物聯網工程學科導論課程教學模式研究

靳晟 柯春艷 王磊

摘要：學科導論類課程面向大一新生，教學效果往往不盡如人意，為提升物聯網工程學科導論課程教學效果，提高學生學習興趣和對本專業的認知與學習熱情，提出了物聯網工程學科導論課程的教學改革模式研究，給出了具體的改革實施方法。改革提出了以課堂案例分析和學生案例設計與分享作為改革的重要內容，從課程目標、課程內容、授課模式和組織實施方式以及考核方式4個方面進行了闡述。總體看，新的授課模式和內容取得了一定的效果，對于其他工科導論類課程教學具有一定的參考意義。

關鍵詞：物聯網;學科導論;教學改革

中圖分類號：TP273? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）15-0153-02

1 引言

物聯網行業應用需求和發展前景非常廣闊，可被廣泛應用于交通、智慧城市、安防、物流、零售、農業、水利、家居等重點領域。物聯網已在我國公共安全、車輛管理、交通、物流、電子醫療、銷售支付、遠程測量、環境監測、電力巡檢等行業初步得到規模性應用，作為7個戰略性新興重點產業之一，是新一代信息技術產業的重點與引領力量。由于物聯網廣泛應用于其他各個新興產業，2017年以來，教育部積極推進新工科建設，大力開展物聯網職業教育，推動物聯網領域教學建設，國內許多高校開設了物聯網工程專業，針對一個新興產業，要為物聯網工程專業新生上好物聯網學科導論這樣一門專業啟蒙門課，需要認真研究課程的內容和授課兩個主要環節。

2 課程背景

物聯網工程學科導論課程的開設，經歷了從無到有的過程，教學團隊從一個人發展到了一個研究方向前面的教學團隊，教學內容，教學方法，教學手段不斷發展優化，日漸完善。

本門課程設立于2015年，列為物聯網工程專業必修課，授課對象為物聯網工程大一新生。課程起初只有一名教師講授，隨著物聯網技術的發展和物聯網應用需求日益廣泛，物聯網工程專業招生規模隨之加大，作為專業啟蒙課程，專業學科導論的基礎地位和對于學生學習后續專業課程的重要性逐漸凸顯，課程內容和授課模式亟待優化。

2017年課程負責人組織成立了具備豐富實踐開發經驗的三名教師組成的授課團隊，三位老師從各自擅長的理論、軟件開發、硬件開發三方面完成課程教授。對于新生來講，沒有專業知識背景，而學科導論是一門幾乎純理論的課程，為了提高學生學習積極性和建立專業學習興趣，教師將自己的開發經驗和實踐內容融入課堂，邊講邊演示邊討論，教學質量有明細的提高，學生學習起來也感到不空洞，反映較好。

2019年，物聯網工程專業擴大了少數民族學生招生規模，這對上好這門課又提出了新的挑戰，課程負責人進一步擴充了教學團隊，教學內容和教學模式再一次優化。在此前的教學經驗中我們深深地認識到了對于缺乏專業基本認知的學生，不適合講授過多的開發內容，對于缺少科研和實踐活動，缺乏課程相關項目經驗的教師，很難講好課。課程團隊抓好自治區戰略新興專業的契機，將課程團隊擴充至5名教師，分別結合各自的科研項目，講授感知技術、網絡技術、應用技術、云計算等新技術、專業深造與就業分析等內容。盡可能生動全面地涵蓋本專業的理論知識、新技術、未來趨勢與就業需求等內容，為學生學習后續課程和未來學習規劃打好基礎。

3 課程目標

物聯網學科導論課程是新生入學后學習的第一門專業課，起到打基礎和引導入門的重要作用，具體有兩點，一是教授專業基本知識和概念，形成完整的基本概念體系;二是培養學生專業學習興趣，使學生有動力有熱情繼續學習。

3.1打好專業知識基礎

導論課主要使學生了解物聯網技術的起源和發展，掌握物聯網的概念、關鍵技術，了解其應用領域，也就是讓學生全面了解所學專業是什么，能做什么，了解當前發展和未來趨勢，知道自己將來學成后能干什么，幫助學生建立對物聯網工程專業的應用發展、知識和技術體系、能力要求、就業方向、學習深造方向等問題的宏觀認識和把握，為后續深入學習和從事物聯網相關技術奠定基礎。具體來講，能夠使學生掌握從傳感層、網絡層、應用層等物聯網體系架構基本理論內容[1]，了解物聯網原型產品的開發流程，主流技術和發展趨勢等，能夠運用所學理論和課堂案例分析提出創新設計設想和基本方案，培養創新意識和掌握實踐創新想法的基本理論知識，幫助學生把大學四年期間所學課程串聯成體系，每一門課程對應一項技能，每一項技能對應一個崗位需求，進而幫助學生對未來的就業和學習做規劃。

3.2培養學習興趣

大一新生剛剛走出以應試教育為主的中學校園，很多同學對于應試教育考試內容外的知識了解甚少，報考專業時很多也以就業情境和熱點專業為選擇導向，對物聯網工程這樣的新興專業認知模糊，更談不上因興趣而選擇，入學后也僅僅能夠通過網絡或者高年級同學獲取一些信息，甚至有的學生到了大學高年級仍然對本專業的重要性和所學知識知之甚少。

這門課程很重要的目標之一就是培養學生對專業的學習熱情和學習興趣。教師通過理論講授和實踐演練幫助學生理解物聯網開發技術和基本過程。學生通過討論案例，調研分享討論案例培養學習熱情和信心，通過物聯網綜合實踐教學科研平臺的學習操作，直觀了解物聯網應用場景和物聯網系統架構。

3.3培養綜合素質

能夠利用物聯網工程基本知識，從概念上理解物聯網工程問題解決方案及分析設計相關技術等，能夠根據課堂教學分析案例舉一反三，提出創造性設計設想。能夠就物聯網應用案例設計的問題進行有效溝通和交流，包括撰寫報告陳述發言和清晰表達，在團隊中分工協作、交流溝通的能力等。了解物聯網領域的當前熱點問題，具備自主學習的意識和熱情，不斷學習物聯網領域新知識新方向的意識。

4 教學內容與模式

如何在32學時內設置教學內容使學生盡量全面地掌握物聯網基本知識體系并建立學習興趣和信心是一個難點，這需要從設計課程內容和創新授課模式兩方面下工夫。

4.1教學內容設計

課程教學內容主要追求學科知識的廣度，弱化知識點的深度，幫助學生從宏觀上把握學科知識脈絡。課程從物聯網的感知識別層、網絡構建層、管理服務層、綜合應用層，和就業與發展趨勢這五個方面分別進行闡述[2]。

1）基本知識

主要內容包括物聯網的基本概念，物聯網的體系結構，物聯網的關鍵技術，其中包括傳感層的射頻識別技術、傳感器技術、定位技術、數據采集技術，網絡層的無線傳感器網絡、無線寬帶網絡、短距離通信技術、Zigbee/LORA/NB-IOT等組網技術，管理服務層的數據庫技術、云計算與中間件技術、數據融合技術等，綜合應用層的大數據與存儲技術、信息安全與隱私保護技術等。

2）物聯網應用案例分析

新生缺乏專業知識基礎，特別是對于偏遠地區來的少數民族學生接觸的新事物新技術有限，專業概念幾乎一片空白，對于導論課程，盡管基礎理論知識淺顯易懂，但較為抽象，難以激發學生學習的積極性，課程中加入了很多案例分析內容，通過案例講解和演示，幫助學時了解物聯網技術在不同領域和行業的應用，建立學科融合學科交叉的思想理念。分析案例包括智能家居、智慧農業、智能電網、智能交通、環境監測、智慧建筑等在內的典型物聯網應用案例，介紹案例的背景分析、應用需求、設計方案、關鍵技術、開發實施過程、測試聯調、效果展示等完整的物聯網系統開發過程[3]。

3）新技術與就業分析

就業問題和專業新動態是學生非常感興趣的內容，課程中加入了介紹就業需求及對應課程和知識技能的內容，讓學了解每一門課程對應哪些崗位和技能，還加入了包括無線自組網、無線傳感網、移動計算、智能分析決策、中間件與云計算等在內的前沿技術。信息技術領域發展飛速，在設置教學內容時需要不斷更新融入新方法、新技術、新理念，這些內容使學生在了解物聯網技術發展歷程的基礎上，掌握物聯網的發展動態、關鍵技術，了解其應用領域，幫助學生將新應用與所學課程知識聯系起來，了解進一步明白本專業相關課程群的理論價值和實際意義，培養學生對專業的認同感，對新技術的學習興趣，激發學生對新事物的好奇心和求知欲，為后續創業就業和深造學習物聯網相關的知識奠定基礎[4]。圖1為物聯網工程課程學習路線及與專業就業崗位的對應關系圖。

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圖1? ?課程與崗位技能對應圖

4.2 教學模式改革

1）教學方法多元化

課堂教學中采用講授、案例分析、案例演示、討論等教學方法，授課教師將實踐項目融入課堂，或分析或演示，通過更加生動形象授課方式引發學生思考，例如在講解智慧農業應用時，教師完整的分析講解了項目需求、風險評估、成本評估、設計方案、開發實施、測試調試等過程，并在課堂演示了開發環境，后臺管理、產品效果等，使學生印象深刻，增加學生對專業的認識和興趣。課程最后增設了案例設計和分享環節，學生以小組為單位自定應用環境，小組成員分工完成查找文獻、分析需求、方案制定、撰寫報告、匯報展示、答辯等環節任務，氛圍熱烈，取得較好效果[5]。

2）組織實施靈活

本門課程傳統授課方式以課堂理論講授為主，改革后課堂教學加入了學生討論、學生設計分享案例的環節，大大提高了學生的參與度，使學生從被動學習知識到主動學習知識并輸出。此外，作為一門理論課，本門課程還增加了部分實踐環節，類似于智慧家居、智慧農業這樣的應用開發案例，學生在課堂學習老師的講解和演示后，還可以親自在實驗平臺操作實踐，直觀地學習物聯網系統架構和開發過程，這對提高大一學生的專業學習興趣很有幫助。

4.3 過程性考核

課程經過幾輪優化，在教學內容和教學模式上有很大的改變，也推動了考核模式的改革，課程考核采用過程性考核方式，包括三部分考核內容，分別是課程內容討論、案例分享和課程報告。過程性考核不但更好踐行素質教育，還能提高學生的主動性，特別是能夠促使一部分怠學的學生全過程參與學習。

5 結論

教學實踐表明，通過對課程內容，教學方式和考核方式改革，可以多方面培養訓練學生自主學習和思考、團隊合作、寫作表達等多項能力，同時避免傳統課堂講授和期末考核死記硬背的弊端，督促學生全過程參與、鍛煉學生分析和獨立解決問題的能力，激發學生對專業知識的學習自信和興趣。

參考文獻：

[1] 余發軍，王雙紅，林漫漫.基于CDIO理念的物聯網課程教學改革與實踐[J].實驗室研究與探索，2020，39（12）：194-197，202.

[2] 杜董生.《系統工程導論》課程在自動化專業教學與實踐中的探討[J].輕工科技，2019，35（6）：159-160.

[3] 柯春艷，靳晟，馮向萍.新工科背景下物聯網工程課程建設研究——以Arduino應用開發課程為例[J].物聯網技術，2021，11（11）：124-127.

[4] 彭義春，金寶慧，喻學才.新工科背景下的計算機導論課程教學改革研究[J].電腦知識與技術，2021，17（31）：208-210.

[5] 柯春艷，安思.基于Arduino的物聯網應用實驗設計[J].福建電腦，2018，34（7）：30-31.

【通聯編輯：梁書】