课题申报模板物联网技术在中小学环境教育中的应用研究.docx
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课题申报模板物联网技术在中小学环境教育中的应用研究
课题申报范例精选
【导语】课题要坚持正确的政治方向,充分体现中央有关精神和要求,具有鲜明的问题导向和创新价值。
应用对策类选题要有现实性、针对性和前瞻性;基础理论类选题要立足学术前沿,具有原创性和开拓性;跨学科类选题要体现学科交叉渗透的属性和特点。
选题文字表述科学、严谨、规范。
以下是课题优秀成果,是各类教师进行课题申报、开展课题研究、撰写研究报告的参考模板和范例。
物联网技术在中小学环境教育中的应用研究
课题名称:
物联网技术在中小学环境教育中的应用研究
关键词:
物联网,环境教育,科学探究,中小学
申报级别:
全国教育信息技术研究课题
课题类别:
重点课题
学科分类:
信息技术
研究类型:
信息技术
预期研究成果:
立项号:
126220681
课题设计论证
(一)本课题国内外研究现状述评、选题意义和研究价值
1、国内外研究现状述评
当前,环境问题已成为全社会一个日益突出的问题,影响着人类的学习、生活和工作。
环境教育是以解决环境问题和实现可持续发展为目的,以提高人们的环境意识和有效参与能力为任务,以教育为手段而展开的一种社会实践活动。
随着现代信息技术的发展,网络与多媒体技术广泛应用于各个学科,美国哈佛大学和亚利桑那州立大学开发的RiverCity便是支持创造性探究的虚拟环境的典型例子。
近年来,物联网(TheInternetofThings)作为一个由传感设备与互联网结合而成的网络,使得所有物品都能够被远程感知。
这是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展,受到了全社会极大的关注,已经被列入我国重点发展的战略性新兴产业之一。
可以预见物联网将快速发展并深刻影响人们的工作、生活,必将在教育教学领域发挥越来越大的作用。
目前,物联网技术在教育教学尤其是环境教育中的应用尚处于起步阶段。
2003年前后,台北市中小学先后建起了数字化的校园气象站,通过传感器实时收集相关的气象数据,并将其发布到“台北校园气象网”实现数据共享。
无锡市的部分中小学建立了基于传感设备的“农植园”、“气象台”和“天文台”,这是将物联网技术应用中小学教育信息化的有益尝试。
可见,国内外已有若干将物联网技术应用于教育领域的案例,但是大多是气象、种植等单个领域的传感器与网络结合,几乎没有面向校园的多要素环境数据采集并以此开展环境探究学习的综合性的应用实践。
2、选题意义和研究价值
该课题将物联网技术应用于环境教育中,将现实的环境数据通过传感设备感知并转化成数字信号,无线传输入计算机数据库,供学习者分析探究。
课题将提供一个融合现实与虚拟的学习环境,学生既可以在现实的校园环境中获取真实、有效的环境数据,又可在虚拟的网络环境中开展跨校、跨地区的多样化的协作学习。
具体说来,本课题的理论意义与实践价值体现在以下几个方面:
首先,本课题延伸了环境教育的基础理论即卢梭的自然主义教育思想,倡导学生身临其境融入环境。
本课题将学习者与学习环境有机衔接,促进知识建构,有利于情感、态度及价值观的形成。
其次,本课题研发的环境观测与探究性学习平台是一个集软、硬件为一体的系统,易于在中小学应用推广,便于开展跨校、跨区域的协作学习活动。
本课题以学生所熟悉并能感受到的环境问题为主题开展活动,提高学习者理论联系实际的能力,在活动中形成环保意识,提升环境素养。
最后,本课题有利于促进新信息技术在教育教学中的应用及创新。
物联网技术与环境教育相结合,一方面促进了环境教育教学方式、模式的创新,另一方面体现物联网营造的“物物相连”环境在教育领域中的应用价值,深化了卢卡斯模式中“在环境中教育”的思想。
(二)本课题的研究目标、研究内容、主要观点和创新之处
1、研究目标
(1)开发环境教育信息系统(CEIS)的实际产品:
将物联网技术应用于环境信息采集,完成CEIS原型系统的研发,并与企业合作推出相关的硬软件产品:
校园环境观察仪、环境教育网站、在线研究性学习平台软件。
(2)在中小学开展环境教育信息系统(CEIS)的应用试点:
设计面向环境主题的探究性学习活动的方案,编写相关的《科学探究学习指南》,并选择若干中小学进行环境教育试点。
(3)进行环境教育信息系统(CEIS)的推广应用:
在前述系统研发与应用试点的基础上,充分发挥本系统中环境数据库与在线交流的作用,扩大应用学校的范围。
2、研究内容
本课题将在浙江省公益性技术应用课题“面向社区/校园的在线环境观测系统及其教育应用(2011C23020)”的研究基础上,完成基于物联网技术的环境教育信息系统(CEIS)硬、软件产品的开发,并将其应用于中小学校环境教育主题的探究性学习。
该课题的系统构成与教育应用框架如图1所示意。
(1)基于物联网技术的环境教育信息系统(CEIS)产品开发
在课题组现有工作的基础上,研发一套面向中小学校园的,集环境数据实时采集、环境信息服务以及在线环境教育功能为一体的综合型环境教育信息系统(CEIS),该系统由以下三个部分组成:
校园环境观测仪、环境教育门户网站,以及科学探究学习平台。
整个系统的功能构成如图2所示。
校园环境观察仪:
实时或定时采集校园范围内的环境要素信息,包括有温度、湿度、气压、风速、风向、降雨量、太阳辐射等气象要素传感器,以及噪声、二氧化碳、二氧化硫等传感器,并可根据用户需要灵活增加或减少传感器以便满足特定用户的需求。
上述数据通过无线发送到学校的计算机并与远程的环境数据库联网。
环境教育门户网站:
开发CEIS系统所相应的环境教育专题网站,主要模块包括:
环境数据库及其管理、基于Web3D技术的环保主题在线展览馆、环境信息实时查询、环境教育资源检索、后台管理等。
科学探究学习平台:
开发一个支持中小学生开展环境主题的在线探究活动的学习支持平台,主要包括协作学习、讨论与答疑、学习成果发布等功能。
(2)环境主题探究学习的活动设计与应用试点
分析国内外环境教育的现有学习模式与活动案例,结合中小学《科学》、《社会》、《信息技术》等课程的课堂教学及课外活动,规划、设计基于CEIS系统的环境教育主题的探究学习活动,编写相应的学习指南。
探究主题包括:
认识环境观测站、主要环境事件探究、环保绘画竞赛、环境主题日活动、环境与生活、环境与生物等等。
选择若干具有代表性的中小学校作为实验基地,针对课堂内/外、线下/线上、正式/非正式学习的不同特点,组织开展环境教育主题的探究性学习活动。
(3)基于CEIS系统的环境教育应用与推广
对上述环境教育的应用试点工作进行总结,针对CEIS系统及其在环境教育中的应用,组织召开研讨会和培训班。
在此基础上争取在更大范围的中小学校进行推广。
在此过程中,要注意发挥网络数据库中环境数据的共享、校际之间学生的在线交流等。
在上述工作的基础上,完成相关的研究报告、发表若干篇研究论文。
3、本课题的创新之处
(1)该课题将先进的物联网技术应用于中小学校的环境教育,设计了一个集校园环境观测、环境信息查询和环境教育为一体的校园环境观测系统及其应用模式。
该课题所研发的CEIS系统既为校园生活提供了环境信息服务,也可满足环境科学普及、科学探究等教学需求。
(2)借助该课题研发的环境教育探究性学习平台,中小学生可以突破时空限制,充分利用实时的环境数据信息开展一系列环境教育主题的探究性、协作性学习活动,对于培养学生自主学习能力与创新意识具有十分重要的实践意义
(三)本课题的研究思路、研究方法、技术路线和实施步骤
本课题分为硬件研发、软件研发、教育应用三个阶段,CEIS系统开发的技术路线及相关任务如图3所示意。
课题采用基于设计的研究方法,采用“逐步迭代”的设计方式。
前期拟采用原型法设计观测仪器原型和软件平台,在完成原型设计的基础上选择实验学校进行应用试点,检测其应用效果。
在试用过程中改进、完善产品的设计,最终形成可靠而有效的产品,并在中小学校应用推广。
在硬件开发和产品化方面,拟采用校企合作的形式,由教育技术装备企业具体进行产品制造。
在软件开发方面,将采用MVC(Model-View-Controller)框架来组织程序。
课题可行性分析
(一)已取得的相关研究成果和主要参考文献
l 本课题组已取得的相关研究成果
1、浙江省科技厅课题,面向社区/校园的在线环境观测系统及其教育应用(编号2011C23020),2011-2012
2、YangJinzhong,ZhangJianping,ZhangYuyan,LiYan.Web-basedCampusEnvironmentalInformationSystemDesignforK-12Schools.15thGlobalChineseConferenceonComputersinEducation.ZhejiangUniversity.2011,Volume1.
3、XuWei,ZhangJianping.FunctionalDesignoftheVirtualLearningCommunityBasedontheConnectivismLearningTheory[A].15thGlobalChineseConferenceonComputersinEducation.ZhejiangUniversity.2011,Volume2.
4、ZhangJianping,ZhonDa,ZhangJiahua,Knowledgevisualization:
Aneffectivewayofimprovinglearning,2ndInternationalWorkshoponEducationTechnologyandComputerScience,ETCS2010Volume:
1,pp598-601(EI检索)
5、Jianpingzhang,Yuhuiyang,DesignandImplementationofVirtualMuseumbasedonWeb3D,TransactionsonEdutainment2009:
154-165(EI收录)
6、ZhongDaandZhangJianping,KnowledgeVisualization——anApproachofKnowledgeTransferandRestructuringinEducation,InternationalForumonITandApplications,IEEEComputerSociety,2009.5,Vol3,pp716-719(EI收录)
7、ZhangJianping,MuBo,YangYuHui,DesignandImplementationofThe3DVirtualLearningEnvironment,2009WorldCongressonSoftwareEngineering(IEEEWCSE2009),publishedbytheCPS(EI收录)
8、张剑平等,网络学习与适应性学习支持系统研究,科学出版社,2010.
9、张剑平等,信息技术与课程整合,浙江大学出版社,2006.
10、陈仕品、张剑平,适应性学习支持系统的学生模型研究,电化教育研究,2010(5):
112-117
11、 张家华、张剑平,网络学习的影响因素及其LICE模型,电化教育研究,2009(6):
73-77
12、 尹溪,增强现实技术在虚实结合学习场景中的应用研究[D].杭州:
浙江大学,2011.
13、 张玲,基于Sakai的高校研究性学习平台设计与应用[D]
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- 课题 申报 模板 联网 技术 中小学 环境 教育 中的 应用 研究
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