基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)模式創(chuàng)新研究*

高德民，劉云飛，林海峰

（南京林業(yè)大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京210037）

一、引言

近些年來，一場關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)暴席卷全球，物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things,IOT)技術(shù)被稱為繼計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動通信技術(shù)之后的信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)的又一次技術(shù)浪潮，它代表了下一代信息技術(shù)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(chǎn)業(yè)規(guī)劃，將其列為重點研究領(lǐng)域。[2]如果說在過去的十幾年中，計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深刻的改變了現(xiàn)代教育教學(xué)模式，使得單純的依靠紙質(zhì)的教育模式發(fā)展到現(xiàn)在依靠多媒體教學(xué)平臺和遠(yuǎn)程教學(xué)平臺等新型教學(xué)模式。那么物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將使現(xiàn)代教育教學(xué)邁向更高的高度，是現(xiàn)代教育教學(xué)模式提升的新的發(fā)動機(jī)，將使得現(xiàn)代教育教學(xué)模式產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

在教育領(lǐng)域，新課改提出“大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過程中的普遍應(yīng)用，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合，逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式和師生互動方式的變革，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具”的要求。[3]目前計算機(jī)多媒體技術(shù)日臻成熟，特別是微處理器技術(shù)的發(fā)展，使得信息裝備從巨型化走向微型化，學(xué)生可以通過微型個人終端設(shè)備了解知識。作為下一代“計算無處不在”的關(guān)鍵技術(shù)，[4]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在教育改革領(lǐng)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(shù)、新方法提高教學(xué)管理，以更好的服務(wù)于學(xué)生，所以有必要在教學(xué)領(lǐng)域引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提高管理效率和質(zhì)量。

同時，當(dāng)代高校大學(xué)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(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用熱情更高。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代創(chuàng)新教育模式中，在提升教學(xué)管理水平的同時，也有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和對新技術(shù)的感知能力。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將有助于全面提升教學(xué)水平和教學(xué)環(huán)境，加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化進(jìn)程。教育物聯(lián)網(wǎng)的時代已經(jīng)來臨，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)模式創(chuàng)新研究可以有效為當(dāng)前高校教育教學(xué)模式探索拓寬思路。

二、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特征

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指通過射頻識別(RFID)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，進(jìn)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)。[5,6]物聯(lián)網(wǎng)是一個全球的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，通過數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)包括現(xiàn)存的互聯(lián)網(wǎng)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(wù)和應(yīng)用基礎(chǔ)。[7]

物聯(lián)網(wǎng)是利用無所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(shè)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(wǎng)、無線網(wǎng)、移動網(wǎng)進(jìn)行實時傳送。[8]無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)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(shù)及時對海量信息進(jìn)行處理，實現(xiàn)智能化的控制和管理，真正達(dá)到人與物的溝通，如圖1所示。

圖1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

三、傳統(tǒng)課堂教學(xué)中面臨的挑戰(zhàn)

1.教學(xué)資源有限和教學(xué)過程單一

在傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，教學(xué)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(xué)過程。在互聯(lián)網(wǎng)時代，多媒體技術(shù)在課堂教學(xué)中被普遍使用，將內(nèi)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(xué)效率，也提高了學(xué)生的興趣。但是目前的教學(xué)模式中，單純依靠教師講解或使用投影設(shè)備的“開會式的學(xué)習(xí)”枯燥、呆板，學(xué)生缺乏主動；教師的“主導(dǎo)”幾乎完全代替了學(xué)生的“主體”，課堂教學(xué)缺乏活力。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式使得學(xué)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(zhì)全面發(fā)展。單調(diào)枯燥的方式對學(xué)生已經(jīng)不再具有吸引力，有限的教學(xué)資源和單一的教學(xué)過程已經(jīng)不能滿足課堂中學(xué)生的需要。

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

當(dāng)前學(xué)校教學(xué)活動中，需要讓學(xué)生使用大量的教學(xué)儀器設(shè)備，各個學(xué)科都配備了教學(xué)實驗室，作為學(xué)校的固定資產(chǎn)，需要有專人負(fù)責(zé)設(shè)備的管理清點工作。每一個教學(xué)實驗室，在每一天都會有不同班級參與實驗學(xué)習(xí)。一方面，為了防止資產(chǎn)流失，需要投入大量人力物力進(jìn)行教學(xué)管理，另一方面，還需要專業(yè)人員隨時監(jiān)督，防止設(shè)備儀器或者原材料對學(xué)生造成傷害。不但費(fèi)時費(fèi)力，可靠性也差。

3.傳統(tǒng)的課外教學(xué)過于單一、枯燥，難以調(diào)動學(xué)生的積極性

課外教學(xué)被稱之為第二課堂，是在課堂教學(xué)以外，以發(fā)展學(xué)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(xué)實驗活動。傳統(tǒng)課外教學(xué)主要使用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，這雖然可以方便學(xué)生在任何地方和任何時候都能進(jìn)行學(xué)習(xí)，但是學(xué)生和教師直接交互較少，主要是學(xué)生聽、教師教的方式，學(xué)生被動的接受，互動性差。

四、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)模式

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

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(jī)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(wǎng)技術(shù)與虛擬環(huán)境進(jìn)行無縫連接，人與物可以進(jìn)行交流。在課堂教學(xué)中，學(xué)生可以有選擇的獲取教師內(nèi)容，教師可以即時捕捉、分析學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的需求信息，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。為實現(xiàn)學(xué)生出勤情況的智能統(tǒng)計，可以將RFID芯片集成到學(xué)生一卡通中，教室設(shè)置自動感測RFID信息系統(tǒng)，即時統(tǒng)計學(xué)生人數(shù)。教務(wù)管理部門也可以通過網(wǎng)絡(luò)查詢學(xué)生出勤情況。

對于年齡段較小的學(xué)生教育中，可以讓幼兒佩戴腕帶式標(biāo)簽，學(xué)校通過信息系統(tǒng)自動檢測學(xué)生體溫，當(dāng)體溫異常時，系統(tǒng)將發(fā)出警報并通知相關(guān)人員，及時進(jìn)行處置，同時還可以在標(biāo)簽中配備定位系統(tǒng)，隨時了解學(xué)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(wǎng)技術(shù)還可以用來控制教室中的教學(xué)設(shè)備，教室內(nèi)安裝具有光敏和溫控的傳感器節(jié)點，通過智能調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)教室光線強(qiáng)弱自動調(diào)節(jié)教室窗簾的開關(guān)，也可以根據(jù)溫濕度高低調(diào)節(jié)空調(diào)溫度或者進(jìn)行通風(fēng)切換。

2.利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)豐富實驗教學(xué)活動

當(dāng)前實驗過程主要是讓學(xué)生到指定的實驗環(huán)境中進(jìn)行相應(yīng)實驗，但是對于一些需要采用遠(yuǎn)程教學(xué)的活動，如成人教育、遠(yuǎn)程教育等，學(xué)生無法實時參與教學(xué)實驗。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使達(dá)到與現(xiàn)場教學(xué)類似的效果成為可能。通過在實驗室和遠(yuǎn)程終端配置RFID設(shè)備，在本地實驗室將實驗器材加入到物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，實驗過程數(shù)據(jù)被實時采集，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭_(dá)遠(yuǎn)程終端，實驗者在遠(yuǎn)程通過RFID設(shè)備可以實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化。教師在授課過程中可以通過實驗儀器上的RFID遠(yuǎn)程控制教學(xué)儀器，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，將實驗過程與結(jié)果實時顯示在課堂中，學(xué)生也可以遠(yuǎn)程控制實驗設(shè)備，調(diào)整實驗參數(shù)，觀察實驗結(jié)果，實現(xiàn)實驗教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化與智能化。

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

3.利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)課堂教學(xué)效果的實時測評

當(dāng)前教學(xué)評測一般以督導(dǎo)組聽課，學(xué)期末學(xué)生對教師系統(tǒng)評分為主，這種模式對評價教師教學(xué)水平，督促教師重視教學(xué)質(zhì)量方面效果明顯。但是面臨的主要問題是主觀性強(qiáng)，督導(dǎo)組聽課次數(shù)有限，學(xué)生評價一般在考試成績公布后進(jìn)行，課程已經(jīng)結(jié)束相當(dāng)長一段時間，學(xué)生在評測時隨意度大，反應(yīng)實際情況差，同時也不能反應(yīng)學(xué)生課程活動的情況。教學(xué)活動是雙方面的，教學(xué)評測需要教與學(xué)的雙方參與，所以教學(xué)評測需要反應(yīng)教師和學(xué)生兩個方面的效果，而物聯(lián)網(wǎng)為此提供了技術(shù)可能。實時教學(xué)測評是基于學(xué)生互動反饋系統(tǒng)，可反復(fù)使用。為每個學(xué)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(xué)生在一堂課結(jié)束后，可以及時通過傳感器節(jié)點信息輸入屏將教學(xué)信息反饋給教師或者教務(wù)處。另一方面，教師可以通過傳感節(jié)點捕捉學(xué)生上課時的聽課狀態(tài)，教師根據(jù)學(xué)生反饋的信息及時調(diào)整上課方式或內(nèi)容。

4.利用物聯(lián)網(wǎng)拓展課外教學(xué)

課外教學(xué)是學(xué)校教學(xué)的第二課堂，可以有效拓展學(xué)生知識空間和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在一些實踐性較強(qiáng)的課程中，比如農(nóng)學(xué)、林學(xué)等相關(guān)課程，學(xué)生通過實地參觀學(xué)習(xí)可以獲得直觀的體驗與真實的感受。當(dāng)前農(nóng)業(yè)、林業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正逐漸密切結(jié)合，建立相應(yīng)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基地。通過在學(xué)校開展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用實踐活動，讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)當(dāng)前的先進(jìn)測量技術(shù)和傳感技術(shù)，使得學(xué)生密切關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實際應(yīng)用的發(fā)展動向。

五、在現(xiàn)代教學(xué)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要意義

1.有利于建立全面和主動的教學(xué)管理體系

當(dāng)前大學(xué)校園的學(xué)習(xí)環(huán)境相對比較寬松，學(xué)生時間較自由，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)教師和學(xué)生的無縫連接。教師可以使用RFID隨時了解學(xué)生的情況，學(xué)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(wǎng)技術(shù)可以有效完善教學(xué)管理的組織、評價和考核系統(tǒng)，從而建立全面的教學(xué)質(zhì)量保障和監(jiān)控體系。

2.有利于構(gòu)建智能的教學(xué)科研環(huán)境

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(xué)環(huán)境的真正交互。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為實驗教學(xué)提供了一個共享的、安全的、智能化的實驗教學(xué)環(huán)境。徹底改變現(xiàn)行多媒體教學(xué)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(xué)模式的開展

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

4.有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)

將物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方法、產(chǎn)品運(yùn)用到教與學(xué)的過程及資源的設(shè)計、開發(fā)、利用、管理和評價中，改進(jìn)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的模式，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神及能力，讓未來學(xué)習(xí)充滿智慧，探討物聯(lián)網(wǎng)對創(chuàng)新教育模式的教學(xué)研究，擴(kuò)充對新時期大學(xué)生創(chuàng)新模式教育的理論研究。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與創(chuàng)新教育模式研究互為促進(jìn)，在思考物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對教學(xué)模式創(chuàng)新研究的探索過程中，也會為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用提供新的方向，拓展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，并最終會形成一支服務(wù)于創(chuàng)新人才體系的應(yīng)用體系，這同樣具有重要的理論意義。

六、結(jié)束語

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

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