的是使學(xué)生建立科學(xué)研究思想，掌握科學(xué)研究方法，提高科學(xué)研究能力。這種實驗教學(xué)形式對教師提出非常高的要求，他們既要引導(dǎo)學(xué)生做實驗，還要管理儀器設(shè)備。由于學(xué)生實驗內(nèi)容都不相同，實驗時間非常分散，于是就造成教師的巨大工作量。

開放實驗室設(shè)備無人職守，登記、使用需要智能化監(jiān)控，實驗教學(xué)中學(xué)生操作能力的評價需要智能化監(jiān)考，而這些功能都可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)。無線傳感器網(wǎng)可以感知各種儀器設(shè)備的連接狀態(tài)，可以感知實驗器材的相對位置，可以感知實驗系統(tǒng)的工作狀況，對學(xué)生自主實驗提供安全可靠的保障，從而減輕教師的勞動強度，提高教師教學(xué)的效率。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對測量教育中觀效益的考慮

效益的原本意思是投入產(chǎn)出比（即：效益=產(chǎn)出/投入）。教育效益則是指教育投入的產(chǎn)出效果，包括直接效益和間接效益、經(jīng)濟效益和政治文化效益等。一般認為教育的效益研究分為3個層次：宏觀層次是從國家層面計量教育投入給國家?guī)淼木薮笊鐣?jīng)濟效益；微觀層次是從個人角度測算個人教育投資的收益率；中觀層次主要考核為社會培養(yǎng)的各類學(xué)生的規(guī)模效益和質(zhì)量效益，規(guī)模效益由辦學(xué)單位的畢業(yè)或結(jié)業(yè)學(xué)生人數(shù)體現(xiàn)，而質(zhì)量效益則主要通過學(xué)生學(xué)習(xí)成績達標率、就業(yè)率和學(xué)生滿意度等來進行衡量。

教育裝備的效益與教育的效益應(yīng)該是同一個概念。但是由于教育裝備成本的社會化，并非個人成本，所以不涉及微觀層次的效益。而教育裝備宏觀層次的效益研究需要大規(guī)模的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，且無法得到較為精確的計算結(jié)果，也暫不能放在研究的視線之內(nèi)。于是，教育裝備效益研究的重點應(yīng)放在中觀層面上。對教育裝備的成本-效益進行評價應(yīng)該限定在一定的歷史時期、局部的地區(qū)范圍、適當?shù)霓k學(xué)類型以及教育的中觀層面[2]。同時，由于反映教育裝備效益的產(chǎn)出變量不是唯一的，而影響產(chǎn)出的成本投入也是多變量的，所以針對這一評價的測量工具通常使用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis，簡稱DEA）[4]。對教育裝備進行成本-效益的DEA分析時需要大量的客觀數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)的收集費時、費力，而且需要精準、可靠。將DEA軟件嵌入學(xué)校的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，可以實時得到評價結(jié)果，對優(yōu)化教育教學(xué)，提高教育的效益有著積極的作用。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為教育裝備標準化問題的思考

任何一種裝備用于教學(xué)，都有對教學(xué)的適應(yīng)性和非適應(yīng)性的問題。這個適應(yīng)性既包括對學(xué)生認知的考慮，還包括對學(xué)生安全、生理健康、心理健康等方面的認同，同時還有各種技術(shù)指標方面的要求。所以，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)納入教育裝備體系就必須考慮它的標準化問題，這是教育裝備準入的先決條件。

僅從技術(shù)角度看，物聯(lián)網(wǎng)必須解決3個方面的問題：1）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；2）價格低廉的路由器與無線傳感器；3）系統(tǒng)的安全性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點計算能力和存儲資源有限無法運行現(xiàn)有的IPV6協(xié)議棧，所以基于802.15.4協(xié)議的內(nèi)嵌微型IPV6協(xié)議棧是實現(xiàn)低功耗無線傳感器與物聯(lián)網(wǎng)路由器，解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPV6）直接互聯(lián)互通的關(guān)鍵性問題。同時還應(yīng)考慮2.4 GHz無線通信在低功耗的前提下如何實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的傳輸。各個無線傳感器還要求能夠感知溫度、濕度、壓力、相互之間的位置、空間坐標甚至移動速度等信息。所有這些都應(yīng)該具有相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)、接口類型、電氣指標等要求。

從本質(zhì)上講，除了粉筆與黑板以外，任何一種教育裝備幾乎原來都并不是專門為教育教學(xué)而設(shè)計的，將它們拿來作為教育裝備，在使用中發(fā)現(xiàn)它們對教學(xué)的非適應(yīng)性，然后再去改造它們，重新制定新的教育標準是十分被動而且不科學(xué)的。教育裝備人的使命就是要通過科學(xué)地提供教育裝備以優(yōu)化教育教學(xué)，這就需要在設(shè)計開發(fā)新教育裝備時，或在引進新教育裝備時，同時將其標準制定出來，以免被動。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)又在重復(fù)上述過程，但是應(yīng)該盡量做得主動，盡量超前地考慮物聯(lián)網(wǎng)納入教育裝備體系時的標準化問題，以便充分發(fā)揮其作用，科學(xué)解決“四效”，使教育裝備早日現(xiàn)代化，從而促進教育的現(xiàn)代化。

[1]艾倫,等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與教育裝備精細化管理前瞻[J].中國教育技術(shù)裝備,2011(11):48-50

[2]艾倫,等.也談教育裝備的成本-效益研究[J].中國教育技術(shù)裝備,2008(20):1-2,7

[3]楊開誠.從教學(xué)實證研究的合理性說開去[J].中國教育技術(shù)裝備,2010(12):3-6

[4]艾倫,等.數(shù)據(jù)包絡(luò)分析在教育裝備成本-效益研究上的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備,2009(15):1-2

Some Thoughts about Technology and Standard of Internet of Things being Putting on Educational Equipment System

//Ai Lun,Xing Qiao,Li Liwen
1 Capital Normal University, Beijing, China 100048
2 China Educational Technology and Equipment, Beijing, China 100081
3 Beijing Normal University, Beijing, China 100875

This paper presents two respects in detail, one from the function of the four effects’problems (equipment in use; student learning; instructor teaching; education in medium-term) when internet of things technology is placing on the educational equipment, the other concerning the standardization of internet of things to educational equipment.

educational equipment; internet of things technology; four effects; equipment standardAuthor’s address

G48

A

1671-489X(2011)12-0003-02

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.12.003