物联网技术在“科技校园”建设中的应用分析

李有翔

摘要：“智慧校园”是现代化学校努力的目标，如果将“智慧校园”的具体内容进行分解，可以分为：数字化校园、科技校园和书香校园。而“科技校园”将是现阶段智慧校园建设的重点。在“科技校园”建设中应用物联网技术可以更好适应未来科技的发展，完善数字化学习环境，促进学习方式的转变。笔者认为，物联网技术应用在科技校园建设主要可以从科学学科教学环境、科普教育基地、科技创新实践区等方面着手。

关键词：物联网；智慧校园；科技校园；数字化学习

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）11-0093-03

引言

面对知识全球化和民族素质提高的教育要求，数字化校园的变革是对教育的严峻挑战，也为教育的改革和发展提供了千载难逢的机遇。建设可以实现无处不在的网络学习、融合创新的网络科研、透明高效的校园管理、丰富多彩的校园文化、方便周到的校园生活的“智慧校园”是现代化学校努力的目标。

如果将“智慧校园”的具体内容进行分解，可以按照建设重点分为：数字化校园、科技校园和书香校园。其中数字化校园可以看作智慧校园的基础，重在构建校园的基本网络环境，建设基础软件平台和学习资源。而科技校园建设是智慧校园建设的中间阶段，重在把校园的网络资源与学生的学习实际相结合，营造与信息技术结合紧密的现代科学技术氛围。书香校园是智慧校园的完善阶段，重在整合各种数字平台与资源，形成以大数据技术为支撑的智慧校园文化。其中数字化校园的建设在很多学校已初具规模，学校的基础网络已逐渐建设到位，基本的网络平台已建成，各种形式的教学资源逐步丰富，现阶段智慧校园的建设重点将逐渐转向科技校园建设。

“科技校园”的建设着眼于科技教育，注重学生创新精神、实践能力等科技素养的培养。科技教育的载体和形式比较多，其中信息技术作为现代科学技术的代表，与科技教育的结合天然而紧密，对科技教育而言，如何利用信息技术手段在校园环境中亲历科学探究过程是科技校园建设的重要方向。

物联网技术在“科技校园”建设中的作用

物联网在教育方面的主要应用方向是与校园教育教学活动的融合，促进智慧校园的建设工作。基于物联网的智慧校园将校园中的物体连接起来，实现了学校的可视化智慧管理，构建了富有智慧的教育教学环境，可以为师生提供一个全面的智能感知环境，使课堂得以拓展，更向真实的场景延伸。

1.融通学科教学，完善数字化学习环境

随着移动终端的逐渐普及，在数字化学习的实践操作中，终端设备已不再是瓶颈。但仅有数字化学习终端是无法开展真正的数字化环境下的学习的。因此，在数字化学习实践推进过程中对平台和资源的需求越发强烈。

我们不能将数字学习资源简单地理解为将学习资源数字化。通过使用物联网技术，可以将校园中的各种学习资源整合起来，包括实物、器材、场地等。通过智能化管理和数字化实时监控可以将整个校园变为联通的数字化学习平台。通过传感器、实时监控、二维码、电子标签等技术将各学科拥有的、分散的学习资源整合到数据平台上，实现数据的多学科共建共享。

同时，物联网技术涵盖了多个学科的知识。例如，针对二氧化碳传感器的数值，学生可以通过信息技术课了解传感器数据传输的原理，通过科学课理解二氧化碳含量对植物生长的作用，通过数学课进行数据分析等。在完善数字学习环境的同时，打通学科界限，开展学科教学间的融合。

2.构建仿真生态环境，增进学生对自然的了解

小学生好奇心强，渴望了解大自然的种种奥秘。然而随着城市化进程的不断推进，人们与大自然的距离拉得越来越远，尤其是许多城里的孩子，更是缺乏与大自然亲密接触的机会。物联网为学生走进大自然提供了一个很好的机会，学生可以在参与实验的过程中与大自然进行充分接触，不断丰富学习经历。

利用物联网技术构建数字农植园、自然科学馆等仿真生态环境，可以增进学生对自然的了解。物联网技术与数字化学习手段结合，可以更好地发挥学生的主体性。

3.搭建泛在学习平台，促进多样化学习方式形成

数字化学习的重要目标是转化和改进学习方式，学习平台的建设应该以大数据平台为支撑，提供顺应学生发展需求的学习资源。在学习平台建设中结合物联网技术，可以随时随地给学生提供物化的学习环境，通过传感器、远程控制、实时监控等技术将学习渗透于任何时间、任何地点。

数据的实时更新使得学生对实验进程和实验现象有了动态的了解，通过智能化实验体验过程和得到数据，使原来感性的实验现象变得更为理性和具体。这样既能在学习过程中培养学生搜集、处理信息的能力和自主学习的能力，也能培养学生主动获取信息、分享信息的意识。通过结合新技术的数字化学习方式，为学生终身学习打下坚实的基础。

4.开展网络互动教学，培养学生合作、创新能力

传统教学中以师生交互和生生交互为主要形式，而数字化学习中增添了人机交互，使用物联网技术，可以在学习过程中通过学习终端和学习平台提供人与物之间的交互。

这种交互形式的多样性增加了学习过程的复杂性，一种民主的、合作的、对话形式的互动教学成为必需，合作学习重要性逐渐增加，客观上促进了学生合作学习能力的提升。同时，这种变化还提供了人、网、物的丰富连接形式，给学生的学习提供了无限可能性，学生的创意空间被极大拓展。

物联网技术在“科技校园”建设中的具体应用

基于物联网技术的“科技校园”建设应立足学校实际情况，寻找学校科技教育特色和物联网技术恰当的结合点。在实践操作层面，主要是既要面向以科学为主体的课程教学环境的建设，又要面向科技教育环境整体营造。涵盖的主要应用如下：

1.科学学科教学环境建设

科学学科教学是小学阶段科技教育的主阵地，科学实验室则是开展科学学科教学的最主要场所。因此，科技校园建设理应将科学实验室的建设放在首要位置。在科学教室的数字化学习环境建设中应突出其教育功能与实用性，立足科学课堂教学，完善科学课程资源建设。

在科学实验室的建设中，可以利用物联网技术搭建仿真实验环境，也可以使用各种传感器将传统学科实验中的各种数据采集、量化，更好地体现实验效果。考虑到科学学科学习特点，可以以小组为单位（每组3～4人）配备学习终端、数字显微镜、各类型传感器、与传感器相配套的实验器材等。

在科学课学习过程中，可以将数字显微镜采集到的图像通过学习终端实时上传，也可以通过配备手持式数字显微设备进行室外的观察、拍摄上传。在传感器的选择上应注意区分分组实验和演示实验需求的不同，紧密结合学科教学内容，合理配备传感器数量，同时应特别注重传感器与配套实验器材的结合。例如，温度传感器可以用在导热实验中，但每组配1个温度传感器是无法开展对比实验的，应根据实验需要合理确定数量。还要配置多种金属、加热装置等与传感器相配套的实验器材。

2.科普教育基地建设

学校作为专门从事教育的场所，本身就是教育的资源。立足学校实际情况，可以通过多种途径建设校本的科普教育基地。现在不少学校都建有规模不等、形式多样的科技专门场所，如自然科学馆、发明创造室、农植园、气象站等。在这些场所建设过程中应充分发挥物联网技术的作用。

可以建设二维码技术支撑下的在线学习系统，对自然科学馆中标本、农植园或绿化带中的植物的标签重新改造。通过移动数字学习终端，以扫描二维码的形式，获取更多的学习内容，并可进行在线问答、交流，将整个学校改造成科技教育的大教室。

利用物联网技术可以进行数据的动态采集，以数据脉络为线索，形成知识体系，并通过数据分析得到可信的结论。可以建设数字气象站，以温度传感器、湿度传感器、风力传感器、雨量传感器、大气压传感器以及数据传输与处理设备等，构建具有气象数据采集、数据处理和信息发布等功能的系统。还可以建设数字农植园，由温度传感器、湿度传感器、光照设备、灌溉设备、视频监控设备等组成，对动植物生长情况及环境进行实时数据的采集与传输。

3.科技教育互动体验区建设

动手能力是学生科技素养的重要体现，学校应给学生提供充分的动手实践机会，从而验证学科知识、实现创意思维。在科技实验区的建设中物联网技术也可以有广泛的应用。

可以利用物联网技术加强对开放式科技体验区的管理，用射频的身份识别技术提供互动体验区预约和使用监管；可以将融合物联网技术的实验项目放在体验区中，如通过网络管理灯光、窗帘，或通过传感设备智能报警等实验；可以将大量使用传感设备的机器人项目引入到体验区等。借助现代科技的展示与实验，学生能更好地了解科学基本原理、现代科技的最新发展，并培养动手能力与创新思维。

教育是科学技术转化为现实生产力的前提和智力基础，是培养高素质劳动力的根本途径。科学教育，是提高人们素质的重要因素，是现代教育的核心。科技校园的建设为校园营造了科学氛围，体现了教育求真、求实的本质要求。物联网作为现代信息技术发展的重要方向在学校“智慧校园”建设中可以发挥更大的作用。