物联网技术及标准纳入教育装备体系的若干思考

艾伦 兴乔 李立文

1 首都师范大学 北京 100048 2 中国教育技术装备杂志社 北京 100081 3 北京师范大学 北京 100875

物联网技术及标准纳入教育装备体系的若干思考

艾伦1兴乔2李立文3

1 首都师范大学 北京 100048 2 中国教育技术装备杂志社 北京 100081 3 北京师范大学 北京 100875

从物联网技术对教育装备“四效”问题（装备使用效能、学生学习效果、教师教学效率、教育中观效益）的作用和作为教育装备的物联网技术标准化问题两个方面做出更加详细的论述。

教育装备；物联网技术；四效；装备标准

笔者在《中国教育技术装备》2011年第11期刊出的《物联网技术与教育装备精细化管理前瞻》一文中通过实例和数据论证了教育装备精细化管理的必要性，以及其依赖物联网技术实现的可行性[1]。为了进一步说明它们之间的相互关系，本文拟从物联网技术对教育装备“四效”问题（装备使用效能、学生学习效果、教师教学效率、教育中观效益[2]）的作用和作为教育装备的物联网技术标准化问题两个方面做出更加详细的论述。

1 物联网技术对提高教育装备使用效能的作用

物联网（Internet of things）技术以Internet互联网为基础，利用无线传感器网（Wireless Sensor Networks，简称WSN）和射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）将人与物、物与物（Machineto-Machine，简称M2M）实时地、智能化地联系起来，实现除人与计算机之外的一切必要设备的Internet接入。

物联网就是“物物相连的互联网”，这意味着：1）物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；2）其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通讯。物联网可以定义为：通过射频识别、红外感应、全球定位、激光扫描等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是集信息采集、信息处理、信息传输于一体的综合智能信息系统，在军事应用、环境观测和预报系统、医疗护理、智能家居、建筑物状态监控等诸多领域都有广阔的应用前景，而将物联网技术纳入教育装备管理体系，会使教育装备管理更加精细化。此时，所有教育装备的工作状态都被自动或远程地监视和控制起来，所有数据都无一遗漏地被记录下来。智能的相互制约和控制，使得教育装备能够充分发挥其效能，而记录下来的这些数据则客观地反映了教育装备的使用情况，并能够即时对教育装备的效能进行评价。毫无疑问，物联网技术纳入教育装备体系对提高教育装备使用效能将会起到巨大作用。

2 物联网技术对检验学生学习效果的作用

实证研究方法在经济学、管理学等社会科学领域的成功使人们将它迅速地引入教育学和教育技术学中来。比较保守地估计，这种研究已经在教育技术领域进行了将近七八个年头。但是，在进行实证研究的问题上应该采取更加慎重的态度和考虑更加科学的研究形式，这是因为研究对象是 具体的人，是一些甚至还未成年的学生。

例如，希望证明多媒体技术应用在教学上的有效性，可以采取两种研究方式。

1）沿时间轴展开的研究方法。选取试验组和对照组，做出前测；控制各个变量实施一个学期或两个学期时间的教学，做中测和后测；建立检验假设，用统计学的方法验证其有效性。这种方法其实是在用学生做试验，应该慎重使用。北京师范大学杨开城教授的文章指出这种实证研究的问题，认为是对学生不公平，并且批评这种研究“一试验就成功，一推广就失败”[3]（这是因为试验中加入过多的人为主观因素）。

2）沿空间轴展开的研究方法。通过对大范围学校班级多媒体使用情况和使用效果的统计，得出更加客观的研究结论。这种研究方法是基于物联网技术的，需要通过物联网对多媒体设备使用状况和学生学习情况的数据进行采集，并按照空间序列进行统计分析。

从理论上讲，这两种研究方式在统计学意义上效果是一致的。举个统计学上古典概型的例子说明：如果将一枚硬币抛在地上，然后拾起来再抛下去，共重复100次，则硬币出现正反面的概率基本相等，各占50%，此时，这一枚硬币的表现为一个时间序列；而如果将100枚硬币同时抛下，硬币出现正反面的概率也基本相等，各占50%，此时全部硬币的表现为一个空间序列。统计学指出，这两个概率其实就是同一个概率。因此，不必担心沿时间轴或沿空间轴进行试证研究是否会不具有一致性的问题，而只要选择更加有利的方式并且去担心那些更需要担心的事情就行了。

3 物联网技术对提高教师教学效率的作用

我国在此次课改的高中新课程标准中提出探究性实验教学的理念。2009年教育部制定《中小学实验室规程》，该规程的执笔者蔡耘处长（教育部基础教育司条件装备处）在对规程的解读宣讲时曾多次强调探究性实验教学对培养学生创新能力的重要作用。在2010年2月教育部颁布的《中小学理科实验室装备规范》中，则将科学探究实验室正式列入实验室系列。至此，探究性实验教学就成为基础教育教学（特别是理科教学）中和实验室建设中追求的主要目标。在探究性实验教学的实施中，主要采取开放实验室的形式，让学生通过相互协作，自行建立研究目标、自行设计实验过程、自行掌握和发现相应的原理与结论。其目的是使学生建立科学研究思想，掌握科学研究方法，提高科学研究能力。这种实验教学形式对教师提出非常高的要求，他们既要引导学生做实验，还要管理仪器设备。由于学生实验内容都不相同，实验时间非常分散，于是就造成教师的巨大工作量。

开放实验室设备无人职守，登记、使用需要智能化监控，实验教学中学生操作能力的评价需要智能化监考，而这些功能都可以通过物联网技术实现。无线传感器网可以感知各种仪器设备的连接状态，可以感知实验器材的相对位置，可以感知实验系统的工作状况，对学生自主实验提供安全可靠的保障，从而减轻教师的劳动强度，提高教师教学的效率。

4 物联网技术对测量教育中观效益的考虑

效益的原本意思是投入产出比（即：效益=产出/投入）。教育效益则是指教育投入的产出效果，包括直接效益和间接效益、经济效益和政治文化效益等。一般认为教育的效益研究分为3个层次：宏观层次是从国家层面计量教育投入给国家带来的巨大社会经济效益；微观层次是从个人角度测算个人教育投资的收益率；中观层次主要考核为社会培养的各类学生的规模效益和质量效益，规模效益由办学单位的毕业或结业学生人数体现，而质量效益则主要通过学生学习成绩达标率、就业率和学生满意度等来进行衡量。

教育装备的效益与教育的效益应该是同一个概念。但是由于教育装备成本的社会化，并非个人成本，所以不涉及微观层次的效益。而教育装备宏观层次的效益研究需要大规模的数据统计，且无法得到较为精确的计算结果，也暂不能放在研究的视线之内。于是，教育装备效益研究的重点应放在中观层面上。对教育装备的成本-效益进行评价应该限定在一定的历史时期、局部的地区范围、适当的办学类型以及教育的中观层面[2]。同时，由于反映教育装备效益的产出变量不是唯一的，而影响产出的成本投入也是多变量的，所以针对这一评价的测量工具通常使用数据包络分析（Data Envelopment Analysis，简称DEA）[4]。对教育装备进行成本-效益的DEA分析时需要大量的客观数据，这些数据的收集费时、费力，而且需要精准、可靠。将DEA软件嵌入学校的物联网系统，可以实时得到评价结果，对优化教育教学，提高教育的效益有着积极的作用。

5 物联网技术作为教育装备标准化问题的思考

任何一种装备用于教学，都有对教学的适应性和非适应性的问题。这个适应性既包括对学生认知的考虑，还包括对学生安全、生理健康、心理健康等方面的认同，同时还有各种技术指标方面的要求。所以，物联网技术纳入教育装备体系就必须考虑它的标准化问题，这是教育装备准入的先决条件。

仅从技术角度看，物联网必须解决3个方面的问题：1）无线传感器网络协议；2）价格低廉的路由器与无线传感器；3）系统的安全性。无线传感器网络节点计算能力和存储资源有限无法运行现有的IPV6协议栈，所以基于802.15.4协议的内嵌微型IPV6协议栈是实现低功耗无线传感器与物联网路由器，解决无线传感器网络与下一代互联网（IPV6）直接互联互通的关键性问题。同时还应考虑2.4 GHz无线通信在低功耗的前提下如何实现稳定可靠的传输。各个无线传感器还要求能够感知温度、湿度、压力、相互之间的位置、空间坐标甚至移动速度等信息。所有这些都应该具有相应的技术参数、接口类型、电气指标等要求。

从本质上讲，除了粉笔与黑板以外，任何一种教育装备几乎原来都并不是专门为教育教学而设计的，将它们拿来作为教育装备，在使用中发现它们对教学的非适应性，然后再去改造它们，重新制定新的教育标准是十分被动而且不科学的。教育装备人的使命就是要通过科学地提供教育装备以优化教育教学，这就需要在设计开发新教育装备时，或在引进新教育装备时，同时将其标准制定出来，以免被动。物联网技术的出现又在重复上述过程，但是应该尽量做得主动，尽量超前地考虑物联网纳入教育装备体系时的标准化问题，以便充分发挥其作用，科学解决“四效”，使教育装备早日现代化，从而促进教育的现代化。

[1]艾伦,等.物联网技术与教育装备精细化管理前瞻[J].中国教育技术装备,2011(11):48-50

[2]艾伦,等.也谈教育装备的成本-效益研究[J].中国教育技术装备,2008(20):1-2,7

[3]杨开诚.从教学实证研究的合理性说开去[J].中国教育技术装备,2010(12):3-6

[4]艾伦,等.数据包络分析在教育装备成本-效益研究上的应用[J].中国教育技术装备,2009(15):1-2

Some Thoughts about Technology and Standard of Internet of Things being Putting on Educational Equipment System

//Ai Lun,Xing Qiao,Li Liwen
1 Capital Normal University, Beijing, China 100048
2 China Educational Technology and Equipment, Beijing, China 100081
3 Beijing Normal University, Beijing, China 100875

This paper presents two respects in detail, one from the function of the four effects’problems (equipment in use; student learning; instructor teaching; education in medium-term) when internet of things technology is placing on the educational equipment, the other concerning the standardization of internet of things to educational equipment.

educational equipment; internet of things technology; four effects; equipment standardAuthor’s address

G48

A

1671-489X(2011)12-0003-02

10.3969/j.issn.1671-489X.2011.12.003