《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》課程教學(xué)改革探索

引 言

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，涉及的理論和技術(shù)涵蓋面廣， 應(yīng)用領(lǐng)域眾多。目前，國(guó)內(nèi)外在物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)、課程體系建設(shè)、課程建設(shè)等方面都處于積極探索階段，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少[1]。

《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》作為一門(mén)新的基礎(chǔ)課程，其教學(xué)還處于摸索、創(chuàng)新階段。如何合理開(kāi)展教學(xué)改革，提高《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》課程教學(xué)的質(zhì)量和教學(xué)效果，已成為該課程教改亟待解決的問(wèn)題。為此，本文通過(guò)分析《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》課程的特點(diǎn)，分別從內(nèi)容、模式、實(shí)踐和考核等方面剖析了該課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方案。

1 課程的教學(xué)目標(biāo)、課程特點(diǎn)和存在的問(wèn)題

1.1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課程的教學(xué)目標(biāo)

《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》是物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的核心課程，開(kāi)設(shè)于大三下學(xué)期。該課程不僅是對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)、傳感器、無(wú)線傳感網(wǎng)、C 語(yǔ)言基礎(chǔ)等軟硬件相關(guān)知識(shí)的綜合應(yīng)用，更是學(xué)生開(kāi)展畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)綜合能力夯實(shí)提升的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課程的教學(xué)目標(biāo)是通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，使得物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生具備從事物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、維護(hù)等工作所需的專(zhuān)業(yè)基本能力。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課程的課程特點(diǎn)

(1) 課程涉及的領(lǐng)域廣泛

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用涉及技術(shù)較多，從傳感器技術(shù)到通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，從嵌入式微處理節(jié)點(diǎn)到計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，涵蓋自動(dòng)控制、通信、計(jì)算機(jī)等不同領(lǐng)域 [2]，是跨學(xué)科的綜合應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

(2) 課程涉及的前導(dǎo)課較多

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用涉及電子、嵌入式開(kāi)發(fā)、自動(dòng)化控制、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)等方向的綜合應(yīng)用。課程涉及的前導(dǎo)課主要包括《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》《射頻識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用》《單片機(jī)原理及應(yīng)用》《電子設(shè)計(jì)軟件及其應(yīng)用》《傳感器技術(shù)及應(yīng)用》《無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用》《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理》《物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)》等。

(3) 課程相應(yīng)的應(yīng)用較多

物聯(lián)網(wǎng)是應(yīng)用型技術(shù)，其發(fā)展依賴于諸多工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新，遍及智能家居、智能交通、智能環(huán)保、智能市政、智能工農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域，因此更強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用。課程教學(xué)需圍繞一個(gè)或多個(gè)典型應(yīng)用開(kāi)展。

1.3 教學(xué)面臨的主要問(wèn)題

鑒于本課程的特點(diǎn)，通過(guò)在教學(xué)工作中的實(shí)踐積累，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用教學(xué)中存在的問(wèn)題歸納如下：

(1) 課程對(duì)前導(dǎo)課的依賴性強(qiáng)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用涉及的前導(dǎo)課較多，從大一的《單片機(jī)原理及應(yīng)用》到大三的《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理》，達(dá)10 余門(mén)， 涵蓋硬件開(kāi)發(fā)和軟件開(kāi)發(fā)兩方面。由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是以項(xiàng)目為主導(dǎo)的全流程設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，因此在跨度較大的 5 個(gè)學(xué)期內(nèi)對(duì)前導(dǎo)課的掌握程度將直接影響該課程的教學(xué)效果。

(2) 課程實(shí)戰(zhàn)性較強(qiáng)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課程以項(xiàng)目為主導(dǎo)，實(shí)戰(zhàn)性較強(qiáng)， 貫穿需求分析、硬件設(shè)計(jì)與優(yōu)化、軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與測(cè)試等全流程。該課程要求授課教師具有豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，否則授課時(shí)勢(shì)必以描述性內(nèi)容居多，容易使學(xué)生產(chǎn)生厭倦情緒。在強(qiáng)調(diào)授課老師指導(dǎo)學(xué)習(xí)的同時(shí)，課程也要求學(xué)生具有一定的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，否則容易導(dǎo)致學(xué)生在某個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生挫敗感。

(3) 課程課時(shí) 相對(duì) 不足

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的理論課時(shí)為 16 學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課時(shí)為24 學(xué)時(shí)。由于課程牽涉的內(nèi)容較多，使得課程學(xué)時(shí)較為緊湊。考慮到學(xué)生對(duì)前導(dǎo)課的部分知識(shí)還未掌握或已遺忘，如果按照傳統(tǒng)的授課方式，對(duì)全部知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解則顯得課程學(xué)時(shí)相對(duì) 不足，很多內(nèi)容只能如蜻蜓點(diǎn)水般一帶而過(guò)，導(dǎo)致部分內(nèi)容講解不夠透徹，學(xué)生未完全理解，始終只有一些模糊的概念，達(dá)不到良好的教學(xué)效果。

2 課程教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課程教學(xué)中面臨的主要問(wèn)題， 結(jié)合實(shí)際情況和學(xué)生特點(diǎn)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課程的教學(xué)進(jìn)行了探索和實(shí)踐，提出了以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、項(xiàng)目為主線，進(jìn)行分層次、導(dǎo)向性強(qiáng)和強(qiáng)化實(shí)踐等方面的探索， 涵蓋課程內(nèi)容、授課方式等。

2.1 合理設(shè)置課程內(nèi)容體系

物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)涵豐富，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，這三部分相對(duì)獨(dú)立又相互聯(lián)系，每一部分都蘊(yùn)含著豐富的內(nèi)容， 在較短的學(xué)時(shí)內(nèi)無(wú)法融會(huì)貫通。為了使授課不至于因?qū)挿憾饔谀w淺，在講解各部分內(nèi)容時(shí)都應(yīng)盡量結(jié)合實(shí)際情況合理編排教學(xué)內(nèi)容。理論課程按需求分析、嵌入式開(kāi)發(fā)、無(wú)線傳感網(wǎng)組建和應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)四部分展開(kāi)，每部分分配 3 ～4 個(gè)學(xué)時(shí)， 可根據(jù)課堂效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。由于前導(dǎo)課已對(duì)理論部分進(jìn)行了較為詳細(xì)的講解，因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)摒棄單純的理論知識(shí)講授，避免使學(xué)生感到枯燥而失去興趣。課堂內(nèi)容側(cè)重于理論知識(shí)的應(yīng)用，每一部分的知識(shí)點(diǎn)以實(shí)物案例的形式展現(xiàn)， 一方面可以激發(fā)學(xué)生的聽(tīng)課熱情和積極性，另一方面基于實(shí)例模仿可以提高學(xué)生的實(shí)踐和動(dòng)手能力。

2.2 理論環(huán)節(jié)教學(xué)模式的改革

授課方式的改革采用 慕課 教學(xué)模式。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式以教師講授為主，對(duì)學(xué)生而言是 被動(dòng)式 聽(tīng)講，缺乏互動(dòng)性和新鮮感。此外，常出現(xiàn)因課程課時(shí)不足導(dǎo)致很多知識(shí)點(diǎn)無(wú)法通過(guò)課堂講授方式完成的情況，尤其對(duì)于前導(dǎo)課知識(shí)點(diǎn)掌握不牢固的學(xué)生而言，無(wú)法通過(guò)課堂講授全面掌握。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)效果，特采用慕課（MOOC） 教學(xué)模式[3] 將課程所需的知識(shí)點(diǎn)和經(jīng)典項(xiàng)目案例拆分制作成PPT、微視頻。在課前將學(xué)習(xí)資料發(fā)給學(xué)生或發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)供學(xué)生下載學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)前導(dǎo)課沒(méi)掌握或遺忘的部分知識(shí)進(jìn)行補(bǔ)習(xí)。將理論課堂分為個(gè)人學(xué)習(xí)匯報(bào)、分組討論、共性問(wèn)題引導(dǎo)式講解等環(huán)節(jié)，在實(shí)踐實(shí)驗(yàn)課堂上踐行實(shí)現(xiàn)。這種教學(xué)方式可加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，有效培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題的能力和表達(dá)能力，有助于增加師生間的了解和教學(xué)工作的開(kāi)展。

2.3 項(xiàng)目引導(dǎo)式的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法是從眾多現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)重在實(shí)踐[4]。需要收集和總結(jié)一些物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的典型案例，如在智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用。學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課時(shí)按 5 ～10 人進(jìn)行分組，利用校外企業(yè)已完成或準(zhǔn)備開(kāi)展的實(shí)際項(xiàng)目，基于校企聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生以不同的角色參與項(xiàng)目全流程[5]。通過(guò)實(shí)例項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的實(shí)踐性和可操作性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的全過(guò)程，鼓勵(lì)學(xué)生查閱文獻(xiàn)和資料，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，引導(dǎo)學(xué)生積極思考并參與項(xiàng)目歷練，使學(xué)生由被動(dòng)式學(xué)習(xí)變成主動(dòng)探索知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高創(chuàng)新能力。

2.4 合理設(shè)置考核方式

課程的考核方式應(yīng)隨著教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的變化而變化，使學(xué)生發(fā)揮出所掌握的知識(shí)和個(gè)人技能水平。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用是一門(mén)實(shí)用開(kāi)發(fā)類(lèi)的課程，其考核應(yīng)突出學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)相關(guān)知識(shí)的掌握程度、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。課程考核以提交的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)和文檔材料為主，依據(jù)開(kāi)發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的可用性、撰寫(xiě)文檔的詳實(shí)度和規(guī)范性進(jìn)行評(píng)判，突出答辯環(huán)節(jié)，采用學(xué)生自評(píng)、小組互評(píng)、教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的多元化評(píng)價(jià)體系。

3 結(jié) 語(yǔ)

《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》課程具有綜合性強(qiáng)、實(shí)戰(zhàn)性強(qiáng)等特點(diǎn)，對(duì)授課教師和學(xué)生的綜合要求較高，其教學(xué)還處于摸索和創(chuàng)新階段，需要教師對(duì)課程的多個(gè)方面進(jìn)行探索創(chuàng)新。針對(duì)《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用》課程教學(xué)中面臨的主要問(wèn)題， 提出了以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、項(xiàng)目為主線，采用慕課教學(xué)模式，較好地解決課程教學(xué)中存在的學(xué)生對(duì)前導(dǎo)課知識(shí)掌握不足等問(wèn)題，同時(shí)在培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)自主學(xué)習(xí)、提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)能力，以及創(chuàng)新意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神等方面，使教學(xué)效果得到了一定提升。