《物聯網系統開發與應用》課程教學改革探索

席廣永　崔云龍　鄒東堯　馬振剛

摘 要：文中介紹了《物聯網系統開發與應用》的教學目標和課程特點。針對該課程教學存在課程對前導課的依賴性強、課程實戰性較強、課程緊湊等問題，對課程內容、授課方式等提出了改進建議，建議以慕課為手段、以項目為主線，進行導向性和強化實踐等方面的探索。

關鍵詞：物聯網系統開發；教學改革；慕課；強化實踐

中圖分類號：TP39；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）03-0-02

0 引 言

物聯網產業是戰略新興產業，涉及的理論和技術涵蓋面廣，應用領域眾多。目前，國內外在物聯網人才培養、課程體系建設、課程建設等方面都處于積極探索階段，可借鑒的經驗較少[1]。《物聯網系統開發與應用》作為一門新的基礎課程，其教學還處于摸索、創新階段。如何合理開展教學改革，提高《物聯網系統開發與應用》課程教學的質量和教學效果，已成為該課程教改亟待解決的問題。為此，本文通過分析《物聯網系統開發與應用》課程的特點，分別從內容、模式、實踐和考核等方面剖析了該課程教學中存在的問題，并提出了相應的解決方案。

1 課程的教學目標、課程特點和存在的問題

1.1 物聯網系統開發與應用課程的教學目標

《物聯網系統開發與應用》是物聯網工程專業的核心課程，開設于大三下學期。該課程不僅是對模擬電路、數字電路、單片機、傳感器、無線傳感網、C語言基礎等軟硬件相關知識的綜合應用，更是學生開展畢業設計和就業綜合能力夯實提升的基礎。物聯網系統開發與應用課程的教學目標是通過該課程的學習，使得物聯網工程專業學生具備從事物聯網應用領域研究、設計、開發、維護等工作所需的專業基本能力。

1.2 物聯網系統開發與應用課程的課程特點

（1）課程涉及的領域廣泛

物聯網系統開發與應用涉及技術較多，從傳感器技術到通信網絡技術，從嵌入式微處理節點到計算機軟件系統，涵蓋自動控制、通信、計算機等不同領域[2]，是跨學科的綜合應用開發。

（2）課程涉及的前導課較多

物聯網系統開發與應用涉及電子、嵌入式開發、自動化控制、網絡通信、計算機等方向的綜合應用。課程涉及的前導課主要包括《物聯網導論》《射頻識別技術及應用》《單片機原理及應用》《電子設計軟件及其應用》《傳感器技術及應用》《無線網絡技術》《物聯網數據庫應用》《物聯網數據處理》《物聯網控制系統設計》等。

（3）課程相應的應用較多

物聯網是應用型技術，其發展依賴于諸多工程領域的技術創新，遍及智能家居、智能交通、智能環保、智能市政、智能工農業、智能醫療等多個領域，因此更強調工程應用。課程教學需圍繞一個或多個典型應用開展。

1.3 教學面臨的主要問題

鑒于本課程的特點，通過在教學工作中的實踐積累，對物聯網系統開發與應用教學中存在的問題歸納如下：

（1）課程對前導課的依賴性強

物聯網系統開發與應用涉及的前導課較多，從大一的《單片機原理及應用》到大三的《物聯網數據處理》，達10余門，涵蓋硬件開發和軟件開發兩方面。由于物聯網系統開發與應用是以項目為主導的全流程設計和實現，因此在跨度較大的5個學期內對前導課的掌握程度將直接影響該課程的教學效果。

（2）課程實戰性較強

物聯網系統開發與應用課程以項目為主導，實戰性較強，貫穿需求分析、硬件設計與優化、軟件系統開發與測試等全流程。該課程要求授課教師具有豐富的工程經驗，否則授課時勢必以描述性內容居多，容易使學生產生厭倦情緒。在強調授課老師指導學習的同時，課程也要求學生具有一定的動手能力和創新能力，否則容易導致學生在某個環節產生挫敗感。

（3）課程課時“相對”不足

物聯網系統開發與應用的理論課時為16學時，實驗課時為24學時。由于課程牽涉的內容較多，使得課程學時較為緊湊。考慮到學生對前導課的部分知識還未掌握或已遺忘，如果按照傳統的授課方式，對全部知識點進行講解則顯得課程學時 “相對”不足，很多內容只能如蜻蜓點水般一帶而過，導致部分內容講解不夠透徹，學生未完全理解，始終只有一些模糊的概念，達不到良好的教學效果。

2 課程教學改革的探索與實踐

針對物聯網系統開發與應用課程教學中面臨的主要問題，結合實際情況和學生特點，對物聯網系統開發與應用課程的教學進行了探索和實踐，提出了以學生為主體、教師為主導、項目為主線，進行分層次、導向性強和強化實踐等方面的探索，涵蓋課程內容、授課方式等。

2.1 合理設置課程內容體系

物聯網內涵豐富，包括感知層、網絡層和應用層，這三部分相對獨立又相互聯系，每一部分都蘊含著豐富的內容，在較短的學時內無法融會貫通。為了使授課不至于因寬泛而流于膚淺，在講解各部分內容時都應盡量結合實際情況合理編排教學內容。理論課程按需求分析、嵌入式開發、無線傳感網組建和應用系統開發四部分展開，每部分分配3～4個學時，可根據課堂效果進行適當調整。由于前導課已對理論部分進行了較為詳細的講解，因此，教學內容應摒棄單純的理論知識講授，避免使學生感到枯燥而失去興趣。課堂內容側重于理論知識的應用，每一部分的知識點以實物案例的形式展現，一方面可以激發學生的聽課熱情和積極性，另一方面基于實例模仿可以提高學生的實踐和動手能力。

2.2 理論環節教學模式的改革

授課方式的改革采用“慕課”教學模式。傳統的課堂教學模式以教師講授為主，對學生而言是“被動式”聽講，缺乏互動性和新鮮感。此外，常出現因課程課時不足導致很多知識點無法通過課堂講授方式完成的情況，尤其對于前導課知識點掌握不牢固的學生而言，無法通過課堂講授全面掌握。為提高學生的學習主動性和學習效果，特采用慕課（MOOC）教學模式[3]將課程所需的知識點和經典項目案例拆分制作成PPT、微視頻。在課前將學習資料發給學生或發布到網絡供學生下載學習，學生對前導課沒掌握或遺忘的部分知識進行補習。將理論課堂分為個人學習匯報、分組討論、共性問題引導式講解等環節，在實踐實驗課堂上踐行實現。這種教學方式可加深學生對知識點的理解，有效培養學生分析問題的能力和表達能力，有助于增加師生間的了解和教學工作的開展。

2.3 項目引導式的實驗環節

物聯網系統開發的方法是從眾多現實項目開發實踐中總結出來的，實驗課程的教學重在實踐[4]。需要收集和總結一些物聯網系統開發的典型案例，如在智能家居、環境監測等方面的應用。學生上實驗課時按5～10人進行分組，利用校外企業已完成或準備開展的實際項目，基于校企聯合實驗室，讓學生以不同的角色參與項目全流程[5]。通過實例項目的開發強調知識體系的實踐性和可操作性，提高學生的學習興趣。在實驗教學的全過程，鼓勵學生查閱文獻和資料，培養學生的學習主動性，引導學生積極思考并參與項目歷練，使學生由被動式學習變成主動探索知識，培養學生的創新意識，提高創新能力。

2.4 合理設置考核方式

課程的考核方式應隨著教學內容、教學方法的變化而變化，使學生發揮出所掌握的知識和個人技能水平。物聯網系統開發與應用是一門實用開發類的課程，其考核應突出學生物聯網系統開發相關知識的掌握程度、創新意識和創新能力的培養。課程考核以提交的物聯網應用系統和文檔材料為主，依據開發的物聯網應用系統的可用性、撰寫文檔的詳實度和規范性進行評判，突出答辯環節，采用學生自評、小組互評、教師評價相結合的多元化評價體系。

3 結 語

《物聯網系統開發與應用》課程具有綜合性強、實戰性強等特點，對授課教師和學生的綜合要求較高，其教學還處于摸索和創新階段，需要教師對課程的多個方面進行探索創新。針對《物聯網系統開發與應用》課程教學中面臨的主要問題，提出了以學生為主體、教師為主導、項目為主線，采用慕課教學模式，較好地解決課程教學中存在的學生對前導課知識掌握不足等問題，同時在培養學習興趣、啟發自主學習、提高學生的專業能力，以及創新意識和團隊精神等方面，使教學效果得到了一定提升。

參考文獻

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[3]郭鵬，李乃祥，劉同海.慕課給農業物聯網工程專業本科教學帶來的啟示[J].天津農學院學報， 2015 （4） ：54-56.

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