物聯網技術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 北京 100048 2 中國教育技術裝備雜志社 北京 100081 3 北京師范大學 北京 100875

物聯網技術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 北京 100048 2 中國教育技術裝備雜志社 北京 100081 3 北京師范大學 北京 100875

從物聯網技術對教育裝備“四效”問題（裝備使用效能、學生學習效果、教師教學效率、教育中觀效益）的作用和作為教育裝備的物聯網技術標準化問題兩個方面做出更加詳細的論述。

教育裝備；物聯網技術；四效；裝備標準

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

1 物聯網技術對提高教育裝備使用效能的作用

物聯網（Internet of things）技術以Internet互聯網為基礎，利用無線傳感器網（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、智能化地聯系起來，實現除人與計算機之外的一切必要設備的Internet接入。

物聯網就是“物物相連的互聯網”，這意味著：1）物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡；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。物聯網可以定義為：通過射頻識別、紅外感應、全球定位、激光掃描等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網是集信息采集、信息處理、信息傳輸于一體的綜合智能信息系統，在軍事應用、環境觀測和預報系統、醫療護理、智能家居、建筑物狀態監控等諸多領域都有廣闊的應用前景，而將物聯網技術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都被自動或遠程地監視和控制起來，所有數據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揮其效能，而記錄下來的這些數據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，物聯網技術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 物聯網技術對檢驗學生學習效果的作用

實證研究方法在經濟學、管理學等社會科學領域的成功使人們將它迅速地引入教育學和教育技術學中來。比較保守地估計，這種研究已經在教育技術領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該采取更加慎重的態度和考慮更加科學的研究形式，這是因為研究對象是 具體的人，是一些甚至還未成年的學生。

例如，希望證明多媒體技術應用在教學上的有效性，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期或兩個學期時間的教學，做中測和后測；建立檢驗假設，用統計學的方法驗證其有效性。這種方法其實是在用學生做試驗，應該慎重使用。北京師范大學楊開城教授的文章指出這種實證研究的問題，認為是對學生不公平，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。通過對大范圍學校班級多媒體使用情況和使用效果的統計，得出更加客觀的研究結論。這種研究方法是基于物聯網技術的，需要通過物聯網對多媒體設備使用狀況和學生學習情況的數據進行采集，并按照空間序列進行統計分析。

從理論上講，這兩種研究方式在統計學意義上效果是一致的。舉個統計學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100次，則硬幣出現正反面的概率基本相等，各占50%，此時，這一枚硬幣的表現為一個時間序列；而如果將100枚硬幣同時拋下，硬幣出現正反面的概率也基本相等，各占50%，此時全部硬幣的表現為一個空間序列。統計學指出，這兩個概率其實就是同一個概率。因此，不必擔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心那些更需要擔心的事情就行了。

3 物聯網技術對提高教師教學效率的作用

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的理念。2009年教育部制定《中小學實驗室規程》，該規程的執筆者蔡耘處長（教育部基礎教育司條件裝備處）在對規程的解讀宣講時曾多次強調探究性實驗教學對培養學生創新能力的重要作用。在2010年2月教育部頒布的《中小學理科實驗室裝備規范》中，則將科學探究實驗室正式列入實驗室系列。至此，探究性實驗教學就成為基礎教育教學（特別是理科教學）中和實驗室建設中追求的主要目標。在探究性實驗教學的實施中，主要采取開放實驗室的形式，讓學生通過相互協作，自行建立研究目標、自行設計實驗過程、自行掌握和發現相應的原理與結論。其目的是使學生建立科學研究思想，掌握科學研究方法，提高科學研究能力。這種實驗教學形式對教師提出非常高的要求，他們既要引導學生做實驗，還要管理儀器設備。由于學生實驗內容都不相同，實驗時間非常分散，于是就造成教師的巨大工作量。

開放實驗室設備無人職守，登記、使用需要智能化監控，實驗教學中學生操作能力的評價需要智能化監考，而這些功能都可以通過物聯網技術實現。無線傳感器網可以感知各種儀器設備的連接狀態，可以感知實驗器材的相對位置，可以感知實驗系統的工作狀況，對學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，提高教師教學的效率。

4 物聯網技術對測量教育中觀效益的考慮

效益的原本意思是投入產出比（即：效益=產出/投入）。教育效益則是指教育投入的產出效果，包括直接效益和間接效益、經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帶來的巨大社會經濟效益；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的各類學生的規模效益和質量效益，規模效益由辦學單位的畢業或結業學生人數體現，而質量效益則主要通過學生學習成績達標率、就業率和學生滿意度等來進行衡量。

教育裝備的效益與教育的效益應該是同一個概念。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模的數據統計，且無法得到較為精確的計算結果，也暫不能放在研究的視線之內。于是，教育裝備效益研究的重點應放在中觀層面上。對教育裝備的成本-效益進行評價應該限定在一定的歷史時期、局部的地區范圍、適當的辦學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出變量不是唯一的，而影響產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據包絡分析（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據，這些數據的收集費時、費力，而且需要精準、可靠。將DEA軟件嵌入學校的物聯網系統，可以實時得到評價結果，對優化教育教學，提高教育的效益有著積極的作用。

5 物聯網技術作為教育裝備標準化問題的思考

任何一種裝備用于教學，都有對教學的適應性和非適應性的問題。這個適應性既包括對學生認知的考慮，還包括對學生安全、生理健康、心理健康等方面的認同，同時還有各種技術指標方面的要求。所以，物聯網技術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。

僅從技術角度看，物聯網必須解決3個方面的問題：1）無線傳感器網絡協議；2）價格低廉的路由器與無線傳感器；3）系統的安全性。無線傳感器網絡節點計算能力和存儲資源有限無法運行現有的IPV6協議棧，所以基于802.15.4協議的內嵌微型IPV6協議棧是實現低功耗無線傳感器與物聯網路由器，解決無線傳感器網絡與下一代互聯網（IPV6）直接互聯互通的關鍵性問題。同時還應考慮2.4 GHz無線通信在低功耗的前提下如何實現穩定可靠的傳輸。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。所有這些都應該具有相應的技術參數、接口類型、電氣指標等要求。

從本質上講，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而設計的，將它們拿來作為教育裝備，在使用中發現它們對教學的非適應性，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的。教育裝備人的使命就是要通過科學地提供教育裝備以優化教育教學，這就需要在設計開發新教育裝備時，或在引進新教育裝備時，同時將其標準制定出來，以免被動。物聯網技術的出現又在重復上述過程，但是應該盡量做得主動，盡量超前地考慮物聯網納入教育裝備體系時的標準化問題，以便充分發揮其作用，科學解決“四效”，使教育裝備早日現代化，從而促進教育的現代化。

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

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

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

[4]艾倫,等.數據包絡分析在教育裝備成本-效益研究上的應用[J].中國教育技術裝備,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