傅骞 “移动学习”教育部-中国移动联合实验室 http://mllab.bnu.edu.cn 物联网教育应用 傅骞 “移动学习”教育部-中国移动联合实验室 http://mllab.bnu.edu.cn

主要内容 物联网技术简介 物联网教育应用产生的原因 物联网教育应用目标分析 物联网教育应用案例介绍 物联网教育应用问题剖析 物联网教育应用工程模式设想 物联网教育应用商业模式分析 总结

物联网技术简介 物联网的英文名称叫“The Internet of things”，就是“物物相连的互联网”。这有两 层意思：第一，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；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。因 此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描 器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信， 以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。 物联网是个“伪”概念，理论上来说，所有的IT技术都是互联网技术的组成部分 物联网技术主要构成 RFID 无线射频识别 Cloud Computing 云计算 WSN 无线传感器网络 （本汇报关注重点，具有无限的应用空间）

物联网教育应用产生的原因 物联网技术的发展和普及 教育信息化的实际需求 教育经费不断增长的现状 数字化校园建设的需要 信息技术课程整合的需要 通用技术课程建设的需要 创新人才培养的需要 教育经费不断增长的现状 需要新的应用领域

物联网教育应用目标分析 第一层次：学校利用物联网技术优化日常管理，提高工作效率（优化管理） 第二层次：创设情境方便学生体验物联网技术，激发学习热情（体验学习） 第三层次：教师利用物联网技术进行学科教学，提高教学效果（课程整合） 第四层次：学生利用物联网技术进行科学探究，培养科学素养（科学探究） 第五层次：学校结合物联网技术进行创客教育，激发学生创新（创客教育）

物联网教育应用案例介绍——第一层次 特征： 典型应用： 利用物联网技术优化学校的日常管理，提供工作效率 应用一致性好，有成熟的商业解决方案 家校互动 能耗监测 校车监测 互动反馈 健康监测 智慧教室

物联网教育应用——家校互动 应用简介 主要用途 学校利用学生佩戴的有源RFID标 签对学生在学校中的位置进行定 位，在进行自动考勤的基础上完 成和家长的互动，方便家长精确 掌握学生到校情况 主要用途 自动考勤 学生定位基础上的活动轨迹监测 学生到校离校自动通知

物联网教育应用——能耗监测 应用简介 主要用途 学校利用智能电表、智能水表、智 能燃气表、智能插座、智能热力表 等采集设备对学校各单位及整体的 能耗进行监测，并为学校的节能减 排提供数据支持 主要用途 能耗动态监测 能耗优化分析 能耗浪费评估 节能减排教育

物联网教育应用——校车监测 应用简介 主要用途 利用有源RFID、GPS定位、移动通 讯、智能图象处理等技术对校车的 载客数、位置信息、载客学生信息、 司机健康状况进行实时监测，保证 校车的运行安全 主要用途 实施查阅校车位置，方便家长接送 保证学生上下车正确 防止校车超员 防止司机异常

物联网教育应用——互动反馈 应用简介 主要用途 利用无线通讯技术，并在软件 的配合下实时在大屏幕上显示 学生的答题情况，从而让学生 更有兴趣去回答问题，当然也 让老师更能了解教学进度 主要用途 实施查阅校车位置，方便家长 接送 保证学生上下车正确 防止校车超员 防止司机异常

物联网教育应用——健康监测 应用简介 主要用途 利用可穿戴设备对学生的生活 习惯、运动习惯等进行监测 坐姿监测 生活习惯监测 运动习惯监测 日常规划提醒 自动考勤

物联网教育应用——智慧教室 应用简介 主要用途 利用物联网技术对教室环境进 行自动监测和控制，从而提供 给学生最合适的教学环境 光线自动控制 温度自动控制 通风自动控制 电教设备自动控制 自动考勤

物联网教育应用案例介绍——第二层次 特征： 体验中心构成： 应用案例 创设情境方便学生体验物联网技术，激发STEM学习热情 包括实际的物联网应用和专门的物联网技术体验中心两部分 体验中心构成： RFID体验中心 传感网体验中心 应用案例

物联网教育应用体验中心——RFID 有源RFID应用系统 学生考勤定位系统（活动轨迹） 超高频RFID应用系统 车辆出入管理系统 实验设备管理系统 无源低频RFID应用系统 NFC手机刷卡

物联网教育应用体验中心——传感网 校园能耗管理 校园车位管理 校园环境监测 智慧教室 通过能耗计量的插座、蓝牙开关插座实现节能减排 通过地磁偏转来确定车位上是否有车 校园环境监测 监测温度、湿度、CO2浓度、噪音大小、光照强度 等 智慧教室 一个能够自动根据环境改变设备工作状态的教室

物联网教育应用体验中心——应用案例 无锡青少年物联网实验室建成开 放：2010.10 江西青少年物联网实验室在昌建 成开放：2012.9 北京市顺义牛栏山第一中学建设 智慧家庭物联网科学探索实验室： 2014.4 …

物联网教育应用案例介绍——第三层次 特征： 应用案例（来源于www.manylabs.org） 教师利用物联网技术进行学科教学，提高教学效果 教师需要根据学科知识点进行整合设计 基本过程：设计实验，感知数据并记录，讲解现象 应用案例（来源于www.manylabs.org） 物理教学应用案例 地理家学应用案例 化学教学应用案例 生物教学应用案例

物联网技术物理教学应用案例 单摆周期研究（Pendulum Period） 电磁铁特性研究（Electromagnet Strength） 阿特伍德机械研究（Atwood Machine） 电动机原理（ Simple Motor ）

物联网技术地理教学应用案例 风力发电效果研究（Wind Turbine Power Measurement） 空气质量测量（Air Quality） 四季的变化（Seasons and Axial Tilt） 高度对环境的影响（Balloon Data Recorder）

物联网技术化学教学应用案例 化学反应热研究（Endothermic and Exothermic Reactions） PH值理解（Exploring pH） 酶催化研究（Enzyme Catalysis）

物联网技术生物教学应用案例 生物发光效果研究（Bioluminescence） 鱼草生态监测研究（Fish Tank Monitor） 苗木箱监测研究（Plant Box）

物联网教育应用案例介绍——第四层次 特征： 主要过程： 学生利用物联网技术进行科学探究，培养科学素养 和第三层次的不同是以教室直到为辅，学生探究为主 根据探究区域的不同，可以分为室内探究和室外探究 主要过程： 提出问题 收集证据 得出结论 分享评价

物联网探究性学习案例-1 基于自动气象站的探究性学习 台湾最新开展,大陆多个地方异有跟进 通过观察多个小区域的气象变化,分析影响气候变化的原因

物联网探究性学习案例-2 温室效应研究 通过多个实际测量数据了解温室效应的现象,产生的原因及解决办法 需要多人参与,并在教师指导下完成,主要用到CO2,温室度和PH记录仪

物联网探究性学习案例-3 热带海洋气候研究——美国面向K12的Ossabest项目 通过夏令营的形式，让孩子们了解热带海洋性气候特点，培养孩子们利用技术解决实际问题的能力， 同时培养他们对技术的兴趣 在Ossabest的两侧海洋上部署了物联网节点，包括：照相，温度，湿度，水面高度等。

物联网探究性学习案例-4 大陆开展的感知生长项目 利用实时监控的温室大棚探究植物生长和气候之间的关系 主要监控空气温室度、CO2浓度、土壤温度、土壤水分、普通光照强度、紫外光照强度 等环紧信息，还有就是通过摄像头进行远程查看

物联网探究性学习案例-5 美国亚利桑那州开展的连接式花园项目 利用Flower Power传感器实时获取环境温度、阳光指数、土壤湿度、肥料情况 利用Garden Camera对植物的生长情况进行拍摄 学生可以根据收集到的数据进行进一步探究学习

物联网探究性学习——活动类型总结 面向情境的知识发现类活动设计 面向问题的混合交互类活动设计 面向主题的环境感知类活动设计 面向协同的对比探究类活动设计

物联网探究性学习——面向情境的知识发现类 需要设备：智能终端，物联网设备，物联网教育应用平台 基本步骤： 老师讲解需要学习的科学知识 引导学生去现实中利用物联网设备或平台去直接感受这些科学知识 师生讨论后加深理解 案例 河流PH的变化 房间中温度的分布 光照强度对比（太阳光和人造光） 高度和气压的关系

物联网探究性学习——面向情境的知识发现类 需要设备：智能终端，二维码标签，物联网教育应用平台 基本步骤： 线上提出问题，并提供必要的学习资源 引导学生去现实中寻找对应的事物，并要求学生通过二维码识别提供答案 系统提供反馈 案例 校园中植物的识别案例 地理环境中岩石类型的判断

物联网探究性学习——面向主题的环境感知类 需要设备：智能终端，主题所需的物联网设备，物联网教育应用平台 基本步骤： 线上提出探究主题，并提供必要的学习资源 指导学生利用物联网设备去感知环境 通过查阅、分析感知的数据引导学生自己得出结论 谈论结果，总结过程 案例 河流PH值得变化 噪音的来源 温室效应的产生

物联网探究性学习——面向协同的对比探究类 需要设备：智能终端，物联网教育应用平台，跨区域物联网设备 基本步骤： 线上提出对比类协同类探究主题 学生通过物联网资源库获取主题的相关资源 学生通过社交网络沟通物联网资源之间的内在联系 师生通过长时间协同探究得出结论 案例 气候与植物生长关系 高度、气压、温度之间的关系

物联网教育应用案例介绍——第五层次 特征： 创客空间主要装备： 以启发学生的创新热情，培养动手能力，学会协作分享 为目标 通过开设自由开放的物联网DIY实验室（创客实验室） 来实现 创客空间主要装备： 工具类：焊接台、示波器、万用表、电脑、打印机、投 影机… 加工类：3D打印机、激光雕刻机、电动工具（电钻、电 锯、电动螺起子）… 元件类：Arduino、Mbed、树莓派、扩展传感器及控 制板、kinect、Scratch扩展版…

创客教育主要方向 基于开源系统的创意电子设计（mbed,Arduino,rasperberry Pi） 基于Scratch及Scratch扩展板的创新应用开发 基于App inventor的创新移动应用开发 各类机器人学习与应用 基于各类结构件和3D打印机的结构外观设计 创客教育的关键不是知识的传授， 而是创新意识和分享精神的激发， 让学生体会创造的快感才是关键

创客教育与创客空间 定位： 特点 运行计划 开放实验室 社团活动室 图书馆 足够的空间 齐全的工具 充裕的开放时间 教师轮流值班 安排了创客空间的骨干成员为志愿者，协助教师管理

物联网教育应用问题剖析-1 当前国内的物联网教育应用主要还停留在第一、二阶段 高层次物联网教育应用无法普及 厂商能够提供完备的解决方案 用户无需二次开发，直接应用即可 有充足的经费来源和现实需求 高层次物联网教育应用无法普及 性价比低 技术门槛高 应用范围有限 可共享性差

物联网教育应用问题剖析-2 传统物联网教育应用的工程模式（单点建设） 基于整体考虑，上面过程中的后三步都可以用同一软件平台来实现 确定应用领域或要传授的知识点 针对性地开发与部署物联网节点 开发专题资源分享的网站或平台 实施教学过程 基于整体考虑，上面过程中的后三步都可以用同一软件平台来实现 统一软件方案，解决技术门槛高，整体投入大的问题 统一数据平台，解决数据孤岛问题，保证数据和应用的最大范围共享

物联网教育应用工程模式设想 以物联网教育资源库为核心的新一代物联网教育资源应用工程模式设计思路

基于物联网教育资源库的教育应用工程模式 综合应用 物 物 联 联 网 网 教 资 育 源 应 接 用 入 第三方开发 开发人员 教育工作者 数据上传 申请账户 设备开发 创建设备 查询API文档 数据展示与共享 物 联 网 资 源 接 入 技术类课程 教育管理类 教育工作者 确定领域 检索设备资源 检索已有活动 编辑活动内容 实施教学 共享与反馈 物 联 网 教 育 应 用 数据接口服务 第三方开发 移动终端 平台应用

物联网教育资源库体系结构

物联网教育资源库——用户登录

物联网教育资源库——物联网设备列表

物联网教育资源库——物联网资源呈现

物联网教育资源库——学校管理应用 学生轨 迹监测

物联网教育资源库——物联网体验应用 自动浇水 的花盆

物联网教育资源库——课程整合应用 气候对植物的影响

物联网教育资源库——探究性活动应用

物联网教育资源库——创客教育应用 开发人性化饮水机

物联网教育应用商业模式分析 设备提供模式 方案提供模式 资源提供模式 活动提供模式 课程提供模式 平台运营模式 创客空间模式 课外培训模式

物联网教育应用商业模式——设备提供 随着创客教育在中国的普及，面向创客的硬件产品及加工工具将会成为一个新的增 长点 主要需求 开源硬件：Arduino，Mbed，RapeberryPi … 扩展装置：各类传感器、执行器、Scratch扩展板 应用平台：四驱小车、四轴飞行器、机器人 学科整合：数字探究实验室

物联网教育应用商业模式——方案提供 随着数字化校园建设的不断发展，越来越多的物联网技术被应用到数字化校园建设 中来，主要方案有 能耗监测与管理系统 智慧教室解决方案 学生健康监测与家校互动 校车监控系统 课堂互动反馈系统 课堂实时分析系统

物联网教育应用商业模式——资源提供 物联网教育资源是各类物联网探究性 学习的基础 在基于网联网教育资源库的物联网应 用中，用户可以直接通过平台购买物 联数据资源来开展探究性学习 物联网教育资源的提供方可以向多个 用户开放资源的使用权，从而获得最 大的收益

物联网教育应用商业模式——活动提供 同样的物联网资源可以开展不同的 物联网教育应用活动 任何人都可以发起物联网相关教育 应用，并在平台的配合下实现多方 的共赢 商业公司可以发展线上线下协同的 探究活动，从而为大家创造更大的 价值

物联网教育应用商业模式——平台运营 开展物联网教育应用基础平台的运营，具有极大 的市场前景 平台主要功能 物联网数据接入：为各类创客服务，并整合开源 硬件提供商 物联网教育资源库服务：为各类物联网教育应用 提供统一服务 物联网教育应用行业门户：分享物联网教育应用 案例 少年创客分享交流平台：分享少年创客产品及心 得

物联网教育应用商业模式——创客空间 提供面向中小学服务的创 客空间，但主要向学校收 取服务费 面向学生个人可以以公益 的形似提供，但可以从学 生的创新作品的后续生产 和销售上获得收益。

物联网教育应用商业模式——课外培训 现在物联网教育相关的培训很火，但主要集中在机器人领域 未来的发展领域 Scratch教育应用 创客文化相关教育 3D打印设计培训

总结 物联网教育应用可以优化学校管理，方便师生学习和工作 物联网教育应用可以激发学生的创新，培训学生的创造热情 物联网教育应用具有极大的商业机会和应用前景 超前但确是未来，同时也是国家重点发展方向

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