6、基于物联网的小流域降雨、径流与侵蚀实验测量的自主学习虚拟实验室

基于物联网的小流域降雨、径流与侵蚀实验测量的自主学习虚拟实验室

1. 引言

土壤是一种不可再生资源，在全球许多地方都面临着严重的人为压力和退化问题。如今，人们逐渐认识到土壤所提供的多种环境服务，包括缓解气候变化以及预防和抵御自然灾害。为了保护土壤，了解土壤中发生的地球物理过程至关重要。随着科学知识的增长，土壤科学教育需要重新审视教学方法，更加注重实践内容，让学生通过直接观察脆弱的环境场景进行自主学习，从而获得解决实际问题的经验和探索技能。

近年来，一些研究表明，在科学教育中使用物联网（IoT）可以改善教学效果，特别是在物理基础设施有限或设备不足的情况下。许多作者也证明了利用外部云平台、视频以及电子学习环境（如智能教室的虚拟实验室）可以促进教学和协作学习。虚拟电子学习工具因其能够适应不同的学习曲线和用户特征，正被广泛应用于应对这些新挑战。

最初，虚拟电子学习工具主要用于远程教育，如今已广泛应用于各个教育阶段。在工程和科学教育领域，用虚拟环境中的实验活动替代真实实验室的实践课程和实地考察仍然具有挑战性。虚拟实验室的发展经历了多个阶段，从早期的计算机模拟器到后来的虚拟现实应用，再到远程实验室的使用。随着物联网系统架构的出现，它被应用于电子学习范式中。在开发了多个不同学科的虚拟实验室后，人们开始关注其在学习过程中的益处。

目前，虚拟实验室被认为是在自主学习背景下获取经验和技术管理技能的有趣教学工具之一。将虚拟实验室与物联网相结合，以软件即服务（SaaS）的形式提供了有用的计算方式。通过物联网连接，虚拟实验室可以实现协作式电子学习，具有以下主要优点：
- 降低经济、时间和管理成本 ：这些工具通过减少设备使用和权限管理，节省