物聯網技術在現代遠程教育領域的應用

摘要：物聯網為人們提供無所不在、隨時隨地的信息服務，而現代遠程教育局限于教師講課位置、雙方互動性及實時性的弊端。針對這樣的現狀，新一代的現代遠程教育系統采用了物聯網技術，實時反饋教師行動狀態及課堂內容，解放了教師，也調動了學生遠程學習的積極性。

關鍵詞：普適計算；現代遠程教育；互動性

作者簡介：王小妮（1977-），女，山東威海人，北京信息科技大學理學院，講師；（北京100192）北京科技大學經濟管理學院博士研究生；郝媛（1983-），女，蒙族，內蒙古包頭人，北京科技大學經濟管理學院博士研究生。（北京100083）

基金項目：本文系“北京市教委科技發展計劃面上項目”（項目編號：KM201110772018）的研究成果。

中圖分類號：G434#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻標識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）06-0113-02

當今世界，科學技術突飛猛進，人們對教育的需求日益增加。現代遠程教育作為一種新的教育模式，是提高全民族科學文化素質，促進教育思想、內容和方法改革，推動教育現代化，滿足社會日益增長的終身學習需求的重要手段。

遠程教育是指使用電視及互聯網等傳播媒體將課程傳送給課堂外的一處或多處學生的教學模式。現代遠程教育則是指通過音頻、視頻以及實時和非實時的計算機技術把課程傳送到課堂外的教育。它突破了時空的界線，對于業余進修者可以隨時隨地上課，不需要到特定地點上課。

現代遠程教育一般是通過有專職技術人員在場，負責切換主講人講課和看PPT的視頻界面。有的攝像機只能錄制固定區域范圍內影像，主講人在講課時，只能坐在固定位置以便視頻的錄制。也有的攝像機可以自動捕捉主講人的面孔，當主講人移動時，鏡頭可以通過轉動，繼續錄制主講人的影像。但這樣的系統是不允許現場有其他人員走動的，一般有其他人員走動，攝像機就有可能跟蹤了其他人員蹤跡，進行了錯誤的錄制。

針對上面提到的現代遠程教育遇到的弊端，物聯網技術就可以很好的解決此類問題。物聯網（The Internet of Things）即“物物互聯”，是近年來出現的一種新型計算模式，建立在嵌入式系統、無線傳感器網絡、分布式計算、通信網絡、移動計算等技術的飛速發展和日益成熟的基礎上，將各種物體充分聯接，通過無線網絡將采集到的實時動態信息傳送到中央服務處理中心，進行匯總、分析、處理、顯示和控制[1]。

物聯網技術的引入，主講人就可以不用端坐在電腦旁，只通過鼠標、鍵盤與學生交流，他可以自由的在教室走動，可以通過手勢和語言與現場以及場外的學生交流，遠程教育和現場教育融為一體，遠程學生可以無障礙的學習課堂內容，聽教師講解，看教師板書、手勢動作及通過在PPT等課件上的標注或幻燈等多種多媒體手段教課方式。利用物聯網計算方式設計的遠程教育平臺可以作為精品課程及網上教學的網絡教學平臺及遠程教育平臺。

一、物聯網計算架構

物聯網計算提供了經由網絡，使用各種各樣的物聯網計算設備，訪問后臺數據、應用和服務的功能。無論使用何種物聯網計算設備，用戶將能輕易訪問信息，得到服務。物聯網計算降低了設備使用的復雜性，幫助提高在外辦公人員的效率和人們的日常生活水平。實現物聯網計算的目標需要以下一些關鍵技術：場景識別、資源組織、人機接口、設備無關性技術、設備自適應技術等。

物聯網計算包括：

（1）物聯網計算設備：各種移動設備或嵌入式設備，如PDA、汽車導航系統、智能卡、智能手機、POS銷售機等。

（2）傳感設備及其互聯：適合普適計算的新型網絡、傳感、設備、終端等，及其互聯互通問題，包括位置、溫度、壓力、生化等傳感器和傳感器網絡的自組織、低能耗、通信等支撐技術；嵌入式、便攜式、可穿戴、專用化等新型用戶終端設備和交互設備，設備間的信息互換方式和標準化[2]。

（3）物聯網計算的軟件技術：在操作系統和中間件上支持在異構動態多樣的計算環境中有效完成用戶任務的支撐技術，包括軟件平臺的體系結構、構建模式、開發與編程模式等；資源和服務的發現、重組，運行現場的重構，安全保障。

（4）物聯網計算應用：智能空間如智能家庭、智能汽車、智能交通、智能會議室等；老年人智能家居，及其它物聯網計算應用系統。

馬希榮等人在文獻[3]中提出，計算機在某種程度上是可以對人的情感進行定性和定量分析的，通過傳感器監控，使用計算機技術處理和傳回。圖1設計了基于情感捕捉的物聯網智能化教學系統的系統架構[4]。

二、物聯網計算技術在現代遠程教育領域的應用

在該系統中，主要從計算智能和分布式傳感器系統著手研究，將物聯網計算和遠程教育相結合，建立物聯網遠程學習系統。物聯網的引入使得物理教學環境的每個物件都具有連通性、技術性、智能性、嵌入性的特性，可以隨時捕捉、分析教師和學生信息，并進行反饋，提供一個物聯網智能化的教學系統。

1.教學過程實時記錄

在物聯網智能化教學系統中，教師的操作包括調用課件、在電子黑板上作注釋、與遠方的學生交流等。系統能根據對教師動作的理解，在不同的場景下向遠方的學生轉發相應的視頻鏡頭或電子黑板內容，并自動記錄上課的內容。此外該系統通過臉部表情捕捉，如聽課專注情況、眉頭舒展情況、眼睛跟隨情況等，可以了解學生當時的學習狀態，實時將課堂教學效果進行反饋，教師可以根據相關信息調節教學進程。

2.教材聯網

在教材中加入RFID標簽，這樣使教材就置身物聯網，具有物聯網中連通性、技術性、智能性、嵌入性的特性。通過教室里安裝的RFID 閱讀器，可以將教材信息顯示在顯示屏上或遠程傳送到遠方學生的電腦顯示屏上[5]。在學習過程中，學生可以實時看到教材顯示信息，并且可以隨時查看關聯信息，如果出現疑問，也可以通過物聯網無線傳感器系統將問題反饋到網絡教學平臺。此平臺將自動把問題的答案顯示在電子屏幕上，老師也可以隨時查看相關問題并解答。

3.實訓系統教學

通過物聯網可以方便地把遠端的景象帶到課堂里，尤其是學生平時上課由于安全性或時間、經費等條件限制接觸不到的一些實戰演練：如海洋生物專業或農業相關專業，通過物聯網中的傳感器系統可以將海洋生物或農作物的生長過程錄制下來或實時傳送到課堂里，進行生動教學。通過這種實訓系統，學生猶如身臨其境的學習，打破了傳統教學的局限性，通過各種實驗環境的虛擬或演示，加速學生對相關知識的理解。

4.調節上課環境

通過光線傳感器可以自動調節窗簾高度及教室內照明系統亮度和計算機屏幕及教室顯示屏幕的亮度。通過溫度及濕度傳感器可以自動調節教室內溫濕度，使學生能在一個舒服的環境里更好地學習。

物聯網計算技術從人機系統對無處不在計算開展了工作，著重研究人和計算機一起工作的方式和技術，從人機系統的層次研究人機交互，將嵌入式及傳感器領域所學到的知識應用到實踐中。

物聯網智能化教學系統設計的目標：（1）利用傳感網絡，捕捉視頻鏡頭；（2）通過網絡顯示黑板及教材內容，并自動記錄上課內容；（3）與遠方學生交流。

物聯網智能化教學系統方式靈活，可以在課后通過遠程教育網絡對課堂教授的沒有理解的地方重新學習。可以通過BBS和老師同學進行交流，學習時間也比較自由。通過物聯網計算的引入，使遠程教育更直觀：（1）將物聯網計算與遠程教育相結合，實時再現課堂內容；（2）對物聯網計算技術的研究，實現遠程教育交互空間；（3）充分利用傳感器網絡，逐步建立“傳感器+網絡”的教學模式。

三、應用效果

使用物聯網計算技術的現代遠程教育系統能根據對教師動作的理解，在不同的場景下自動向遠方的學生轉發相應的視頻鏡頭或電子黑板內容，并自動記錄上課的內容。通過現代遠程教育，教師可以將事先編制好的文字教材或多媒體計算機輔助教材給學生，學生利用文字教材或多媒體教材進行自學；調用課件、在電子黑板上作注釋、與遠方的學生交流；可以對布置的作業進行一些有益的提示；學生在發現問題后可以及時向老師提出，老師對學生提出的問題迅速給予指導。能隨時檢查學生的學習進程和效果，可以隨時將編好的測試題發給學生，讓學生直接在“試卷”上答題，然后發送給老師，老師收到后可以直接在學生的“試卷”上批改，然后將批改過的“試卷”發還給學生。

在考核實驗操作能力時，物聯網智能化教學系統更能體現它的優勢。因為大多實驗班級的學生數量比較多，如20個學生，如果要學生分別將整個實驗從頭至尾做完，一個一個演示給老師看，1個實驗2個課時，需要40個課時，即需要超過1個星期的時間來考核這些學生。所以傳統的實驗考核很難對學生的實際動手操作過程進行監控，大多是通過學生提交實驗結果、實驗報告及答辯的形式進行。考核結果不能全面、準確地反映教學的實際效果。而進入物聯網智能化教學系統后，學生的操作通過物聯網進行跟蹤，物聯網對學生的每一步操作都能實時反饋到終端，老師可以很容易看到學生操作過程，從而使考核結果更準確有效。

四、結束語

物聯網計算是計算機技術應用的新的發展，是計算機技術應用到了生活的所有方面，成為生活的一部分。將物聯網計算技術應用到現在遠程教育領域，提高遠程教育質量，調動學生學習的積極性，加深學生對學習內容的感性認識和理解，成為新一代的遠程教育系統。

參考文獻：

[1]朱近之.智慧的云計算:物聯網的平臺[M].北京:電子工業出版社，2011.

[2]趙海.普適計算:計算混沌形式[M].沈陽:東北大學出版社，2005.

[3]馬希榮，王志良.遠程教育中和諧人機情感交互模型的研究[J].計算機科學，2005，(9):182-194.

[4]劉景福，陳松生.普適計算環境下遠程教育情感交互的設計模型[J].現代教育技術，2009，(4):90-93.

[5]白會肖，賈樹生.物聯網在高職教育改革中的作用[J].石家莊職業技術學院學報，2011，(4):20-21.

（責任編輯：劉麗娜）