基于物聯網技術的“泛在學習系統”設計初探

摘? 要：為建設一種更開放、便捷的信息化學習環境，轉變傳統的學習方式，促進教育信息化的發展，通過理清物聯網技術和“泛在學習”兩者的關系，提出一種基于物聯網技術的“泛在學習系統”，設計其組成和運行模型，形成系統可支持的個性化、合作式的各類“泛在學習”方式。有效探索了學習環境建設和學習方式轉變的具體渠道、路徑和方法。

關鍵詞：泛在學習;物聯網技術;學習方式

中圖分類號：C434? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）06-0185-03

Abstract：In order to build a more open and convenient information-based learning environment，change the traditional learning mode，and promote the development of education informatization，a kind of “ubiquitous learning system” based on internet of things technology is proposed by clarifying the relationship between internet of things technology and “ubiquitous learning”，and its composition and operation model are designed to form personalized and cooperative “ubiquitous learning” that the system can support way. It effectively explores the specific channels，paths and methods of learning environment construction and learning mode transformation.

Keywords：ubiquitous learning;internet of things technology;learning style

0? 引? 言

根據《上海市中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》中教育信息化“為學生提供更加開放、便捷的學習環境”的要求，推進信息技術在教育教學工作中的深度應用，為每一個受教育者營造“老師總在我身邊”的信息化學習環境。而“泛在學習”作為一種學習形態，融合普適學習和移動學習的優點，學習者既可以通過手持移動通訊設備進行學習，又可以通過服務系統與嵌入式設備交互來感知學習情境以支持學習者自身的學習，使學習無處不在地得到支持。而物聯網技術在構建智能化教學環境時，可以使得物理教學環境的每個物件都具有數字化、網絡化、智能化特性，可以與虛擬學習環境進行無縫整合，即時地捕捉、分析師生的教與學的需求信息，并進行相應的調整[1]，為師生提供智能化的學習環境。筆者所在學校，由于教育信息化建設起步較早，部分系統平臺已不適應目前的教育教學發展，各類系統平臺相互割裂、各自為政，形成“信息孤島”;各類學習資源沒有得到充分的應用，各類工具與技術沒有有效地和學習環境相結合。

基于上述研究的背景，筆者提出將“泛在學習”思想和物聯網技術相結合，解決學校的現實問題，并逐步實現信息化規劃綱要所提出的“為學生提供更加開放、便捷的學習環境”的要求，促進教育信息化的發展，轉變傳統的學習方式。

1? 設計目的

“泛在學習”作為一種新興的學習模式，在理論上的研究并不成熟，國內外學術界對“泛在學習”有許多定義，就目前而言，我國學者普遍接受和使用的定義是2007年《中國電化教育》雜志刊登的兩次關于“1：1數字化學習”專題中提到的概念，即“泛在學習”是一種任何人（anyone）可以在任何地方（anywhere）、任何時刻（anytime）獲取所需的任何信息（anything）的學習方式。而在技術與實現上，目前只是對“泛在學習”功能進行了部分實現[2]，將“泛在學習”理論轉化為實際的應用，在高校正逐步開展，成為熱點，而基礎教育階段在國內幾乎是空白的。物聯網技術發展雖然迅速，但在教育中的研究與應用現尚處于起步階段，物聯網環境下的未來課堂的研究是一個前瞻性的研究，需要更多學科研究者的關注和參與[3]。所以“泛在學習”和物聯網技術相結合，開展此方面的研究，具有一定的理論價值和實踐意義。因此通過設計基于物聯網技術的“泛在學習系統”，探索“泛在學習”可實現的部分功能，設計多種學習方式，探索學習環境建設和學習方式轉變的具體渠道、路徑和方法，是研究的主要目的。

2? 設計內容

2.1? 理清物聯網技術與“泛在學習”的關系，提出“泛在學習系統”

2.1.1? 物聯網技術與“泛在學習”有相通之處

有研究者指出“泛在學習”下有多種典型的交互類型：人與人之間的交互、人與對象的交互、對象與對象的交互[4]。而物聯網技術強調現實生活中各種物件的互聯，包含了對物件之間、人與物件之間、人與計算機之間、人與人之間、物件與計算機之間、計算機之間等各種“主體”的智能互聯?？梢妰烧哂邢嗤ㄖ帲梢詫⑽锫摼W看作是一種可開展“泛在學習”的網絡。甚至有研究者認為，“泛在學習”的思想與物聯網的核心技術思想不謀而合[5]。

2.1.2? 物聯網技術可成為“泛在學習”實現的有效技術手段

“泛在學習”提出了一種人性化、較理想化的學習狀態，這種學習不可能憑空發生，需要借助數字技術支撐，這種技術一般稱為“普適技術”。目前支持“泛在學習”的普適技術種類繁多，也在不斷發展，沒有哪一種技術一定是最好的，就目前現狀而言，在“泛在學習系統”搭建中，物聯網技術有著較突出的技術優勢。現階段“泛在學習”在一般技術支持下，學生多數僅能獲得文字、圖像、聲音等數字信息資源，對于實際存在的物，例如實驗儀器、設備、材料，乃至教室的調用是無法進行的。但應用物聯網技術，就能實現進一步突破，任何學生可在任何時間、任何地點、都可調用這類實體資源，真正實現“泛在學習”對任何資源的全覆蓋，這也是目前借助物聯網技術，能較易實現的“泛在學習”功能。

2.1.3? “泛在學習系統”概念的提出

通過分析，不難發現，物聯網技術較好地對接“泛在學習”思想，更有效地支持了“泛在學習”的開展。所以“泛在學習”思想和物聯網技術兩者結合，可設計基于物聯網技術的“泛在學習系統”。本文設計的“泛在學習系統”特指以物聯網技術為基礎支撐，以“泛在學習”思想為指導，提供開放、優化的學習資源、提供無處不在的服務支持，并始終貫穿融合在學習環境中的軟硬件平臺。

2.2? “泛在學習系統”組成模型設計

系統設計由物聯網技術、學習資源庫、服務支持平臺三個主要部分組成，其組成模型如圖1所示，設計為三角結構，其中物聯網技術、學習資源庫、服務支持平臺三者各占一角，互相支撐，缺一不可;結構重（中）心作用于學習者，并自然融合在學習環境中。物聯網技術是“泛在學習系統”的基礎層，保障了學習資源的構建及其輸入輸出，并協同服務支持平臺，實現“泛在學習系統”的運行。學習資源庫、服務支持平臺（合作式學習、個性化學習、綜合服務平臺）是“泛在學習系統”的應用層，學習者可無需理會技術是如何實現的，而是自然地使用。

2.2.1? 物聯網技術應用設計

學校提出，只要是能融合在學習環境中，實現無處不在、無縫連接的數字技術及其設備，都屬于支持“泛在學習”的技術。主要設計引入物聯情景感知技術，包括射頻識別、傳感器、微機電、攝像頭等;引入物聯無縫連接技術，包括無線傳感、移動通信、藍牙、GPS等。這些技術將人（學生、教師等學習對象）、物（教學場所、設備、工具等學習資源）、事（學習活動等）連接在一起，滿足資源調用、服務支持，開展學習活動的需要，搭建成為“泛在學習系統”的硬件橋梁。

2.2.2? 學習資源庫設計

學校提出的學習資源庫，特指以學生為中心、以學習資源為主體的“智能”庫。學習資源有三類，一是包括習題、問題解答、電子圖書、課件、課程、實體資源、網頁內容和鏈接、APP、文本、視音頻、動畫等多樣式多類型“學習內容”的基本資源，目前學校已有“學科資源庫”“數字圖書館”等基本資源。二是多種個性化、合作式“學習活動”的配套資源，目前以學校創新實驗室實驗資源為主。三是以學習者為中心，學習者學習過程中產生的“生成信息”，生成信息是指學生的學習信息，主要包括反映學生水平、學習品質的學習信息，是學習資源庫的核心資源，目前學校已有“成長的軌跡”等學習資源。這三類學習資源結合，構成可不斷自主積累、生成的“智能”庫，其中“智能”采集得到學校每一位學習者的學習信息而組成的學習資源庫，是學校獨具特色，充分體現以學生為中心理念的資源庫。

2.2.3? 服務支持平臺設計

服務支持平臺是一種既直接面對學習者，提供各類學習服務，又協同物聯網技術，保障整個“泛在學習系統”穩定運行的平臺。按其提供的服務功能，設計分為三個模塊平臺：綜合服務平臺、個性化學習平臺、協作式學習平臺。

2.3? “泛在學習系統”運行模型設計

“泛在學習系統”運行模型設計，如圖2所示。

2.4? “泛在學習系統”的多種學習方式設計

2.4.1? 個性化學習方式設計

支持自主學習的“泛在學習”。學習方式概述：在“泛在學習系統”個性化學習平臺、學習資源庫的支持下，任何學生在任意學習時間段，根據個人需求都可以獲取系統智能推薦（即平臺按其學習水平智能推送），或個人選擇滿足個人需求的任何學習工具、任何數字資源、實驗室中的常備符合安全、無需場地要求的實驗器材設備等資源，進行自主實驗學習體驗;學習中可通過平臺得到其他學習者、教師、專家的交互支持;學習后可選擇平臺在線測評或遞交學習報告;學習過程被實時記錄。此種學習方式，主要針對學生自主實驗的需求，學生的需求可以是提出一個實驗問題，可以是需要一項輔助實驗學習的學習資料，可以是需要一件（套）實驗器材、設備。如是簡單需求系統自動批準即可;如是復雜需求則選取對應需求和其學習水平的學習資源、學習工具，并推薦若干學習伙伴、指導教師，通過“個性化學習平臺”推送至學生終端。學生可在指定時間段、地點領取實驗器材、設備，自主開展實驗。學習完成后，信息歸檔、器材設備歸還。學習過程中的所有學習信息和數據統計，采集入“學習資源庫”。

支持接入專用教室的“泛在學習”。學習方式概述：在“泛在學習系統”個性化學習平臺、學習資源庫的支持下，在任何時間，任何地點，任何學生根據個人需求，可開展任何實踐類課程在線學習;在線學習結束后，可進一步借助個性化學習平臺，選擇任何時間段，選擇在線學習所對應的實踐操作，預約實踐學習所配套的教室及其專用器材設備;在預約的時間段內，自行打開預約的教室或使用專用器材設備，開展實踐學習體驗。在整個學習過程中，通過平臺可得到其他學習者、教師的交互支持;在接入的專用教室里，管理員通過在線攝像頭可實時監控，提供支持保障;學習完成后，遞交實踐報告，教師完成評價，學習活動過程信息采集入庫。目前已在機器人設計與制作實驗室中開展此方式的研究。

2.4.2? 合作式學習方式設計

學習方式概述：根據任課教師、專家、校外機構在“泛在學習系統”合作式學習平臺上發布的合作類主題項目任務。例如，地理學科的“仰望星空”“地震預報”項目。

以“仰望星空”項目為例，學?，F有天文臺、天象館各一座，可全天使用。但由于星空觀測基本都是半夜，學生定期來校實地操控大型望遠鏡，觀察星空基本是不可能的事，故設計將物聯設備接入天文臺球幕及大型望遠鏡操作平臺，項目組學生可在家或其他任意網絡接入的地點，按時間排表輪流通過合作式學習平臺，物聯操控實體資源“球幕”在指定方位打開，物聯操控實體資源“望遠鏡”旋轉到指定位置，傳遞星空圖，根據指令抓拍，圖片保存在“學習資源庫”，完成整晚或某個特定時間段的星象觀察。

設計的主題項目還有，生物學科的“珍稀植物育苗”“綠色農業栽培”等栽培項目。

3? 結? 論

隨著物聯網技術、云計算技術等泛在技術的快速發展，本文設計的基于物聯網技術“泛在學習系統”還有待進一步完善，但筆者希望拋磚引玉，給予同行者們借鑒，共同促進教育信息化的發展，建設“泛在學習系統”，轉變傳統的學習方式。

綜上所述，本文設計的基于物聯網技術的“泛在學習系統”平臺，通過物聯調用、環境感知、情景識別、過程記錄、決策分析、信息推送、多元評價，形成完整的運行鏈，實現個性化和合作化的學習方式?！胺涸趯W習系統”的設計，不僅為“泛在學習”思想的落地提供了一條新思路，更是提出了建設新型學習環境的新方法。但設計僅是中間過程，還需進一步通過開發、應用及實踐，檢驗是否能夠真正搭建一種更開放、更便捷的信息化學習環境，促進教與學方式的轉變。

參考文獻：

[1] 李盧一，鄭燕林.物聯網在教育中的應用 [J].現代教育技術，2010，20（2）：8-10.

[2] 羅潔.信息技術帶動學習變革——從課堂學習到虛擬學習、移動學習再到泛在學習 [J].中國電化教育，2014（1）：15-21+34.

[3] 馮麗，卞良.基于物聯網的未來課堂展望 [J].華章，2014（1）：182.

[4] 李盧一，鄭燕林.泛在學習環境的概念模型 [J].中國電化教育，2006（12）：9-12.

[5] 曹亮，付志文，李湘麗.物聯網環境下泛在學習模式的構建 [J].農業網絡信息，2014（4）：125-128.

作者簡介：陳棟（1976.09-），男，漢族，上海人，中學高級教師，碩士，研究方向：教育管理、信息技術。