摘? 要：為改變傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)環(huán)境，重構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)空間，滿足學(xué)生個(gè)性化、多樣性學(xué)習(xí)需求。學(xué)校應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開(kāi)發(fā)“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”平臺(tái)，通過(guò)實(shí)踐重新改建機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)空間，形成從設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、搭建到實(shí)踐的具體“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”應(yīng)用路徑。有效重建了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的新空間，提升了學(xué)習(xí)資源的利用率，滿足了學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需求，支持了學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了教學(xué)方式的轉(zhuǎn)型。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng);創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室;學(xué)習(xí)空間

中圖分類號(hào)：TP391.44;TN929.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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學(xué)建成眾多創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，成為有效推動(dòng)創(chuàng)新人才培育的平臺(tái)，成效顯著。但在應(yīng)用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)由于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室及設(shè)施設(shè)備數(shù)量的限制和管理的限制，其以精英化教育為主，多數(shù)無(wú)法滿足全體學(xué)生自主、個(gè)性化、多樣性的學(xué)習(xí)需求，無(wú)法面向全體學(xué)生提升個(gè)人志趣、創(chuàng)新思維和優(yōu)勢(shì)發(fā)展。隨著上海教育綜合改革不斷深化，走班教學(xué)、綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)等要求，倒逼學(xué)校直面問(wèn)題。走班教學(xué)中，學(xué)生必然有大量自習(xí)課，面對(duì)學(xué)生依舊是簡(jiǎn)單的文化課自修還是有機(jī)會(huì)提升綜合素質(zhì)能力;學(xué)校能否提供更多開(kāi)放的學(xué)習(xí)空間和個(gè)性化發(fā)展的平臺(tái)的問(wèn)題，重構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室成為必然。

有學(xué)校先行起步，提出了“優(yōu)勢(shì)學(xué)習(xí)”教育理念，試圖以“時(shí)空的突破”為切入點(diǎn)，首創(chuàng)“思維廣場(chǎng)”——一個(gè)空間大小自如、整合教室和圖書(shū)館等功能、融入信息技術(shù)、融合多元化課程資源、保障多樣性學(xué)習(xí)方式、半閉合半開(kāi)放的學(xué)習(xí)環(huán)境[1]。而筆者在重構(gòu)學(xué)校學(xué)習(xí)空間的過(guò)程中，提出另一條發(fā)展之路，在“泛在學(xué)習(xí)”思想的指導(dǎo)下，開(kāi)發(fā)“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，重構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)空間。通過(guò)重構(gòu)促進(jìn)學(xué)校教學(xué)組織方式和人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)型;促進(jìn)課程內(nèi)容的統(tǒng)整、學(xué)習(xí)方式的變革、學(xué)習(xí)空間形態(tài)的創(chuàng)新和現(xiàn)代信息技術(shù)的融入。“泛在學(xué)習(xí)”有許多理解，我國(guó)學(xué)者普遍接受和使用的定義是：泛在學(xué)習(xí)是一種任何人（anyone）可以在任何地方（anywhere）、任何時(shí)刻（anytime）獲取所需的任何信息（anything）的學(xué)習(xí)方式[2]。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則能將各類物化的學(xué)習(xí)資源和設(shè)備，有效接入到學(xué)習(xí)環(huán)境中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在構(gòu)建智能化教學(xué)環(huán)境時(shí)，可以使得物理教學(xué)環(huán)境的每個(gè)物件都具有數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化特性，可以與虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境進(jìn)行無(wú)縫整合，即時(shí)地捕捉、分析師生的教與學(xué)的需求信息，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整[3]。在這樣的泛在學(xué)習(xí)空間中，任何一名學(xué)生，可在任意地點(diǎn)、任意的課余時(shí)間，利用“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”平臺(tái)，對(duì)接物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，獲取所需的任意實(shí)驗(yàn)資源，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)課程的自主學(xué)習(xí)。為此筆者圍繞一間機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，以機(jī)器人實(shí)驗(yàn)為例開(kāi)展學(xué)習(xí)空間重構(gòu)，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了簡(jiǎn)化版“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，添置物聯(lián)網(wǎng)專用設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，有效提高了機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室的利用率，支持學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，推進(jìn)教學(xué)方式的轉(zhuǎn)型。

1? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與平臺(tái)開(kāi)發(fā)

1.1? 確認(rèn)“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”基本功能

系統(tǒng)功能圖設(shè)計(jì)如圖1所示。

1.2? 開(kāi)發(fā)“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”軟件平臺(tái)

根據(jù)系統(tǒng)功能圖開(kāi)發(fā)系統(tǒng)平臺(tái)，基本功能描述如表1所示。

2? 系統(tǒng)硬件搭建

2.1? 硬件邏輯連接設(shè)計(jì)

“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”平臺(tái)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，學(xué)校明確了重構(gòu)學(xué)習(xí)環(huán)境所需的硬件連接布局，機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及周邊設(shè)備設(shè)計(jì)如圖2所示。

2.2? 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及周邊設(shè)備的搭建

學(xué)校選取了易于系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的硬件設(shè)備，如表2所示，其中，智能柜如圖3所示。在硬件搭建過(guò)程中，運(yùn)行“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”，調(diào)試系統(tǒng)和硬件的匹配，初步建成了由物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支撐的“泛在學(xué)習(xí)環(huán)境”。

3? 配套課程二次開(kāi)發(fā)

筆者在原有“機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作”課程基礎(chǔ)上，二次開(kāi)發(fā)了若干在線課程和配套實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)課程對(duì)應(yīng)有基礎(chǔ)、拓展、研究3個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)，每個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)配備6組標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)器材，合計(jì)組成18組實(shí)驗(yàn)，18組實(shí)驗(yàn)器材分別放置在智能柜中。教師將在線課程和配套實(shí)驗(yàn)課程分別發(fā)布在系統(tǒng)平臺(tái)上，供學(xué)生選擇。由于是第一次嘗試，又是讓學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)，所以為了提高參與同學(xué)的興趣，筆者將這些初始實(shí)驗(yàn)課程要求放低，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)簡(jiǎn)單。

3.1? 基礎(chǔ)型課程

在線學(xué)習(xí)任務(wù)為設(shè)計(jì)一輛尋跡小車的尋跡程序;重點(diǎn)學(xué)習(xí)光電傳感器工作原理、以及對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)分支結(jié)構(gòu)程序的編寫(xiě);遞交設(shè)計(jì)程序，作為在線測(cè)試內(nèi)容。配套實(shí)驗(yàn)課程，則為搭建一輛尋跡小車，并將在線學(xué)習(xí)課程設(shè)計(jì)的程序?qū)懭胄≤噧?nèi)，調(diào)試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)尋黑線自動(dòng)行走。

3.2? 拓展型課程

在線課程任務(wù)為學(xué)習(xí)發(fā)光數(shù)碼管發(fā)光控制的工作原理，編寫(xiě)數(shù)碼管顯示程序;遞交設(shè)計(jì)程序，作為在線測(cè)試內(nèi)容。配套實(shí)驗(yàn)課程，則為學(xué)生利用數(shù)碼管發(fā)光控制原理，完成數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)字實(shí)驗(yàn)，讓電路板的4位數(shù)碼管依次顯示8位數(shù)字的電話號(hào)碼，可加裝在機(jī)器人作品上用于計(jì)數(shù)顯示或數(shù)字廣告。

3.3? 研究型課程

在線課程任務(wù)為學(xué)習(xí)L298N驅(qū)動(dòng)電路智能小車控制的工作原理，設(shè)計(jì)小車前進(jìn)的控制程序;遞交設(shè)計(jì)程序，作為在線測(cè)試內(nèi)容。配套實(shí)驗(yàn)課程則為學(xué)生搭建智能小車一輛，要求將導(dǎo)線連接至相關(guān)模塊電路，待安裝完電池后，啟動(dòng)控制電路電源，前進(jìn)和后退控制程序?qū)懭胄≤?，調(diào)試小車前進(jìn)、后退控制程序，實(shí)現(xiàn)小車前進(jìn)和后退的控制。

4? 學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐

機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室環(huán)境重構(gòu)前，為高一、高二年級(jí)社團(tuán)課各24名同學(xué)參與學(xué)校。完成改造后，面向高二年級(jí)學(xué)生開(kāi)放試點(diǎn)。學(xué)生們可選擇適合自己的學(xué)習(xí)時(shí)間段、適合自己的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)課程，完成在線課程。在預(yù)約時(shí)間段內(nèi)，參加體驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，通過(guò)刷卡識(shí)別或預(yù)約機(jī)用戶登入的方式進(jìn)入機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，刷卡打開(kāi)智能柜獲得實(shí)驗(yàn)配套器材，再到預(yù)約的操作臺(tái)，完成實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生將領(lǐng)出的器材放回智能柜原位，設(shè)施設(shè)備恢復(fù)原狀;在平臺(tái)上按指定模板填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，指導(dǎo)教師登錄平臺(tái)，遠(yuǎn)程監(jiān)控;實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，在平臺(tái)上批閱實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并做評(píng)價(jià)。短短2周開(kāi)放時(shí)間內(nèi)，筆者查閱實(shí)驗(yàn)室后臺(tái)使用記錄，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下。

參加所在線課程的同學(xué)共計(jì)231人次，其中基礎(chǔ)課程118人次，拓展課程77人次，研究課程36人次。實(shí)際參與人數(shù)198人，而年級(jí)總?cè)藬?shù)450人，參與率高。在線課程學(xué)習(xí)時(shí)間段為晚上9點(diǎn)至11點(diǎn)、以及雙休日占多數(shù)，反映了學(xué)生能在自己空余的時(shí)間有效開(kāi)展學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的無(wú)時(shí)無(wú)刻。此外接入系統(tǒng)平臺(tái)的學(xué)校網(wǎng)絡(luò)地址，和校外網(wǎng)絡(luò)地址約各占一半，反映了學(xué)生在眾多不同地點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的無(wú)處不在。

繼續(xù)參加實(shí)驗(yàn)課程的同學(xué)，有215人次，其中基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)120人次，拓展實(shí)驗(yàn)61人次，研究實(shí)驗(yàn)34人次。實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)時(shí)間段午間和雙休日各占一半，實(shí)驗(yàn)室操作工位大多滿員。收到實(shí)驗(yàn)報(bào)告197份，批閱發(fā)現(xiàn)，雖然已提供給學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板及提示，但多數(shù)學(xué)生不會(huì)撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，也反證了這種自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方式的價(jià)值。

5? 成效與反思

系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐，成功地創(chuàng)設(shè)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的新空間，滿足了學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需求，增強(qiáng)了學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，參與實(shí)驗(yàn)課程的態(tài)度和興趣與傳統(tǒng)形式的課程相比有顯著的增加。對(duì)于學(xué)校課程而言，有了可提供學(xué)生更多選擇的機(jī)會(huì)，學(xué)習(xí)資源也有了更有效、更充分被使用的機(jī)會(huì)，教學(xué)方式更有了新的嘗試。

但在實(shí)踐中，也顯露了問(wèn)題，例如機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室僅通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程預(yù)約的方式，規(guī)定了預(yù)約的專用器材和設(shè)備，限制了學(xué)生的選擇，學(xué)生們希望能不通過(guò)預(yù)約課程，而直接預(yù)約到專用器材和設(shè)備。如要解決此問(wèn)題，一是要開(kāi)發(fā)及上線更多的課程，供學(xué)生選擇，二是直接設(shè)置部分器材預(yù)約，開(kāi)展更多的自建實(shí)驗(yàn)實(shí)踐。參與的師生均期望能夠有更多的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室加入其中，讓學(xué)生的選擇更豐富，讓個(gè)性化需求獲得最大限度的滿足。

6? 結(jié)? 論

通過(guò)機(jī)器人教室學(xué)習(xí)空間的重構(gòu)實(shí)踐表明，搭建泛在學(xué)習(xí)平臺(tái)，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將教室、設(shè)備物聯(lián)接入，執(zhí)行相關(guān)規(guī)則，可以讓任何學(xué)生在任何其空閑的時(shí)間，到接q.入的任意地點(diǎn)，使用接入的任意設(shè)備，靈活使用、開(kāi)展學(xué)習(xí)。因此基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的“泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)”的應(yīng)用，有助于學(xué)校改變現(xiàn)有的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供更多開(kāi)放的學(xué)習(xí)空間和個(gè)性化發(fā)展的平臺(tái)，推進(jìn)教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)型。

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作者簡(jiǎn)介：陳棟（1976.09—），男，漢族，上海人，中學(xué)高級(jí)教師，碩士，研究方向：教育管理、信息技術(shù)。