基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”設(shè)計初探

摘? 要：為建設(shè)一種更開放、便捷的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，促進教育信息化的發(fā)展，通過理清物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和“泛在學(xué)習(xí)”兩者的關(guān)系，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，設(shè)計其組成和運行模型，形成系統(tǒng)可支持的個性化、合作式的各類“泛在學(xué)習(xí)”方式。有效探索了學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)和學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的具體渠道、路徑和方法。

關(guān)鍵詞：泛在學(xué)習(xí);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);學(xué)習(xí)方式

中圖分類號：C434? ? ? 文獻標(biāo)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(jù)《上海市中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中教育信息化“為學(xué)生提供更加開放、便捷的學(xué)習(xí)環(huán)境”的要求，推進信息技術(shù)在教育教學(xué)工作中的深度應(yīng)用，為每一個受教育者營造“老師總在我身邊”的信息化學(xué)習(xí)環(huán)境。而“泛在學(xué)習(xí)”作為一種學(xué)習(xí)形態(tài)，融合普適學(xué)習(xí)和移動學(xué)習(xí)的優(yōu)點，學(xué)習(xí)者既可以通過手持移動通訊設(shè)備進行學(xué)習(xí)，又可以通過服務(wù)系統(tǒng)與嵌入式設(shè)備交互來感知學(xué)習(xí)情境以支持學(xué)習(xí)者自身的學(xué)習(xí)，使學(xué)習(xí)無處不在地得到支持。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在構(gòu)建智能化教學(xué)環(huán)境時，可以使得物理教學(xué)環(huán)境的每個物件都具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化特性，可以與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境進行無縫整合，即時地捕捉、分析師生的教與學(xué)的需求信息，并進行相應(yīng)的調(diào)整[1]，為師生提供智能化的學(xué)習(xí)環(huán)境。筆者所在學(xué)校，由于教育信息化建設(shè)起步較早，部分系統(tǒng)平臺已不適應(yīng)目前的教育教學(xué)發(fā)展，各類系統(tǒng)平臺相互割裂、各自為政，形成“信息孤島”;各類學(xué)習(xí)資源沒有得到充分的應(yīng)用，各類工具與技術(shù)沒有有效地和學(xué)習(xí)環(huán)境相結(jié)合。

基于上述研究的背景，筆者提出將“泛在學(xué)習(xí)”思想和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，解決學(xué)校的現(xiàn)實問題，并逐步實現(xiàn)信息化規(guī)劃綱要所提出的“為學(xué)生提供更加開放、便捷的學(xué)習(xí)環(huán)境”的要求，促進教育信息化的發(fā)展，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式。

1? 設(shè)計目的

“泛在學(xué)習(xí)”作為一種新興的學(xué)習(xí)模式，在理論上的研究并不成熟，國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對“泛在學(xué)習(xí)”有許多定義，就目前而言，我國學(xué)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(guān)于“1：1數(shù)字化學(xué)習(xí)”專題中提到的概念，即“泛在學(xué)習(xí)”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(xué)習(xí)方式。而在技術(shù)與實現(xiàn)上，目前只是對“泛在學(xué)習(xí)”功能進行了部分實現(xiàn)[2]，將“泛在學(xué)習(xí)”理論轉(zhuǎn)化為實際的應(yīng)用，在高校正逐步開展，成為熱點，而基礎(chǔ)教育階段在國內(nèi)幾乎是空白的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展雖然迅速，但在教育中的研究與應(yīng)用現(xiàn)尚處于起步階段，物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的未來課堂的研究是一個前瞻性的研究，需要更多學(xué)科研究者的關(guān)注和參與[3]。所以“泛在學(xué)習(xí)”和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)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(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，探索“泛在學(xué)習(xí)”可實現(xiàn)的部分功能，設(shè)計多種學(xué)習(xí)方式，探索學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)和學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的具體渠道、路徑和方法，是研究的主要目的。

2? 設(shè)計內(nèi)容

2.1? 理清物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與“泛在學(xué)習(xí)”的關(guān)系，提出“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”

2.1.1? 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與“泛在學(xué)習(xí)”有相通之處

有研究者指出“泛在學(xué)習(xí)”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(lián)網(wǎng)技術(shù)強調(diào)現(xiàn)實生活中各種物件的互聯(lián)，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(lián)?？梢妰烧哂邢嗤ㄖ帲梢詫⑽锫?lián)網(wǎng)看作是一種可開展“泛在學(xué)習(xí)”的網(wǎng)絡(luò)。甚至有研究者認為，“泛在學(xué)習(xí)”的思想與物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)思想不謀而合[5]。

2.1.2? 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可成為“泛在學(xué)習(xí)”實現(xiàn)的有效技術(shù)手段

“泛在學(xué)習(xí)”提出了一種人性化、較理想化的學(xué)習(xí)狀態(tài)，這種學(xué)習(xí)不可能憑空發(fā)生，需要借助數(shù)字技術(shù)支撐，這種技術(shù)一般稱為“普適技術(shù)”。目前支持“泛在學(xué)習(xí)”的普適技術(shù)種類繁多，也在不斷發(fā)展，沒有哪一種技術(shù)一定是最好的，就目前現(xiàn)狀而言，在“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”搭建中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著較突出的技術(shù)優(yōu)勢?，F(xiàn)階段“泛在學(xué)習(xí)”在一般技術(shù)支持下，學(xué)生多數(shù)僅能獲得文字、圖像、聲音等數(shù)字信息資源，對于實際存在的物，例如實驗儀器、設(shè)備、材料，乃至教室的調(diào)用是無法進行的。但應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就能實現(xiàn)進一步突破，任何學(xué)生可在任何時間、任何地點、都可調(diào)用這類實體資源，真正實現(xiàn)“泛在學(xué)習(xí)”對任何資源的全覆蓋，這也是目前借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能較易實現(xiàn)的“泛在學(xué)習(xí)”功能。

2.1.3? “泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”概念的提出

通過分析，不難發(fā)現(xiàn)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)較好地對接“泛在學(xué)習(xí)”思想，更有效地支持了“泛在學(xué)習(xí)”的開展。所以“泛在學(xué)習(xí)”思想和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)兩者結(jié)合，可設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”。本文設(shè)計的“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”特指以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)支撐，以“泛在學(xué)習(xí)”思想為指導(dǎo)，提供開放、優(yōu)化的學(xué)習(xí)資源、提供無處不在的服務(wù)支持，并始終貫穿融合在學(xué)習(xí)環(huán)境中的軟硬件平臺。

2.2? “泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”組成模型設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計由物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、學(xué)習(xí)資源庫、服務(wù)支持平臺三個主要部分組成，其組成模型如圖1所示，設(shè)計為三角結(jié)構(gòu)，其中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、學(xué)習(xí)資源庫、服務(wù)支持平臺三者各占一角，互相支撐，缺一不可;結(jié)構(gòu)重（中）心作用于學(xué)習(xí)者，并自然融合在學(xué)習(xí)環(huán)境中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的基礎(chǔ)層，保障了學(xué)習(xí)資源的構(gòu)建及其輸入輸出，并協(xié)同服務(wù)支持平臺，實現(xiàn)“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的運行。學(xué)習(xí)資源庫、服務(wù)支持平臺（合作式學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)、綜合服務(wù)平臺）是“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的應(yīng)用層，學(xué)習(xí)者可無需理會技術(shù)是如何實現(xiàn)的，而是自然地使用。

2.2.1? 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用設(shè)計

學(xué)校提出，只要是能融合在學(xué)習(xí)環(huán)境中，實現(xiàn)無處不在、無縫連接的數(shù)字技術(shù)及其設(shè)備，都屬于支持“泛在學(xué)習(xí)”的技術(shù)。主要設(shè)計引入物聯(lián)情景感知技術(shù)，包括射頻識別、傳感器、微機電、攝像頭等;引入物聯(lián)無縫連接技術(shù)，包括無線傳感、移動通信、藍牙、GPS等。這些技術(shù)將人（學(xué)生、教師等學(xué)習(xí)對象）、物（教學(xué)場所、設(shè)備、工具等學(xué)習(xí)資源）、事（學(xué)習(xí)活動等）連接在一起，滿足資源調(diào)用、服務(wù)支持，開展學(xué)習(xí)活動的需要，搭建成為“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的硬件橋梁。

2.2.2? 學(xué)習(xí)資源庫設(shè)計

學(xué)校提出的學(xué)習(xí)資源庫，特指以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)資源為主體的“智能”庫。學(xué)習(xí)資源有三類，一是包括習(xí)題、問題解答、電子圖書、課件、課程、實體資源、網(wǎng)頁內(nèi)容和鏈接、APP、文本、視音頻、動畫等多樣式多類型“學(xué)習(xí)內(nèi)容”的基本資源，目前學(xué)校已有“學(xué)科資源庫”“數(shù)字圖書館”等基本資源。二是多種個性化、合作式“學(xué)習(xí)活動”的配套資源，目前以學(xué)校創(chuàng)新實驗室實驗資源為主。三是以學(xué)習(xí)者為中心，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的“生成信息”，生成信息是指學(xué)生的學(xué)習(xí)信息，主要包括反映學(xué)生水平、學(xué)習(xí)品質(zhì)的學(xué)習(xí)信息，是學(xué)習(xí)資源庫的核心資源，目前學(xué)校已有“成長的軌跡”等學(xué)習(xí)資源。這三類學(xué)習(xí)資源結(jié)合，構(gòu)成可不斷自主積累、生成的“智能”庫，其中“智能”采集得到學(xué)校每一位學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)信息而組成的學(xué)習(xí)資源庫，是學(xué)校獨具特色，充分體現(xiàn)以學(xué)生為中心理念的資源庫。

2.2.3? 服務(wù)支持平臺設(shè)計

服務(wù)支持平臺是一種既直接面對學(xué)習(xí)者，提供各類學(xué)習(xí)服務(wù)，又協(xié)同物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，保障整個“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”穩(wěn)定運行的平臺。按其提供的服務(wù)功能，設(shè)計分為三個模塊平臺：綜合服務(wù)平臺、個性化學(xué)習(xí)平臺、協(xié)作式學(xué)習(xí)平臺。

2.3? “泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”運行模型設(shè)計

“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”運行模型設(shè)計，如圖2所示。

2.4? “泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的多種學(xué)習(xí)方式設(shè)計

2.4.1? 個性化學(xué)習(xí)方式設(shè)計

支持自主學(xué)習(xí)的“泛在學(xué)習(xí)”。學(xué)習(xí)方式概述：在“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”個性化學(xué)習(xí)平臺、學(xué)習(xí)資源庫的支持下，任何學(xué)生在任意學(xué)習(xí)時間段，根據(jù)個人需求都可以獲取系統(tǒng)智能推薦（即平臺按其學(xué)習(xí)水平智能推送），或個人選擇滿足個人需求的任何學(xué)習(xí)工具、任何數(shù)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(shè)備等資源，進行自主實驗學(xué)習(xí)體驗;學(xué)習(xí)中可通過平臺得到其他學(xué)習(xí)者、教師、專家的交互支持;學(xué)習(xí)后可選擇平臺在線測評或遞交學(xué)習(xí)報告;學(xué)習(xí)過程被實時記錄。此種學(xué)習(xí)方式，主要針對學(xué)生自主實驗的需求，學(xué)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(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)資料，可以是需要一件（套）實驗器材、設(shè)備。如是簡單需求系統(tǒng)自動批準(zhǔn)即可;如是復(fù)雜需求則選取對應(yīng)需求和其學(xué)習(xí)水平的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)工具，并推薦若干學(xué)習(xí)伙伴、指導(dǎo)教師，通過“個性化學(xué)習(xí)平臺”推送至學(xué)生終端。學(xué)生可在指定時間段、地點領(lǐng)取實驗器材、設(shè)備，自主開展實驗。學(xué)習(xí)完成后，信息歸檔、器材設(shè)備歸還。學(xué)習(xí)過程中的所有學(xué)習(xí)信息和數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采集入“學(xué)習(xí)資源庫”。

支持接入專用教室的“泛在學(xué)習(xí)”。學(xué)習(xí)方式概述：在“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”個性化學(xué)習(xí)平臺、學(xué)習(xí)資源庫的支持下，在任何時間，任何地點，任何學(xué)生根據(jù)個人需求，可開展任何實踐類課程在線學(xué)習(xí);在線學(xué)習(xí)結(jié)束后，可進一步借助個性化學(xué)習(xí)平臺，選擇任何時間段，選擇在線學(xué)習(xí)所對應(yīng)的實踐操作，預(yù)約實踐學(xué)習(xí)所配套的教室及其專用器材設(shè)備;在預(yù)約的時間段內(nèi)，自行打開預(yù)約的教室或使用專用器材設(shè)備，開展實踐學(xué)習(xí)體驗。在整個學(xué)習(xí)過程中，通過平臺可得到其他學(xué)習(xí)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(jiān)控，提供支持保障;學(xué)習(xí)完成后，遞交實踐報告，教師完成評價，學(xué)習(xí)活動過程信息采集入庫。目前已在機器人設(shè)計與制作實驗室中開展此方式的研究。

2.4.2? 合作式學(xué)習(xí)方式設(shè)計

學(xué)習(xí)方式概述：根據(jù)任課教師、專家、校外機構(gòu)在“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”合作式學(xué)習(xí)平臺上發(fā)布的合作類主題項目任務(wù)。例如，地理學(xué)科的“仰望星空”“地震預(yù)報”項目。

以“仰望星空”項目為例，學(xué)?，F(xiàn)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(xué)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(shè)計將物聯(lián)設(shè)備接入天文臺球幕及大型望遠鏡操作平臺，項目組學(xué)生可在家或其他任意網(wǎng)絡(luò)接入的地點，按時間排表輪流通過合作式學(xué)習(xí)平臺，物聯(lián)操控實體資源“球幕”在指定方位打開，物聯(lián)操控實體資源“望遠鏡”旋轉(zhuǎn)到指定位置，傳遞星空圖，根據(jù)指令抓拍，圖片保存在“學(xué)習(xí)資源庫”，完成整晚或某個特定時間段的星象觀察。

設(shè)計的主題項目還有，生物學(xué)科的“珍稀植物育苗”“綠色農(nóng)業(yè)栽培”等栽培項目。

3? 結(jié)? 論

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)等泛在技術(shù)的快速發(fā)展，本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”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(fā)展，建設(shè)“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式。

綜上所述，本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”平臺，通過物聯(lián)調(diào)用、環(huán)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(xiàn)個性化和合作化的學(xué)習(xí)方式?！胺涸趯W(xué)習(xí)系統(tǒng)”的設(shè)計，不僅為“泛在學(xué)習(xí)”思想的落地提供了一條新思路，更是提出了建設(shè)新型學(xué)習(xí)環(huán)境的新方法。但設(shè)計僅是中間過程，還需進一步通過開發(fā)、應(yīng)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(xué)習(xí)環(huán)境，促進教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)變。

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