“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程的教學(xué)改革與探索

王恩亮，李文謹(jǐn)

（安徽新華學(xué)院 電子通信工程學(xué)院，安徽 合肥230088）

物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展，已被正式列為國家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一，說明了國家對物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的重視和人才培養(yǎng)的迫切性［1］?；谖磥韺ξ锫?lián)網(wǎng)技術(shù)人才的需求，很多高校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，該專業(yè)是教育部允許高校增設(shè)新專業(yè)后，高校申請最多的專業(yè)之一。物聯(lián)網(wǎng)涉及領(lǐng)域廣泛，與高?，F(xiàn)有專業(yè)如通信工程、電子信息工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動化等有著密切的聯(lián)系［2］。隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展，越來越多的企業(yè)將目光投向先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，各高校也正式建立符合自身特色的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)作為新興專業(yè)，目前處于探索階段，沒有很好的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。一方面學(xué)科建設(shè)不成熟、課程體系有待完善，教師隊(duì)伍大都從相關(guān)交叉學(xué)科轉(zhuǎn)型而來，師資力量相對匱乏［3］。另一方面很多高校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)也明顯落后于專業(yè)的招生規(guī)模，導(dǎo)致學(xué)生理論知識與實(shí)踐環(huán)節(jié)相脫節(jié)。掌握物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識和基本概念是學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)知識的前提，“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)必須掌握的基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生的專業(yè)啟蒙課程，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)提供理論基礎(chǔ)。

一、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)方面的作用及教學(xué)中存在的問題

（一）在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)方面的作用

“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的先導(dǎo)性課程，課程的學(xué)習(xí)對學(xué)生認(rèn)識專業(yè)、深入理解專業(yè)、學(xué)好專業(yè)有著深刻的意義。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本原理和概念，熟悉物聯(lián)網(wǎng)的基本組成，了解物聯(lián)網(wǎng)的背景、發(fā)展，掌握關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用，為后續(xù)學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)核心課程建立體系架構(gòu)和深入學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)打下重要基礎(chǔ)［4］。

在強(qiáng)調(diào)理論的同時(shí)，注重培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成一定的學(xué)習(xí)方法，提高自身的適應(yīng)能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。隨著知識的不斷更新，技術(shù)的進(jìn)步，為物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展帶來了各種機(jī)遇。因此該課程的教學(xué)還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新鮮事物的興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)激情，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)理論的同時(shí)，能夠深入了解物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用模式，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)意思維和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力［5］。該課程在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程體系中占有重要地位和作用。

（二）教學(xué)中存在的問題

開設(shè)“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程，是為了讓學(xué)生在專業(yè)開始階段就能從整體上把握物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的知識體系有一個(gè)整體、全面而清晰的認(rèn)識，為后續(xù)其他課程的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)，使學(xué)生具備運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)理論分析、解決問題的能力，為將來從事物聯(lián)網(wǎng)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)奠定一定的基礎(chǔ)和實(shí)踐能力［6］。

在課程的教學(xué)過程中筆者發(fā)現(xiàn)存在著一些問題：第一，課程內(nèi)容多，知識面廣，學(xué)習(xí)難度大?！拔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程教學(xué)內(nèi)容涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)后續(xù)課程的主要知識點(diǎn)，包括射頻識別技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線傳感器技術(shù)、MTM、物聯(lián)網(wǎng)安全、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能處理等，涉及的知識面廣，內(nèi)容多而復(fù)雜。作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)概論性質(zhì)的課程，高校大多在培養(yǎng)方案中安排的課時(shí)為32學(xué)時(shí)，因課時(shí)有限而內(nèi)容多，這給教與學(xué)都帶來了較大的困難和挑戰(zhàn)。第二，學(xué)生知識儲備不足。“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程普遍開設(shè)在第一學(xué)年第二學(xué)期，大一學(xué)生計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電路等知識體系并不完備，由于學(xué)生知識儲備不夠，想要深入學(xué)懂、弄通該門課程較為困難，這也嚴(yán)重地打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。第三，缺乏學(xué)習(xí)興趣。物聯(lián)網(wǎng)是近幾年發(fā)展起來的新產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是新專業(yè)，學(xué)生在入學(xué)前對該專業(yè)具體學(xué)習(xí)內(nèi)容，將來會從事工作等認(rèn)識不夠。僅有少數(shù)學(xué)生是對新技術(shù)、新知識有著好奇心，大部分的學(xué)生都對物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容了解較少，因此缺乏學(xué)習(xí)興趣，學(xué)習(xí)熱情不足。針對這些問題，筆者對“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程進(jìn)行教學(xué)改革，目標(biāo)是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的積極態(tài)度，拓寬學(xué)生的知識面，在充分傳授物聯(lián)網(wǎng)理論知識的同時(shí)，注重應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為學(xué)生今后從事物聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)工作和學(xué)生自主創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程的教學(xué)改革

（一）建立物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)內(nèi)容的層次化概念模型

物聯(lián)網(wǎng)是多學(xué)科的交叉，本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛，面向物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用建立一個(gè)可靠而完備的知識體系是較困難的。針對學(xué)生應(yīng)用能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng)，結(jié)合“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程課時(shí)短、內(nèi)容多的特點(diǎn)，建立物聯(lián)網(wǎng)的層次化概念模型，在教學(xué)中分感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用層的三層次講解，每個(gè)層次選取若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，側(cè)重物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用。感知層承載著信息采集，介紹一些主流的傳感器、RFID技術(shù)、二維碼技術(shù)、WSN和嵌入式系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)傳輸層承載著信息的傳輸，主要介紹移動網(wǎng)、無線網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等和MTM技術(shù)相關(guān)知識；應(yīng)用層主要體現(xiàn)智能處理的作用，重點(diǎn)闡述云計(jì)算、智能處理、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)安全及軟件相關(guān)知識。此外，還可介紹一些典型的物聯(lián)網(wǎng)的場景和應(yīng)用案例，如物聯(lián)網(wǎng)智能家居、智能農(nóng)業(yè)和智能公交等?！拔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)概論”教學(xué)內(nèi)容架構(gòu)，如圖1。

圖1 “物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”教學(xué)內(nèi)容架構(gòu)

（二）打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，推進(jìn)“探究式-分享式”課堂教學(xué)新模式

教師是課程的供給者，學(xué)生是課程的接受者，但學(xué)生不能盲目接受知識，更要主動參與學(xué)習(xí)，養(yǎng)成自學(xué)、自我重構(gòu)和創(chuàng)新知識的能力。改變傳統(tǒng)的教師講、學(xué)生聽的教學(xué)模式，讓學(xué)生成為課堂主體，教師飾演導(dǎo)演，引導(dǎo)學(xué)生積極思考并大膽表達(dá)自己的觀點(diǎn)，逐步養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)方法。采用“探究式-分享式”課堂教學(xué)新模式，實(shí)現(xiàn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)傳感器、WSN、云計(jì)算等理論，有利于培養(yǎng)學(xué)生積極思考和創(chuàng)新思維。在教學(xué)過程中教師作為主導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、參與協(xié)作、解決問題和總結(jié)分析，形成以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體的教學(xué)模式。一是采用案例式教學(xué)法，以生活中物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用如智能家居、智能抄表等為案例進(jìn)行教學(xué)，通過案例的講解引導(dǎo)學(xué)生思考物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用；二是采用啟發(fā)式教學(xué)法，在講解物聯(lián)網(wǎng)案例中提出問題，啟發(fā)學(xué)生思考；三是采用交互式教學(xué)法，運(yùn)用多媒體和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)如播放物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)視頻和短片來輔助教學(xué)，充分展示物聯(lián)網(wǎng)的背景、發(fā)展和未來可能的應(yīng)用等，有利于活躍課堂氛圍；四是采用演示性教學(xué)法，在講解完理論后，為了更直觀地體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用智能手機(jī)或是電腦等智能設(shè)備做一些簡單的演示，有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力；五是采用討論式教學(xué)法，針對某個(gè)問題，如智能售貨機(jī)的組成以及應(yīng)用的技術(shù)和功能創(chuàng)意的增加，組織學(xué)生討論，能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與熱情。“探究式-分享式”教學(xué)模式，如圖2，這種新型教學(xué)模式有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和創(chuàng)業(yè)思想的形成。

圖2 “探究式-分享式”教學(xué)新模式

在此基礎(chǔ)上，依托學(xué)科競賽建設(shè)良好的大環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生參加物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用大賽和指導(dǎo)學(xué)生申請大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。積極開展第二課堂教學(xué)，讓學(xué)生自由組合，以小組形式對當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和商業(yè)模式展開討論，學(xué)生課后可查閱資料、主動請教專家，深入掌握物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的技術(shù)知識，也可通過互聯(lián)網(wǎng)或?qū)嵉卣{(diào)研了解市場人才需求，不斷拓寬知識面并發(fā)揮創(chuàng)意形成自己的創(chuàng)新項(xiàng)目。鼓勵學(xué)生通過自己的努力完成自己的創(chuàng)意項(xiàng)目，在項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)過程中，一方面鍛煉了自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用實(shí)踐能力，另一方面也培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

（三）構(gòu)建“演示實(shí)驗(yàn)—基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)—設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)”的實(shí)踐教學(xué)體系

學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)離不開實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中必須動腦又動手，是主動的“探索者”，多數(shù)高校“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程32學(xué)時(shí)的培養(yǎng)方案均為理論教學(xué)，并沒有安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)。然而，很多高校鼓勵實(shí)施實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生開放，鼓勵教師積極開展開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)［8］?！拔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程可依托物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)行開放實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)包括三個(gè)部分內(nèi)容，第一部分是演示性的實(shí)驗(yàn)，由教師在課堂演示為主，學(xué)生思考、討論并回答問題，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)并理解物聯(lián)網(wǎng)的基本概念；第二部分是基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，教師講解理論和實(shí)驗(yàn)方法，學(xué)生動手完成實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的基本動手能力，目的是讓學(xué)生熟練掌握一些基本原理；第三部分是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，適當(dāng)安排綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，一些學(xué)有余力的學(xué)生，可發(fā)揮其創(chuàng)造力動腦動手自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，會有很大的成就感，激發(fā)其學(xué)習(xí)的動力。這種學(xué)生主動設(shè)計(jì)、教師輔導(dǎo)的方式有利于培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新的能力，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生積極參與課外的實(shí)踐活動和學(xué)科競賽等。

（四）建立更全面、綜合多樣化的考核評價(jià)方式

“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程采用綜合多樣化的考核方式。一是筆記成績，要求學(xué)生自行整理每章節(jié)筆記，教師檢查并打分；二是作業(yè)成績，每章布置作業(yè)，在平時(shí)的作業(yè)中，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對死記硬背的技術(shù)點(diǎn)掌握得尚可，但是碰到綜合應(yīng)用題，大部分同學(xué)就不知所措，針對以上情況，布置一些設(shè)計(jì)調(diào)查性的作業(yè)，如利用傳感器原理設(shè)計(jì)電子秤，重點(diǎn)考察學(xué)生關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合分析能力，培養(yǎng)綜合應(yīng)用能力和分析能力；三是考試成績，采取開卷形式；四是引入物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)意比賽及小組答辯考核成績，“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程學(xué)生以小組形式自由組隊(duì)，每組三人，分工明確，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)方面的知識，遞交一份以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)方案，旨在考查學(xué)生的綜合分析能力和創(chuàng)新及團(tuán)隊(duì)合作能力，小組學(xué)生集體參加答辯，可以PPT匯報(bào)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，也可實(shí)物演示；五是開放實(shí)驗(yàn)成績，“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程引入了開放性的實(shí)驗(yàn)后，開放實(shí)驗(yàn)成績計(jì)入總成績，包括動手操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績兩個(gè)部分。

三、結(jié)語

課程的教學(xué)改革是一個(gè)不斷探索與創(chuàng)新的實(shí)踐過程。立足應(yīng)用創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標(biāo)，“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”的知識體系、教學(xué)模式、教學(xué)過程、實(shí)踐教學(xué)及考核評價(jià)方式都需要不斷創(chuàng)新與完善，綜合推進(jìn)“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概論”課程的改革與實(shí)踐，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓學(xué)生在掌握物聯(lián)網(wǎng)概念和技術(shù)的同時(shí)，擁有更寬的視野和更靈活的思維，也更具有競爭力。