面向新工科的“物聯網信息安全”課程科教融合教學模式探索與改革

摘?要：在新工科背景下，針對“物聯網信息安全”課程教學面臨的教學與科研嚴重脫節這一問題，通過分析課程特點，并將科學研究的方法和成果融入教學的全過程中，從課前、課中和課后三個主要環節對該課程的教學模式創新進行了深入探索，提出了科教融合的課程教學模式，為新工科背景下物聯網工程專業課程教學模式改革提供新的思路。

關鍵詞：新工科；物聯網；科教融合；教學模式；人才培養

Exploring?and?Reforming?the?Teaching?Mode

of?"Information?Security?of?Internet?of?Things"?Course?for?the

New?Engineering?Discipline?with?the?Integration?of?Science?and?Education

Jin?Shuang

School?of?Information?Science?and?Engineering，Chongqing?Jiaotong?University?Chongqing?400074

Abstract：Under?the?background?of?new?engineering，in?view?of?the?serious?disconnection?between?teaching?and?scientific?research?faced?by?the?teaching?of?"Information?Security?of?Internet?of?Things"?course，through?analyzing?the?characteristics?of?the?course?and?integrating?the?methods?and?achievements?of?scientific?research?into?the?whole?process?of?teaching，the?innovation?of?teaching?mode?of?the?course?was?explored?in?three?main?aspects：before，during?and?after?the?class，and?a?course?teaching?mode?of?integration?of?science?and?education?was?proposed?to?provide?new?ideas?for?the?reform?of?teaching?mode?of?the?course?of?new?engineering?background.It?provides?new?ideas?for?the?reform?of?teaching?mode?of?Internet?of?Things?engineering?courses?under?the?background?of?new?engineering.

Keywords：new?engineering；Internet?of?Things；integration?of?science?and?education；teaching?mode；talent?cultivation

1?概述

為深入貫徹落實習近平總書記所作的黨的二十大報告中“實施科教興國戰略，強化現代化建設人才支撐”的戰略決策，我國高等教育持續深化探索科教融合協同育人機制。科教融合的本質是科研活動與教育教學活動緊密結合，在科研實踐中培養學生。此外，科教融合也是高等院校培養創新人才的重要渠道，在我國高端人才培養中發揮著巨大的促進作用［13］。

“物聯網信息安全”是新工科背景下物聯網工程專業的專業課程，該課程對于物聯網專業的學生具有非常重要的意義。目前“物聯網信息安全”課程教學方法仍然以傳統的“老師教，學生聽”為主，不能很好地將科研育人理念融入教學過程中，造成教學與科研的關系漸漸疏遠的局面，這將不利于新工科背景下復合型的高素質應用型人才培養和激發學生的創新精神。

新工科背景下的專業課程不能繼續沿用傳統專業課程的教學方式，新工科建設的深化有賴于高校產教研融合機制的系統化變革［4］。因此，許多工科類專業課程的科教融合改革受到重視并廣泛開展［56］。但如何面向新工科對“物聯網信息安全”課程進行科教融合的教學模式探索和改革，推動“新工科”建設的深化，激發學生學習的積極性，最終實現教學科研一體化、科教深度融合和協同育人的教學目標，仍需進一步探索。

因此，本文以重慶交通大學物聯網工程專業的“物聯網信息安全”課程為研究對象，探索基于科教融合的課程多樣化教學方法，切實提高教學水平和質量，推動教學科研一體化、科教深度融合協同育人的教學目標達成。

2?“物聯網信息安全”課程特點與定位

“物聯網信息安全”是物聯網工程專業學生的專業必修課之一，部分高校的培養方案中將該課程設置為選修課，但也有高校將其設置為必修課。該課程是一門集密碼學、計算機、通信、物聯網等于一身的交叉學科，知識點多且相關理論較為抽象。具體特點可概況為以下四個方面：

（1）概念多且抽象。該課程許多章節涉及計算機網絡技術、傳輸與通信技術、檢測與控制技術、智能感知技術等多學科的知識，對學生而言涉及的這些知識比較抽象，理解難度大。

（2）知識面廣。課程內容包括物聯網整個安全體系特征、感知層、傳輸層、網絡層和應用層的安全以及數據的隱私等，涉及面非常廣泛。

（3）相關技術更新快，教材內容更新慢。物聯網技術發展日新月異，在工業、農業和交通行業等各個不同領域的應用也越來越廣泛，因此相應的物聯網信息安全技術也在持續更新換代，相較之下，教材中的內容則更新較為緩慢。

（4）課程內容對應的實踐少。由于該課程總的課時量較少，因此實驗內容的課時就更少。所以課程的實驗更多傾向于驗證性實驗，設計性不強，很難真正培養學生的創新思維能力和探索精神。

3?“物聯網信息安全”課程教學現狀

對于該課程的教學，大多院校仍然采用傳統的“老師教，學生聽”的教學模式。但該課程內容涉及面廣，又有多個學科交叉，因此這種教學模式難以保證學生對知識的消化和應用，也不能激發學生的獨立思考能力和專業興趣［7］。該課程教學中存在的主要問題如下：

（1）教學手段傳統且單一。該課程的授課方式主要采用老師講授的方式，學生處于被動接受知識的狀態。由于課程的知識面廣且內容多，這種方式容易讓學生失去興趣和動力，在課堂上不能很好地集中精神跟著老師授課的進度學習，進而導致學生出現不認真學習等現象。同時，現有的教學手段也無法滿足學生個性化的需求和差異，不夠靈活且過度強調記憶，缺乏對物聯網信息安全知識的真正理解和應用。此外，現有的教學手段也容易讓老師處于疲憊的狀態，不能很好地發揮老師的教學潛能。

（2）部分課程內容沒有與時俱進。物聯網技術在各行各業發展迅速，課程現有教學內容中的許多知識點都無法滿足社會和行業的發展對物聯網工程專業人才培養的要求。其中，很多教學內容較為陳舊，已經跟不上時代發展的步伐。要培養面向社會的物聯網工程技術人才，就必須動態更新教學內容，并結合物聯網領域發展的前沿知識和實際案例對學生進行授課講解，充分調動學生的積極性，提升教學的水平和質量。

（3）考核方式較單一。一般來說，高校對該課程的考核方式基本分為兩種，一是通過出試卷對學生進行期末測試，進而考查學生對本門課程的實際掌握情況；二是通過期末大作業的方式對學生的學習情況進行考核。前一種考核方式經常會出現學生通過臨時抱佛腳而取得一個不錯成績的現象，但對于該課程沒有真正理解和掌握，更不能將所學知識應用到實際情況中，因此不能對學生的學習情況進行客觀的評價，也無法真正獲知學生的綜合能力。后一種考核方式則經常出現學生對相關資料進行復制粘貼的現象，沒有真正花心思完成布置的大作業，因此無法實現對學生學習情況的掌握，同時也不能對其進行客觀的評價。

（4）課程資源少。目前該課程相關的資源較少，包括參考文獻、視頻、習題以及相關的案例等資源。學生除了在課堂環節聽老師講授之外在課外很難參考到有針對性的課程資源，無法做到讓學生進行有效的課后學習。同時，由于課程的學時有限，許多無法在課堂上完成的拓展性教學內容也需要參考相應的課程資源進行拓展學習，而目前少量的課程資源不能很好地解決該問題。

4?基于科教融合的教學模式設計

針對以上問題，結合重慶交通大學科教融合教學改革實際，依據“物聯網信息安全”課程理論教學與實驗教學內容特點，從課程設置及目標、教學內容及資源、教學模式和課程考核四個方面構建以科教融合為目標的教學改革體系，并將其應用于課程教學的全過程。

4.1?課程設置及目標

以重慶交通大學為例，在以往版本的培養方案中，“物聯網信息安全”為物聯網工程專業的專業選修課，設置在三年級的第一學期，2.5學分，總學時為40學時，其中理論課學時為32學時，實驗課學時為8學時。而在最新的2022版培養方案中，將該課程的類型和學時長度做了調整，課程類型調整為專業核心課（必修課），課程的學時長度調整為48個學時，3學分，其中理論課學時為32學時，實驗課學時為16學時，上課時間設置在大三的第二學期，授課教師則由2～3名具有物聯網工程或者計算機以及通信等學科背景的教師擔任。

針對課程目標設置問題，以國際工程教育專業認證為引領，以輸出為導向，制定了新工科背景下物聯網工程專業的課程目標，具體內容為：使學生能夠綜合分析物聯網系統在感知層、傳輸層、網絡層和應用層等各個不同層次的信息安全，并掌握物聯網信息安全的基本技術和理論，具備解決物聯網系統所面臨的信息安全問題的能力。能夠從工程技術、經濟、社會等多方面對所提出的解決方案進行綜合分析和評價，并考慮健康、安全、法律、文化以及環境等因素。

4.2?教學內容及資源

近年來，物聯網相關技術發展迅速且應用十分廣泛，與之相關的科學研究成果也層出不窮。但由于教學教材的滯后性，導致與物聯網信息安全相關的許多熱點問題和實際的案例都沒有及時地納入教材中，而現有的許多教學內容已經跟不上時代的發展，有些甚至處于被淘汰的范圍。如果還是按照以往的教學內容對學生進行授課，將不利于新工科背景下復合型的高素質應用型人才培養，同時學生在學習的過程中也會出現學習興趣不高等問題。

因此，在課程的教學過程中，授課教師需要以現有的教學內容為基礎，從學科體系完整性、現有課程銜接性以及教學內容的先進性三個方面優化現有教學內容，強化對科技發展、學術研究前沿成果的引入，動態更新陳舊過時的教學內容，保障授課內容的前沿性和時代性，進而確定教學內容更新后課程的整體內容布局。此外，通過線上學習平臺（如學習通或雨課堂等）發布與課程相關的精品資源，包括但不限于視頻、新聞、案例、參考文獻、課件等課程資源，保證學生課后的拓展和補充學習，進一步深化和鞏固課堂知識。教師也可不斷引導學生搜索與本課程相關的網絡資源，通過教師和學生共建的方式逐漸豐富和擴展課程資源，同時也能讓學生實時地掌握物聯網相關技術的發展動態。具體流程如下圖所示。

教學內容及資源建設流程圖

4.3?教學模式

科學研究的過程一般是遵循發現問題—提出問題—分析問題—解決問題的方式，而許多學生剛好缺乏這種科學研究的探索精神和創新能力，因此將科學研究的過程運用到教學過程中能夠助力人才培養。以學習通等平臺為基礎，將教學過程分為課前、課中和課后三個主要教學環節［8］。

課前：課前主要為課中環節做鋪墊，教師需要結合當天的教學內容準備學習資料，包括專門錄制的教學小視頻、時事新聞、熱點技術論壇以及課件等資源，通過在線學習平臺發布，學生自主在網上進行學習，同時記錄學生的學習過程及時長。此外，教師針對教學內容的重要知識點設計一些課前思考題，引導學生去自主查閱相關文獻和公開課等資源，促進學生去發現問題和提出問題，初步融入科學研究的思想。

課中：教師首先使用內容豐富、易于學生理解的課件，尤其是需要將與本堂課相關的實際科研項目、權威期刊論文成果、企業最新科技成果等納入到課件中，便于學生了解所學知識點在實際應用中的發展動態。同時，課中要避免“滿堂灌”的現象，教師需要針對不同的教學內容開展差異化的教學手段，如在課程中的基礎知識模塊可采用問題式教學法［9］，如課程中的數據安全、接入安全、網絡安全等各種概念以及關鍵影響因素等；針對課程中的重難點知識模塊可采用問題式教學法和案例式教學法相結合的方式，如課程中的“密碼學模型和數字簽名技術”“身份認證和訪問控制”等。此外，還可以采用啟發引導、小組討論和翻轉課堂等教學模式［10］。以小組討論為例，教師可以提前將學生分為5～6人一組，并通過課前給學生布置查閱最新文獻或者其他相關的科學研究成果等任務，在課中環節時抽取一個小組上講臺進行匯報，時間控制在10分鐘以內，教師和其他同學則對匯報的結果進行評價和建議。

另外，教師也要適當將自己在研或者已經結題的科研項目案例插入到教學過程中，一方面有助于讓學生更加直觀地感受到所學知識在項目和行業中的應用，發掘學生對本課程的學習興趣。同時也能夠優化教學內容，保證教學內容的實用性和前沿性。值得注意的是，教師在講解科研項目案例時應盡量講解具體的知識點如何運用來解決實際科學問題，從而培養學生在未來的學習過程中自主分析問題和解決問題的能力。

課后：通過學習通發布課后大作業和課后習題等任務，進一步對所學知識進行鞏固和拓展。此外，為了培養學生的實踐能力和創新能力，教師應該對課程的實驗課高度重視，注重理論與實踐結合。以重慶交通大學為例，教師可以將課程的部分學時實驗課利用“物聯網智能交通平臺”進行實踐教學，并把基于此平臺的科研項目等引入到實踐教學的過程中，提升課程實驗的前沿性和創新性。除此之外，可提倡和引導學生參加教師的在研科研項目，通過解決實際的科研問題進一步增加對課程知識的消化和應用。同時，教師也可組織學生參加與物聯網相關的競賽活動，如“全國大學生嵌入式芯片與系統設計競賽”“全國大學生智能汽車競賽”以及“RoboCom機器人開發者大賽”等，培養學生的專業技能和解決復雜工程問題的能力。

4.4?課程考核

要實現科教有機融合，傳統的期末考試或者期末大作業的考核方式不能完全對學生的綜合能力進行全面評價，可通過對課程的全過程進行考核，全方面地對學生進行課程掌握程度的綜合性評價，注重評價的實效性。課程可采用多元化的考核方式，首先是平時成績（占30%），包括線上和線下考核兩部分，線上考核主要包括學生在課前和課后環節的在線學習時長以及活躍度、線上布置的習題作業以及搜集的精品課程資源等；平時成績的線下考核包括課堂表現、小組匯報、課后作業完成情況等。其次是實驗成績（占30%），課程實驗可分小組完成，可從實驗的完成情況、組員之間的分工協作、實驗報告、答辯匯報等幾個方面進行綜合評價。再次是課程大作業成績（占30%），大作業題目不唯一，學生可根據自己的喜好選擇大作業題目，同時選擇題目相同的同學按照5～6人進行分組，共同完成大作業。對課程大作業的評價可從方案設計、團隊協作、PPT匯報、小組互評以及大作業報告等方面進行評價，進而計算所得的大作業綜合成績。最后是期末考核成績（占10%），重點考查學生對本課程基礎知識的掌握情況，可通過學習通平臺在線上答題的形式進行評價。

結語

新工科背景下的專業課程不能繼續沿用傳統專業課程的教學方式，新工科建設的深化有賴于高校產教研融合機制的系統化變革。本研究重點針對新工科背景下“物聯網信息安全”課程科教融合的教學模式進行了探索，以重慶交通大學為例，從該課程在教學過程中面臨的教學和科研融合不足的問題，將科學研究的方法即“發現問題—提出問題—分析問題—解決問題”運用于課程教學的全過程，從課程設置及目標、教學內容及資源、教學模式和課程考核四個方面構建了以科教融合為目標的教學改革體系，打造“金課”，著力改善課堂教學質量，調動學生學習的積極性。改革措施為增強學生解決復雜的物聯網信息安全問題的能力提供保障，同時促進教學科研一體化、科教深度融合和協同育人的教學目標實現。

參考文獻：

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［5］劉計良，司政，李炎隆.新工科視域下《水工結構數值分析》教學改革探索［J］.中國電力教育，2022，416（10）：7576.

［6］周萌，曹政才，吳啟迪.新工科背景下基于“五位一體”的機器人技術教學改革研究［J］.高等工程教育研究，2020，183（4）：6670.

［7］彭丹，王紅霞，吳文全.“互聯網+”混合式教學設計與實踐——以“電子技術基礎”課程為例［J］.教育教學論壇，2023，612（9）：58.

［8］于景飛.交通工程學課程教學改革［J］.西部素質教育，2019（20）：187188.

［9］劉媛媛.微課結合PBL教學法在數據結構實驗教學中的應用［J］.電腦與信息技術，2023，31（1）：9698.

［10］劉偉，李明，謝海斌.“人工智能基礎”課程教學改革與實踐［J］.電氣電子教學學報，2023，45（1）：710.

作者簡介：靳雙（1992—?），男，漢族，重慶奉節人，博士，講師，從事物聯網工程專業的教學和科研工作。