新形勢下的“物聯網技術”課程教學改革探索

［摘 要］ 物聯網技術與半導體技術緊密相關，針對微電子與集成電路專業背景進行“物聯網技術”課程教學改革，在教學內容、教學模式、實踐教學和考核體系等方面進行改革探索。通過針對性的課程設計和線上線下結合的教學模式，提高學生的學習效率，實現知識的融會貫通；以應用為目的、創新為導向，增加課程實踐和企業實踐教學，提高學生的創新實踐能力；改變考核方式，實現多元一體化考核，從根本上激發學生主動學習的熱情。通過一系列改革探索，提高微電子與集成電路專業背景學生“物聯網技術”課程的學習效果，達到學科交叉融合，為國家培養創新實踐型高技術人才。

［關鍵詞］ 物聯網；半導體技術；創新實踐；多元化考核

［基金項目］ 2021年度教育部高等教育司第一批產學合作協同育人項目“半導體物理實驗的教學體系改革與實踐研究”（202101333015）；2021年度西安電子科技大學教育教學改革研究項目“微電子與集成電路專業生產實習教學實踐改革探索”（C21123），“新形勢下的‘物聯網技術’課程建設與教學改革研究”（C21131）

［作者簡介］ 段小玲（1988—），女，陜西西安人，工學博士，西安電子科技大學微電子學院副教授，主要從事寬禁帶半導體材料與器件研究；任澤陽（1991—），男，山東棗莊人，工學博士，西安電子科技大學微電子學院副教授（通信作者），主要從事超寬禁帶半導體研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）14-0053-04 ［收稿日期］ 2023-02-13

近年來物聯網產業迅猛發展，而物聯網發展的未來競爭核心主要集中在傳感器、芯片、模組等方面［1］。物聯網技術涉及半導體、傳感器技術、識別技術、通信和網絡安全、算法、軟件開發等眾多學科［2］，給教學帶來了較大難度。面對龐大的教學體系、內容，有限的課時，不同專業背景學生的知識儲備差異，教學實踐環節薄弱，以及現有考核體系的單一化等一系列問題［3-4］，面向新形勢下物聯網發展需求，針對不同學科制訂具體教學內容與建設方案顯得極為迫切。

“物聯網技術”課程的多學科交叉融合特性，決定了在教學過程中，需要針對學生專業教育背景做出相應的課程改革。以微電子與集成電路專業為例，微電子是信息領域的重要基礎學科，以集成電路設計、制造與應用為代表，主要專業課程涉及集成電路、微電子系統設計、制造工藝和半導體器件等專業知識［5-6］。同時，微電子也是物聯網技術的重要組成部分，物聯網技術的應用和發展離不開微電子與集成電路技術的支撐，以及物聯網與半導體技術的融合發展。微電子學科的學生具有扎實的半導體物理、集成電路設計與集成電路制造工藝等基礎的特點。面向微電子與集成電路學科背景的學生，有必要針對物聯網產業的應用需求，結合微電子學科的專業背景，對物聯網課程的教學內容、教學模式、實踐教學和考核體系等方面進行改革探索，使學科知識融會貫通，更好地服務產業發展需求。

一、課程教學遇到的問題

（一）教材內容涉及面較廣，專業針對性弱

物聯網涉及內容廣，需要學生具備一定的專業基礎知識，而不同專業背景的學生基礎知識儲備有所不同。目前的課程教學內容沒有針對學生的專業背景進行相應的教學環節與內容設計，普適的方式方法缺乏對不同專業學生基礎理論儲備的考量，加之課程涉及內容廣，僅有的課時里很多內容只能一帶而過，講解不透徹，學生一知半解，很難深入掌握學習內容。從學生的學科背景出發，抓住重點內容，主次分明，設計有針對性的物聯網教學內容，采取線上線下結合的教學方式，再結合企事業單位的實際需求引入實踐教學內容，真正培養出基礎扎實、面向應用的新時代大學生。

（二）教師缺乏工程經驗，學生實踐能力不足

“物聯網技術”課程具有內容廣、實踐性強的特點，但目前大部分物聯網技術相關課程均以課堂教學為主，對學生實踐能力的培養不足，且缺乏產教融合，和企業實踐脫鉤。加之教師大多無企業工作經驗，雖然有科研項目加持，但工程應用經驗不足，對企業需求掌握不到位。授課時側重理論和基礎知識講解，描述性的內容居多，而實踐教學環節缺乏或教學效果不佳。這一方面導致學生容易產生厭倦情緒，另一方面導致學生在校學習內容與企業脫鉤，且解決實際問題的能力不強，不能靈活地將所學知識轉化為實踐技能，無法滿足企業對人才能力的要求。

（三）考核方式單一，缺乏實踐應用環節考核

目前的教學模式下，評價學生學習效果的直接手段還是考試。從許多高校“物聯網技術”課程的考核來看，考核關注點還是基于理論知識的筆試，而忽略了實踐能力的考核。這種缺乏創新及實踐環節的考核無法準確評價學生對所學知識的綜合應用能力、實踐能力和創新思維，變相導致一部分學生采取突擊考試、死記硬背等錯誤方式通過考試，輕視了實踐能力和創新思維的養成。考核方式不全面不僅使學生的真實學習效果得不到確認，而且缺乏公平性，使得真正好好學習的學生對考核方法失望，也使得教師無法真實掌握學生的基本情況、及時進行教學調整、提高教學效果。

目前，該課程的考核形式仍為筆試，考核成績滿分為100分，其中平時成績40%，考試成績60%。平時成績主要通過學生到課率及平時作業來評判，而學生課堂活動參與度、預習完成度、課程任務完成度等沒有精準統計并反映在平時成績的考核中。這種方式能夠基本掌握學生的學習情況和基礎知識掌握情況，但無法全面反映學生的學習效果，甚至在一定程度上對部分學生造成了錯誤的引導。

二、課程教學改革方案

針對上述背景，新形勢下的“物聯網技術”課程建設與改革勢在必行。西安電子科技大學微電子學院課程團隊從專業背景出發，進行針對性課程設計，增加實踐內容，創新考核方法等。在課程教學內容和教學方法等方面進行了以下改革和創新。

（一）針對專業背景進行課程設計

“物聯網技術”課程涉及內容廣且課時有限，為避免蜻蜓點水式的教學模式，提高學生上課效率和效果，課題組對不同專業學生的理論知識儲備進行考量，采取有針對性的課程內容設計和教學方法。

“物聯網技術”課程雖然涉及內容廣，但總體可分為傳感網絡、傳輸網絡、處理網絡和應用網絡四大部分［2］。對于微電子和集成電路專業學生，可以半導體和集成電路為背景依托，從物聯網與集成電路的聯系為切入點，進行課堂導入和內容講解。比如，在傳感網絡相關內容中舉例介紹傳感器芯片的技術現狀及難點，從中挖掘物聯網與微電子技術的內在聯系，幫助學生將不同學科內容融會貫通。又如，在講解應用網絡相關內容時，詳細講解如何應用半導體技術和物聯網技術通過手機、PC機等終端設備實現各種物聯網應用。

為了使微電子與集成電路專業學生更好地學習“物聯網技術”，并達到與所學專業知識融會貫通的效果，教師在講解部分內容時要結合實際背景，重點引入物聯網與半導體技術的融合和發展。例如，物聯網傳感器內容涉及檢測特定物性的傳感器本身，射頻識別設備、近場通信（NFC）閱讀器等遙測單元。這些硬件的實現必須依托微電子工藝技術，其中的聯系就顯而易見。對微電子和集成電路專業學生在知識上的融會貫通非常有利。

此外，針對微電子集成電路學生的知識儲備，要求教師一方面在上課時對相關內容進行有針對性的補充。比如，在講傳輸網絡相關內容時，補充互聯網、移動通信等專業基礎內容；在講授處理網絡相關內容時，補充云計算、數據處理等基礎內容。另一方面由于受到授課學時的限制，教師很難在有限的課時內對補充內容做到全面詳細的講解，需要選定合適的課前預習內容。這就要求我們在開課前通過對不同專業學生基礎理論知識儲備的考量選取課前預習內容，主要包括每個章節主要涉及的需要學生儲備的基礎理論知識。同時充分利用互聯網學習系統，要求學生課前預習打卡，并在成績考核中進行考慮。

（二）以互聯網為依托構建混合教學模式

隨著互聯網的發展，教學模式發生了很大改變，微課、慕課等教學資源和網絡資源越來越豐富，手機和電腦端的學習方式日漸成熟。為激發學生熱情，培養學習主動性，“物聯網技術”課程順應時代發展潮流，采用線上線下結合的混合教學模式［7］，依托互聯網建設線上學習資源，并實現師生的遠程交互。

本課程組利用學校已有的智課平臺，將“物聯網技術”課程的視頻等資料上傳供學生學習。同時，充分利用互聯網資源優勢，采用優質網絡課程資源和本課程組課程資源結合的方式，為學生課前學習和課后復習提供充足的學習資料保證。特別針對微電子與集成電路專業學生的學科基礎，在智課平臺建立學生預習任務模塊，預習內容包括儲備知識和該課程重點難點知識。教師可通過智課平臺后臺檢查并評價學生的預習情況，學生也可針對預習中遇到的問題線上提問，通過線上問答互動加強師生間交流，教師對學生學習中遇到的問題進行針對性指導，為高質量的課堂學習效果做好充分準備工作。

此外，教師可借助智課平臺進行課上互動。課前可設置好課堂提問環節的問題，課上通過智庫平臺手機端發送問題，學生搶答。借助智課平臺問答，可精準統計每次課堂每位學生回答問題次數，方便教師掌握每位學生上課的參與度，以便采取針對性措施調動學生積極參與課堂活動，幫助學生培養學習主動性。課后作業通過平臺發布，學生可隨時查看，有問題可隨時線上交流，學生之間也可在課程群中進行討論，提高課程學習氛圍。

（三）以應用為目的創新為導向提高學生創新實踐能力

根據物聯網技術產業發展需求，教師在提高教學內容系統性的前提下，結合微電子與集成電路的技術發展，探索實踐和理論課程教學內容的最優結合，以應用為目的、以創新為導向構架課程框架，細化理論知識內容，并在課程實踐中提升學生學習樂趣，深化知識掌握。課程內容總體應包括理論和實踐兩部分，在內容的設置上應結合本校特色和優勢科研資源。通過調研學生基礎和企業需求，進行合理的教學內容和實踐項目設計。

1.加強實踐應用教學內容。根據國家對物聯網應用型技術人才的需求，結合“物聯網技術”課程實踐性強的特點，以現有課程條件為基礎，進一步加強實踐應用教學內容，增加設計性和研究性的課程實驗。設計性實驗要求學生根據實驗目標自主完成實驗方案設計，并根據課堂學習的知識逐步得到實驗結果。研究性實驗要求學生根據項目主題，結合所學理論知識，通過查閱文獻和網絡資源，自主設計實驗目標、實驗步驟，最終得到實驗結果。研究性實驗要求學生在實驗過程中充分發揮主觀能動性，激發新時代創造性思維，為培養創新型人才提供保障。

2.產教融合提高創新實踐能力。面向國家創新型人才需求，提高人才和產業融合度，實現人才和產業發展雙促進，要求我們在課堂教學與課程實驗的基礎上與企業合作，以聘請企業導師、征集企業課題、參與企業項目等方式實現產教融合發展，補齊教師工程實踐較弱的短板。并鼓勵學生參與創新創業項目，運用課程所學知識和專業背景優勢，調研企業需求，自主選題，從項目研究背景、研究意義、研究方法、實施方案、可行性分析等方面查閱文獻資料，組隊探討研究，撰寫研究報告，充分鍛煉學生知識靈活運用能力和創新思維能力。將學生創新實踐能力的培養融入“物聯網技術”課程的教學改革，確保課程建設貼合企業需求，以企業需求促進人才培養質量進一步提高。

（四）探索建立以實踐為主體多元一體的考核體系

由于考核方式不全面，考核結果較為片面，無法準確反映學生真實水平和綜合能力，導致學生在學習過程中只重視課本知識的學習，而忽視了實踐能力和創新意識的養成。因此，為促進學生全面發展，提高學生綜合素質，課題組構建多元一體的互聯網技術課程考核體系，對學生進行全面客觀評價。

課程考核成績包括平時成績、考試成績和實踐成績三部分，各部分考核分數占比分別為平時成績20%、考試成績50%、實踐成績30%。平時成績包括課前預習、課堂表現和課后作業完成情況，平時成績的考核充分利用智課平臺進行精準統計，包括課前預習完成度、預習時長、課堂回答問題次數、課后作業完成度和準確率等。通過詳細的量化指標評定平時成績，能夠做到公平公正，從根本上激發學生主動學習的熱情。實踐成績部分主要包括課程實驗和企業實踐兩部分，各占實踐考核的50%。課程實驗反映學生的知識掌握情況，企業實踐反映學生進一步的創新應用能力。通過改進的多元化考核方式，不僅能夠反映學生對基本知識的掌握程度，也是對學生動手能力和實踐能力的全面考查，能夠真實地反映教學效果，便于教師掌握學生學習情況并及時調整教學方案，提升課程教學效果。

結語

針對物聯網技術在新發展形勢下的新要求，開展教學內容、教學模式、考核體系等內容的改革建設。將電子信息技術的新發展、新技術融入“互聯網技術”課程教學，針對不同專業背景，通過創新教學形式與內容，以應用為目標、創新為導向，培養行業和國家急需的創新型人才。改革后的“物聯網技術”課程將理論與工程應用相結合，提高了學生對專業課程的學習興趣，更契合新時期人才培養的要求。通過混合式教學模式，利用信息技術彌補傳統教學劣勢，提高教學效果。在課程考核上，采用多元一體的考核體系，重視實踐教學在考核中的重要性，提升學生創新實踐能力。通過一系列改革探索，有力促進物聯網人才培養質量的提高，為行業需求和國家發展做貢獻。

參考文獻

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［2］聞繼偉.“物聯網技術概論”課程教改的幾點探索［J］.中國電力教育，2012（34）：80-81.

［3］張軍國，謝將劍.人工智能時代“物聯網技術及應用”研究生課程教學改革［J］.中國林業教育，2020，38（S1）：49-52.

［4］張俊.《物聯網技術與應用》在物流工程專業課程體系的教學改革和實踐研究［J］.高教學刊，2020（2）：1-5.

［5］段小玲，許晟瑞，王樹龍.“緊隨時代，負芯前行”實驗教學改革探索［J］.教育教學論壇，2021（19）：63-66.

［6］李淑萍.論微電子專業高技能人才培養實踐教學體系的構建［J］.高教學刊，2015（15）：23-24+27.

［7］胡湛晗，劉剛，宋永濤.基于MOOC的物聯網技術課程混合教學模式探索［J］.北華航天工業學院學報，2022，32（1）：29-30+38.

Teaching Reform Exploration for Internet of Things Technology under the New Situation

DUAN Xiao-ling， REN Ze-yang， ZHANG Jin-feng

（School of Microelectronics， Xidian University， Xi’an， Shaanxi 710071， China）

Abstract： Internet of Things technology is closely related to semiconductor technology. Based on the background of microelectronics and integrated circuit， the teaching reform of Internet of Things technology is carried out in teaching content， teaching mode， practice teaching and examination system. Through the targeted course design and the combination of online and offline teaching mode， this paper tries to improve the learning efficiency of students and realize the integration of disciplines， with application as the purpose and innovation as the orientation， to increase the curriculum practice and enterprise practice teaching， improve students’ innovation practice ability. Change the assessment method to achieve multiple integration assessment and" fundamentally stimulate students’ enthusiasm for active learning. Through a series of reform and exploration， the learning effect of Internet of Things courses for students majoring in microelectronics and integrated circuit is improved to achieve interdisciplinary integration and cultivate a group of innovative and practical high-tech talents for the country.

Key words： Internet of Things; semiconductor technology; innovative practice; multiple assessment