物聯網技術在教育領域的應用與發展趨勢研究

摘要：物聯網技術在教育領域呈現出廣泛的應用前景。本文首先概述了物聯網技術在教育中的主要應用領域，包括智慧校園建設、教學過程優化、學習分析與個性化教育等。隨后分析了物聯網技術在教育領域應用面臨的挑戰，如技術標準缺失、數據隱私與安全、師生接受程度等。最后，提出了物聯網技術在教育領域未來的發展趨勢，包括技術標準化、大數據分析、虛擬現實等，并對其在教育改革中的作用及發展前景進行了展望。

關鍵詞：物聯網技術；教育應用；發展趨勢

一、引言

物聯網（Internet of Things， IoT）是一種新興的信息技術，通過傳感設備、網絡通信、數據處理等手段，實現物與物、物與人之間的互聯互通。物聯網技術的廣泛應用正推動著各行各業的變革，教育領域也不例外。物聯網在教育中的應用不斷深入，為教育信息化提供了新的技術支撐，對教育教學模式、學習方式以及管理模式產生了深遠影響。因此，研究物聯網技術在教育領域的應用現狀和發展趨勢，對推動教育創新發展具有重要意義。

二、物聯網技術在教育領域的主要應用

（一）智慧校園建設

物聯網技術為校園管理提供了新的解決方案，通過在校園內部部署各種感知設備，如溫濕度傳感器、攝像頭、RFID讀寫器等，實現對校園環境、安全、資產等各方面的全方位感知和監測。例如，浙江大學就利用物聯網技術建設了智能照明系統，通過感應人員活動情況自動調節照明，不僅提升了校園安全性，還能大幅節約能源消耗，一年可節省電費約100萬元。此外，物聯網技術還可以與校園管理系統無縫集成，實現數據的自動采集、傳輸和分析。北京師范大學就利用物聯網技術開發了校園資產管理系統，通過在學校設備和資產上貼RFID標簽，實現了對資產的實時定位和動態監控。該系統不僅大大提高了資產管理的效率，還能及時發現丟失或被盜的資產，有效保護了學校的財產安全。

（二）教學過程優化

物聯網技術可用于優化教學過程，為教學活動注入新的動力。其中，基于物聯網的互動式教學系統是一個典型的應用場景。例如，清華大學開發了一套基于物聯網的互動式教學系統，通過在教室內部部署各種傳感設備，如溫濕度傳感器、攝像頭等，實時采集學生的學習狀態數據，如出勤情況、課堂互動情況、情緒反應等。

教師可以通過配套的數據分析平臺，深入分析學生的學習行為和學習效果。比如，系統可以實時反饋每個學生的注意力集中程度，幫助教師及時調整教學方案。同時，系統還能根據學生的學習情況，自動推送個性化的課后練習和輔導資源，促進個性化學習。在實踐中，清華大學的這一互動式教學系統不僅提高了課堂的參與度和學習效果，也減輕了教師的教學負擔。

（三）學習分析與個性化教育

物聯網技術與大數據分析相結合，為學習分析和個性化教育提供了強大的技術支撐。一些學校正在利用物聯網技術構建學習分析系統，通過在校園環境中部署各種感知設備，如智能手環、學習終端等，全方位、實時地采集學生的學習行為數據，包括上課出勤、課堂互動、完成作業情況等。

以北京師范大學為例，他們開發了基于物聯網的學習分析平臺，通過大數據挖掘和分析技術，深入分析學生的學習軌跡和學習特點。比如，系統可以發現某些學生上課注意力較差，或者某些學生在某些知識點上理解困難。教師可以根據這些分析結果，及時調整教學方案，為學生提供個性化的學習反饋和輔導。同時，該系統還能根據學生的學習情況，自動推薦個性化的學習資源，如習題庫、視頻課程等，幫助學生有針對性地補充知識。

（四）校園生活管理

物聯網技術也可應用于校園生活管理的各個方面，提升校園生活的便利性和質量。其中，基于射頻識別（RFID）技術的校園一卡通系統是一個典型的應用場景。

一些學校就利用RFID技術開發了智能校園卡系統，通過在校園內部部署RFID讀寫器，實現對學生的就餐、圖書借閱、門禁等行為的自動化管理。例如，上海交通大學師生只需刷校園卡，就可以完成就餐結算、圖書借還等操作，大大提高了校園服務的便捷性。同時，該系統還能實時統計學生的就餐、借閱等數據，為學校食堂和圖書館的管理決策提供數據支撐。

三、物聯網技術在教育領域應用的挑戰

盡管物聯網技術在教育領域呈現出廣泛的應用前景，但其在實際應用中也面臨著一系列挑戰，需要相關方共同努力才能推動物聯網技術在教育領域的健康發展。

（一）技術標準缺失

物聯網技術涉及感知、網絡、平臺等多個層面，要實現不同系統之間的互聯互通和數據共享，需要制定統一的技術標準。然而，目前物聯網技術在教育領域的應用還缺乏這樣的統一標準，這成為制約其廣泛應用的重要瓶頸。根據IDC的數據，2021年全球物聯網市場規模達8462億美元，預計2026年將超過1.1萬億美元，年復合增長率達到5.5%。但在教育領域，物聯網技術的應用卻相對滯后。一項針對中國高校的調查顯示，僅有28.3%的學校建立了校園物聯網系統，主要集中在校園環境監測、資產管理等領域，缺乏跨系統的數據共享和應用整合。這主要是由于不同廠商開發的物聯網設備和系統之間缺乏統一的技術標準和協議，難以實現無縫對接。例如，在校園安防監控系統中，不同廠商的攝像頭設備可能無法與統一的管理平臺進行對接和數據交換。這不僅增加了學校的投入成本，還限制了物聯網技術在教育領域的綜合應用。為此，相關標準化組織正在制定針對教育領域的物聯網技術標準。例如，2021年，國際電信聯盟（ITU）發布了“物聯網在教育中的應用”的技術報告，提出了物聯網在教育中的參考架構和應用場景。2021年，中國教育部也聯合工信部等部門發布了《教育信息化2.0行動計劃》，明確提出要加快物聯網在教育領域的標準化進程。

（二）數據隱私與安全

物聯網技術在教育中的廣泛應用，意味著學校和教育機構將采集大量師生的個人信息和行為數據，這對學生的隱私安全構成了一定的威脅。根據麥肯錫的研究，到2025年，物聯網技術在全球范圍內將產生10萬億GB的數據，其中很大一部分來自教育領域。這些涉及學生學習、行為、健康等方面的數據，如果管理不善，極易被泄露或濫用，給師生的隱私安全帶來風險。

一項針對中國大學生的調查顯示，有65.8%的學生擔心學校會過度收集和使用他們的個人數據，認為這會侵犯個人隱私。2018年，美國一所中學就曾因使用人臉識別技術監控學生上下學，遭到學生家長的強烈反對。

為了保護學生的個人信息安全，各國政府和教育主管部門都出臺了相應的法規和政策。例如，2018年5月，歐盟正式實施《通用數據保護條例》（GDPR），明確要求學校等教育機構在收集和使用學生個人數據時，須事先獲得學生和家長的明確同意。2021年，中國教育部發布了《中小學生個人信息保護實施細則》，規定學校不得過度收集學生個人信息，并要建立健全信息安全管理制度。但實際上，教育機構在數據安全管理方面仍普遍存在薄弱環節。根據Verizon的數據安全報告，2021年教育行業的數據安全事故占所有行業的15.6%，位居第二。這主要是因為教育機構的信息安全投入相對較低，缺乏專業的數據安全管理團隊，在物聯網環境下很難有效防范各種數據安全風險。

（三）師生接受程度

物聯網技術的應用不僅需要學校的投入，也需要師生的積極配合。但由于師生對新技術的理解程度存在差異，部分師生可能會對物聯網技術的應用存在一定的抵觸情緒，這也成為制約物聯網在教育領域推廣應用的一大障礙。根據華東師范大學的一項調查，有近40%的教師擔心物聯網技術會增加他們的工作負擔，另有30%的教師擔心學生的隱私安全會受到侵犯。同時，有近三分之一的學生對物聯網技術在教育中的應用持負面態度，認為這會影響他們的學習體驗。

這主要是由于部分師生對物聯網技術的工作原理和應用場景了解不足，擔心會給自己的工作和學習生活帶來不利影響。例如，一些教師擔心學生的學習行為數據被過度監控，影響師生之間的互動關系；而有些學生則擔心自己的隱私信息被濫用，影響正常的學習生活。

為此，教育主管部門和學校需要加大對師生的培訓力度，提高他們對物聯網技術在教育中應用的認知水平。一方面，可以組織專題培訓，讓師生全面了解物聯網技術在教育中的應用特點和優勢，消除他們的疑慮和擔憂；另一方面，在實施物聯網技術應用時，也要充分聽取師生的意見，保證師生的合法權益，增強他們的參與感和認同感，促進物聯網技術在教育領域的順利推廣。

四、物聯網技術在教育領域的發展趨勢

盡管物聯網技術在教育領域應用還面臨一些挑戰，但隨著相關技術的不斷進步和應用環境的逐步完善，未來物聯網技術在教育領域的發展趨勢依然廣闊。

（一）物聯網技術標準體系不斷健全

近年來，國內外相關標準化組織已經著手制定針對教育領域的物聯網技術標準。根據IDC的預測，到2025年，全球物聯網設備將達到750億臺，其中教育行業的設備數量將接近10億臺。為確保這些設備能夠順利互聯互通，實現數據共享和應用整合，制定統一的技術標準顯得尤為重要。

依據教育部關于發布《高等學校數字校園建設規范（試行）通知》為深入貫徹落實黨的十九大精神，積極推進“互聯網+”行動，《中國教育現代化2035》把教育信息化建設列為重要內容，并列為“科教興國戰略、人才強國戰略”。教育部和工信部共同印發的《關于提高高等學校網絡管理和服務質量的通知》也明確提出要運用云計算、頂層設計等先進技術和理念進行智慧校園的建設，依托云計算、云操作系統、云存儲、虛擬化、云服務、物聯網等先進技術的優勢，結合教育智慧化、云服務化的實際，打造基于數字校園的智慧校園。加強教育信息化、數字化建設，構建覆蓋城鄉各級各類學校的教育信息化體系，促進優質教育資源普及共享，推進信息技術與教育教學深度融合，實現教育思想、理念、方法和手段全方位創新，對于提高教育質量、促進教育公平、構建學習型社會和人力資源強國具有重大意義。

（二）數據安全保護機制不斷健全

隨著物聯網技術在教育領域的廣泛應用，學校和教育機構將收集大量涉及師生隱私的個人數據，這對數據安全構成了巨大挑戰。與此同時，各界也在不斷健全相關的數據安全保護機制，為物聯網在教育領域的應用提供制度保障。一方面，各國政府和教育部門出臺了一系列法規政策，明確規定學校等教育機構在收集和使用師生個人信息時的合規要求。另一方面，教育行業也在不斷探索建立健全的數據安全管理機制。一些學校已經設立了專門的數據安全管理部門，明確數據收集、存儲、使用等各環節的責任和流程。同時，越來越多的教育機構開始采用加密、匿名化等技術手段，提升師生個人信息的保護水平。此外，業界也在積極制定針對教育領域的數據安全標準和規范。2020年，中國教育裝備行業協會發布了《5G+智慧校園白皮書》，其中就包含了關于教育領域數據安全管理的具體建議。這些標準的建立，將為教育機構提供可借鑒的數據安全保護實踐。隨著法規政策、管理機制和技術標準的不斷健全，未來物聯網技術在教育領域的應用將更加注重數據安全和隱私保護，切實維護師生的合法權益。

（三）人工智能與大數據推動教學模式變革

物聯網技術為教育領域帶來的另一大發展趨勢，就是與人工智能、大數據等新興技術的深度融合，推動教學模式發生革命性變革。

一方面，基于物聯網的實時數據采集與大數據分析，將使得學校和教師能夠全面了解每個學生的學習狀態和特點，為個性化教學奠定基礎。北京師范大學的學習分析系統和復旦大學的“智慧教學”APP等，就是很好的例證。通過對學生學習行為數據的深入分析，教師可以及時發現學生的學習問題，并提供針對性的輔導，實現因材施教。

另一方面，物聯網技術還為虛擬仿真實驗等創新教學模式的發展注入新動力。浙江大學建設的“云實驗室”項目，就利用物聯網技術構建了遠程實驗操作平臺，讓學生足不出戶就能完成各類實驗操作。與傳統的實驗教學相比，這種基于物聯網的虛擬實驗不僅大大提高了學生的學習靈活性，而且大幅節約了學校的實驗設備投入。

與此同時，人工智能技術也將與物聯網在教育中的應用深度融合。一些學校已經開始利用人工智能技術，結合物聯網采集的學習數據，為學生提供個性化的學習內容推薦和學習輔導。未來，這種基于人工智能和大數據的智能化教學，將進一步推動教學模式的創新發展，提升教學質量和學習效果。

五、結束語

物聯網技術在教育領域的應用不斷深化，為教育信息化提供了新的技術支撐，推動了教育教學模式、學習方式以及管理模式的變革。未來，物聯網在教育中的應用將更加標準化、大數據化和沉浸式，為教育事業的創新發展注入新的動力。

作者單位：李玎 華南農業大學信息網絡中心

參考文獻

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