面向多層次學(xué)生《物聯(lián)網(wǎng)概論》課程的模塊化教學(xué)設(shè)計(jì)

周新麗+李萌

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是高等學(xué)校的戰(zhàn)略性新興專業(yè)，很多高校都開設(shè)了《物聯(lián)網(wǎng)概論》的課程。文章在分析了現(xiàn)有高校開設(shè)《物聯(lián)網(wǎng)概論》課程的情況下，提出了面向不同層次學(xué)生開設(shè)該課程時(shí)可以采用模塊化的混合教學(xué)模式，同時(shí)分析了不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的目的和相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了課程模塊的框架，提出了面授+網(wǎng)絡(luò)的混合教學(xué)模式，并對(duì)開展《物聯(lián)網(wǎng)概論》這一新興課程的教學(xué)進(jìn)行了有益探索。

關(guān)鍵詞：混合教學(xué)；物聯(lián)網(wǎng)概論；傳感器；有益探索

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2015）07-0-02

0 引 言

在互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)上，無(wú)線通信、控制和感知、識(shí)別等技術(shù)快速發(fā)展，當(dāng)電網(wǎng)、鐵路、橋梁、大壩、汽車、家居等物理實(shí)體嵌入了傳感器，信息技術(shù)將構(gòu)成人與物、物與物之間的互聯(lián)網(wǎng)，這就是物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)。

1 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)和<物聯(lián)網(wǎng)概論>課程開設(shè)情況

2011年，教育部審批設(shè)置的高等學(xué)校戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)本科專業(yè)中有“物聯(lián)網(wǎng)工程”、“傳感網(wǎng)技術(shù)”和“智能電網(wǎng)信息工程”三個(gè)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的專業(yè)。作為國(guó)家倡導(dǎo)的新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)成為700多家高校爭(zhēng)相申請(qǐng)的一個(gè)新專業(yè)。目前已經(jīng)有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、北京郵電大學(xué)、北京理工大學(xué)等超過(guò)37所211院校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。很多高校也開設(shè)了《物聯(lián)網(wǎng)概論》的課程。本文重點(diǎn)探討了《物聯(lián)網(wǎng)概論》課程目前開設(shè)的狀況和存在的不足，并進(jìn)行了多層次模塊化課程設(shè)計(jì)。

目前，《物聯(lián)網(wǎng)概論》課程的講授方法大概分為兩種：

（1）從物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層次講授，在介紹了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和概念后，介紹感知層、網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)理論后，著重從應(yīng)用角度談智能家居、智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療、智慧城市等。這種講授方法適合向非專業(yè)學(xué)生概況性的介紹新興技術(shù)。但由于很多高校不能及時(shí)跟蹤新技術(shù)的發(fā)展而建立相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系，課程往往由于無(wú)法給學(xué)生提供有效地實(shí)際感知而流于泛泛的內(nèi)容介紹，難有吸引力和針對(duì)性，不能達(dá)到教學(xué)目的。

（2）從物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)方面逐點(diǎn)講授，例如RFID射頻識(shí)別、傳感器、網(wǎng)絡(luò)信道、MAC層協(xié)議、路由協(xié)議等介紹。這種講授方法適合有通信、網(wǎng)絡(luò)專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生學(xué)習(xí)，充分了解物聯(lián)網(wǎng)涉及的各方面理論基礎(chǔ)。這種教學(xué)方法的缺點(diǎn)是知識(shí)點(diǎn)過(guò)于松散，學(xué)生無(wú)法形成集成的學(xué)習(xí)框架。

這兩種講授方法均自成體系，但也存在著共性的缺點(diǎn)，表現(xiàn)為：①過(guò)于理論化和層面化，學(xué)生無(wú)法深入的理解物聯(lián)網(wǎng)的層次和開發(fā)應(yīng)用；②針對(duì)性和適應(yīng)性較差，不能滿足多層次學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求；③內(nèi)容過(guò)于固化，對(duì)技術(shù)的快速迭代和新技術(shù)的反應(yīng)遲緩，不能有效融合互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展生態(tài)，激發(fā)創(chuàng)新應(yīng)用能力。

筆者在參與學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)的工作中，接觸了眾多物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備商和社會(huì)應(yīng)用型培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，其中典型代表如北京華清遠(yuǎn)見物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院等。實(shí)踐表明，社會(huì)物聯(lián)網(wǎng)方面的培訓(xùn)更關(guān)注嵌入式的開發(fā)和應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)，恰是高校培訓(xùn)所欠缺的一部分。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)新興的專業(yè)體系與課程體系，急需形成一種創(chuàng)新的教學(xué)理論和實(shí)踐體系。同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)課程又是一個(gè)對(duì)科學(xué)、技術(shù)進(jìn)行普適性教育的產(chǎn)物，面對(duì)不同專業(yè)學(xué)生，課程的開發(fā)將有效促進(jìn)學(xué)科與專業(yè)的建設(shè)。因此，充分利用互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)環(huán)境，構(gòu)建線上線下結(jié)合的混合式、模塊化課程教學(xué)體系，是確保課程的開放性、時(shí)效性和體系化，并滿足多層次學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求的創(chuàng)新手段。

2 多層次模塊化課程設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)新興的專業(yè)體系與課程體系，急需形成一種創(chuàng)新的教學(xué)理論和實(shí)踐體系。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)課程又是一個(gè)對(duì)科學(xué)、技術(shù)進(jìn)行普適性教育的產(chǎn)物，面對(duì)不同專業(yè)學(xué)生課程的開發(fā)，將有效促進(jìn)學(xué)科與專業(yè)的建設(shè)。

2.1 多層次的設(shè)計(jì)

每個(gè)學(xué)校在開設(shè)《物聯(lián)網(wǎng)概論》課程時(shí)，面對(duì)的學(xué)生專業(yè)背景、層次、教學(xué)目標(biāo)都是不一樣的，學(xué)生的個(gè)性化需求也不相同。通過(guò)調(diào)研和教學(xué)實(shí)踐，作者認(rèn)為應(yīng)將學(xué)生分為4個(gè)層次：

（1）文科或無(wú)相關(guān)專業(yè)背景的學(xué)生，這類學(xué)生學(xué)習(xí)《物聯(lián)網(wǎng)概論》的主要目的是將新興技術(shù)和本領(lǐng)域進(jìn)行結(jié)合，如車聯(lián)網(wǎng)、智能農(nóng)業(yè)、智能物流等。面對(duì)這些學(xué)生，宜廣不宜深，尤其是能有沙盤等實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)踐課程最好。

（2）有理工科背景，學(xué)習(xí)過(guò)無(wú)線通信、RFID、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、傳感技術(shù)等課程，理論基礎(chǔ)雄厚、但不以開發(fā)為教學(xué)目標(biāo)的，主要是電子、通信和自動(dòng)化等相關(guān)學(xué)科專業(yè)的學(xué)生。教學(xué)目標(biāo)定位在系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的基本理論與基本知識(shí)、物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)感知與標(biāo)識(shí)的基本理論與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)信息處理技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)安全技術(shù)等專業(yè)知識(shí)。

（3）有計(jì)算機(jī)學(xué)科背景，學(xué)習(xí)過(guò)無(wú)線通信、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、程序開發(fā)、嵌入式開發(fā)等課程，以能設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)模型為目的的。教學(xué)目標(biāo)定位在掌握物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，具備在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及其應(yīng)用方面進(jìn)行綜合研究、開發(fā)和集成的能力。

（4）計(jì)劃參加物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)比賽或有理工科背景的研究生，主要目的是做出有創(chuàng)新性的系統(tǒng)。這類學(xué)生要求知識(shí)學(xué)習(xí)全面，深度學(xué)習(xí)，最好能學(xué)校和公司結(jié)合進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。

2.2 模塊化設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)各高校開設(shè)《物聯(lián)網(wǎng)概論》的學(xué)生情況進(jìn)行分析后，我們的模塊化設(shè)計(jì)分為3個(gè)大的模塊，每個(gè)模塊也可以再細(xì)分。表1所列是《物聯(lián)網(wǎng)概論》的模塊體系。

表1 《物聯(lián)網(wǎng)概論》模塊體系

內(nèi)容 適用學(xué)生

概述性通識(shí)模塊 物聯(lián)網(wǎng)的由來(lái)、定義、發(fā)展、層次、主要涉及技術(shù)、領(lǐng)域 （1）（2）（3）（4）

專業(yè)技術(shù)模塊 傳感器技術(shù)、RFID技術(shù)、閱讀器、天線與中間件、信息安全、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、無(wú)線通信技術(shù)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)融合 （2）（3）（4）

各領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用模塊 智能電網(wǎng)、家居、物流、智能交通、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧城市等 （1）（4）

其中，專業(yè)技術(shù)模塊又可以細(xì)化，具體如圖1所示。

3 基于互聯(lián)網(wǎng)資源與環(huán)境開展混合式教學(xué)

《物聯(lián)網(wǎng)概論》是一門具有典型互聯(lián)網(wǎng)基因特點(diǎn)的課程，單一的、傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式更多關(guān)注教材以及老師遴選的固化知識(shí)，枯燥、僵化，難以及時(shí)融合新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用，不能最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生建立內(nèi)容與應(yīng)用之間的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生難以全面建構(gòu)理解知識(shí)。同時(shí)，教師也很難做到同時(shí)滿足班級(jí)內(nèi)不同層次學(xué)生的求知需求，學(xué)生也不大可能按自己的步調(diào)安排學(xué)習(xí)。利用互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境及已有的學(xué)習(xí)資源實(shí)施教學(xué)活動(dòng)，不但可以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的教學(xué)資源共享，同時(shí)還可極大地促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提高。筆者認(rèn)為應(yīng)在模塊化知識(shí)體系的基礎(chǔ)上，構(gòu)建課堂教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式。基于對(duì)學(xué)生層次和知識(shí)模塊的分析，把所有模塊的理論和實(shí)踐部分均設(shè)立網(wǎng)絡(luò)課程模塊，固定的知識(shí)點(diǎn)以在線學(xué)習(xí)或課堂講授為主，研究型的專題知識(shí)則需要線上線下的互動(dòng)來(lái)達(dá)到最終的教學(xué)目標(biāo)。

圖1 《物聯(lián)網(wǎng)概論》專業(yè)技術(shù)模塊細(xì)化圖

以講授傳感器技術(shù)模塊為例，可在學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上先上傳課程的PPT、大綱、輔助材料和教學(xué)錄像，由網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)記錄學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，并保留學(xué)生的問(wèn)題，教師在網(wǎng)上統(tǒng)一回復(fù)問(wèn)題后，宣布實(shí)驗(yàn)課時(shí)間地點(diǎn)。以使不同層次的學(xué)生都可以學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)課程，然后自由選擇是否學(xué)習(xí)面授實(shí)驗(yàn)課程。表2所列是《傳感器技術(shù)》的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。

表2 《傳感器技術(shù)》理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

理

論

課

內(nèi)

容 傳感器概述

1.1 傳感器的概念

1.2 傳感器特性

第2節(jié) 常用傳感器原理及應(yīng)用簡(jiǎn)介

2.1 霍爾傳感器

2.2 測(cè)距傳感器

2.3 氣體傳感器

2.4 仿生傳感器

2.5 火焰?zhèn)鞲衅?/p>

2.6 光線傳感器

2.7 溫濕度傳感器

2.8 醫(yī)學(xué)傳感器

2.9 壓力傳感器

2.10 傳感器標(biāo)定和校準(zhǔn)

第3節(jié)（選學(xué)）傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的信號(hào)檢測(cè)電路

3.1 檢測(cè)電路形式

3.2 常用電路

3.3 傳感器和微型計(jì)算機(jī)的連接

第4節(jié) 傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

4.1 改善傳感器性能的技術(shù)途徑

4.2 傳感器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法 網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)：

按知識(shí)點(diǎn)模塊自主學(xué)習(xí)，知識(shí)點(diǎn)后有題目測(cè)試，答題正確才能進(jìn)入下面的學(xué)習(xí)，全部學(xué)完才會(huì)得到對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)

推薦學(xué)生了解互聯(lián)網(wǎng)上相關(guān)資源和最新動(dòng)態(tài)。引導(dǎo)學(xué)生比較和分析

線下課堂教學(xué)與研討

根據(jù)學(xué)生的興趣點(diǎn)組織深入研討，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化和應(yīng)用

實(shí)

驗(yàn)

部

分 溫濕度傳感器、壓力傳感器、光線傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、氣體傳感器、

測(cè)距傳感器、霍爾傳感器等，包括實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、電路圖、源代碼的編寫與調(diào)試的講解（使用華清遠(yuǎn)見公司的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)開發(fā)板 FS_11C14） 選學(xué)、面授、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)訓(xùn)相結(jié)合

4 結(jié) 語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)涉及的學(xué)科多，因此，在構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)體系與培養(yǎng)學(xué)生能力時(shí)，不能片面的追求全、廣、 深，要充分考慮學(xué)生的層次和發(fā)展，要利用新的教學(xué)方式和教學(xué)方法，分層次和模塊化的進(jìn)行教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

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