基于UDL的“物聯網通信技術”在線資源建設探討

田靜華

(浙江水利水電學院，杭州 310018)

引言

新冠肺炎疫情期間，在教育部“停課不停學”的號召下，大、中、小學利用互聯網技術通過直播軟件和MOOC、SPOC等平臺來開展在線教學活動。在只能線上教學的情況下，在線資源建設顯得尤為重要，特別是對于從來沒有開展過線上線下混合式教學的課程來說，更是如此。在短時間內將在線資源建立起來，更多的是考慮如何將線下已有資源合理地轉移到線上，在快捷建課的同時，還能保留住傳統課堂的部分優勢。本文以此問題為出發點，以“物聯網通信技術”這門課程的教學資源建設為例，探討從全方位設計學習(UDL)視角下建設課程在線資源的一些思路。

一、課程分析

“物聯網通信技術”是我校物聯網工程專業開設的一門專業必修課，總共32學時，在第四學期開設，該課程主要是介紹物聯網系統中傳輸層使用的通信技術。由于新技術的不斷出現，適用于物聯網系統中的通信技術越來越多，而受課時的限制，不可能涉及到太多的內容講解。因此，在課內選擇了Zigbee、藍牙和Wlan這三個比較經典和常用的短距離通信技術來做介紹。物聯網工程專業學生所學的通信技術區別于通信專業學生所學的通信技術，通信專業更多的是從通信原理上來學習，而在物聯網工程專業中需要掌握如何在工程中應用這些通信技術，來達到通信的目的，不需要深究太多的原理內容，但是概念上還是要有所了解。從工程應用和開發角度來看，“物聯網通信技術”更多的是需要掌握協議的框架，能夠利用已有的通信協議去開發相關應用。教學過程中的所有材料都是圍繞這樣的定位來準備的。

“物聯網通信技術”課程在我校已經開設兩個學期，2019—2020年第二學期為第三次開設。在第二次開設時，使用過“藍墨云”平臺輔助線下教學。因為是初次使用，所以線上資源僅限于上傳PPT課件、進行章節測試和課堂簽到環節，課堂上使用的資源更多的是線下資源。因此，在2019—2020年第二學期進行線上授課時，需要重建線上課程資源。

在設計“物聯網通信技術”在線教學資源時，借鑒了“計算機網絡”這門課的建課框架。“計算機網絡”課程一直在進行著各種教改活動，最近兩年從不同學生的學習個性化需求出發，采用了全方位設計教學(UDL)理念開展教學，取得了一定的成效。“物聯網通信技術”課程與“計算機網絡”課程有相似的地方，可以簡單的看做是無線網絡和有線網絡的區別，所以有可借鑒之處。

二、全方位教學設計(UDL)

最初在建筑設計領域提出過全方位設計(Universal Design，縮寫UD)理念，希望設計師在設計建筑時要考慮到殘障人員的使用。后來在20世紀80年代，美國Center For Applied Special Technology(CAST)將UD引入到教育領域，提出了全方位教學設計(Universal Design For Learning，縮寫UDL)，旨在探索將新技術應用到教育行業，希望教育者能夠提供靈活的教學方式及材料，以滿足學生的個性化學習需求[1]。

從國內外的文獻中看到，UDL在高等教育中已經有不少實證研究，但更多的是在國外尤其美國進行，國內這方面的研究較少。同時，研究表明UDL的應用在高校學生的個性化學習中起了一定效果，可以促進學生的參與度、滿意度和自信心等[2—4]。

在2018年CAST修訂的UDL準則框架中，將學習者分為參與型、表示型和行動表達型三種類型。對于參與型的學習者要告訴他們為什么要學習，以引起他們的學習興趣，有了興趣，他們會主動去學習；表示型的學習者要告訴他們學什么，為他們提供多樣化的學習素材，以適應他們的學習需求；行動表達型的學習者要告訴他們如何去學，為他們的學習進度做好引導，指導他們設定合適的目標和計劃。

三、“物聯網通信技術”在線資源設計

(一)學情分析

2018級物聯網工程專業開設了“物聯網通信技術”課程。在開課之前，根據UDL準則，設計了一份問卷調查來了解學生的個性化學習需求，53名學生做了反饋，其中男生占67.9%，女生占32.1%。調查結果見表1。

表1 學生學習情況調查

調查結果表明：學生的學習需求具有多樣性。有根據興趣愛好(占69.8%)來完成課程的學習，也有需要教師指導進度安排(占28.3%)才能很好地完成課程學習。一半以上的學生認為自己可以主動去想辦法解決問題，這是個很好的現象，可以在資源設計過程中多設計相關環節，促進學生自己想辦法解決問題。從小組討論和小組任務中看出，認為自己可以積極參與進來的只是一部分學生，這就需要多加考慮如何帶動其他學生也能夠參與到小組討論和任務中。對于學習材料的使用習慣，絕大部分學生還是喜歡用紙質書和視頻，疫情期間無法滿足學生使用紙質書的情況下，只能更多的考慮使用視頻資料和給視頻添加字幕。

(二)課程在線資源設計

2019—2020年第二學期的“物聯網通信技術”在線平臺使用了“超星學習通”來建課。開課前先搭建課程平臺框架，提前上傳PPT課件，同時在網上收集一些和課程有關的視頻供學生課下學習。由于“物聯網通信技術”是一門比較新的課程，大部分教材都是對物聯網中使用的通信技術泛泛而談，以理論介紹為主，又因為不同的學校開課內容側重點不一樣， 可借鑒的MOOC等平臺課程幾乎沒有，這對資料的搜集帶來了一定的難度，建課時間周期短，來不及自制原創資料，只能在后續課程中慢慢補充添加。基于這種情況，根據目前已有的資源，視頻部分先考慮使用實驗室、廠家錄制的視頻內容，文本材料以PPT課件為主，同時提供互聯網上相關內容的鏈接，供學生知識拓展學習。在整個教學資源設計中，考慮到前期調查發現大部分學生會主動去解決問題的情況，在教學中盡量通過作業、討論等形式，提高學生的自主學習性。

本文以藍牙專題為例說明在整個教學過程中所使用的教學資源和教學活動。表2是藍牙教學資源和教學活動設計的內容。在藍牙專題的教學活動中，分兩個環節進行，一是教師主導的課內講解；二是學生自主學習的小組作業，這兩個環節是同時進行的。

表2 藍牙教學資源和教學活動設計

1.根據學生特長的互補性進行小組組隊，通過自主學習完成作業任務

在第一次用藍牙進行專題教學時把小組作業任務以PBL項目的方式布置給學生，小組成員自由組隊，教師給組隊建議，希望能夠發揮組員的互補能力，在任務分工上根據每個組員的特長來選擇相關的任務，以確保作業是在興趣驅動下完成的。

小組作業和課堂講解兩個環節同時進行也是為了激發學生的自主學習能力。調查結果顯示，大部分學生表明自己有主動學習并解決問題的能力，可以通過作業來促進學生自主學習的積極性。在課程教學開始前布置作業，當學生在做作業的過程中遇到問題時，可以在教師直播講解過程中隨時互動提問；或者通過討論話題的方式在“學習通”上張貼問題，教師和學生都能看到提問，可以通過回帖的方式回答，如果問題涉及到的知識點剛好是在教學直播中要講的內容，那就可以把這部分當做重點、難點來講解，實現了理論與實踐的結合。實踐問題得到解決，學生的學習興趣就會提高，同時也會相應地重視理論部分的內容。小組作業通過“學習通”PBL項目記錄完成的過程，每周對學生小組任務的進度做個了解，當發現有共性的問題出現時，就通過“學習通”上的“通知”功能及時地反饋給學生，這樣使學生能夠及時糾正可能會發生的問題。

PBL項目的評分由小組自評(20%)、小組互評(20%)和教師評價(60%)三部分組成，評價指標由教師給定。讓學生參與評價過程，目的是讓學生能夠從其他組完成的任務中學到更多的知識。

2.教師根據問卷調查獲取的信息提供多樣化的教學材料和教學方法

教師指導的學習部分，可以分為課前、課中和課后三個階段。

在課前預習階段，教師會提供給學生PPT、視頻、閱讀推薦(含文本材料、網站鏈接等)、討論話題、問卷調查、課前測試等素材，每次提前一周通過“學習通”上的“通知”功能告知學生即將要講授的教學內容，讓他們利用教師提供的材料完成預習工作，這些預習材料多樣性，可以滿足不同個性化需求的學生學習。預習中盡量提供一些趣味性的討論話題，這樣能夠引起學生的興趣，讓學生尤其是參與型的學生能夠積極地參與進來。比如，第一堂課的課前可以給出“由藍牙名字的由來看藍牙協議的初心”，沒有生硬的理論，學生在查閱資料的過程中可以了解藍牙的一些特性。藍牙設備在日常生活中隨處可見，在介紹藍牙的接入過程前，可以設置討論話題“根據平時使用藍牙的情況，總結兩個藍牙設備如何連接”這樣與生活有關的話題，學生先以自己的感官體驗來做總結，然后課堂上教師再從專業術語的角度來說明這個過程，可以實現應用到理論的過渡。每次的主題討論話題需要精心設計，能夠由小入大，設計難度太大的問題，學生只能在網絡上復制別人的答案。只有設計學生能夠親身感觸到的問題，才會做出自己的總結。小問題擴展開就是大問題，擴展內容可以在課堂上做介紹，這樣可以讓學生循序漸進地學習，提高學生的興趣點并持續保持興趣點。

課內的直播環節為了避免教師“一家言”的情況，可以根據學生預習和做作業時遇到的問題進行直播群討論；可以隨時提出一個問題，讓學生查閱資料來獲取答案；可以通過課內測試來檢驗學生聽課的情況。這些資源需求不是每節課都要全部進行，畢竟課堂時間有限，可以根據課程的具體內容來選取。

課后主要以反饋信息為主，添加課后測試題目，這些題目包括客觀題和開放式的主觀題，客觀題以必須要掌握的知識點為主，主觀題為開放式的話題，為了引導行動表達型的學生進一步的學習提高。課后還可以設置問卷調查，聽聽學生對課堂的建議，可以更好地調整教學內容和教學活動。雖然在線授課教師無法和學生面對面交流，但是現在的學生都是成長于網絡環境中，在網絡世界中的交流比在現實中的交流更活躍。所以，在線授課時主題討論和問卷調查是非常重要的，可以給教師教學提供很好的反饋信息，這點在在線教學活動中深有體會。

(三)教學效果分析

從課堂反饋來看，基于UDL的教學資源和教學設計活動具有一定的效果。由于直播講解中偏重于理論，剛開始擔心學生能否真正地參與到直播教學中，但從教學直播學生參與討論的數據上看，在開課的直播過程中能夠積極參與話題討論的學生基本穩定在80%以上，這說明學生還是能夠接受這樣的話題討論并保持著興趣。

藍牙的PBL項目，學生的參與度在100%。學生完成的作業內容包括藍牙聊天室、藍牙指紋鎖的制作、matlab藍牙圖像數據傳輸、藍牙小程序開發、藍牙控制LED燈等項目。通過PBL項目的完成，學生報告中反映，通過小組作業對藍牙的應用有了一定的認識，雖然在完成的過程中遇到了不少問題，但是通過小組討論和教師的幫助都能夠解決，確實學到了不少知識。在小組分工中，每個學生都發揮自己擅長的一面，能夠順利地合作完成項目。PBL項目不僅能激發學生的自主學習和團隊合作能力，充分調動學生的創造和深度學習的能力，同時對于教師教學也有很好地促進作用。學生的項目選題符合學生的興趣需求，可以搜集起來作為將來使用的教學案例。在幫助學生項目實施過程中，面對學生提出的不同問題，教師也是在對藍牙知識進行深度學習。由于初次嘗試小組PBL項目作業和課堂講解同時進行的教學方法，雖然項目最后也基本上得以實施，從選題方面教師也了解了學生的興趣點，但還是有不足之處。比如，教師對學生項目完成時間的把握，在布置作業時是計劃一個月完成，但實際是用了兩個月的時間來完成的；學生項目工作量存在差別，有些組完成兩個子項目(硬件實現和軟件實現)，有些組只是停留在代碼的閱讀和理解上，雖然從完成的工作量上可以反映出不同學生的學習能力，但是也會給一些學生造成學習“偷懶”的機會。對于發現的這些不足之處，在后面的課程實施過程中還是需要進一步優化教學設計。

學期結束，學生最后的總評成績平均值為73分，和沒有使用基于UDL在線資源的班級比較，平均分提高了5分，其中90分以上占7%。從成績上來看，基于UDL的教學資源和教學設計活動對教學質量的提升是有一定效果的。

結束語

本文主要以“物聯網通信技術”課程中的藍牙專題所使用的教學資源和教學活動設計做詳細介紹，在Zigbee和WLAN兩個專題中，采用的教學活動相似，區別主要是在實踐教學的設計方面。由于建課時間短，視頻、閱讀材料等資源還不夠豐富，這些還需要在將來的教學過程中不斷完善。在條件允許的情況下，后期將會考慮加入虛擬仿真，以滿足于表示型學習者多樣性的學習需求。