基于物聯網的遠程開放教育

摘要：物聯網強調物品的互聯，被看做一種通過各種信息傳感設備使現實世界中各種物件互為連通而形成的網絡，具有“4A”通信的特點，即在任何時間（anytime）、任何地點（anywhere）、任何人（anyone）、任何物（anything）都能順暢地通信。現代遠程開放教育是指利用現代信息技術手段，使學生可以突破傳統教育方式的限制，實現遠程教育與開放教育的結合。文章在介紹了物聯網概念、特征和泛在學習的理論基礎上，針對目前遠程開放教育中存在的問題，探討物聯網在遠程開放教育中的應用。

關鍵詞：物聯網；遠程開放教育；泛在學習；“4A”通信

中圖分類號：G727

文獻標志碼：A

文章編號：1009—4156（2012）11-061一03

隨著信息技術的飛速發展，近年來物聯網受到各國的廣泛關注。根據ITU的描述，在物聯網時代，人類在信息與通信世界里將獲得一個新的溝通維度，從任何時間、地點的人與人之間的溝通連接擴展到人與物和物與物之間的溝通連接。本文基于對物聯網的概念、特點的分析，針對目前遠程開放教育中存在的問題，探討物聯網在遠程開放教育中的應用。

一、物聯網概念和特征

物聯網（The Intemet of Things），顧名思義就是“物物相連的互聯網”。物聯網強調物品的互聯，被看做一種通過各種信息傳感設備使現實世界中各種物件互為連通而形成的網絡，物聯網將解決廣域或大范圍的人與物、物與物之間信息交換需求的聯網問題，物聯網采用各種不同的技術把物理世界的各種智能物體、傳感器接入網絡。物聯網通過接入延伸技術，實現末端網絡（個域網、汽車網、家庭網絡、社區網絡、小物體網絡等）的互聯來實現人與物、物與物之間的通信，在這個網絡中，機器、物體和環境都將被納入人類感知的范疇，利用傳感器技術、智能技術，所有的物體將獲得生命的跡象，從而變得更加聰明，實現了數字虛擬世界與物理真實世界的對應或映射。

物聯網具備以下四個特征：一是連通性：連通性是物聯網的基本特征。國際電信聯盟認為，物聯網的“連通性”有三個維度：任意時間的連通性、任意地點的連通性、任意物體的連通性；二是全面感知，即利用RFID、傳感器、二維碼等隨時隨地獲取物體的信息；三是可靠傳遞，通過各種電信網絡與互聯網的融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去；四是智能處理，利用云計算、模糊識別等各種智能計算技術，對海量的數據和信息進行分析和處理，對物體實施智能化的控制。

2010年9月，物聯網技術作為新一代信息技術的重要組成部分而被列為國家重點培育的中國的戰略性新興產業，從而被提到國家戰略高度。物聯網將引發的第三次IT產業化浪潮，必將引起產業間、地域間甚至國家間的競爭格局的重大變化。

二、遠程開放教育的特點和現狀

當今人類社會的主要經濟形態是知識經濟。在知識經濟時代，終生教育和構建學習型社會已成為共識。開放與遠程教育被認為是應用信息通信技術，實現終生教育，加速人力資源開發，推動知識經濟發展的教育形態。我國的開放與遠程教育由于信息傳送方式和手段不同，其發展經歷了三個階段：一是以郵件傳輸的紙介質為主的函授教育階段；二是以廣播電視、錄音錄像為主的廣播電視教學階段；三是通過計算機、多媒體與遠程通信技術相結合的網上遠程教育階段。每一種遠程教育形式的發展和壯大都和當時的信息通信技術的發展與應用有著密不可分的聯系。

這三種形式目前存在的主要問題有：函授面授課時短且學生工學矛盾突出；電大是單向傳播，學生處于受眾角色，師生交互差；網絡教學部分解決了師生交互問題，但是其所提供的虛擬學習環境以人機交互為主，學習者缺乏與現實世界的交互，而物理教學環境與虛擬學習環境的整合也容易停留在表層。

隨著信息技術的發展，遠程教育理論也相應發展。因特網的迅猛發展使得基于認知學習和建構主義學習理論的網絡教育得到了普及。當前，泛在學習已經成為許多遠程教育工作者研究的重要課題。泛在學習（U—Learning）是指任何學習者可以在任何地點、任何時間獲取自己所需要的任何信息的一種學習方式。泛在學習的學習理論基礎是情境認知學習理論。情境認知學習理論認為，學習的本質是個體與他人、環境參與實踐，構成群體之間的合作與互動的過程。知識和概念都只有通過社會化的運用才能得到充分的理解，個體參與實踐活動與環境相互作用是學習得以發生的根本機制。它關注物理的和社會的場景與個體活動的交互作用，認為學習不可能脫離具體的情境而產生，情境不同，學習者受到具體的情境影響也不同。情境認知學習理論強調：學習的設計要以學習者為主體，內容與活動的安排要與人類社會的具體實踐相聯通，最好在真實的情景中，通過類似人類真實實踐的方式來組織教學，同時把知識和獲得與學習者的發展、身份建構等統合在一起。

由于物聯網“4A”通信的特點，只要接入物聯網就能夠實現了數字虛擬世界與物理真實世界的感知和控制。通過物聯網，不但使得現實世界的物體互為連通，而且實現了現實物理世界與數字化虛擬世界的相互連通，能夠更加有效地支持人機之間的交互、人與現實物體之間的交互以及人和人之間的社會性交互。基于物聯網的遠程開放教育使得現實教學環境中的每個物理物件都具有數字化、網絡化和智能化的特性，因此可以無縫地和數字化虛擬學習環境進行連通與整合，可以即時地捕捉、分析師生的教與學的需求信息，并進行相應的調整，為師生提供智能化的教學環境與教學資源。物聯網的思想與泛在學習和情境認知學習理論的核心思想不謀而合，物聯網可以為泛在學習的實現提供更好的技術支持，而情境認知學習理論則為泛在學習提供了理論支持。

三、物聯網在遠程開放教育中的應用及思考

（一）基于物聯網的遠程開放教學實現模式

我們設想可以把基于物聯網的遠程開放教學實現分為兩種模式：一是學校直接面向學習者，可以利用移動通信運營商提供的M2M業務平臺，學校只負責建設相關基于物聯網平臺的教學內容，學習者使用智能移動通信終端可以隨時進行學習。物聯網智能移動通信終端能提供更為智能化、全面化的通信服務，只要接入網絡就能實現智能化的人與人、物與物、人與物之間的有效通信。因此，物聯網能更好地支持泛在學習和移動學習的實現，徹底解決傳統遠程開放教育的工學矛盾問題。二是通過網絡教學點組織教學，此時網絡教學點的地位相當于傳統遠程教育中的函授站和網大教學點，對于智能移動通信終端無法解決的復雜教學內容，如實體遠程實驗、研究性學習等可以通過這種方式進行。

（二）物聯網在遠程開放教學的應用

互動反饋是教學過程中的一個重要環節，有助于教師及時了解學習者的學習情況并相應調節教學進程。而教學過程中師生交互差恰恰是傳統遠程教育方式存在的主要問題之一。基于物聯網的遠程教學，可以利用學習者手中的智能終端進行實時教學測評，如統計學習者聽課、答題、測評投票等情況。在教師端分析實時測評結果并有針對性地調整教學進度與內容。隨著技術發展，還可以利用物聯網智能終端的傳感器實時監測學習者的多種體征數據，如血壓、體溫、眨眼頻率、腦電波等，實時感知學習者的注意力、緊張度、用腦情況、疲勞程度等。教師端根據這些反饋信息及時調整教學，真正實現個性化教學與學習，還可以有效幫助教師修改教學計劃調整教學活動，促進學習者之間交流和互動。

（三）物聯網在遠程實驗教學的應用

對于理工科專業學生而言，實驗教學是一個極其重要的環節。理工科許多課程很枯燥，如果沒有相應的實驗，就很難激發學生的學習興趣，而且理工科一些課程很難學懂，有些理論知識必須通過一定的實驗才能理解。可以說，實驗教學對提高學生的動手能力，開發學生的創造力起著不可替代的作用。而在傳統遠程開放教育領域始終無法有效解決遠程實驗教學的問題。目前，常用的遠程實驗教學手段如下：

1 錄像或CAI課件實驗教學。此種方式學生利用錄像或CAI教學課件來學習實驗原理、操作步驟及特點等。但是學生并不能實際動手操作，只能算是看實驗，達不到實驗的預期效果。

2 集中到各地教學點進行的實驗教學。此種方式可以給學生提供基本的實驗教學環境。但是要求學生集中教學，工學矛盾比較突出。而且由于各遠程實驗教學點條件的限制，對于一些需要大型精密貴重儀器設備完成的實驗或者存在安全性問題的大型實驗無法為接受遠程開放教育的學生提供親自動手做實驗的條件。當前，雖然很多高校建有開放實驗室，但普遍存在分散管理、封閉使用、無法提供遠程實驗服務的問題。

3 虛擬實驗教學。虛擬實驗是指借助于多媒體、仿真和虛擬現實等技術在計算機上營造可輔助、部分替代甚至全部替代傳統實驗各操作環節的相關軟硬件操作環境。虛擬實驗建立在一個虛擬的實驗環境（平臺仿真）之上，而注重的是實驗操作的交互性和實驗結果的仿真性。此方式結合計算機網絡技術可以實現網絡虛擬實驗。在此種方式下，虛擬實驗通過數學模型的抽象來表達，利用計算機軟件模擬來實現。實驗的過程以及實驗結果過于程式化、理想化，不能真實有效地反映實驗過程中有可能出現的各種情況與問題。因此，實驗教學效果也大打折扣。

目前，大部分的遠程實驗教學方法在教學效果上都不很理想，并且很難取得有效性的突破。究其原因，遠程實驗教學除了在教學過程中存在直觀性、真實性、互動性不足的缺點，最主要的問題還是學生在進行遠程實驗時沒有身臨其境動手操作的感覺和真實的實驗感受，缺乏現實的實驗體驗。這個問題在進行遠程虛擬實驗時表現得尤為突出。心理學研究揭示，在知識學習中，學生的學習效率受多方面因素的制約，概括起來主要有智力、非智力、環境、教師指導等因素。對遠程實驗教學來說，學生的非智力因素（狹義上來說，即為心理因素）甚為關鍵，如何幫助學生克服身處異地與教師缺乏交流、無法面對實驗儀器、設備而帶來的不真實感，從而調動其積極性完成教學，是遠程實驗教學方法探索中一個重要的問題。

基于物聯網的遠程實驗教學可以為學生提供一個安全的、共享的、智能化的實驗教學環境。由于物聯網的物物相連的特性，接人教學實驗物聯網的設備利用自身傳感器實時采集實驗數據，并傳送給進行遠程實驗的學生，學生也可以遠程控制異地接人物聯網的實驗設備，學生實驗過程的操作和數據信息也被傳感器實時采集，并傳送給實驗設備和指導教師。在這個過程中，學生進行的是真實實驗而不是虛擬實驗，實驗過程中的數據與操作都是真實發生的，而教師的指導也更加有針對性和實時性。尤其對于需要大型精密貴重儀器設備完成的遠程實驗，利用物聯網可以有效開展真實遠程實驗。

四、結束語

綜上所述，物聯網在遠程開放教育領域中的應用廣泛，優勢明顯。并且隨著物聯網技術的發展和日益成熟，相信其對遠程開放教育的發展會產生更加深遠的影響。