物聯網環境下中小學教育管理與教學應用深度探索

摘要：隨著物聯網技術的發展及其在校園中的應用，小學校園如何借助物聯網簡化教育管理，以更好地服務于教育教學，是教育工作者目前面臨的重點課題之一。基于此，本文就小學校園中的物聯網應用進行了相關闡述與分析，以期為更多教育工作者提供參考。

關鍵詞：物聯網；信息科技；教育管理；教學應用

隨著新一輪科技革命和產業革命的深入發展，教育數字化轉型已成為全球共識。物聯網作為一個新興詞匯出現在各類媒體中的頻率越來越高。對于學校管理者來說，如何借助物聯網簡化教育管理流程，更好地服務于教育教學；如何在中小學階段的教育教學中更好地應用物聯網，成為亟待解決的問題。本文旨在深入探討物聯網在中小學教育管理與教學中的應用，研究其潛力與價值。

一、物聯網的本質與應用領域

物聯網的本質還是互聯網，只不過終端不再是計算機（PC、服務器），而是嵌入式計算機系統及其配套的傳感器。當前，人們所說的物聯網則是一種借助信息傳感采集設備來獲取指定目標的信息，并將這些目標信息與互聯網相結合并進行交換，從而形成的一個龐大網絡。物聯網存在的目的是將范圍內的所有人、物品、終端、網絡進行相互連接，從而使得管理、識別和控制變得更加簡單[1]。這是計算機技術發展的必然結果，為人類服務的計算機呈現出各種形態，如穿戴設備、環境監控設備、虛擬現實設備等。只要有硬件或產品連網并發生數據交互，即可稱之為物聯網。相信隨著數字化社會的不斷推進，大中小學校的教學和生活中將會出現越來越多的智能物聯應用。

二、物聯網在中小學教育管理中的應用策略

筆者所在學校（以下簡稱“某校”）于2019年開始進行市級智慧校園示范校的創建，于2022年開始進行省級智慧校園示范校的創建。在建設智慧校園時，學校管理團隊就結合智慧校園建設標準，充分地進行需求分析，有計劃、分階段地實施了物聯網管理及其應用建設。作為智慧校園的先行者，某校在物聯網應用方面進行了深入探索與實踐，取得了較為顯著的成效。

（一）校園安全升級與能源高效管理

2024年，全國出現了多起嚴重的消防安全事故，并涉及學校及其周邊場所的多人死傷事故。鑒于近年來消防安全事故頻發，某校利用物聯網技術實現了校園安全的全面升級。通過部署智能空氣開關和電能檢測儀，能夠在指定時間段內對潛在隱患區域進行物理斷電，從而有效預防電路火災，如在節假日、放學后的指定時間段內，對可能存在隱患的區域進行物理斷電，使得電器不再帶電工作，從而有效降低因電路問題引發的火災。某校在實施項目時，在全校共部署了120個智能空氣開關和78個電能檢測儀，可以通過遠程控制或定時設置進行斷電或供電操作。每當遇到節假日或周末，學校物業人員可以通過物聯功能進行物理斷電，從而大大降低了消防安全事故的發生概率。與此同時，學校分樓層、按類別對空調、班牌等192個點位進行電源集中控制，杜絕了大功率用電器的亂用、濫用情況，實現對用電設備的智能聯動調控，節約了電能，對環境保護與節能減排起到了積極的作用。

筆者還注意到，有些學校在校園監控中應用了跟蹤攝像頭，對可疑人員進行自動跟蹤取證，同時，通過移動終端，校園安全管理人員能夠對校園中發生突發情況的位置進行語音喊話、干預，提升了校園安全防控力度，構建了強大的校園安全防控體系，確保了校園生活的安全性。

（二）數字化環境檢測，打造健康教學空間

某校所在地冬季的霧霾天氣較重，學校實施了新風系統試點項目。其可根據天氣預報判定重污染天氣，并適時啟用新風系統。但具體到學校走廊、部室、教室等場所，空氣質量如何、新風系統是否能有效降低顆粒物，并沒有明確的量化數據與量化指標。某校在教室、辦公室、食堂等12個人員密集點位分別部署了空氣質量檢測模塊、溫濕度檢測模塊，能夠精準地顯示不同點位的空氣質量情況，且可根據具體情況進行具體響應，確保了教學環境的清新與舒適。同時，利用氣溫檢測、風速檢測、水泵房暖氣水溫檢測等模塊，從多個維度搭建了學校的智慧應用管理場景。

（三）智慧種植場景，激發學生探索興趣

某校現有春華園、秋實園勞動基地各一塊。秋實園常年種植各種時令蔬菜等農作物，如黃瓜、西紅杮、豆角、小麥、玉米、向日葵、花生等，學生非常喜歡在勞動基地進行勞動實踐活動。為了增強學生對現代科學種植知識的學習興趣，讓學生及時了解局部土地濕度、空氣濕度等數字化信息的價值，某校在種植園中植入了多個傳感器模塊，能夠有效地進行土壤pH酸堿度、濕度及相關數據的量化顯示。當環境出現異常時，系統能夠及時報警，以指導、提醒管理人員進行澆水等操作。小學生對種植系統尤其感興趣，有低年級學生一見到數值低就找物業人員要求給種植物澆水。后來，學生還通過數據分析發現，當土壤濕度低于30%時，植物生長緩慢。有了這些知識后，學生更加關心植物灌溉的問題。同時，學校還引入了自動化噴淋系統，進一步提高了種植效率，這一創新舉措不僅增強了學生的實踐操作能力，還激發了他們對現代農業技術的濃厚興趣。

（四）增強學生科技體驗，為學生提供身臨其境的學習體驗

在課程設計階段，教師可根據教學目標和內容，適時選擇虛擬現實（VR）、增強現實（AR）的物聯設備進行教學設計。例如，在歷史課上，教師可利用VR設備讓學生“穿越”回古代，親身體驗歷史事件；在地理課上，教師可通過AR技術將地球模型“搬”進教室，讓學生直觀全面地了解地形地貌，甚至可以通過AR設備觀察喜馬拉雅山脈的形成過程，從而增強學生的學習興趣和理解力；在生物課上，教師可通過VR相關物聯設備，讓學生親手解剖生物，觀察生物的多樣性與其他的奇特屬性……總之，教師可以利用物聯網設備整合多方位的教育資源，在信息科技課程教學環節打造豐富多元的趣味探索空間，從而進一步拓寬學生的學習范圍，提高學生的學習效率[2]。

（五）全物聯應用場景，提升管理便捷性

某校根據實際需要為多功能廳、會議室、室內籃球場等5個點位設置了全物聯場景。為了方便管理，將生活中常見的物聯場景部署到學校部室中，通過8通道控制器，實現了對窗簾、音響、燈光、多媒體等的遠程控制。管理員無需來回奔波，即可通過手機、平板等實現全物聯應用。

（六）教育管理的全面智能化

在圖書館應用FRID芯片，可實現對圖書借閱的精準記錄，能夠實現書籍的統計、推介等功能，還可以通過個體統計為青少年職業規劃提供數據參考；在食堂管理中，通過在餐盤中置入芯片，實現自助售賣飯菜、調整供餐種類等功能；在教室多媒體設備中通過物聯管控，遠程監測設備狀態，實現設備控制與故障診斷；通過學生電子手環、電子校徽等，實時發送學生進校、離校信息；還有諸如云桌面管理、自助巡課、停車場車位計數、LED燈具自動物聯管控、門禁集中管理等各類物聯管理系統，充分地將數字化、物聯系統應用到校園常規管理之中。

三、物聯網在小學課堂教學中的應用策略

（一）基于物聯網的信息科技教學

教育部于2022年出臺了《義務教育信息科技課程標準》，正式將信息科技納入國家課程。在“新課標”中，信息技術和數學學科的課程標準里都增加了與“大數據”技術相關的內容。信息技術“新課標”中反復強調“數據”一詞，突出了數據采集、數據分析， 而物聯網（ＩｏＴ）肩負的一個至關重要的任務就是數據采集[3]p.m.。因此，在7-9年級開設了物聯網實踐與探索內容模塊，跨學科主題中要求進行互聯智能設計，開辟了數字氣象站、智能場景暢想等模塊。

在小學階段課程中，要結合學習、生活情境進行電腦編程、機器人編程、（單片機）開發板的編程訓練。因此，在信息科技課堂中，某校結合學校實際需求，將智慧種植園、智慧LED燈等融入Ｍacrobit開發板的編程，讓學生通過感受校園全物聯場景，與物聯機器人進行互動活動設計。例如，某學生設計了一個智能灌溉系統，能夠根據土壤濕度自動開啟或關閉噴頭。通過信息科技實踐活動，學生的信息素養和計算思維得到了顯著提升。這種教學方式既能夠豐富信息科技學科的教學內容，又能對學生的信息意識、計算思維培養起到非常重要的推動作用。

（二）基于物聯網的體育教學

學校結合新一代攝像頭等智能硬件，在體育課上對學生跳繩次數、原地縱跳、仰臥起坐等進行智能計數，同時，對學生體質、運動能力進行檢測。數據顯示，使用智能攝像頭后，學生的運動數據記錄準確率提高了90%，教師能夠更精確地評估學生的體質狀況。也有學校通過物聯系統，從電子校徽、電子手環等設備中對學生走路里程、卡路里消耗等健康數據進行統計，并在公共區域通過LED顯示屏展示學生的運動排名。這種方式有效激發了學生的運動熱情。物聯系統還能夠進一步對學生的心率進行全程跟蹤與預警，使學生在學校的運動課程中獲得更多保護。

（三）基于物聯網的其他學科教學

在“互聯網+”的時代背景下，物聯網技術及其應用為各學科教學注入了新的活力與生機。例如，“物聯網+音樂”利用智慧鋼琴簡化了樂器教學流程。智慧鋼琴能夠自動識別學生的演奏錯誤，并提供即時反饋，幫助學生更快掌握演奏技巧；“物聯網+書法”通過集中控制書寫臺與洗筆器等設備，強化了課程管理；“物聯網+科學”“物聯網+勞動”等這些創新的教學模式不僅拓展了學生的知識面與應用層次，還使他們在輕松愉快的氛圍中掌握了更多的知識與技能。在“互聯網+”時代背景下，“物聯網+課程”的模式為各學科教學進行了多維賦能。學生對新的教學資源表現出了十足的興趣，為各學科教學注入了新的生機！

（四）基于物聯網的教學評價

某校在智慧校園建設中創新了評價方式，開創了“立碼評價”，即老師獎勵——家長激勵——學校分類排名鼓勵的方式。學生在學校學習、生活中的優異表現可以得到老師發放的二維碼電子書簽獎勵。學生回家以后，家長可以通過手機掃碼為學生增加積分，從而豐富學生的日常評價維度。“立碼評價”可以將學校與家長鏈接在一起，形成教育合力。同時，輔之以物聯環境下的無感知行為分析系統，對學生的學習過程進行大數據分析與評價，使教學評價更加客觀、科學，有利于開展個性化診斷與個性化教學。

四、中小學階段物聯網應用的優勢與不足

（一）教育管理與教學中物聯網應用的優勢

1.提升學校教育管理效率。通過集中管控，提升了設施設備的維護效率；通過創新評價方式，充分激勵學生，有助于教師開展個性化教學。

2.提高校園安全防范能力。簡而言之，校園能源管理本質上就是用弱電控制強電。進行科學規劃后，能夠實現能源系統的正常應用，從而達到節約能源，降低消防風險，提升校園防范能力的效果。

3. 提升學生信息素養和信息意識。按信息科技課程目標，學生可以在學校接觸和學習新的技術與科學理論，體驗萬物互聯中不同的應用場景。學生能夠采用編程等方式進行物聯控制體驗學習，對于進一步提升學生信息素養和信息意識。

4.提高各學科課堂教學效果。通過體育、音樂、書法、勞動等課堂教學中的應用，能夠拓展知識面與應用層次，使學生樂學、善學，從而提升課堂教學效果。

（二）教育管理與教學中物聯網應用的不足

1.信息教師素養有待提高。①信息科技課程作為小學科，其任課教師存在結構性缺編的問題。師范大學計算機專業畢業生多選擇了高薪職業，使得城市學校中小學存在招教難的問題。同時，由于城鄉差距，鄉村學校普遍缺乏專業信息科技教師。②物聯網教學對硬件配置和教師的應用能力有較高的要求。信息科技任課教師需要具備更全面的知識體系與教學能力，很多在職信息科技教師尚達不到要求，其信息素養有待進一步提高。

2.物聯網應用層次不高。很多學校搭建好物聯場景后，缺少應用資源的開發與深層次設計，導致應用層次較淺，使用頻率不高，沒有充分發揮設備價值。

3.設備穩定性有待進一步提高。物聯網依賴于網絡環境，除采用有線局域網外，有些應用使用無線WIFI或5G數據卡進行通信，存在部分區域信號比較弱，或個別設備信號發送延遲甚至無反應的情況。

五、結束語

在教育數字化不斷深入的背景下，中小學教育教學中要加強對物聯網應用的探索與實踐。學校可以結合實際需求部署物聯應用場景，同時應結合信息科技等學科教學內容，進一步發揮物聯網應用優勢，從而開辟教育發展新賽道，塑造教育發展新優勢。

作者單位：吳小峰 西安市鳳景小學

參考文獻

[1]馬飛.基于物聯網技術的中小學教學與管理探討[J].求知導刊，2020，（13）：7-8.DOI：10.14161/j.cnki.qzdk.2020.13.003.

[2]陶曉婷.小學信息科技課堂中的物聯網教學分析[J].中國新通信，2023，25（22）：131-133.

[3]劉宜萍.新課標中“物聯網技術”教學實施初探[J].安徽教育科研，2020，（14）：93-95.