探究式教學(xué)模式在《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程中的應(yīng)用

史艷翠++郝宇++楊巨成++陳亞瑞

摘 要：物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展對學(xué)生創(chuàng)新能力提出了更高的要求，而探究式教學(xué)模式是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效教學(xué)方法。因此，針對現(xiàn)在教學(xué)中存在的問題，將探究式教學(xué)應(yīng)用到《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程中。根據(jù)《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程的特點(diǎn)，實(shí)施探究式教學(xué)，包括問題情境的創(chuàng)建、情境問題的解決、應(yīng)用與拓展以及評價(jià)。通過探究式教學(xué)改革，以期提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力，從而使物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生更符合企業(yè)的需求。

關(guān)鍵詞：探究式教學(xué)；教學(xué)改革；問題情境；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.137

1 探究式教學(xué)的概述

探究式教學(xué)是20世紀(jì)50年代由美國著名科學(xué)家施瓦布提出的，它以學(xué)生為主體，教師則根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和要求創(chuàng)設(shè)問題情境，以問題的發(fā)現(xiàn)、探究和解決來激發(fā)學(xué)習(xí)者的求知欲、創(chuàng)造欲和主體意識，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的創(chuàng)新能力。學(xué)生可以通過個(gè)人或團(tuán)隊(duì)，利用所學(xué)知識和現(xiàn)代化的信息工具尋求、探索解決問題的方法。這樣，學(xué)生從被動(dòng)接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)地探究問題、解決問題，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力。

探究式教學(xué)在中小學(xué)和高職教學(xué)改革中應(yīng)用得比較多，在歷史、數(shù)學(xué)、英語、體育等課程的教學(xué)改革中都有應(yīng)用。隨著智能終端的發(fā)展，大學(xué)生上課的注意力逐漸被分散，上課看視頻、聽音樂、玩游戲的現(xiàn)象非常普遍。另外，隨著大學(xué)生就業(yè)壓力的增大，國家鼓勵(lì)提高大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。因此，為了吸引高校大學(xué)生的課堂注意力，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力，近幾年，探究式教學(xué)也被應(yīng)用到高校教學(xué)改革中。例如，史振華將探究式教學(xué)應(yīng)用到《網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置技術(shù)》課程中。課程改革的實(shí)際情況說明，探究式教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新精神。王樹鋒等人則對基于大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫課程的探究式教學(xué)方法進(jìn)行了研究；楊月華則結(jié)合具體的Java EE企業(yè)應(yīng)用開發(fā)課程研究了探究式教學(xué)法在實(shí)踐課程中的應(yīng)用。

2 《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程教改的必要性

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)之一就是自主創(chuàng)新能力明顯增強(qiáng)，攻克一批核心關(guān)鍵技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)作為一個(gè)處于摸索階段的新興專業(yè)，其教學(xué)方式也處于摸索階段?！段锫?lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程包括理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)?，F(xiàn)在的理論教學(xué)借鑒了計(jì)算機(jī)類其他專業(yè)的教學(xué)方式，即教師講授為主，學(xué)生被動(dòng)接受。由于《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程包括的知識點(diǎn)多、涉及面廣，學(xué)生容易混淆所學(xué)內(nèi)容；由于教學(xué)方式單一，學(xué)生很容易失去學(xué)習(xí)興趣。而實(shí)驗(yàn)課程既有程序調(diào)試，又有硬件操作，現(xiàn)有的教授形式多是教師直接將代碼給學(xué)生，然后連接硬件設(shè)備，調(diào)試程序，觀察結(jié)果。這樣做，學(xué)生可能完全不了解代碼的含義，只是簡單地運(yùn)行、調(diào)試，收獲甚微。

受篇幅的限制，《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》的教材上只給出了常見的應(yīng)用領(lǐng)域，例如智能交通、智能醫(yī)療、智能家居、智能農(nóng)業(yè)等，沒有也未能涵蓋物聯(lián)網(wǎng)涉及到的其他領(lǐng)域。這些未知領(lǐng)域也正是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)需要探索和開拓的部分。因此，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)新能力是《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程教學(xué)改革的目標(biāo)。而探究式教學(xué)就是以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力。這正符合《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程教學(xué)改革的需求。借鑒現(xiàn)有的研究成果，本文簡要研究了探究式教學(xué)在《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程中的應(yīng)用。

3 探究式教學(xué)的實(shí)施

實(shí)施探究式教學(xué)的步驟如下。

3.1 創(chuàng)建問題情境

問題情境的創(chuàng)建是實(shí)施探究式教學(xué)的第一步，也是最關(guān)鍵的一步。問題情境創(chuàng)建的合理度直接影響了探究式教學(xué)實(shí)施的結(jié)果。當(dāng)前，物聯(lián)網(wǎng)的主體網(wǎng)絡(luò)包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)、固定電話網(wǎng)和傳感器網(wǎng)絡(luò)，它們彼此交織、相互連接。因此，將《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程內(nèi)容設(shè)置為對應(yīng)的4個(gè)問題情境，即計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的通信、移動(dòng)通信網(wǎng)中的通信、固定電話網(wǎng)中的通信和傳感器網(wǎng)絡(luò)中的通信。這4個(gè)問題情境還包括網(wǎng)絡(luò)中使用的傳輸介質(zhì)、協(xié)議、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、調(diào)制技術(shù)和與外網(wǎng)的連接技術(shù)等多個(gè)小知識點(diǎn)。

教師根據(jù)課程中需要學(xué)生重點(diǎn)掌握的知識點(diǎn)來創(chuàng)建問題。情境問題需要具有開放性、探究性，且難易適中，解決問題的方案可以有多種。學(xué)生通過已有的基礎(chǔ)知識、網(wǎng)絡(luò)或與其他同學(xué)交流最終能夠掌握解決問題的方法。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，教師可以通過成績或其他獎(jiǎng)勵(lì)的方式激勵(lì)學(xué)生。

3.2 情境問題的解決

不管是在哪個(gè)領(lǐng)域，最簡單的通信都會涉及到信息的發(fā)送方和接收方，在多跳通信中還會涉及到信息的轉(zhuǎn)發(fā)，例如在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，需要通過集線器、交換機(jī)或者路由器轉(zhuǎn)發(fā)信息，在移動(dòng)通信網(wǎng)中需要基站轉(zhuǎn)發(fā)信息。因此，在“物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)”課程的教學(xué)中，團(tuán)隊(duì)合作是有必要的。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，分組采用自愿結(jié)合的方式，在特殊情況下，可以允許一組只有一個(gè)學(xué)生。每組成員的數(shù)量需要根據(jù)設(shè)置的問題不同而變化，例如，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)TCP或UDP通信時(shí)，只涉及發(fā)送端和接收端，因此，每組只需要2個(gè)學(xué)生；在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，為了將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳送出去，并且消耗的能量最少，必須采用多跳通信技術(shù)，因此，需要有中間節(jié)點(diǎn)起到轉(zhuǎn)發(fā)的作用，這時(shí)每組最少需要3個(gè)學(xué)生。在完成教師布置的任務(wù)時(shí)，組內(nèi)自由分工，每個(gè)成員按照分工完成指定的任務(wù)。在分工時(shí)，要保證每個(gè)成員都要完成部分工作，防止出現(xiàn)整個(gè)任務(wù)是由組內(nèi)個(gè)別成員或部分成員完成的情況。

在問題或任務(wù)完成的過程中，學(xué)生可能會遇到各種各樣的問題，教師則可以采用以下3個(gè)方法引導(dǎo)學(xué)生解決：①組織已解決問題的學(xué)生分享經(jīng)驗(yàn)方法，以此啟發(fā)其他同學(xué)。這樣做，不僅可以使已解決問題的學(xué)生加深對已掌握知識的理解，還可以提高自身的成就感和自信心。②依托當(dāng)前信息資源共享的時(shí)代特征，引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源探索解決途徑，而后交流匯報(bào)。③對于學(xué)生無法解決的問題，教師只需給出指導(dǎo)意見或解決問題的方法。例如，在實(shí)驗(yàn)過程中，仿真器可能由于某些原因無法工作，這時(shí)，教師可以告訴學(xué)生通過修復(fù)使仿真器重新工作，但學(xué)生需要自己去尋求修復(fù)的辦法。

3.3 應(yīng)用和拓展

學(xué)生掌握了知識、技能和方法后，還需要對其進(jìn)行鞏固、應(yīng)用和合理的拓展。教師可以鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生參加一些國家或者學(xué)校舉行的比賽。學(xué)校每年都會舉辦大學(xué)生挑戰(zhàn)杯大賽，難度不大，而且與學(xué)生學(xué)習(xí)的知識比較相關(guān)。學(xué)生可以自愿結(jié)隊(duì)，在教師的指導(dǎo)下選擇參賽的題目，在完成任務(wù)的過程中，當(dāng)遇到無法解決的問題時(shí)，可以咨詢指導(dǎo)老師或者請教其他同學(xué)。針對物理網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生，從2013年開始，舉辦了全國高校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽；2015年，舉辦了首屆“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽。這些比賽都非常適合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生。學(xué)生可以拓展自己的想象力和創(chuàng)新能力，將已經(jīng)掌握的《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程的知識應(yīng)用到具體領(lǐng)域。例如，對啤酒發(fā)酵過程的無線監(jiān)控、空調(diào)的遠(yuǎn)程控制等。另一方面，這些比賽會以獎(jiǎng)金或榮譽(yù)證書的形式獎(jiǎng)勵(lì)優(yōu)秀的同學(xué)，這不僅讓學(xué)生有了成就感和榮譽(yù)感，而且在他們畢業(yè)找工作時(shí)會增加一些優(yōu)勢。因此，這些獎(jiǎng)勵(lì)增加了學(xué)生參賽的動(dòng)力和熱情。

在比賽時(shí)，通過交流，學(xué)生能了解其他團(tuán)隊(duì)的研究成果，掌握更多物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。通過參加比賽，學(xué)生可以了解國家在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用上新的研究方向，增加與其他學(xué)校的學(xué)生交流的機(jī)會。另外，參加比賽能夠大大提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、責(zé)任心和創(chuàng)新能力，從而進(jìn)一步提高《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程教學(xué)改革的成效。

3.4 評價(jià)

對學(xué)生完成的任務(wù)或問題質(zhì)量的評價(jià)，主要是通過學(xué)生的學(xué)習(xí)成績體現(xiàn)出來的。《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程的成績組成包括三部分，即平時(shí)成績、實(shí)驗(yàn)成績和期末成績。

平時(shí)成績是根據(jù)教師課堂上布置的任務(wù)或問題提交的紙質(zhì)作業(yè)所獲得的成績，占總成績的20%.平時(shí)成績既要與《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程的知識緊密相關(guān)，又要與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，從而提高學(xué)生探究問題的興趣。例如，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)帶寬為100 Mb/s時(shí)，學(xué)生在宿舍使用有線和無線2種方式接入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)，最高的網(wǎng)速分別能達(dá)到多少？手機(jī)及時(shí)注銷后，盜竊者無法使用的原理是什么？

實(shí)驗(yàn)成績是根據(jù)學(xué)生的答辯結(jié)果給出的，占總成績的20%.學(xué)生需要講解解決問題的思路、代碼、遇到的問題。其他學(xué)生在聽取匯報(bào)時(shí)，既可以了解完成相同任務(wù)時(shí)其他同學(xué)的思路，也可以掌握由于分工不同而未實(shí)現(xiàn)的功能或任務(wù)的解決方法。例如，在完成2個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信時(shí)，一個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)發(fā)送端，包括從鍵盤讀取數(shù)據(jù)、選擇信道、設(shè)置發(fā)射功率等任務(wù)，而另一個(gè)學(xué)生只負(fù)責(zé)接收端，即對接收信息的顯示。通過答辯，完成發(fā)送端任務(wù)的學(xué)生可以掌握接收端的實(shí)現(xiàn)方法，同樣，完成接收端任務(wù)的學(xué)生可以掌握發(fā)送端的實(shí)現(xiàn)方法。

期末成績是期末考試試卷的成績，占總成績的60%.教學(xué)改革是為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的團(tuán)隊(duì)合作精神和創(chuàng)新能力，因此，卷面成績占的比例越來越少。期末考試采用開卷考試的形式，考試內(nèi)容要與實(shí)際情況相結(jié)合，且具有開放性，不設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)答案，只設(shè)計(jì)參考答案。例如，在沙漠中布置使用Zigbee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測溫度的變化時(shí)，如何合理選擇節(jié)點(diǎn)設(shè)備、網(wǎng)關(guān)設(shè)備和網(wǎng)關(guān)的接入方式？考試時(shí)，學(xué)生選做部分試題，例如，設(shè)計(jì)題包含8個(gè)問題，學(xué)生可以選做其中的4個(gè)。

4 總結(jié)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和社會發(fā)展需要，本文主要研究了探究式教學(xué)模式在《物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)》課程中的應(yīng)用，主要涉及問題情境的創(chuàng)建、情境問題的解決、應(yīng)用與拓展和評價(jià)四方面的教學(xué)設(shè)計(jì)。通過問題探究式的教學(xué)改革，可以使課程培養(yǎng)目標(biāo)朝著創(chuàng)新型、主動(dòng)型、合作型方面進(jìn)行有益的探索。另外，本文的研究成果對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)其他課程的教學(xué)有較大的借鑒意義。

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〔編輯：白潔〕