基于物联网技术的“泛在学习系统”应用

摘  要：为改变传统的学习环境，重构创新实验室学习空间，满足学生个性化、多样性学习需求。学校应用物联网技术，开发“泛在学习系统”平台，通过实践重新改建机器人实验室学习空间，形成从设计、开发、搭建到实践的具体“泛在学习系统”应用路径。有效重建了学生自主学习的新空间，提升了学习资源的利用率，满足了学生个性化发展的需求，支持了学习方式的转变，促进了教学方式的转型。

关键词：物联网技术;泛在学习系统;创新实验室;学习空间

中图分类号：TP391.44;TN929.5      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0158-04

Application of“ Ubiquitous Learning System” Based on

Internet of Things Technology

——Taking the Reconstruction of Learning Space of Robot Laboratory as an Example

CHEN Dong

（Shanghai Songjiang No.2 High School，Shanghai  201699，China）

Abstract：In order to change the traditional learning environment，reconstruct the learning space of the innovation laboratory，and meet the personalized and diverse learning needs of students. The school applies the technology of internet of things，develops the platform of “ubiquitous learning system”，reconstructs the learning space of robot laboratory through practice，and forms the specific application path of “ubiquitous learning system” from design，development，construction and practice. It has effectively rebuilt the new space of studentsautonomous learning，improved the utilization rate of learning resources，met the needs of studentspersonalized development，supported the transformation of learning mode and promoted the transformation of teaching mode.

Keywords：internet of things technology;ubiquitous learning system;innovation laboratory;learning space

0  引  言

上海市近幾年各中小学建成众多创新实验室，成为有效推动创新人才培育的平台，成效显著。但在应用过程中，发现由于创新实验室及设施设备数量的限制和管理的限制，其以精英化教育为主，多数无法满足全体学生自主、个性化、多样性的学习需求，无法面向全体学生提升个人志趣、创新思维和优势发展。随着上海教育综合改革不断深化，走班教学、综合素质评价等要求，倒逼学校直面问题。走班教学中，学生必然有大量自习课，面对学生依旧是简单的文化课自修还是有机会提升综合素质能力;学校能否提供更多开放的学习空间和个性化发展的平台的问题，重构创新实验室成为必然。

有学校先行起步，提出了“优势学习”教育理念，试图以“时空的突破”为切入点，首创“思维广场”——一个空间大小自如、整合教室和图书馆等功能、融入信息技术、融合多元化课程资源、保障多样性学习方式、半闭合半开放的学习环境[1]。而笔者在重构学校学习空间的过程中，提出另一条发展之路，在“泛在学习”思想的指导下，开发“泛在学习系统”，应用物联网技术，重构创新实验室学习空间。通过重构促进学校教学组织方式和人才培养模式的转型;促进课程内容的统整、学习方式的变革、学习空间形态的创新和现代信息技术的融入。“泛在学习”有许多理解，我国学者普遍接受和使用的定义是：泛在学习是一种任何人（anyone）可以在任何地方（anywhere）、任何时刻（anytime）获取所需的任何信息（anything）的学习方式[2]。而物联网技术则能将各类物化的学习资源和设备，有效接入到学习环境中。物联网技术在构建智能化教学环境时，可以使得物理教学环境的每个物件都具有数字化、网络化、智能化特性，可以与虚拟学习环境进行无缝整合，即时地捕捉、分析师生的教与学的需求信息，并进行相应的调整[3]。在这样的泛在学习空间中，任何一名学生，可在任意地点、任意的课余时间，利用“泛在学习系统”平台，对接物联网技术，获取所需的任意实验资源，开展实验课程的自主学习。为此笔者围绕一间机器人设计与制作创新实验室，以机器人实验为例开展学习空间重构，设计和开发了简化版“泛在学习系统”，添置物联网专用设备，实现了学生自主实验，有效提高了机器人实验室的利用率，支持学习方式的转变，推进教学方式的转型。

1  系统设计与平台开发

1.1  确认“泛在学习系统”基本功能

系统功能图设计如图1所示。

1.2  开发“泛在学习系统”软件平台

根据系统功能图开发系统平台，基本功能描述如表1所示。

2  系统硬件搭建

2.1  硬件逻辑连接设计

“泛在学习系统”平台开发的过程中，学校明确了重构学习环境所需的硬件连接布局，机器人实验室内物联网设备及周边设备设计如图2所示。

2.2  实验室内物联网设备及周边设备的搭建

学校选取了易于系统功能实现的硬件设备，如表2所示，其中，智能柜如图3所示。在硬件搭建过程中，运行“泛在学习系统”，调试系统和硬件的匹配，初步建成了由物联网技术支撑的“泛在学习环境”。

3  配套课程二次开发

笔者在原有“机器人设计与制作”课程基础上，二次开发了若干在线课程和配套实验课程。实验课程对应有基础、拓展、研究3个层次的实验，每个层次的实验配备6组标准化实验器材，合计组成18组实验，18组实验器材分别放置在智能柜中。教师将在线课程和配套实验课程分别发布在系统平台上，供学生选择。由于是第一次尝试，又是让学生自主实验，所以为了提高参与同学的兴趣，笔者将这些初始实验课程要求放低，实验内容相对简单。

3.1  基础型课程

在线学习任务为设计一辆寻迹小车的寻迹程序;重点学习光电传感器工作原理、以及对应学习分支结构程序的编写;递交设计程序，作为在线测试内容。配套实验课程，则为搭建一辆寻迹小车，并将在线学习课程设计的程序写入小车内，调试运行，实现寻黑线自动行走。

3.2  拓展型课程

在线课程任务为学习发光数码管发光控制的工作原理，编写数码管显示程序;递交设计程序，作为在线测试内容。配套实验课程，则为学生利用数码管发光控制原理，完成数码管动态显示数字实验，让电路板的4位数码管依次显示8位数字的电话号码，可加装在机器人作品上用于计数显示或数字广告。

3.3  研究型课程

在线课程任务为学习L298N驱动电路智能小车控制的工作原理，设计小车前进的控制程序;递交设计程序，作为在线测试内容。配套实验课程则为学生搭建智能小车一辆，要求将导线连接至相关模块电路，待安装完电池后，启动控制电路电源，前进和后退控制程序写入小车，调试小车前进、后退控制程序，实现小车前进和后退的控制。

4  学生学习实践

机器人实验室环境重构前，为高一、高二年级社团课各24名同学参与学校。完成改造后，面向高二年级学生开放试点。学生们可选择适合自己的学习时间段、适合自己的机器人实验课程，完成在线课程。在预约时间段内，参加体验课程的学习，通过刷卡识别或预约机用户登入的方式进入机器人实验室，刷卡打开智能柜获得实验配套器材，再到预约的操作台，完成实验课程。实验结束后，学生将领出的器材放回智能柜原位，设施设备恢复原状;在平台上按指定模板填写实验报告。实验过程中，指导教师登录平台，远程监控;实验结束后，在平台上批阅实验报告，并做评价。短短2周开放时间内，笔者查阅实验室后台使用记录，数据统计如下。

参加所在线课程的同学共计231人次，其中基础课程118人次，拓展课程77人次，研究课程36人次。实际参与人数198人，而年级总人数450人，参与率高。在线课程学习时间段为晚上9点至11点、以及双休日占多数，反映了学生能在自己空余的时间有效开展学习，体现了学习的无时无刻。此外接入系统平台的学校网络地址，和校外网络地址约各占一半，反映了学生在众多不同地点进行学习，体现了学习的无处不在。

继续参加实验课程的同学，有215人次，其中基础实验120人次，拓展实验61人次，研究实验34人次。实验课程学习时间段午间和双休日各占一半，实验室操作工位大多满员。收到实验报告197份，批阅发现，虽然已提供给学生实验报告模板及提示，但多数学生不会撰写实验报告，也反证了这种自主实验学习方式的价值。

5  成效与反思

系统设计与实践，成功地创设了学生自主学习的新空间，满足了学生个性化发展的需求，增强了学生参与学习的积极性，参与实验课程的态度和兴趣与传统形式的课程相比有显著的增加。对于学校课程而言，有了可提供学生更多选择的机会，学习资源也有了更有效、更充分被使用的机会，教学方式更有了新的尝试。

但在实践中，也显露了问题，例如机器人实验室仅通过实验课程预约的方式，规定了预约的专用器材和设备，限制了学生的选择，学生们希望能不通过预约课程，而直接预约到专用器材和设备。如要解决此问题，一是要开发及上线更多的课程，供学生选择，二是直接设置部分器材预约，开展更多的自建實验实践。参与的师生均期望能够有更多的创新实验室加入其中，让学生的选择更丰富，让个性化需求获得最大限度的满足。

6  结  论

通过机器人教室学习空间的重构实践表明，搭建泛在学习平台，借助物联网技术，将教室、设备物联接入，执行相关规则，可以让任何学生在任何其空闲的时间，到接q.入的任意地点，使用接入的任意设备，灵活使用、开展学习。因此基于物联网技术设计与开发的“泛在学习系统”的应用，有助于学校改变现有的学习环境，提供更多开放的学习空间和个性化发展的平台，推进教与学方式的转型。

参考文献：

[1] 董君武.思维“广场”撬动教学方式深度变革 [J].人民教育，2019（Z1）：70-73.

[2] 王磊，吴传刚.泛在学习范式的多维探析 [J].牡丹江师范学院学报（哲学社会科学版），2012（2）：131-132.

[3] 李卢一，郑燕林.物联网在教育中的应用 [J].现代教育技术，2010，20（2）：8-10.

作者简介：陈栋（1976.09—），男，汉族，上海人，中学高级教师，硕士，研究方向：教育管理、信息技术。