K-12 學校計算機網路/第 31 章

1. 定義和普及

近年來，Wi-Fi 成為我們電子詞典中的一個新詞。每個數字使用者或多或少都知道“Wi-Fi”。但是，Wi-Fi 的準確定義是什麼？讓我們仔細看看。

Wi-Fi（無線保真）是一種流行的無線網路技術，使用無線電波提供無線高速網際網路和網路連線。擁有 Wi-Fi（註冊商標）術語的 Wi-Fi 聯盟組織明確將 Wi-Fi 定義為任何“基於電氣和電子工程師協會 (IEEE) 802.11 標準的無線區域網 (WLAN) 產品”。

許多應用程式和裝置（尤其是掌上裝置）都支援 Wi-Fi。這些包括影片遊戲機、家庭網路、PDA、手機、主要作業系統以及其他型別的消費電子產品（例如筆記型電腦、筆記型電腦和平板電腦）。任何經過 Wi-Fi 聯盟測試並批准為“Wi-Fi 認證”（註冊商標）的產品都經認證可以相互互操作，即使它們來自不同的製造商。

如今，人們使用支援 Wi-Fi 的智慧手機、筆記型電腦、平板電腦和其他掌上裝置。Wi-Fi 的覆蓋範圍在許多國家越來越廣。人們可能會在豪華酒店、高檔住宅區、機場、一些火車站、圖書館、大學校園、書店、咖啡館和一些餐廳看到“Wi-Fi”標誌。它非常流行，以至於使用 Wi-Fi 成為我們日常生活的一部分。

Wi-Fi 技術有什麼好處？一切

它使我們能夠以高速和低成本訪問網際網路，而無需任何物理電線。與藍牙和紅外技術不同，Wi-Fi 具有更廣的覆蓋範圍和更高的傳輸速度。雖然它的無線電範圍更窄，但它仍然是我們享受無線網際網路訪問的最佳選擇。

我們許多人認識到擁有支援 Wi-Fi 裝置的好處。這些人的一組是青少年。他們喜歡擁有智慧手機、iPod Touch 和筆記型電腦/或平板電腦。這帶來了 Wi-Fi 在 K-12 學校（尤其是初中和高中）的潛在用途。

2. Wi-Fi 在學校的潛在用途

今天的孩子是數字原住民。今天的青少年喜歡數字裝置：iPhone、iPod Touch、智慧手機和筆記型電腦/平板電腦。在學校校園中使用 Wi-Fi 服務，擁有支援 Wi-Fi 裝置的學生可以在學校時間享受上網。這很可能會延長他們練習技術技能以及學術學習的時間。

技術賦予孩子

教育技術最常關注的是將技術帶到學校和教室。支援 Wi-Fi 的筆記型電腦計劃將技術帶給了孩子們。如下圖 1 所示，Wi-Fi 可以將在家學習的學生連線到學校的內網及其內容和教學軟體。學校的內網不是網際網路，其中包含不適合學生的內容（色情內容、賭博等）。透過將訪問許可權限制在私有的、學校管理的內網，學生無法被線上掠食者接觸到。

檔案：Sunding Figure2.jpg 圖 1 支援 Wi-Fi 的學校內網內容和教學軟體

可負擔性

Wi-Fi 的主要吸引力之一是其每個使用者的成本。下表 1 說明了其與其他技術的成本比較，以每戶透過的成本衡量。這種每戶透過的低成本使其有可能讓學區建立自己的私有接入網路，獨立於商業運營商。

檔案：Wifi-table15.pdf

表 1 Wi-Fi——市場上最便宜的接入技術

政府計劃

一對一計算計劃和“每個孩子一臺筆記型電腦”（OLPC）計劃已提升了成千上萬學生的技術技能以及學術進步。

公立學區每年從稅收中獲得的每個學生的資金（聯邦、州和地方資金），一些學區可以為每個學生配備一臺支援 Wi-Fi 的筆記型電腦，將學校內網的內容和應用程式擴充套件到學生家中（例如：弗吉尼亞州的亨利科縣學區，http://www.henrico.k12.va.us/whyhcps/technology.html ）。此外，近 90% 的彩票資金流向州政府，以經濟支援公立學校。這些使學區能夠部署一個 Wi-Fi 網路，將學生筆記型電腦連線到學校內網內容和教學軟體，每天 24 小時全年無休，估計每個學生每月 1 美元，或一次性費用約 40 美元（取決於人口密度）。

聯網（商業網際網路訪問）筆記型電腦或平板電腦可能是社會經濟地位（SES）較高的孩子的標準配置，並且可能有一天在美國的家庭和教室中不可避免。那一天還有多遠？十年還是兩年？這取決於普通人是否負擔得起。下圖 2 顯示了美國學校中支援 Wi-Fi 的筆記型電腦的趨勢。

檔案：Sunding figure1.jpg 圖 2：美國學校中一對一聯網/支援 Wi-Fi 的筆記型電腦的趨勢

應用

用於教學的應用程式是真正的力量，是 Wi-Fi 網路的真正價值。Wi-Fi 網路和一對一計算本身對學生的教學沒有多大幫助。網路的力量在於駐留在學校內網上的應用程式，學生可以透過 Wi-Fi 網路和一對一計算程式訪問這些應用程式。

         Literacy

一個手持支援 Wi-Fi 的筆記型電腦並載入了互動式識字教學軟體的學生會發現他們每天的教學得到了極大的增強。一個例子可能是英語學習者，他們的英語詞彙量可以透過筆記型電腦和軟體提供的視覺聲音關係得到提高。在高中階段，一個學生可以透過這些軟體產品提供的一系列練習測試來提高他們閱讀速度和考試技巧，從而為他們的美國考試 (ACT) 做準備。另一個例子可能是由於家庭緊急情況而缺課很多的學生可以進行“學分恢復”（NovaNet 就是一個例子）。

        Numeracy

學生支援 Wi-Fi 的筆記型電腦上的互動式軟體增強了學生的數字感。許多軟體產品提供數學遊戲，可以幫助練習和發展數字感。在高中階段，3D 圖形對於理解三角學、物理學和生物學非常有幫助。

        Writing

許多學生髮現用電腦寫作比用筆和紙寫作更容易。因此，學生更願意嘗試他們的寫作（因此寫得更多）並與同伴和老師分享他們的寫作草稿。協作學習過程得到了增強。支援 Wi-Fi 的筆記型電腦使學生能夠使用電子郵件執行緒對話與老師和同伴討論材料。學生部落格鼓勵寫作作為學生表達的一種方式。有些人認為筆記型電腦和筆記型電腦應用程式（文字處理、電子郵件、網頁等）是“現實生活”，他們可以將其用作日常解決問題的技能，而傳統的筆和紙則被認為是“非現實生活”。

一些有趣的統計資料

聯邦通訊委員會報告稱，美國大多數地區的寬頻普及率接近 90%。

根據棕櫚灘縣 (佛羅里達州) 學區的調查資料，• 48% 的人說他們寧願放棄啤酒也不願放棄 Wi-Fi；• 近 60% 的受訪學生說他們不會去沒有提供免費 Wi-Fi 的學校或大學；• 超過 50% 的學生說他們在課堂上使用筆記型電腦時曾檢視過 MySpace 或 Facebook，或傳送或接收過電子郵件；• 近 50% 的人曾向朋友傳送即時訊息；• 55% 的學生在咖啡館或餐廳登入，47% 的學生在公園登入，24% 的學生在汽車中登入，此外還有圖書館和實驗室；• 43% 的人使用手持裝置而不是筆記型電腦或臺式電腦訪問 Wi-Fi；• 90% 的人認為 Wi-Fi 接入與教室或電腦一樣對教育至關重要；

分配給公立學校的稅收資金從每生每年 5,000 美元到 7,000 美元不等。這意味著為每個孩子提供一臺支援 Wi-Fi 的筆記型電腦的成本將不到該學區每年每生分配稅收資金的 10%；

ABI Research (www.abiresearch.com) 表示，到 2013 年，Wi-Fi 的普及率應該達到所有校園的 99%；

美國人口普查局在 2002 年（每五年公佈一次）列舉了美國以下的學校系統數量：• 13,506 個學區政府；• 178 個州屬學校系統；• 1,330 個地方屬學校系統；• 1,196 個教育服務機構（為公立學校系統提供支援服務的機構）；• 截至 2005 年 10 月，美國公立學校有 4,500 萬名學生（K-12 年級）。

結論

在美國 50 個州的 K-12 學校中，存在巨大的 Wi-Fi 市場；建立“無線 K-12”的可能性很大；Wi-Fi 在學校中具有潛在用途。讓我們討論一下在學校使用 Wi-Fi 的利弊。

3. 優勢和挑戰

就像任何其他新奇的玩意兒，在 K-12 學校使用 Wi-Fi 技術當然有其優勢和挑戰。以下 a)—i) 列出了最常見的 (但並非最不重要的) 優缺點。

優勢

1). 易於設定 WLAN，成本更低

Wi-Fi 允許在沒有客戶端裝置的電纜和線路的情況下部署區域網 (LAN)，通常降低網路部署和擴充套件的成本。無法鋪設電纜的空間，例如戶外區域和歷史建築，可以容納無線區域網。

現在大多數筆記型電腦都內建了無線網路介面卡。Wi-Fi 晶片組的價格持續下降，使其成為更經濟實惠的網路選項，甚至包含在更多裝置中。

2). 方便使用

有了 Wi-Fi 服務，學生、教職工和員工可以在上課時間在學校校園內的任何地方方便地使用他們的 Wi-Fi 裝置。

3). 增強技術技能

學生使用電腦和網際網路/內聯網的時間越長，他們將學習到的數字技能就越多。

4). 提高學習成績

在學校內聯網上花費更多時間的學生通常會獲得更多關於他們學科的資訊，並且更有可能更容易地完成作業。因此，成績的提高是自動的。

挑戰

1). 通道限制

為了實現數字公平並最佳化全球每個人對 Wi-Fi 技術的使用，每個國家/地區都有不同的頻譜分配和操作限制。例如，美國使用通道 1、6、11，而歐洲使用：1、5、9 和 13。總的來說，歐洲在 2.4 GHz 頻段允許使用比美國允許的另外 2 個通道。(1–13 vs. 1–11); 日本在其基礎上還多了一個 (1–14)。截至 2007 年，歐洲在這方面基本上是同質的。

2). 範圍短

Wi-Fi 無線網路範圍各不相同，這取決於裝置型別、天線的使用、開放環境或有許多牆壁和傢俱的建築物。牆壁和地板的材料會對訊號傳輸範圍產生很大影響。Wi-Fi 是一種低功率輻射訊號，因此它無法穿透金屬、水和其他任何高密度材料。

在典型的辦公室中，Wi-Fi 網路的傳輸距離可以達到 75-150 英尺。在空房間/建築物或戶外開放區域，它可以達到 1000 英尺或更遠；使用良好天線並最佳化位置，可以達到 1000 英尺或更遠。因此，在使用 Wi-Fi 裝置時，應始終注意範圍。

3). 速度隨距離下降

Wi-Fi 速度會隨著與集線器/裝置距離的增加而下降。越遠，速度越慢。例如，內建筆記型電腦 Wi-Fi 接收器在 100 英尺內的速度可以達到 11Mbps。當距離超過 100 英尺時，資料速度將下降到 5.5Mbps，然後下降到 2 Mbps，最後下降到 1 Mbps。由於大多數 DSL 和電纜速度都低於 1Mbps，因此 Wi-Fi 的速度足以被接受。

4). 輻射不穩定

Wi-Fi 輻射不穩定。它可能在任何時候都會因內部或外部原因中斷。遭受線上活動中斷的困擾是當今 Wi-Fi 技術的弊端之一。它需要極大的改進。

5). 對安全的威脅

最常見的無線加密標準，有線等效隱私 (WEP) 已被證明即使正確配置也很容易被破解。Wi-Fi 受保護訪問 (WPA 和 WPA2) 於 2003 年開始出貨，旨在解決這個問題，現在已在大多數產品中提供。Wi-Fi 接入點通常預設處於“開放”（無加密）模式。新手使用者從開箱即用的零配置裝置中受益，但這種預設設定未啟用任何無線安全功能，為他們的 LAN 提供了開放的無線訪問。要開啟安全功能，使用者需要配置裝置，通常透過軟體圖形使用者介面 (GUI)。開放（未加密）的 Wi-Fi 網路可以被監控並用於讀取和複製透過網路傳輸的資料（包括個人資訊），除非使用其他安全方法來保護資料，例如 VPN 或安全網頁。

6). Wi-Fi 和網路濫用

一些數字智慧學生可能會用他們的 Wi-Fi 裝置玩把戲。他們可能會侵入並攻擊學校的網路。

7). 交通擁堵

由於學校校園內大量使用 Wi-Fi 裝置，不可避免地會遇到交通擁堵。為了減少擁堵，學區需要增加相關預算來升級裝置。

8). 與其他電器的干擾

微波爐、無繩電話、嬰兒監視器、安全攝像頭、藍牙裝置、心律裝置、（在某些國家/地區）業餘無線電、影片傳送器都在 2.4GHz 頻譜中執行，與 Wi-Fi 共享頻段。這意味著它們會互相干擾。在大多數情況下，它們只會減慢 Wi-Fi 的速度，而不會停止其執行。為了防止干擾，您可以將使用 2.4 GHz 頻段的裝置與 Wi-Fi 裝置分開。將它們移到遠離 Wi-Fi 裝置的位置，或者更改 Wi-Fi 通道（如果適用）。

9). 通道汙染

Wi-Fi 汙染，或該區域內過多數量的接入點，尤其是在相同或相鄰通道上，可能會阻止訪問並干擾其他人使用其他接入點，這是由 802.11g/b 頻譜中的通道重疊以及接入點之間訊號噪聲比 (SNR) 降低造成的。對於位於高密度區域的學校，例如擁有大量 Wi-Fi 接入點的龐大公寓樓或辦公樓，這可能是一個問題（曼哈頓的學校就是一個例子）。對那些遭受這些形式的干擾或網路擁塞的人的普遍指導是遷移到 Wi-Fi 5 GHz 產品 (802.11a 或具有 5 GHz 支援的較新的 802.11n)，因為 5 GHz 頻段相對未使用，並且有更多可用的通道。這還需要使用者將 5 GHz 頻段設定為客戶端中的首選網路，並將每個網路頻段配置為不同的名稱 (SSID)。當學校尋求提供大區域覆蓋時，這也是一個問題。這種開放性對於 2.4 GHz Wi-Fi 的成功和廣泛使用也很重要。

10). 有害輻射

隨著更先進技術的出現，人類生活在更密集的電磁場中。Wi-Fi 的輻射可能會導致一些未知的疾病。估計對我們的心臟有害。因此，在德國和中國等一些國家/地區，禁止銷售和使用 Wi-Fi 裝置。該政策的一個例子是 iPhone 必須在進口到中國之前停用其 Wi-Fi 功能。

4. 結論和建議

本文闡述了 Wi-Fi 在學校中的應用機會。Wi-Fi 主要是擴充套件學區基於內聯網的內容和應用程式到學生群體的一種無線且低成本有效的方式，超出了學校校園和課餘時間，相當於任何時間、任何地點的教學。學校教育中的 Wi-Fi 最好在“3A”中得到解釋，即訪問（Wi-Fi 如何提供學生網路訪問）；經濟適用性（學區如何負擔得起全區範圍的網路）和應用（網路的真正價值或 Wi-Fi 網路將如何應用於教學）。

學校中的 Wi-Fi 有許多市場驅動因素，包括一對一計算程式、希望將教學擴充套件到課堂之外（即“將技術帶給孩子”）、政府授權和資金。但是，鑑於技術的進步，學校孩子使用的支援 Wi-Fi 的筆記型電腦可能是不可避免的。學區會帶頭還是追隨潮流呢？