“物聯網導論”課程教學模式改革的探索與實踐

王琳 余薇

摘要：“物聯網導論”是一門面向物聯網專業的基礎理論課程，同時也可作為物聯網技術應用的實踐拓展，有助于學生更快地了解并掌握物聯網技術中的基礎知識。針對當前存在的理論與實踐難以適配、課程技術點邏輯不明晰、學生個性化學習需求無法得到有效滿足等問題，簡要論述了天津市大學軟件學院在實施“物聯網導論”課程的時候，在對教學內容、教學方法和手段、教學組織形式、教學評價和考試等方面進行的改革創新，形成了“四個三”教學模式，并在此基礎上進行了一系列的探討和實踐。

關鍵詞：物聯網導論；混合式教學；“四個三”教學模式

一、課程概述

天津市大學軟件學院是“天津市卓越軟件工程師教育培養計劃”牽頭單位，十多年來，一直堅持“教學與產業相融，學校與企業互動”的辦學理念，在培養軟件人才中發揮著重要作用。在“物聯網”類課程實施中，構建了由“認識—體驗—實踐—創新”的“遞進式”課程結構，以“校企結合”的方式進行課程設計，既注重對學生的物聯網技術的實際運用能力的訓練，又注重對其進行創新意識、團隊協作能力及職業化的人文素養的訓練。

“物聯網導論”課程作為軟件工程專業下物聯網專業方向必修課，與其他必修課一起共同提升學生在物聯網應用開發和智能控制系統開發崗位群中就業所應具備的知識和技能，從而為培養具有適應性的軟件專業技術人員奠定了堅實的基礎。針對“物聯網導論”在常規教育方式中難以克服的若干問題，如新生專業基礎較弱導致的學習不自信，在實施過程中，學生的學習成效較差；教學缺乏針對性、缺乏學習動機、教學質量不高等主要問題提出了較為行之有效的解決方法。

天津市大學軟件學院的“物聯網導論”課程從2017年開設至今，已實施超過5年，在多年的實踐與改革探索中逐漸形成了“學生學為主，教師教為輔”的師生教學相長的互動探究式教學模式。通過本課程可培養學生對物聯網的認知能力，以項目案例為驅動，通過與行業企業合作，協同研發和設計出能夠準確定位崗位能力需要的課程。將傳統的課堂教育與新時代下的線上教育的優點結合起來，讓學生在學習中發揮出自己的作用，在整個教育的過程中以問題為導向，展開了一系列的教學，并在教學內容中加入思政元素。分析專業技能人才培養需求，將課程目標直接對標用人需求，充分利用教學資源，用典型常見的物聯網技術應用案例和“做中學、學中做”的沉浸式教學方式，引導學生掌握核心技術，并以此為基礎，激發學生的學習興趣。優化教學組織形式及多元化考核評價機制，鼓勵學生真題真做，自主選擇實驗內容，促進學生個性發展，并在項目實施過程中有效分工、各施所長，著重培養學生團隊合作、工程實踐和創新能力。

二、課程培養目標

天津市大學軟件學院在形成互動探究式教學模式的基礎上，結合我國物聯網技術發展的實際情況，對其進行了全面的理論與實踐相結合的研究。以物聯網認知、物聯網基礎知識、物聯網關鍵技術解析、物聯網的原理與典型應用等知識模塊作為載體，將行業企業應用項目案例融入教學實踐中，將該課程的課程內容與教學大綱相聯系，根據人才培養目標，與未來就業崗位相聯系，決定該課程的知識、能力和素質的要求：

知識目標：了解物聯網關鍵技術相關的基礎知識和基本技能，了解物聯網技術知識與技能在生產實踐中的應用；了解物聯網典型應用系統結構、關鍵設備的性能特點及集成方法；了解分析、設計物聯網應用程序和進行軟硬件分析、設計的基本知識和技能[1]。

能力目標：具備能夠分析周邊物聯網應用體系結構，可以按照系統的功能要求自行進行簡單的系統設計的能力；能夠掌握物聯網技術在應用開發及智能控制工程中的應用，并能夠使用模擬軟件進行軟件和硬件的調試；有能力進行全面的分析和調試，并對項目進行綜合設計與制作。

素質目標：具有自主學習和工作的能力；能夠將愛國主義與課程實驗相結合，具有強烈的事業心和嚴謹的工作作風；能夠提升個人溝通、合作與交流的社會能力。

三、“四個三”教學模式

該課程的教學內容直接對標職業能力及崗位要求，經過多年的先行先試，現已凝練出“四個三”混合式教學模式，并已逐漸形成具有天軟特色的教學體系。

（一）“三引入”的教學內容改革是教學模式改革的基礎

引入趣味案例，激發學生學習興趣。通過智能家居、智能樓宇、智慧交通等當前應用最廣泛的物聯網應用案例及沙盤模型，讓學生們初步體會物聯網對生活的影響，直觀理解物聯網的概念。

引入沉浸式教學模式，讓教學內容由抽象變直觀。憑借校企合作建立的“物聯網技術創新實驗室”，結合實驗室的智能倉庫、智慧教室應用案例，讓學生近距離理解物聯網的核心技術，如感知技術、傳感器技術等，理解其實施機理和應用。

采用小組工作法，引入強國精神教育。各小組分工合作完成“未來已來——我的物聯網生活”項目調研方案，引導學生分組調研設計項目，并引導學生了解國產自主研發的情況，報告中要具體列出可國產自主替代部分，增強學生們的民族自豪感。

（二）“三聯系”的課堂教育方式是課堂教育改革的有效路徑

充分利用好對標崗位與教學目標的聯系，推動“實驗”教學向“實踐”教學轉變。利用物聯網技術的使用實例，讓學生們對物聯網的技術結構有一個全面的認識，對其核心技術有一個全面的把握，對其使用的各種場景也有一個比較清晰的認識，并逐步掌握相關技術的應用能力。

注重教學內容與物聯網應用之間的聯系，強調面對真問題，給出真辦法。以賽代練、以賽促學習，將“全國大學生物聯網設計競賽”“互聯網+大賽”“大學生創新創業訓練計劃”等競賽的相關知識融入教學過程中，激勵同學們在調查中融入創造性的元素，以構成一個新的方案，為實踐教學奠定技術基礎。

堅持以學生為中心理念和課程體系建設的聯系，構建以學生成果為導向的實踐教學體系。學生們掌握理論知識后，在具備了調研設計、項目設計能力的基礎上，在導論課結束后便可以確定一個物聯網應用項目，在后續課程中形成連貫性，使學生可以像游戲闖關一樣，每學完一門課，項目就會更加豐滿，大大地提升學生學習的積極性和主動性。

（三）重視“三基本”的引導可以讓教學效果事半功倍

重點介紹物聯網的基本概念、基本理論和基本技術，并對其理論的演繹進行簡化。通過角色扮演、成就達成、能力雷達等形式，開展游戲化教學模式。通過布置分組任務“我的物聯網新發現”要求各組在已有的物聯網應用案例中至少提出一個創新點，將學生分成小組，每組6人，組長由抽簽決定，組長帶領團隊共同進行任務分工，每組自行查閱資料，自行設計自己組內的產品及技術功能，由授課教師及其他各組分別對各組產品進行打分，分數最高組獲勝。通過學生自主調研、自主設計，幫助學生清楚了解物聯網的起源、發展、機遇與挑戰，用自主性的方式讓學生從等教師教到自己主動地去學，有助于學生充分理解物聯網技術應用現狀，以設定任務形式激發學生自主創新能力。

（四）“三創新”理念為教學改革提供更多途徑

創新教學模式，打通線上線下全流程。依托學院“E起實踐吧”在線交互平臺，配套了本專業課程的在線學習、作業、考核等模塊，以便實時了解學生學習情況；上課之前，教師會將課堂上所講的知識內容，以“知識列表”的方式上傳到網絡上，每個單元都會有一次考試，讓同學們按照這個列表來自學，然后再做一個“總結”，然后再進行下一個單元教學，以此來提高同學們的“闖關”能力，從而提高同學們的學習熱情。在課堂中，教師會對學生進行課堂上的測試，并展開點撥和分小組的討論，對知識點和重點難點進行歸納。在課中，通過課堂復盤、實戰演練等形式，對學生們存在問題較多的知識點進行反復練習，加強知識點的把握和運用。課后，通過座談會、調查問卷等形式進行檢驗學習情況，鞏固和反饋評價。創新教學組織形式，翻轉課堂效果良好。教師啟發學生根據實際情況，每人獨立完成一份“項目設計方案”，師生共同制定工作任務計劃表，項目組成員自行完成角色分配并劃分項目任務，提前進入職場角色。創新課程考核方式，引入多層次評價體系。教學評價貫穿整個學習過程，除教師對學生學習動態進行實時監督、管理，及時給予總結和評價，幫助學生查漏補缺、鞏固提升外，還加入了學生間的互評，通過PK形式的“生生互評”起到朋輩互助、共同提升的教學效果。

四、課程改革創新點

（一）將強國精神融入專業教學

在課程教學實施過程中，對現有的課程大綱進行優化，將我國科技發展的實例應用引入教學，在提升學生專業技術的同時，指導學生樹立正確的人生觀和發展觀，并將其設計為學生結課考核要求，以考代練地綜合提升學生們的素質修養和民族自豪感。例如，結合物聯網技術應用案例及往屆畢業生實訓成果，讓學生們了解無人艇不光可以在環境監測產業應用有好的發展前景，還在抗洪搶險和軍事部署中有更為重要的意義，使學生認識到項目組的產品設計、項目研發都可以對社會發展、國家興旺起到重要作用。

（二）真實項目驅動式教學

教學形式采用線上線下混合式授課，線下依托創新技術實驗室沉浸式體驗教學，以真實場景和實際在研項目為驅動，通過項目和應用案例幫助學生完成技術點的學習[2]；通過線上虛擬仿真平臺，設置相關實驗課程，拓展知識的深度和廣度。“創新項目設計”環節，由學生自主選題完成項目設計，將作業變成“作品”，并鼓勵學生將“作品”深入研發、延續成“產品”，有效地增加了課程的延續性。

（三）以學生為中心，翻轉課堂

采用翻轉課堂，讓學生成為課堂的主體，課前進行預習，提出疑問，課中帶著問題進行學習，課后對課堂內容進行總結及完成作業設計。以學生為中心，增加動手實踐環節的權重，把教學內容與有關的競賽進行對照，把競賽中的比賽內容和創新的需求融合課程標準當中，充分調動學生學習的主動性和興趣[3]。

（四）注重課程評價

采取項目驗收為主，理論考試為輔的考核模式，考核包括課堂互動、討論效果評價、上機實踐評價、線上學習效果評價、項目實踐評價、作業、項目報告、考試等。除了教師對學生的考核評價外，注重學生與學生間的評價。

五、取得成效

通過對教學內容和教學手段的不斷優化，學生對理論知識的理解和實踐能力顯著提高，具體體現在：課程通過線上線下課程資源部署，使不同理解能力的學生可以根據自身情況自主調節學習進度，提升學生自主學習能力和學習主動性；課上討論環節，主講教師根據指定主題講解一個或多個產品案例，引導學生通過調研、查閱資料、思考并撰寫自己的創新項目文檔，最后進行項目答辯，對創新思維、綜合素質、專業素質的提高有明顯的作用，創新項目具有很強的延續性；課程結束后，學生修改、優化創新作品，并根據后續專業課的學習逐步開發、完善作品，進而通過參加學科競賽、創業項目等方式延續課程收獲。

課程改革成效明顯，取得的主要成果包括：

本文作者參與完成的《產業引領型物聯網現代產業學院建設的探索與實踐》獲得我國新工科研究與實踐第二批項目的成功立項；參與完成的《基于產教融合的課程思政建設工作的探索與實踐》教改項目獲市教委支持立項，并順利完成結項驗收工作。

2019年9月11日取得《基于無線充電的立體停車庫管理軟件V1.0》計算機軟件著作權，登記號：2019SR944309。參與完成的《產業引領型物聯網現代產業學院建設的探索與實踐》入選“CIE2021第五屆中國IT教育博鰲論壇產教融合案例”庫，獲“貢獻案例”稱號，作為第一作者撰寫的《基于產教融合的物聯網專業實踐教學模式創新與探索》入選“CIE2021第五屆中國IT教育博鰲論壇征文”集，榮獲一等優秀論文，并發表于《計算機教育》2022年2月10日第2期 ISSN 1672-5913。由本門課程大作業成果轉化的畢業設計《基于Niagara的IBMS系統擴容性設計》《基于 STM32 的控量取餐系統設計與實現》《基于STM32的舊物回收柜設計與實現》分別獲評2019屆、2021屆、2022屆市級優秀畢業設計（論文）。

本門課教學改革的成效，已成功吸引多所兄弟院校與企業前來合作，帶動河北大學、河北工業大學、天津工業大學等多所高校相關專業的教學改革，開展復合型軟件人才培養試驗，取得了可喜的效果。

六、結語

綜上所述，天津市大學軟件學院在進行“物聯網導論”課程的教學改革過程中，充分遵循物聯網專業教學規律，將教學內容緊密對接行業發展和崗位人才需求，結合當今學生學習特點，針對人才培養的特點，探索出“四個三”的教學方法，以提升學生各方面學習合作能力，提高人才培養質量。在未來的教育中，天津市大學軟件學院也將持續進行教學改革，加強實踐教學團隊建設，提升師資團隊教學能力，增強學生的理論聯系實際能力，提高學生實際中發現問題與解決問題的能力，為培養具有“天軟特色”的可服務于區域經濟發展的適用型軟件人才貢獻力量。

參考文獻

[1]孫哲，季秋，畢云.淺談物聯網導論課堂教學與實踐[J].中國市場，2017（34）：207-208.

[2]王慧.混合式教學模式在建筑工程技術專業教學改革中的應用——以《建筑力學》課程為例[J].才智，2022（23）：158-161.

[3]朱學偉，朱華炳，張文祥.項目實戰訓練法在數控實訓教學中的應用探究[J].職業，2022（03）：86-89.

作者簡介：天津市大學軟件學院教務部