⑴ 物联网将为教育带来什么影响

物联网的价值不仅仅在于它是一个可传感的网络,而必须是各个行业参与进来进行应用,不同行业,会有不同的应用。很大程度上,这是非常难的一步。目前,对物联网在教育中的研究与应用虽尚处于起步阶段,但笔者认为这一问题的探讨将给教育带来极大的变革。

(1)有利于建立全面和主动的教学管理体系。

在建立教学管理运行体系方面,利用现有物联网的核心技术:RFID技术的支持,有利于完善教学管理的组织系统、评价和考核系统,从而对教学的质量建立保障和监控体系。通过RFID标签和校园智能卡系统的结合,教师可利用物联网系统,对学生的学习情况进行自动的统计。例如:在分组实验教学中,可以对学生的出席和对应的实验器材建立联系,通过RFID系统建立实验室教学管理系统。院校各级教学管理部门也可利用RFID技术,对学生学习情况、到课情况进行分析,从而有利于学生工作部门有针对性地开展思想政治工作。同时还可以对学生在校园的行踪进行监控,设立校园安全控制区域,减少不必要的校园安全事故的发生;建立基于物联网的弹性修学模式,利用物联网信息完整和可追述的特征,学生可以根据本人的兴趣特长,随时修改或完成某一课程的学习,随时选择某一心仪教师的教学,在需要考试时,随时连接到试题库系统并完成考试过程,从而真正实现学分制;建立双向的教学评价和考核系统,有利于实现学生和教师同行对每一次教学的实时评价,根据此评价,学生和教师双方都可以调整教学进度,改善学生的学习效果,提高教师的教学效率。

(2)有利于构建完全交互与智能的教研环境。

利用传感网络,可实现教学环境的实时信息反馈。目前,多数高校已经实施多媒体教学设施进课堂,利用物联网,可对课堂教学设备实现智能控制。例如:在教学楼里安装上万个传感器并用IPV6网络进行连接,可根据教室光线强弱自动调节教室光源和投影机的流明度;也可根据教室环境温湿度,通过红外感应设备自动控制教室空气的更换率;更可利用物联网识别技术,建立教师和对应授课教室的关联授权,智能控制教学仪器的使用等。这种方式的应用,已在部分研究机构中得以实现。

例如:在北京,西门子总部里面所有的灯光都是通过物联网智能控制的,员工在进入办公室后头顶上的灯自动打开,离开位置后头顶上的光源则自动关闭。如果外面的阳光太过强烈,窗帘则自动拉下,各个光源都是通过传感设备连接到电脑上,由电脑进行操控。与此同时,笔者也认为,利用物联网构建的智能教学环境的应用应远不止于此。利用物联网信息完整与可靠传输特性,可实现教学环境的真正交互。例如:物联网的介入可以为实验教学提供一个安全的、共享的、智能化的实验教学环境。在教师的授课过程中,随时可以控制远在实验室中的教学仪器,通过网络视频设备,将实验过程与结果实时的显示在课堂教学中,学生也可实时控制远程设备,自行得到正确的实验结果。改变现行多媒体教学中,实验过程模拟化,实验效果非直观的弊病。

通过将大型科研设备纳入物联网,可有效改变目前教研资源不平衡问题,经过授权后的研究者可以在全球范围内控制该设备,科研过程数据也可以被实时采集并以适当的方式提供,最终实现教学科研的数字化、网络化与智能化。此方面的先例有TAMU和MIT近期实施的CSAIL计划,该计划是利用一群实验室机器人与嵌入在盆栽植物中的传感器的通信。机器人和传感器之间的交流可以允许每棵植物要求额外的水分和养分,并进行实时存储。成熟的西红柿被识别之后,机器人能准确地从植物上摘除。TAMU的研究人员可以利用MIT在物联网领域的研究优势,直接获取该研究成果数据。

此外,利用嵌入了传感芯片的教学设施,不但能够像多媒体设施一样,对教学中的结构化信息进行处理,也可对常规多媒体设施所不能处理的非结构化信息,诸如学生的思维、体会、情感、意志等进行整合,从而真正实现教学环境的智能和交互。

(3)有利于重构创新和开放的教学模式。

基于物联网教学环境下的教学模式相比于以往的各种教学模式,具有更加开放和创新的特征。可以依托物联网强大的物质和信息资源优势来建立基于物联网的科学探究模式。在该模式中,学习者可以最大限度地利用物联网资源,并在发掘物联网信息的同时促进高级思维能力的发展。例如:在虚拟社区的学习交互模型中,基于物联网的模式要比给予互联网的模式更能激发出学习者的深层思考,并产生交互。该模式更能引导学习者在每次知识建构、剖析、探讨和问题解决户进行反思、总结和提炼有价值的内容,并在物联网上与其他学习者共享。

同时,将先进的物联网技术与现代教学理念相结合,运用到科学教学活动中,也能够对协作和协同教学模式起到很好的支撑作用。传统的协作和协同教学模式标志着开放系统中大量亚系统之间相互作用的,整体的,集体的或合作的效应,能够很好地解决教学过程中的/导)学0关系。比较著名的有密歇根大学的跨学科协同教学模式。而基于物联网的跨学科协同教学模式,则可以很好地克服原有模式中的障碍。同时它的海量数据与多视角处理特征,也能够进一步激发学生主动进行只是融合的欲望,发展整合和协调多学科的能力。

(4)有利于拓展学习空间、培养学习者自主学习能力。

物联网能为学习者的常规学习、课后学习、区域合作学习提供支撑环境,拓展学习空间,有利于学习者的自主学习和满足个性化学习需要。学习者可以通过物联网,探究任何感兴趣的问题并及时地得到解决。例如:中国电信的全球眼技术,其实就是远程监控的物联网应用。与传感系统相结合,学习者就可以利用它完成诸如材料学、气象学、生物学等集成应用领域内的多种科学探究。同时,物联网的感知特性,也能够使教育者对学习者的学习过程进行有效管理。

⑵ 智慧教室的智慧教室系统

智慧教室基于物联网技术，那就可以搭建成一个物联网应用场景，既可以用于学生进行创新实验研究，也方便教师开展科学研究。可以通过智慧教室里面的人员考勤系统来判断教室内是否有人员，如果教室内无人，则教室内所有系统处于关闭状态；反之，则处于工作状态。
智慧教室主要包括以下九个系统：
1、教学系统
教学系统由内置电子白板功能的触控投影机一体机、功放、音箱、无线麦克、拾音器、问答器和配套控制软件构成。使用内置电子白板功能的触控投影机代替传统的黑板教学，实现无尘教学，保护师生的健康，可在投影画面上可以操作电脑，在每个桌位上配置问答器，实现师生交互式课堂教学。
2、LED显示系统
LED显示系统由LED面板拼接而成，安装在教室黑板顶部，用于显示正在上课的课程名称、专业班级、任课教师、到课率、和教室内各传感器采集的环境数据（室内温湿度、光照度、二氧化碳浓度等）。
3、人员考勤系统
人员考勤系统由RFID考勤机、考勤卡和配套控制软件构成。在教室前后门各安装一个RFID考勤机，采用RFID标签（校园一卡通）对学生进行考勤统计，对进入教室的人员进行身份识别，对合法用户进行考勤统计，对非法用户进行告警。同时可通过WiFi无线覆盖，在远程对考勤情况的监控，统计以及存档打印等。
4、资产管理系统
资产管理系统由特高频RFID读卡器、纸质标签、抗金属标签和配套控制软件构成。
在教室前后门各安装一个特高频读卡器，对教室内的实验仪器、设备等资产（贴有RFID标签，标签上存储有设备的详细信息）进行出入教室的监控与管理，对未授权用户把教室内资产带出教室进行告警，方便设备管理人员对教室设备的统一管理。
5、灯光控制系统
灯光控制系统由灯光控制器、光照传感器、人体传感器、窗帘控制系统和配套控制软件构成。首先通过人体传感器来判断教室内对应位置是否有人，此位置无人，则灯光控制系统及窗帘控制系统处于关闭状态；反之，处于工作状态。
6、空调控制系统
空调控制系统由中央空调电源控制器、温湿度传感器和配套控制软件构成。通过温湿度传感器监测室内温度，通过分析数据，根据软件预设值，当室内温湿度高于最高门限值时自动开启空调。当室内温湿度低于最底门限值时自动关闭空调，实现室内温湿度的自动控制。
7、门窗监视系统
门窗监视系统由窗户门磁模块及配套软件组成。窗户门磁模块用于检测门和窗户的开关状态，并将状态信息及时上传至服务器。同时设置敏感时段，实施对窗户的自动监视和报警。
8、通风换气系统
通风换气系统由抽风机、CO2传感器和配套监控软件构成。通过CO2传感器监测室内的CO2浓度，通过分析数据，根据软件预设值，当室内CO2浓度高于软件门限值时自动开启抽风机来进行换气，通过补充室外空气来降低室内CO2的浓度。
9、视频监控系统
视频监控系统由WiFi无线摄像头和配套监控软件构成。视频监控可为安防系统、资产出入库、人员出入情况提供查询依据。在教室前后门口各安装一个WiFi无线摄像头监控人员出入和资产的出入库情况，在教室内安装一个WiFi无线摄像头监控教室内部实时情况，所采集的影像经由远端射频单元传送至终端管理电脑，提供实时的监控数据。