物聯網工程項目訓練課程的混合式教學改革研究

萬洪莉 李雨晨

摘? 要：以物聯網工程項目訓練課程為背景，進行混合式教學改革研究。確定改革思路，設定課程總體教學目標及預期學習效果。進行課程項目設計，根據項目內容建設課程資源，設計線上線下混合式考核方式。將課程設計方案及資源建設結果應用于教學實踐。經分析，課程資源可在后續教學中重復利用，并根據使用需求情況進行資源擴充，對課程建設起到了指導作用，達成了以競賽為驅動的能力培養目標。

關鍵詞：混合式教學;課程資源;考核

中圖分類號：TP393.4? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： This paper studies blending teaching reform of project training course on Internet of things. Based on the reform framework， the overall teaching objectives and expected learning effect are set. The expected learning goal was followed by the course project designing， which includes building the teaching resources and creating the online and offline blending assessment scheme. The application of the course design and the teaching resources proves that the teaching resources can be reused and enriched， with following-up teaching rounds. The experiences can also be used as a guidance to course construction. The course objectives of ability training driven by competition are thus achieved.

Keywords： blending teaching; teaching resources; assessment

1? ?引言（Introduction）

物聯網工程領域的專業技術是目前國內外研究的熱點問題[1-3]。國內有學者就基于物聯網的計算機實驗室智能化管理系統[4]、基于二維碼的高校物聯網構建[5]等課題進行了深入研究。物聯網工程項目訓練是物聯網專業的一門實踐類課程[6]。通過本課程的學習使學生將先修課程C語言程序設計、物聯網感知技術、單片機原理與應用等課程的知識進行融合，提高學生的動手實踐能力。為繼續深化C語言、感知技術、單片機程序開發等內容，課程的混合式教學改革[7-10]勢在必行。課程的混合式教學改革研究以藍橋杯電子類競賽的單片機開發為課程項目背景，進行改革思路調整、課程項目設計工作。并制定課程標準，進行改革方案的實施。

2? 混合式教改研究（Research on mixed education reform）

2.1? ?改革思路

“藍橋杯”大賽由工業和信息化部人才交流中心主辦，旨在促進軟件和信息領域專業技術人才培養，提升高校畢業生的就業競爭力，截至2019年6月，大賽已連續舉辦十屆，已成為具有重大社會影響力和行業認可度的IT類學科競賽。課程項目以藍橋杯全國軟件專業人才設計與創業大賽-電子類單片機競賽方向為驅動，在國信長天單片機綜訓平臺上實現感知層項目的分析、設計、開發與創新。

2.2? ?項目設計

課程設計分為四個層級：課程導引、模塊訓練、綜合訓練和創新項目訓練。課程導引通過項目介紹、平臺介紹、軟件環境和硬件驅動安裝，讓學生明確課程項目開發設計思路和考核方式，通過分組分工的方式發揮專長，參與項目實現的各個環節。模塊訓練主要訓練學生具備對LED、中斷、定時器、數碼管、矩陣鍵盤、串口、DS1302時鐘芯片、DS18B20溫度傳感器、PCF8591 ADC/DAC、AT24C02存儲器、超聲波傳感器、頻率測量這十二個典型模塊的應用能力。真題訓練選自藍橋杯全國軟件專業人才設計與創業大賽-電子類單片機競賽方向歷年真題，通過真題訓練使學生充分備賽，具備在比賽現場模擬環境中進行分析、設計、實現、調試的能力。創新項目訓練的目標是設計并實現一個多傳感器、多受控端融合的單片機綜訓項目。是對競賽所需技能的綜合運用和提高。

3? ?課程標準（criterion for curriculum）

3.1? ?課程基本信息

《物聯網工程項目訓練》在我校物聯網工程專業的培養計劃中設置為實踐類必修課程，于大二年級實踐學期開設，專注于物聯網感知層的單片機項目開發。課程的先修課程是《單片機原理與應用》和《C語言程序設計》。在課程中綜合運用先修課程知識，在模塊訓練和真題訓練環節強化軟硬件編程技能，在創新項目訓練中提升學生工程能力，為后續課程打下基礎，提升學生專業技術水平和就業競爭力。

3.2? ?課程目標設定

3.2.1? ?課程總體教學目標

經充分研究藍橋杯競賽電子類單片機方向的競賽章程，課程設置總體教學目標，驅動學生在學習過程中充分備賽，通過對單片機、C語言、電子電路基礎知識的學習，具備應對競賽客觀題目競賽的能力，也進一步提升運用理論知識對問題進行分析和解決的能力。針對競賽的項目開發環節，制定項目訓練目標，提升物聯網工程項目的架構和編程能力。在競賽目標驅動的基礎上，制定素質能力和工程能力培養目標，提升學生項目開發的綜合素質水平，激發學生對于單片機及物聯網感知層技術的持續學習興趣。

（1）專業能力

①明確項目目標，能夠對電子電路、C語言、單片機、物聯網感知層的基本概念進行明確定義和記憶。

②對項目涉及的功能模塊進行分類，能夠在基礎模塊、擴展模塊、感知模塊三各方面進行模塊訓練，具備單片機和物聯網感知層專業架構和編程能力。

（2）素質能力

①培養良好的溝通能力和團隊合作精神。

②通過創新項目的設計和實現，培養學生的創新思維。

（3）工程能力

①單片機內部資源的綜合應用能力，以及使用外圍接口進行擴展的能力。

②使用Keil工具進行單片機C語言程序開發，利用調試程序的常用方法，培養發現問題和解決問題的能力。

③利用文檔進行軟硬件設計過程中的設計和交流，培養書面交流的基本能力。

④開發基于單片機的軟件程序，進行整合和調試，培養程序設計思想及編程實現能力。

總體來說，課程以競賽為驅動設置課程專業能力培養目標。項目訓練階段采用分組方式，培養團隊合作精神，通過對國信長天單片機開發板的原理圖、用戶手冊的學習和應用，對真題的狀態圖分析、設計培養學生圖表應用溝通能力。通過多傳感器融合的創新項目的開發培養物聯網感知層的工程能力。

3.2.2? ?預期學習效果

在混合式教學改革研究中，從知識目標、能力目標、素質目標三個方面，制定預期學習效果。分析這些能力效果支撐的TOPCARES-CDIO三級能力指標，確定培養路徑。預期學習效果與能力指標關聯矩陣如表1所示。

4? ?改革方案的實施（Implementation of the reform plan）

4.1? ?項目實施計劃

采用講授教學、演示教學、指導教學、合作學習、自主學習等教學方法。理論與實際相結合，通過課程導引、模塊訓練、真題訓練，學會運用單片機開發板資源進行項目開發和系統功能擴展。教師引導開拓思路后，學生小組為單位完成多傳感器多受控端融合的綜合訓練項目，同時完成系統軟硬件設計文檔。項目實施計劃表如表2所示。

4.2? ?考核方式

從形成性考核和終結性考核兩個維度，進行課程考核。形成性考核借助線上作業系統平臺，考查學生課前對混改課前資源的預習效果，也驗收課堂學習效果，并布置課后學習任務。在若干次線上考核中抽取三次課前測驗、三次下課前驗收測驗，作為學生平時成績考核。

終結性考核采用線上測試、項目文檔、項目成果物和創新項目多維度考核，如表3所示。其中，創新項目的考核引入學生給分，和教師共同作為評價主體，在答辯時全員參與評價，采用矩陣量表的方式進行考核。

5? ?結論（Conclusion）

《物聯網工程項目訓練》課程基于TOPCARES-CDIO工程教育理念，進行混合式教學改革，建設微課、課件、學習資料、硬件器材庫作為課程資源，分為課前、課中、課后三個階段提供給學生進行學習。課程以“藍橋杯電子類單片機競賽”為導向，設計課程項目。通過競賽任務驅動，將項目操作規范、標準引入教學過程中。

混合式教學改革實施過程中，以學生為主體，鼓勵學生利用課程資源自主學習、團隊協作，加強職業能力的訓練，運用啟發引導、任務引領、問題導向、分組討論等多種互動式教學方法，完成課程教學任務。

參考文獻（References）

[1] unithavathi. P.， Geetha. S.， Karuppiah. Marimuthu. A lightweight machine learning-based authentication framework for smart IoT devices[J]. Information Sciences：? An International Journal， 2019（484）：255-268.

[2] Rajput， Shubhangini， Singh， et al. Identifying Industry 4.0 IoT enablers by integrated PCA-ISM-DEMATEL approach[J]. Management decision， 2019， 57（8）： 1784-1817.

[3] Audrius Urbonavicius， Nagham Saeed. IoT Leak Detection System for Building Hydronic Pipes[J]. International Journal of Engineering and Manufacturing（IJEM）， 2019， 9（5）： 1-21.

[4] 張倩怡，李小順，胡萍，等.基于物聯網的計算機實驗室智能化管理系統研究[J].軟件工程，2017，20（10）：20-23;16.

[5] 朱峰，先曉兵.基于二維碼的高校物聯網構建[J].軟件工程，2019，22（12）：37-40;4.

[6] 王毅，張滬寅，黃建忠，等.新工科背景下物聯網專業實驗教學體系探討[J].軟件工程，2018，021（008）： 57-59.

[7] 張璽君，馬維俊，王璐，等.物聯網工程專業《Linux與嵌入式系統》混合式教學改革探索研究[J].教育教學論壇，2018（30）：99-100.

[8] 鄒明亮，王強芬.智慧校園環境下混合式教學模式構建探索[J].山西高等學校社會科學學報，2019，31（10）：73-76.

[9] 劉鳳娟，郭勝大.人才供給側改革的O2O混合式理論教學改革研究——以物聯網環境下金融專業理論課為例[J].金融理論與教學，2017（05）：79.

[10] 談紫芬.《物聯網綜合實訓》課程混合式教學模式探索[J].教育現代化，2018，5（16）：199-200;202.