2009年以來(lái)，一場(chǎng)關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)暴席卷全球。在這一年年初美國(guó)奧巴馬總統(tǒng)提出了智慧地球概念；6月，歐盟委員會(huì)遞交了《歐盟物聯(lián)網(wǎng)行動(dòng)計(jì)劃》；7月，日本IT戰(zhàn)略本部頒布了日本新一代的信息化戰(zhàn)略/i-Japan戰(zhàn)略；同年8月7日，溫家寶總理視察無(wú)錫微納傳感網(wǎng)工程技術(shù)研發(fā)中心并發(fā)表重要講話之后，物聯(lián)網(wǎng)、感知中國(guó)概念在國(guó)內(nèi)迅速升溫。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已成為當(dāng)前各國(guó)科技和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。繼2世紀(jì)年代PC機(jī)、年代因特網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)之后，物聯(lián)網(wǎng)與智慧地球的發(fā)展動(dòng)態(tài)，將打破了人們的傳統(tǒng)思維。它的廣泛應(yīng)用必將在后IP時(shí)代成為推進(jìn)全球邁向信息社會(huì)的發(fā)動(dòng)機(jī)。本文基于對(duì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵、特征的把握，探討物聯(lián)網(wǎng)在教育中的應(yīng)用，并對(duì)應(yīng)用過(guò)程中可能產(chǎn)生的一些問(wèn)題做冷靜思考。

　　1、物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵與特征

　　物聯(lián)網(wǎng)在歐美被稱為/theInternetofThings（IOT），強(qiáng)調(diào)/anythings connection。中國(guó)科學(xué)院姚建銓院士指出：凡是由傳感器、傳感技術(shù)及利用某種物體相互作用而感知物體的特征，按約定的協(xié)議，來(lái)實(shí)現(xiàn)任何時(shí)刻、任何地點(diǎn)、任何物體、任何人，實(shí)現(xiàn)所有人與人，物與物，人與物之間互聯(lián)、互通，進(jìn)行信息交換和通訊，實(shí)現(xiàn)智能化的識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)，即可稱為物聯(lián)網(wǎng)。因此，物聯(lián)網(wǎng)是傳感網(wǎng)與因特網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)，/三網(wǎng)高效融合的產(chǎn)物，是信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)高效融合的產(chǎn)物（又稱為信息物理融合系統(tǒng)）。它可以廣泛應(yīng)用于軍事與安全、科研與教育、環(huán)境與交通、醫(yī)療、制造等各領(lǐng)域。

　　物聯(lián)網(wǎng)正在實(shí)現(xiàn)世界上物與物、人與物、人與自然之間的對(duì)話與交互。通過(guò)裝置在各類物體上的射頻識(shí)別電子標(biāo)簽 （RFID）、二維碼、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等組成的智能傳感器，經(jīng)過(guò)接口與無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)、因特網(wǎng)互聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)人與物、物與物相互間智能化地獲取、傳輸與處理信息。典型的物聯(lián)網(wǎng)由三大部分組成，即RFID系統(tǒng)、中間件Savant系統(tǒng)和Internet系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1Structureofinternetofthings

　　其中RFID系統(tǒng)主要包括RFID電子標(biāo)簽（tag）、閱讀器（reader）及數(shù)據(jù)交換和管理系統(tǒng) （processor）軟件；中間件savant系統(tǒng)由Savant服務(wù)器、ONS（objectnamingservice）服務(wù)器、 PML（physicalmarkuplanguage）服務(wù)器及相應(yīng)的數(shù)據(jù)軟件等組成；Internet系統(tǒng)通常由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等組成。

　　物聯(lián)網(wǎng)的組成方式，使得它具有如下基本技術(shù)特征：

　　（1）全面與主動(dòng)感知特征。物聯(lián)網(wǎng)是以感知為目的，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。利用 RFID，傳感器，二維碼等隨時(shí)隨地主動(dòng)獲取、感知物體的存在并獲取有關(guān)/物的狀態(tài)、位置等信息。實(shí)現(xiàn)的原理則是在物體上植入各種微型感應(yīng)芯片，用這些傳感器獲取物理世界的各種信息，再通過(guò)局部的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等各種通信網(wǎng)絡(luò)傳遞交互，從而感知世界。

　　（2）可靠與完整傳遞特征。物聯(lián)網(wǎng)中不同的應(yīng)用可能會(huì)使用傳感器采集到的部分信息，存儲(chǔ)的時(shí)候則必須保證信息的完整性。物聯(lián)網(wǎng)可以通過(guò)有線、無(wú)線等不同的傳輸方式將物體的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分門別類的管理，再準(zhǔn)確、可靠、有指向性地傳輸給信息處理設(shè)備與環(huán)境，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。

　?。?）海量與多視角處理特征。在物聯(lián)網(wǎng)中會(huì)存在難以計(jì)數(shù)的傳感器，每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源。傳感器按一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息，每做一次新的采集就得到新的數(shù)據(jù)。面對(duì)采集的海量數(shù)據(jù)，必須通過(guò)多視角分析和處理才能實(shí)現(xiàn)智能化。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展、終端數(shù)量的增長(zhǎng)，可借助云計(jì)算處理海量信息，進(jìn)行輔助決策。

　?。?）智能服務(wù)特征。物聯(lián)網(wǎng)給整個(gè)移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)都帶來(lái)了一個(gè)全新服務(wù)的體系，它把通信或者是傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)擴(kuò)展成從感知、傳輸?shù)教幚淼囊粋€(gè)綜合服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要具有常規(guī)應(yīng)用無(wú)法比擬的智能特征，不僅具有超越人類常規(guī)視覺(jué)、嗅覺(jué)和觸覺(jué)范圍的高靈敏度，還具備大海撈針、感知規(guī)律、進(jìn)行預(yù)判的智者風(fēng)范，為人類提供更靈敏、更智能的服務(wù)。智能化服務(wù)是體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵表現(xiàn)，也是推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)商業(yè)模式成功的動(dòng)力。

　　2、物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中的應(yīng)用 

　　基于上述技術(shù)特征的物聯(lián)網(wǎng)有望為人們提供一個(gè)完全不同的生活與工作環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值不僅僅在于它是一個(gè)可傳感的網(wǎng)絡(luò)，而必須是各個(gè)行業(yè)參與進(jìn)來(lái)進(jìn)行應(yīng)用，不同行業(yè)，會(huì)有不同的應(yīng)用。很大程度上，這是非常難的一步。目前，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)在教育中的研究與應(yīng)用雖尚處于起步階段，但筆者認(rèn)為這一問(wèn)題的探討將給教育帶來(lái)極大的變革。

　?。?）有利于建立全面和主動(dòng)的教學(xué)管理體系。在建立教學(xué)管理運(yùn)行體系方面，利用現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)：RFID技術(shù)的支持，有利于完善教學(xué)管理的組織系統(tǒng)、評(píng)價(jià)和考核系統(tǒng)，從而對(duì)教學(xué)的質(zhì)量建立保障和監(jiān)控體系。通過(guò)RFID標(biāo)簽和校園智能卡系統(tǒng)的結(jié)合，教師可利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行自動(dòng)的統(tǒng)計(jì)。例如：在分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以對(duì)學(xué)生的出席和對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材建立聯(lián)系，通過(guò)RFID系統(tǒng)建立實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理系統(tǒng)。院校各級(jí)教學(xué)管理部門也可利用RFID技術(shù)，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況、到課情況進(jìn)行分析，從而有利于學(xué)生工作部門有針對(duì)性地開展思想政治工作。同時(shí)還可以對(duì)學(xué)生在校園的行蹤進(jìn)行監(jiān)控，設(shè)立校園安全控制區(qū)域，減少不必要的校園安全事故的發(fā)生；建立基于物聯(lián)網(wǎng)的彈性修學(xué)模式，利用物聯(lián)網(wǎng)信息完整和可追述的特征，學(xué)生可以根據(jù)本人的興趣特長(zhǎng)，隨時(shí)修改或完成某一課程的學(xué)習(xí)，隨時(shí)選擇某一心儀教師的教學(xué)，在需要考試時(shí)，隨時(shí)連接到試題庫(kù)系統(tǒng)并完成考試過(guò)程，從而真正實(shí)現(xiàn)學(xué)分制；建立雙向的教學(xué)評(píng)價(jià)和考核系統(tǒng)，有利于實(shí)現(xiàn)學(xué)生和教師同行對(duì)每一次教學(xué)的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，根據(jù)此評(píng)價(jià)，學(xué)生和教師雙方都可以調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，改善學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，提高教師的教學(xué)效率。

　?。?）有利于構(gòu)建完全交互與智能的教研環(huán)境。利用傳感網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的實(shí)時(shí)信息反饋。目前，多數(shù)高校已經(jīng)實(shí)施多媒體教學(xué)設(shè)施進(jìn)課堂，利用物聯(lián)網(wǎng)，可對(duì)課堂教學(xué)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能控制。例如：在教學(xué)樓里安裝上萬(wàn)個(gè)傳感器并用IPV6網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，可根據(jù)教室光線強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)教室光源和投影機(jī)的流明度；也可根據(jù)教室環(huán)境溫濕度，通過(guò)紅外感應(yīng)設(shè)備自動(dòng)控制教室空氣的更換率；更可利用物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別技術(shù)，建立教師和對(duì)應(yīng)授課教室的關(guān)聯(lián)授權(quán)，智能控制教學(xué)儀器的使用等。這種方式的應(yīng)用，已在部分研究機(jī)構(gòu)中得以實(shí)現(xiàn)，例如：在北京，西門子總部里面所有的燈光都是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)智能控制的，員工在進(jìn)入辦公室后頭頂上的燈自動(dòng)打開，離開位置后頭頂上的光源則自動(dòng)關(guān)閉。如果外面的陽(yáng)光太過(guò)強(qiáng)烈，窗簾則自動(dòng)拉下，各個(gè)光源都是通過(guò)傳感設(shè)備連接到電腦上，由電腦進(jìn)行操控。與此同時(shí)，筆者也認(rèn)為，利用物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建的智能教學(xué)環(huán)境的應(yīng)用應(yīng)遠(yuǎn)不止于此。利用物聯(lián)網(wǎng)信息完整與可靠傳輸特性，可實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的真正交互。例如：物聯(lián)網(wǎng)的介入可以為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一個(gè)安全的、共享的、智能化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。在教師的授課過(guò)程中，隨時(shí)可以控制遠(yuǎn)在實(shí)驗(yàn)室中的教學(xué)儀器，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)視頻設(shè)備，將實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果實(shí)時(shí)的顯示在課堂教學(xué)中，學(xué)生也可實(shí)時(shí)控制遠(yuǎn)程設(shè)備，自行得到正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。改變現(xiàn)行多媒體教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程模擬化，實(shí)驗(yàn)效果非直觀的弊病。

　　通過(guò)將大型科研設(shè)備納入物聯(lián)網(wǎng)，可有效改變目前教研資源不平衡問(wèn)題，經(jīng)過(guò)授權(quán)后的研究者可以在全球范圍內(nèi)控制該設(shè)備，科研過(guò)程數(shù)據(jù)也可以被實(shí)時(shí)采集并以適當(dāng)?shù)姆绞教峁?，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)科研的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化與智能化。此方面的先例有TAMU和MIT近期實(shí)施的 CSAIL計(jì)劃，該計(jì)劃是利用一群實(shí)驗(yàn)室機(jī)器人與嵌入在盆栽植物中的傳感器的通信。機(jī)器人和傳感器之間的交流可以允許每棵植物要求額外的水分和養(yǎng)分，并進(jìn)行實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。成熟的西紅柿被識(shí)別之后，機(jī)器人能準(zhǔn)確地從植物上摘除。TAMU的研究人員可以利用MIT在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的研究?jī)?yōu)勢(shì)，直接獲取該研究成果數(shù)據(jù)。

　　此外，利用嵌入了傳感芯片的教學(xué)設(shè)施，不但能夠像多媒體設(shè)施一樣，對(duì)教學(xué)中的結(jié)構(gòu)化信息進(jìn)行處理，也可對(duì)常規(guī)多媒體設(shè)施所不能處理的非結(jié)構(gòu)化信息，諸如學(xué)生的思維、體會(huì)、情感、意志等進(jìn)行整合，從而真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)境的智能和交互。

　?。?）有利于重構(gòu)創(chuàng)新和開放的教學(xué)模式。基于物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)環(huán)境下的教學(xué)模式相比于以往的各種教學(xué)模式，具有更加開放和創(chuàng)新的特征?？梢砸劳形锫?lián)網(wǎng)強(qiáng)大的物質(zhì)和信息資源優(yōu)勢(shì)來(lái)建立基于物聯(lián)網(wǎng)的科學(xué)探究模式。在該模式中，學(xué)習(xí)者可以最大限度地利用物聯(lián)網(wǎng)資源，并在發(fā)掘物聯(lián)網(wǎng)信息的同時(shí)促進(jìn)高級(jí)思維能力的發(fā)展。例如：在虛擬社區(qū)的學(xué)習(xí)交互模型中，基于物聯(lián)網(wǎng)的模式要比給予互聯(lián)網(wǎng)的模式更能激發(fā)出學(xué)習(xí)者的深層思考，并產(chǎn)生交互。該模式更能引導(dǎo)學(xué)習(xí)者在每次知識(shí)建構(gòu)、剖析、探討和問(wèn)題解決戶進(jìn)行反思、總結(jié)和提煉有價(jià)值的內(nèi)容，并在物聯(lián)網(wǎng)上與其他學(xué)習(xí)者共享。

　　同時(shí)，將先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代教學(xué)理念相結(jié)合，運(yùn)用到科學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，也能夠?qū)f(xié)作和協(xié)同教學(xué)模式起到很好的支撐作用。傳統(tǒng)的協(xié)作和協(xié)同教學(xué)模式標(biāo)志著開放系統(tǒng)中大量亞系統(tǒng)之間相互作用的，整體的，集體的或合作的效應(yīng)，能夠很好地解決教學(xué)過(guò)程中的/導(dǎo)）學(xué)關(guān)系。比較著名的有密歇根大學(xué)的跨學(xué)科協(xié)同教學(xué)模式。而基于物聯(lián)網(wǎng)的跨學(xué)科協(xié)同教學(xué)模式，則可以很好地克服原有模式中的障礙。同時(shí)它的海量數(shù)據(jù)與多視角處理特征，也能夠進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行只是融合的欲望，發(fā)展整合和協(xié)調(diào)多學(xué)科的能力。

　?。?）有利于拓展學(xué)習(xí)空間、培養(yǎng)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)能力。物聯(lián)網(wǎng)能為學(xué)習(xí)者的常規(guī)學(xué)習(xí)、課后學(xué)習(xí)、區(qū)域合作學(xué)習(xí)提供支撐環(huán)境，拓展學(xué)習(xí)空間，有利于學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)和滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需要。學(xué)習(xí)者可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，探究任何感興趣的問(wèn)題并及時(shí)地得到解決。例如：中國(guó)電信的全球眼技術(shù)，其實(shí)就是遠(yuǎn)程監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。與傳感系統(tǒng)相結(jié)合，學(xué)習(xí)者就可以利用它完成諸如材料學(xué)、氣象學(xué)、生物學(xué)等集成應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的多種科學(xué)探究。

　　同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)的感知特性，也能夠使教育者對(duì)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行有效管理。

　　3、物聯(lián)網(wǎng)教育應(yīng)用的思考 

　　物聯(lián)網(wǎng)因?yàn)閺V泛引入/物，并且物的特征發(fā)生了質(zhì)的飛躍，所以將更有利于在教學(xué)過(guò)程中形成豐富多樣的、創(chuàng)新型的產(chǎn)品和應(yīng)用。但正如2世紀(jì)六七十年代時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)一樣，我們已經(jīng)能夠預(yù)知道它未來(lái)無(wú)可限量的應(yīng)用，但要在現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于教育實(shí)際，仍有許多問(wèn)題亟待解決。

　　（1）如何解決不同類型教學(xué)要素的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)注重于物與物，物與人之間的互聯(lián)互通。在教學(xué)中，即是教學(xué)者、學(xué)習(xí)者、教學(xué)設(shè)施之間的互聯(lián)互通問(wèn)題。從物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)上來(lái)看，每個(gè)/物品都需要在物聯(lián)網(wǎng)中被尋址。更多的IP地址將使IPv4資源被耗盡，那就需要 IPv6來(lái)支撐。但目前，即使是在不同的教學(xué)設(shè)施之間也存在著通信協(xié)議不統(tǒng)一的問(wèn)題，例如：在接入層面上，GPRS、短信、傳感器、TD-SCDMA、有線等多種協(xié)議類別五花八門。應(yīng)該看到，當(dāng)前的信息化，雖然網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施已日益完善，但離/任何人、任務(wù)時(shí)候、任何地點(diǎn)都能接入網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)還有一定的距離，并且，即使是已接入網(wǎng)絡(luò)的信息系統(tǒng)很多也并未達(dá)到互通，信息孤島現(xiàn)象較為嚴(yán)重。通信協(xié)議統(tǒng)一與否將是制約未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中應(yīng)用程度的重要因素。

　?。?）物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)在教學(xué)中的應(yīng)用模式更應(yīng)該基于哪一個(gè)層次。迄今為止，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的研究還停留在關(guān)注解決傳感器和傳感網(wǎng)層次的問(wèn)題，我們依然將其等同為傳感網(wǎng)絡(luò)。不可否認(rèn)，傳感，是物聯(lián)網(wǎng)的最基本特性。但是筆者認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中要得到長(zhǎng)足的應(yīng)用，其未來(lái)的應(yīng)用模式應(yīng)當(dāng)是一種簡(jiǎn)單、通用、易用的軟件應(yīng)用，這種軟件應(yīng)用可以使學(xué)習(xí)者處理/感知到的物體數(shù)據(jù)，更深層次地分析、理解、認(rèn)識(shí)物體世界的演變規(guī)律，更好地利用信息化成果和智能化服務(wù)。

　?。?）如何保障教學(xué)應(yīng)用自身的安全與可控。物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中應(yīng)用時(shí)，教學(xué)設(shè)備間聯(lián)系更緊密，設(shè)備和人也連接起來(lái)，使得信息采集和交換設(shè)備大量使用，所采集的教學(xué)信息越來(lái)越海量，在這些數(shù)據(jù)中，哪些屬于學(xué)術(shù)和人員的隱私，必須保護(hù)，是此類應(yīng)用中不能夠回避的問(wèn)題。不解決此問(wèn)題，數(shù)據(jù)的泄密將越來(lái)越嚴(yán)重。

　?。?）如何解決物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)應(yīng)用中費(fèi)用問(wèn)題。在物聯(lián)網(wǎng)使用的RFID系統(tǒng)中，核心的部分是芯片。芯片作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)有其自身的特征和要求，諸如：無(wú)線射頻、低功耗、高度集成、智能可定制等。目前，為達(dá)成這些要求的物聯(lián)網(wǎng)所需芯片等組件的費(fèi)用依然較高。對(duì)面廣量大的教學(xué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，全部植入上述功能的芯片顯然不切合實(shí)際。如何有效解決這一問(wèn)題還有待于通過(guò)技術(shù)進(jìn)步逐步降低芯片成本。但無(wú)論如何降低，芯片的成本最終還是會(huì)有一個(gè)成本極限，目前大致預(yù)估是每個(gè)射頻標(biāo)簽為一兩個(gè)美分。

　　4、結(jié)語(yǔ) 

　　物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中的應(yīng)用與發(fā)展不是一個(gè)單純的技術(shù)問(wèn)題，涉及方方面面。因此，物聯(lián)網(wǎng)在教學(xué)中的應(yīng)用與發(fā)展之路還很漫長(zhǎng)。但隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益成熟，相信其在教學(xué)中的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。