物聯網控制技術課程分層任務驅動學習研究

楊盛泉 黃姝娟 劉萍萍 劉海泉 劉白林

摘要： 針對目前物聯網控制技術課程教學過程中采用傳統的教學方法學生被動學習、學習效果差等現象，提出基于層次化教學與任務驅動模式對該課程進行教學改革。文中首先對分層教學與任務驅動教學進行了概述，進而詳細地論述了對于本課程層次化任務驅動教學設計，其包含動態分層、任務設計、交叉互動以及評價機制等內容，最后重點討論了它在本課程中如何實施以及應該注意的問題。

Abstract： Aiming at the phenomena of passive learning and poor learning effect of the traditional teaching methods in teaching process of IOT control technology， this paper proposes teaching reform based on the layered teaching and task-driven mode. First of all， the author summarizes the teaching of layered teaching and task driven teaching， and then elaborates on the layered task driven teaching design of this course in detail， which includes the content of dynamic layering， task design， cross-interaction and evaluation mechanism. Finally， the paper focuses on how it is implemented in the course and what issues should be noted.

關鍵詞： 物聯網；分層學習；任務驅動；互動交流

Key words： IOT；layered learning；task driven；interactive learning

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）20-0290-02

0 引言

物聯網英文全稱為Internet of things，簡稱IOT，它是近年來融合計算機科學、通信工程、微電子學、傳感器技術等多學科相結合交叉發展的全新的測控網絡技術。為了培養物聯網從業的專業人才，國內眾多高校設立全新的物聯網工程專業。物聯網控制技術是高校物聯網工程專業的一門重要的專業核心課程，該門課程具有很強的實踐性與綜合性。因為學生對該門課程的要求掌握前期微電子學、通信工程、測量控制等基礎課程的程度差異較大，學生專業基礎能力素質參差不齊，在這種情況下，教師若以同一個起點、同一個步調的教學模式已經不能滿足不同層次學生的需求。為提高物聯網控制技術課程的教學質量和教學效果，必須對現有的一刀切的教學方法和模式教學模式進行改革，采用層次化任務驅動的新的教學模式。

1 分層任務驅動教學模式

1.1 分層教學

分層教學是近年來在網絡時代中備受關注的一種教學模式，它根據學生的基礎水平不一樣，將學生劃分成不同的層次，教師分別有針對地制定不同的教學目標，這樣學生可根據自己的條件與基礎完成不同的任務，這種形式教學可使各層次學生在完成各自學習任務過程內各有所獲，逐步達到人人進步、整體提高的目的[2]。

在中國古代孔子就提出教書育人要“深其深，淺其淺，益其益，尊其尊”，這等同于現代“因材施教，因人而宜”的分層分類教學理論。俄羅斯著名的教育家維果茨基提出的“最近發展區”層次教育理論，他認為每個學習個體都存在著兩種發展水平：“現有水平”與“潛在水平”，這兩個水平之間的區域稱為“最近發展”，教學過程中要認識到這兩種水平的個體差異現實，實施不同程度的教學方案，把個體的“最近發展區”轉化為“現有發展區”，最終達到所有個體都學有所得。

1.2 任務驅動教學

任務驅動教學模式以提高學生解決問題能力為中心，以階段性學習任務實施完成教學方式，其教學的主要過程是：教師的教學與學生的學習圍繞著一個目標，設計成具體的幾項任務，形成強烈的問題驅動，進行自主探索和互動協作的有效的學習實踐活動[1]。這適合于培養學生的自主學習能力和團隊完成任務協作解決問題能力。

任務驅動教學模式是一種以學生個體為完成任務主動去學習與教師加以驅動引導相結合的教學方法，它不但符合探究式的學習模式，同時又符合分層教學模式。任務驅動教學法具有以下特點：①任務驅動以完成任務為中心引領學生主動學習相關知識、提高技能和端正學習態度。②任務驅動使得學生根據不同任務難度學生自由層次化分組，它能更好地指導教學過程，可以更好地評價教學效果，同時培養了學生的團隊協作精神。③任務驅動教學改變了傳統課堂中理論與實踐分離的現狀，它提高學生學習的主動參與課程項目解決問題的意識，激發了學生的學習熱情。

2 層次化任務驅動教學設計

2.1 任務層次設計原則

物聯網控制技術課程的教學目標是幫助學生用物聯網工程中常用的控制技術的搭建常用物聯網系統，初步掌握物聯網工程專業中關于感知、識別與控制層次的相關概念、關鍵技術以及基本組成、結構和設計方法及應用實例，理解并掌握物聯網感知與檢測系統的基礎知識、基本原理和基本方法，培養和提高學生設計低功耗物聯網系統以及智能裝置的能力，啟發學生將物聯網控制技術引入到今后工作中項目中去。因此在課程任務驅動教學設計中，根據課程章節中有關技術、原理、方法、特征等概念的內容按“初級、中級、高級、拓展”四個層次化要求設計，以滿足不同基礎層次學生的要求，學生可以個體或者分組實施完成。

2.2 任務層次設計內容

課程層次任務教案內容設計是整個任務驅動教學模式的起點和物質基礎，一般來說將需要將教師物聯網控制教學過程中將書本物聯網控制知識點通過積累的授課技巧加以總結并巧妙地編制成“初級、中級、高級、拓展”四個層次化任務案例，同時為不同層次學生設置不同的任務目標以及考核具體細節要求。

設計內容總體上遵循由易到難全覆蓋，對于每一次上課的任務案例樣本，通過設計、修改、論證和研討，力爭能夠較全面反映課程相關內容，能啟發引導學生主動學習，培養學生驅動自覺完成并最終提高能力。例如在本課程中物聯網串口通信相關章節中，可以設計的案例為智能家居采集與控制系統，它可以布置成不同層次的任務：用現成的串口調試助手完成、使用物聯網組態軟件、使用通信控件、使用Win API函數完成，這些任務滿足了層次化的要求。

3 層次化任務驅動教學實施

遵循層次化教學與任務驅動教學相結合的要求，本課程結合物聯網專業培養各種能力具體要求與學生的具體基礎差異的實際情況，制定了滿足任務驅動切實可行的應用實施方案。具體實施內容有如下幾點：

3.1 任務驅動前對課程進行科學動態層次分組

任務驅動是針對不同層次的學生分配不同的學習問題，因此一開始要對學生分組，分組可以采用按照學生此前關聯學科的學習成績分組，也可以讓學生自由分組，分組可以隨著課程學習的進展，進行動態調整，目的是發揮層次化學習的最大效果，讓所有的學生在對應合適的層次里面每次通過完成任務都得到相應的提高[3]。

3.2 物聯網控制技術課程任務驅動教學網站開發

學生動態分組、課前提前預習任務、查看課程相關資源、課后總結討論提高等都需要一套行之有效的系統進行管理，如有的高校有現成的泛亞網絡教學平臺，如沒有現成的則需要針對本課程開發一套任務驅動教學網站，本網站可以支持電腦網頁、手機、平板等，方便學生隨時依托校園網進行快速訪問、下載。通過本網站，學生還可以根據自己所在的層次進行在線測試，與同學、老師互動交流，也可以利用老師提供的網絡資源，讓學有余力的學生得到更多機會學習。

3.3 任務驅動課堂中精心安排課內討論活動

任務驅動教學課堂中教師應該事先安排并精心組織學生參加課內討論活動，這樣可以促進完成不同任務的學生可以相互學習、共同進步，同時可以充分發揮學生取長補短、積極交叉討論，最終實現對課程知識的全面內化。通過課內回答問題、展示任務答案、相互質疑等，可以進一步培養學生團隊協作、語言溝通、精益求精等良好品質。課堂最后，教師可以根據任務驅動的情況評估學生對課程知識的掌握程度，為下一次動態分組打分，另外對存在的問題，教師進行及時答疑與解惑。

3.4 改革符合任務驅動教學模式的評價機制

層次化任務驅動教學還需要改革課程現有的評價考核機制，改變以前單一的理論課考試成績為依據轉變為學習過程、完成任務情況、課堂參與討論等多種方式相結合的復合評價機制。這樣可以徹底改變學生平時不學、考試突擊的不利現象，學生從課程一開始就進入被評價的狀態，促進了學生主動進入去預習課程、完成任務、參加互動討論、接受評價的一整套良性循環模式。

4 層次化任務驅動教學注意的問題

作者運用此層次化任務驅動教學方法在本課程中運用一年多來，取得了良好的效果，但是也發現存在一些問題。由于基于任務驅動，教師的角色是引導，學生是主動學習，因為學生所處的層次不一樣，如果長時間學生都選擇同一層次的任務去完成，交叉互動討論如果做的較少，這樣可能造成兩級分化比較嚴重或者不能掌握全部知識點[3]。因此運用層次化任務驅動教學法不僅要服從一般性的教學原則外，還要注意把握以下幾個原則：

①任務梯度原則。任務驅動教學模式的關鍵與核心是任務的選取與下達，所以本課程的任務一定要緊扣物聯網控制技術課程的從感知、網絡到應用的全方位知識點，任務的難度要有梯度，讓學生完成任務后要有成就感，想進一步躍躍欲試更高難度的任務。

②提高能力原則。任務驅動教學最終的目的是讓學生學會使用課程知識解決實際專業問題的能力，不能讓學生完成的任務僅僅是紙上談兵，應該設計的任務一定要結合專業項目應用，讓學生在老師的指導下解決實際問題，這樣才能學以致用。

③合作交流原則。因為采用層次化的任務驅動模式，學生個體之間差異較大，必須讓學生學習完任務后交叉學習討論，提供多個空間：自習、網上、課堂以及實驗室讓多層次的學生討論任務完成情況，交流各自的心得體會，這樣使得全部同學都能得到提高，避免了兩級分化。

5 結束語

物聯網控制技術課程采用任務驅動教學真正實現了“以學生為中心”的教育宗旨，它可以充分調動學生的主動學習的能動性，激勵學生完成任務后挑戰更高難度知識點問題的推動性，從而改變了傳統教學模式一刀切被動學習效果不理想的狀況。

但是在課前學生動態分層、教學任務設計、任務教學網站的設計與使用、課堂任務驅動問題回答與討論、過程核評價等各方面都對本課程教師提出了極高要求，需要教師精心設計與準備才能達到良好的效果。本文提出的基于層次化任務驅動教學方式對其他類似的計算機類課程有很強的輻射與借鑒作用，具有較高的參考學習價值。

參考文獻：

[1]陸思辰.淺析任務驅動法在高校計算機公共課中的運用[J].赤峰學院學報（自然科學版），2016，32（3）：241-242.

[2]章寶歌，陶彩霞，田晶京.“電工與電子技術”多層次實驗教學研究[J].教育教學論壇，2016，43：266-267.

[3]楊盛泉，黃姝娟，劉萍萍，等.基于團隊模式C程序設計課程翻轉課堂的研究[J].價值工程，2017，4：161-162.