《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(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)驗較少[1]。

《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》作為一門新的基礎(chǔ)課程，其教學(xué)還處于摸索、創(chuàng)新階段。如何合理開展教學(xué)改革，提高《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(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題。為此，本文通過分析《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》課程的特點，分別從內(nèi)容、模式、實踐和考核等方面剖析了該課程教學(xué)中存在的問題，并提出了相應(yīng)的解決方案。

1 課程的教學(xué)目標(biāo)、課程特點和存在的問題

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

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

1.2 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用課程的課程特點

(1) 課程涉及的領(lǐng)域廣泛

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(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)點到計算機軟件系統(tǒng)，涵蓋自動控制、通信、計算機等不同領(lǐng)域 [2]，是跨學(xué)科的綜合應(yīng)用開發(fā)。

(2) 課程涉及的前導(dǎo)課較多

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用涉及電子、嵌入式開發(fā)、自動化控制、網(wǎng)絡(luò)通信、計算機等方向的綜合應(yīng)用。課程涉及的前導(dǎo)課主要包括《物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論》《射頻識別技術(shù)及應(yīng)用》《單片機原理及應(yīng)用》《電子設(shè)計軟件及其應(yīng)用》《傳感器技術(shù)及應(yīng)用》《無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫應(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》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)療等多個領(lǐng)域，因此更強調(diào)工程應(yīng)用。課程教學(xué)需圍繞一個或多個典型應(yīng)用開展。

1.3 教學(xué)面臨的主要問題

鑒于本課程的特點，通過在教學(xué)工作中的實踐積累，對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用教學(xué)中存在的問題歸納如下：

(1) 課程對前導(dǎo)課的依賴性強

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

(2) 課程實戰(zhàn)性較強

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

(3) 課程課時 相對 不足

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用的理論課時為 16 學(xué)時，實驗課時為24 學(xué)時。由于課程牽涉的內(nèi)容較多，使得課程學(xué)時較為緊湊?？紤]到學(xué)生對前導(dǎo)課的部分知識還未掌握或已遺忘，如果按照傳統(tǒng)的授課方式，對全部知識點進行講解則顯得課程學(xué)時相對 不足，很多內(nèi)容只能如蜻蜓點水般一帶而過，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，達不到良好的教學(xué)效果。

2 課程教學(xué)改革的探索與實踐

針對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用課程教學(xué)中面臨的主要問題， 結(jié)合實際情況和學(xué)生特點，對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用課程的教學(xué)進行了探索和實踐，提出了以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、項目為主線，進行分層次、導(dǎo)向性強和強化實踐等方面的探索， 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，這三部分相對獨立又相互聯(lián)系，每一部分都蘊含著豐富的內(nèi)容， 在較短的學(xué)時內(nèi)無法融會貫通。為了使授課不至于因?qū)挿憾饔谀w淺，在講解各部分內(nèi)容時都應(yīng)盡量結(jié)合實際情況合理編排教學(xué)內(nèi)容。理論課程按需求分析、嵌入式開發(fā)、無線傳感網(wǎng)組建和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)四部分展開，每部分分配 3 ～4 個學(xué)時， 可根據(jù)課堂效果進行適當(dāng)調(diào)整。由于前導(dǎo)課已對理論部分進行了較為詳細的講解，因此，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)摒棄單純的理論知識講授，避免使學(xué)生感到枯燥而失去興趣。課堂內(nèi)容側(cè)重于理論知識的應(yīng)用，每一部分的知識點以實物案例的形式展現(xiàn)， 一方面可以激發(fā)學(xué)生的聽課熱情和積極性，另一方面基于實例模仿可以提高學(xué)生的實踐和動手能力。

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，對學(xué)生而言是 被動式 聽講，缺乏互動性和新鮮感。此外，常出現(xiàn)因課程課時不足導(dǎo)致很多知識點無法通過課堂講授方式完成的情況，尤其對于前導(dǎo)課知識點掌握不牢固的學(xué)生而言，無法通過課堂講授全面掌握。為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和學(xué)習(xí)效果，特采用慕課（MOOC） 教學(xué)模式[3] 將課程所需的知識點和經(jīng)典項目案例拆分制作成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)生對前導(dǎo)課沒掌握或遺忘的部分知識進行補習(xí)。將理論課堂分為個人學(xué)習(xí)匯報、分組討論、共性問題引導(dǎo)式講解等環(huán)節(jié)，在實踐實驗課堂上踐行實現(xiàn)。這種教學(xué)方式可加深學(xué)生對知識點的理解，有效培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力和表達能力，有助于增加師生間的了解和教學(xué)工作的開展。

2.3 項目引導(dǎo)式的實驗環(huán)節(jié)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)的方法是從眾多現(xiàn)實項目開發(fā)實踐中總結(jié)出來的，實驗課程的教學(xué)重在實踐[4]。需要收集和總結(jié)一些物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)的典型案例，如在智能家居、環(huán)境監(jiān)測等方面的應(yīng)用。學(xué)生上實驗課時按 5 ～10 人進行分組，利用校外企業(yè)已完成或準(zhǔn)備開展的實際項目，基于校企聯(lián)合實驗室，讓學(xué)生以不同的角色參與項目全流程[5]。通過實例項目的開發(fā)強調(diào)知識體系的實踐性和可操作性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在實驗教學(xué)的全過程，鼓勵學(xué)生查閱文獻和資料，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，引導(dǎo)學(xué)生積極思考并參與項目歷練，使學(xué)生由被動式學(xué)習(xí)變成主動探索知識，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，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)揮出所掌握的知識和個人技能水平。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用是一門實用開發(fā)類的課程，其考核應(yīng)突出學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)知識的掌握程度、創(chuàng)新意識和創(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)開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的可用性、撰寫文檔的詳實度和規(guī)范性進行評判，突出答辯環(huán)節(jié)，采用學(xué)生自評、小組互評、教師評價相結(jié)合的多元化評價體系。

3 結(jié) 語

《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》課程具有綜合性強、實戰(zhàn)性強等特點，對授課教師和學(xué)生的綜合要求較高，其教學(xué)還處于摸索和創(chuàng)新階段，需要教師對課程的多個方面進行探索創(chuàng)新。針對《物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用》課程教學(xué)中面臨的主要問題， 提出了以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、項目為主線，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)生對前導(dǎo)課知識掌握不足等問題，同時在培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)自主學(xué)習(xí)、提高學(xué)生的專業(yè)能力，以及創(chuàng)新意識和團隊精神等方面，使教學(xué)效果得到了一定提升。