基于物聯網虛擬仿真軟件項目驅動式教學模式在“物聯網安卓客戶端的設計與開發(fā)”課程中的應用

劉燕娜 陳銳

一、引言

近年來，物聯網技術快速發(fā)展，物聯網專業(yè)學生不斷增加。但是物聯網實訓編程課作為物聯網專業(yè)的核心課程，普遍存在實驗設備不足、基礎知識點編程偏多的情況，導致課堂教學效果不理想。“物聯網安卓客戶端的設計與開發(fā)”課程基于物聯網虛擬仿真模擬實訓平臺軟件進行項目驅動式教學，能有效解決上述問題，激發(fā)學生的學習興趣和主動性，使學生所學知識得到有效應用，提升學生的專業(yè)技能以及綜合素養(yǎng)。

二、物聯網實訓編程課存在的問題

物聯網實訓編程課是針對設備的控制編程課。課程可有效培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和物聯網應用能力。“物聯網安卓客戶端設計與開發(fā)實訓教程”是物聯網實訓編程課中的核心課程。課程目標旨在培養(yǎng)物聯網移動客戶端軟件技術人才。學校需要購買對應的實訓平臺才能開設該課程。但是現實中，由于設備昂貴，后期的維護和升級也需要投入大量的費用，學校一般只能購買兩三臺設備給學生輪流使用進行學習，很難辦到為每一位學生配備一臺設備。這樣就導致在有限的課堂時間內，有些學生根本沒機會使用設備操作。而且硬件實訓設備受到放置的場地、課程的時間限制，學生課堂上沒完成的學習，也不能在課后繼續(xù)，學習受到很大的限制。因缺乏設備，課程也只能設計成基礎知識點偏多的教學，難以激發(fā)起學生學習的興趣與主動性，也難以全面培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和專業(yè)能力，以致教學效果不理想。

三、物聯網虛擬仿真模擬實訓平臺軟件與物聯網實訓編程課的融合點

中共中央辦公廳、國務院辦公廳《關于推動現代職業(yè)教育高質量發(fā)展的意見》明確提出：“普遍開展項目教學、情境教學、模塊化教學，推動現代信息技術與教育教學深度融合，提高課堂教學質量。”物聯網實訓編程課應以實訓設備為基礎，以崗位職業(yè)能力的要求整合成項目開展教學。可是實訓設備缺乏，教師也是“巧婦難為無米之炊”，不得不進行紙上談兵式基礎知識點的教學。面對匱乏的資源，充分使用現代信息技術構建教學實訓平臺是課程首要解決的問題。近年來虛擬仿真技術異軍突起，把該技術應用到教育教學當中是教育改革熱點之一，成為許多學科課程實驗難的解決方案。使用虛擬仿真技術結合編程語言開發(fā)相應的軟件“物聯網實訓模擬軟件”替代真實的硬件設備。模擬軟件與硬件設備相比有明顯的優(yōu)勢。首先，只要電腦上安裝了模擬軟件就是一套模擬設備。學校不必花大成本購買硬件設備。其次，軟件升級維護方便，基本不需成本，還可根據需要改進擴展。再次，硬件設備受空間限制，只能存放在實訓室內，下課后，學生就不能再使用了。而軟件不受空間限制，學生只要安裝到自己的電腦中就隨時可學，突破時空的限制。正是因為虛擬仿真模擬軟件有這樣的優(yōu)勢，填補了真實實訓設備的缺陷。把該軟件融入到課程中，課程教學能得到有效的提升，也是信息技術深度融合到課程當中的有效體現。

四、基于物聯網虛擬仿真模擬實訓軟件項目驅動式教學設計模式

（一）基于物聯網虛擬仿真模擬實訓軟件整合教學項目

“物聯網安卓客戶端的設計與開發(fā)”課程基礎知識點分散，而項目式教學的優(yōu)點是可動態(tài)組合課程中不同的知識點來組成項目進行教學。根據工作崗位技能及素養(yǎng)要求，將課程設計成十個不同層次的項目。項目由簡單到復雜，單一到綜合，符合學生的認知特點。“物聯網實訓模擬軟件”根據課程項目開發(fā)了六大基礎模塊：模擬智能開關模塊、模擬紅外伴侶模塊、模擬RFID模塊、模擬數據采集模塊、模擬ZigBee模塊、模擬飛行模塊。通過六大基礎模塊，可以設計出多個物聯網技術項目。基于軟件可設計出簡單的項目：智能開關模塊之燈光控制、紅外模塊控制等項目；根據基礎模塊可設計出綜合項目：智能家居系統項目、智能安防系統項目、溫室大棚系統等項目。

根據每個項目內容劃分由易到難的具體工作任務，由工作任務驅動學生學習。層層遞進的任務像打游戲通關一樣，使學生產生持續(xù)的學習興趣，體驗到成功的喜悅。同時學生在完成任務過程中自主構建知識體系，提高崗位工作能力。

項目驅動式教學模式改變了傳統以教師為主，學生為輔的教學模式，真正實現了以學生為中心，圍繞工作項目的“做中學”。

（二）結合學習資源平臺系統組織教學項目

為適應互聯網環(huán)境下的移動學習，可結合學習資源平臺系統組織教學項目。有三個方面的優(yōu)點：第一，有利于整合課程各方面的教學資源。課程中配套的微課視頻、課件、工作頁等均可上傳到平臺系統供師生共享下載觀看。第二，方便教師備課、上課以及與學生交流。通過資源平臺系統，教師不用常帶著課本備課。上課時也不用帶各種資料，只要登錄平臺就可方便觀看各種資料。平臺中設有師生交流欄，學生課外學習遇到問題可在此留言。通過留言，教師能及時了解學生學習情況，同時保留師生交流痕跡。第三，學生不受時空限制隨時隨地進行學習。上網學習娛樂成為了現代人學習的一種方式。現在的學生人手一臺智能手機。只要手機能上網，打開資源平臺系統，就可不受時空限制提前預習和復習。學習資源平臺正好可以成為項目驅動式教學的載體，為學生的移動學習和自主學習提供了快捷的方式。

（三）信息技術助力教學考核，全面評價學習效果

應用信息技術開發(fā)課程實操考核評價系統可更全面更實時評價學生的學習。課程中每個學習項目都有相應的項目評價表。評分表的每一行評價內容對應一種職業(yè)能力，不同的能力賦于不同的分值。學生每學完一個項目，教師就可通過系統的評價表對學生的項目完成情況進行評分。通過系統自動統計和分析，既可生成學生每個項目的詳細評價數據，也可生成學生職業(yè)能力雷達圖。雷達圖能更全面直觀體現學生學習效果和職業(yè)能力。

這種動態(tài)評價改變傳統的以總結性評價為主的評價模式，有助于提高中職生的學習信心，也更利于培養(yǎng)學生的職業(yè)能力。

五、基于物聯網虛擬仿真模擬軟件的教學案例分析

（一）模擬溫室大棚項目概述

模擬溫室大棚項目主要通過編程實現模擬溫室大棚的功能：全天候光合作用，以及控制溫度和濕度在指定的范圍內。項目需要通過編程組合“物聯網實訓模擬軟件”上的基礎模塊才能完成。因此學習該項目，需要掌握上一個項目的內容：掌握6個狀態(tài)傳感器值的編程方法和實現自動光感應功能的編程方法。項目中設計了五個學習任務項目，每個學習任務根據難度安排不同課時。

（二）模擬溫室大棚教學設計

1.課前預習，了解項目

教師課前布置少量的預習任務，學生使用線上學習資源庫系統“精品課程系統”了解項目概述、學習目標及學習任務，還可以下載教學視頻提前學習。家里有電腦，已經安裝了“物聯網實訓模擬軟件”的學生也可跟著教學視頻提前做實驗。學生在預習中遇到的問題可以在系統討論模塊留言，教師就可提前了解學生的學困點。

2.課堂上學生合作探索，教師解答疑難

學生學完上一個項目數據采集模塊后有了一定的基礎，因此本項目的課堂主要圍繞著項目，以學生小組合作探索學習為主，教師解答疑難為輔進行課堂教學。每個學生都有一臺安裝了“物聯網實訓模擬軟件”的電腦，相當于有了一套實訓設備。因此課堂上學生在實驗操作時，每個學生首先把會的部分做出來，做到新知識點時再組成小組合作探索。在合作探索中，每個人都能在自己的“物聯網實訓模擬軟件”上實現自己的想法與同伴商討，為合作探索學習節(jié)省了反復重敲代碼的時間。教師在課堂上主要做學生共性問題的講解與個別學生的答疑輔導。正是使用“物聯網實訓模擬軟件”，保證了每個學生都有實訓設備，為他們自學、合作學習提供了設備上支持。更重要的是使用了虛擬仿真模擬軟件，學生更加大膽主動探索求證，學生不用擔心設備容易出現問題或者損壞。他們可以反復進行操作，反復試錯。由此就可以更好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和探索能力。

3.全面評價學習，培養(yǎng)各種職業(yè)能力

學生完成一個項目就是完成一個工作，教師及時進行項目評價，反饋學習效果，學生才能及時了解自己的學習情況。教師驗收學生完成的項目時，使用“項目課程實操考核評價系統”的評分表對學生進行評分。從九個所占比例不同的職業(yè)能力進行評價打分。它們分別是專業(yè)認知、專業(yè)操作技能、職業(yè)態(tài)度、分析判斷、5S素養(yǎng)、書面表達、思維結構、信息處理、合作探索。然后由系統統計分析，得到每個學生的詳細評價數據，同時也可生成雷達圖，更為直觀展示出學生所具備的職業(yè)能力，如圖1所示。

六、結束語

隨著虛擬仿真技術的發(fā)展與應用，虛擬仿真模擬軟件擴展升級容易、成本低，更適合不斷發(fā)展變化的物聯網專業(yè)課程。把虛擬仿真模擬軟件應用到教學中，開展項目式教學，是推進現代信息技術與教學深度融合的有效模式，也為如何提高物聯網專業(yè)課程教學效果開辟了一條可行之路。

[本文是2023年廣東省中小學教育科學規(guī)劃重點課題“融合網聯化虛擬仿真技術的物聯網程序設計項目課程開發(fā)的實踐性研究”（編號：2023ZQJK018）的階段性研究成果。]

責任編輯 魏家堅