“物聯網技術概論”課程的教學改革與探索

王恩亮，李文謹

（安徽新華學院 電子通信工程學院，安徽 合肥230088）

物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后的又一次信息產業的革命性發展，已被正式列為國家重點發展的戰略性新興產業之一，說明了國家對物聯網經濟的重視和人才培養的迫切性［1］。基于未來對物聯網技術人才的需求，很多高校開設了物聯網工程專業，該專業是教育部允許高校增設新專業后，高校申請最多的專業之一。物聯網涉及領域廣泛，與高校現有專業如通信工程、電子信息工程、計算機科學與技術、自動化等有著密切的聯系［2］。隨著新一代信息技術的發展，越來越多的企業將目光投向先進的物聯網技術，各高校也正式建立符合自身特色的物聯網專業課程體系。物聯網專業作為新興專業，目前處于探索階段，沒有很好的經驗可以借鑒。一方面學科建設不成熟、課程體系有待完善，教師隊伍大都從相關交叉學科轉型而來，師資力量相對匱乏［3］。另一方面很多高校的物聯網專業實驗室建設也明顯落后于專業的招生規模，導致學生理論知識與實踐環節相脫節。掌握物聯網基礎知識和基本概念是學習物聯網相關專業知識的前提，“物聯網技術概論”課程作為物聯網專業必須掌握的基礎課程，也是學生的專業啟蒙課程，為后續專業課程的學習提供理論基礎。

一、物聯網專業人才培養方面的作用及教學中存在的問題

（一）在物聯網專業人才培養方面的作用

“物聯網技術概論”課程是物聯網工程專業的先導性課程，課程的學習對學生認識專業、深入理解專業、學好專業有著深刻的意義。通過該課程的學習，學生需要掌握物聯網技術的基本原理和概念，熟悉物聯網的基本組成，了解物聯網的背景、發展，掌握關鍵技術及應用，為后續學習物聯網專業核心課程建立體系架構和深入學習物聯網關鍵技術打下重要基礎［4］。

在強調理論的同時，注重培養學生養成一定的學習方法，提高自身的適應能力和團隊協作能力。隨著知識的不斷更新，技術的進步，為物聯網新技術的發展帶來了各種機遇。因此該課程的教學還應注重培養學生學習新鮮事物的興趣，調動學生的學習激情，讓學生在學習理論的同時，能夠深入了解物聯網大規模的商業應用模式，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生的創意思維和創新創業能力［5］。該課程在整個物聯網工程專業的人才培養方案和課程體系中占有重要地位和作用。

（二）教學中存在的問題

開設“物聯網技術概論”課程，是為了讓學生在專業開始階段就能從整體上把握物聯網的網絡體系架構及相關關鍵技術，對物聯網專業的知識體系有一個整體、全面而清晰的認識，為后續其他課程的學習奠定良好的基礎，使學生具備運用物聯網理論分析、解決問題的能力，為將來從事物聯網或相關領域的技術開發、產品設計與生產奠定一定的基礎和實踐能力［6］。

在課程的教學過程中筆者發現存在著一些問題：第一，課程內容多，知識面廣，學習難度大。“物聯網技術概論”課程教學內容涵蓋了物聯網工程專業后續課程的主要知識點，包括射頻識別技術、傳感器技術、無線傳感器技術、MTM、物聯網安全、云計算、大數據、智能處理等，涉及的知識面廣，內容多而復雜。作為物聯網專業概論性質的課程，高校大多在培養方案中安排的課時為32學時，因課時有限而內容多，這給教與學都帶來了較大的困難和挑戰。第二，學生知識儲備不足。“物聯網技術概論”課程普遍開設在第一學年第二學期，大一學生計算機網絡、電路等知識體系并不完備，由于學生知識儲備不夠，想要深入學懂、弄通該門課程較為困難，這也嚴重地打擊了學生的學習積極性。第三，缺乏學習興趣。物聯網是近幾年發展起來的新產業，物聯網工程專業是新專業，學生在入學前對該專業具體學習內容，將來會從事工作等認識不夠。僅有少數學生是對新技術、新知識有著好奇心，大部分的學生都對物聯網的內容了解較少，因此缺乏學習興趣，學習熱情不足。針對這些問題，筆者對“物聯網技術概論”課程進行教學改革，目標是調動學生學習的興趣，引導學生培養自主學習的積極態度，拓寬學生的知識面，在充分傳授物聯網理論知識的同時，注重應用能力和創新能力的培養，為學生今后從事物聯網的相關工作和學生自主創新創業打下堅實的基礎。

二、“物聯網技術概論”課程的教學改革

（一）建立物聯網教學內容的層次化概念模型

物聯網是多學科的交叉，本身結構復雜，且物聯網的應用非常廣泛，面向物聯網實際應用建立一個可靠而完備的知識體系是較困難的。針對學生應用能力和創新創業能力的培養，結合“物聯網技術概論”課程課時短、內容多的特點，建立物聯網的層次化概念模型，在教學中分感知層、網絡傳輸層和應用層的三層次講解，每個層次選取若干關鍵技術進行分析，側重物聯網的實際應用。感知層承載著信息采集，介紹一些主流的傳感器、RFID技術、二維碼技術、WSN和嵌入式系統；網絡傳輸層承載著信息的傳輸，主要介紹移動網、無線網、互聯網等和MTM技術相關知識；應用層主要體現智能處理的作用，重點闡述云計算、智能處理、物聯網技術安全及軟件相關知識。此外，還可介紹一些典型的物聯網的場景和應用案例，如物聯網智能家居、智能農業和智能公交等。“物聯網技術概論”教學內容架構，如圖1。

圖1 “物聯網技術概論”教學內容架構

（二）打破傳統教學模式，推進“探究式-分享式”課堂教學新模式

教師是課程的供給者，學生是課程的接受者，但學生不能盲目接受知識，更要主動參與學習，養成自學、自我重構和創新知識的能力。改變傳統的教師講、學生聽的教學模式，讓學生成為課堂主體，教師飾演導演，引導學生積極思考并大膽表達自己的觀點，逐步養成良好的學習方法。采用“探究式-分享式”課堂教學新模式，實現學生主動學習傳感器、WSN、云計算等理論，有利于培養學生積極思考和創新思維。在教學過程中教師作為主導，引導學生發現問題、參與協作、解決問題和總結分析，形成以教師為主導，學生為主體的教學模式。一是采用案例式教學法，以生活中物聯網的應用如智能家居、智能抄表等為案例進行教學，通過案例的講解引導學生思考物聯網關鍵技術的應用；二是采用啟發式教學法，在講解物聯網案例中提出問題，啟發學生思考；三是采用交互式教學法，運用多媒體和計算機網絡如播放物聯網相關視頻和短片來輔助教學，充分展示物聯網的背景、發展和未來可能的應用等，有利于活躍課堂氛圍；四是采用演示性教學法，在講解完理論后，為了更直觀地體現物聯網技術，采用智能手機或是電腦等智能設備做一些簡單的演示，有利于培養學生理論聯系實際的能力；五是采用討論式教學法，針對某個問題，如智能售貨機的組成以及應用的技術和功能創意的增加，組織學生討論，能調動學生的學習興趣和參與熱情。“探究式-分享式”教學模式，如圖2，這種新型教學模式有利于學生創新能力的培養和創業思想的形成。

圖2 “探究式-分享式”教學新模式

在此基礎上，依托學科競賽建設良好的大環境，引導學生參加物聯網創新應用大賽和指導學生申請大學生創新創業項目。積極開展第二課堂教學，讓學生自由組合，以小組形式對當前物聯網的應用和商業模式展開討論，學生課后可查閱資料、主動請教專家，深入掌握物聯網項目的技術知識，也可通過互聯網或實地調研了解市場人才需求，不斷拓寬知識面并發揮創意形成自己的創新項目。鼓勵學生通過自己的努力完成自己的創意項目，在項目的實現過程中，一方面鍛煉了自主學習和應用實踐能力，另一方面也培養了團隊協作能力。

（三）構建“演示實驗—基礎實驗—設計性實驗”的實踐教學體系

學生創新能力的培養離不開實踐教學，學生在實驗過程中必須動腦又動手，是主動的“探索者”，多數高校“物聯網技術概論”課程32學時的培養方案均為理論教學，并沒有安排實驗教學。然而，很多高校鼓勵實施實驗室對學生開放，鼓勵教師積極開展開放性實驗教學［8］。“物聯網技術概論”課程可依托物聯網專業的基礎實驗室，實行開放實驗。實驗包括三個部分內容，第一部分是演示性的實驗，由教師在課堂演示為主，學生思考、討論并回答問題，引導學生自主學習并理解物聯網的基本概念；第二部分是基礎性的實驗，教師講解理論和實驗方法，學生動手完成實驗，培養學生的基本動手能力，目的是讓學生熟練掌握一些基本原理；第三部分是設計性實驗，適當安排綜合設計性實驗，一些學有余力的學生，可發揮其創造力動腦動手自己設計實驗，會有很大的成就感，激發其學習的動力。這種學生主動設計、教師輔導的方式有利于培養學生自主創新的能力，進而引導學生積極參與課外的實踐活動和學科競賽等。

（四）建立更全面、綜合多樣化的考核評價方式

“物聯網技術概論”課程采用綜合多樣化的考核方式。一是筆記成績，要求學生自行整理每章節筆記，教師檢查并打分；二是作業成績，每章布置作業，在平時的作業中，我們發現學生對死記硬背的技術點掌握得尚可，但是碰到綜合應用題，大部分同學就不知所措，針對以上情況，布置一些設計調查性的作業，如利用傳感器原理設計電子秤，重點考察學生關于物聯網技術的綜合分析能力，培養綜合應用能力和分析能力；三是考試成績，采取開卷形式；四是引入物聯網創意比賽及小組答辯考核成績，“物聯網技術概論”課程學生以小組形式自由組隊，每組三人，分工明確，根據物聯網方面的知識，遞交一份以物聯網為基礎的創新性設計方案，旨在考查學生的綜合分析能力和創新及團隊合作能力，小組學生集體參加答辯，可以PPT匯報創意設計，也可實物演示；五是開放實驗成績，“物聯網技術概論”課程引入了開放性的實驗后，開放實驗成績計入總成績，包括動手操作和實驗報告成績兩個部分。

三、結語

課程的教學改革是一個不斷探索與創新的實踐過程。立足應用創新人才培養的目標，“物聯網技術概論”的知識體系、教學模式、教學過程、實踐教學及考核評價方式都需要不斷創新與完善，綜合推進“物聯網技術概論”課程的改革與實踐，啟發學生的創新思維，讓學生在掌握物聯網概念和技術的同時，擁有更寬的視野和更靈活的思維，也更具有競爭力。