物联网应用课程教学改革探索

柏荣刚 张海燕 蔡祥 李巨虎

摘要：物联网应用是物联网专业的一门专业核心课程，文章针对学生知识结构不足的情况，提出应在课程教学中补充互联网历史、行业经济规律、综合性实验等内容，并在教学各环节要注重培养学生的自学能力，体现以“学”为主、以“教”为辅的指导思想。

关键词：物联网；互联网历史；互联网经济；IT产业规律；自学能力

0、引言

物联网已成为继互联网后信息技术的又一制高点，它引起了世界各国的重视。2011年以来，国内近百所高校开设了物联网工程专业，这一举措为新兴产业培养了人才，积极推动了相关学科的发展。随着物联网技术的不断发展，传统的课程内容体系和教学方法暴露出了一定的局限性，主要体现在以下几方面：

（1）物联网是IT产业的新秀，纵观历史，这样的变革每隔10～15年便可能发生一次。学生不禁提问，谁将是下一个变革？物联网专业的职业寿命有多长？所学知识的可迁移性有多大？离开学校后怎样更新知识？而高校的课程体系设置流程，决定了教学内容很难与市场上最流行的技术同步，这给物联网专业的教学工作带来了严峻的挑战。

（2）传统的课程内容体系偏重于培养学生的工程技术能力。学生虽然学习了不少计算机知识，但是由于不了解这些知识产生的背景和发展的过程，不能很好地把握各种技术之间的前因后果和内在联系。甚至在研究生毕业后，学生对IT产业的理解仍然是碎片化的。在工作中面对纷繁复杂的产业问题，只能单一地从技术角度出发，缺乏多维度的思考。

（3）物联网是一门综合性学科，现有课程体系覆盖了大部分物联网技术；但以知点为核心的授课方式，令各门课程之间缺乏有效关联，理论和实际的工程应用脱节。学生难以将所学的各门课程联系起来，形成一个有机的整体。

1、课程内容体系的建设

物联网应用是物联网专业高年级本科生的一门专业核心课程。课程既要介绍物联网相关背景和发展动态，为学生开阔视野，又要帮助学生综合运用以往课程所学技能，建立完整的知识结构。针对物联网专业课程体系和学生知识结构中的薄弱环节，笔者从3个方面对教学和实验内容进行探索。

1.1 学习IT产业的历史

物联网是新兴产业，即使是资深IT人士，面对眼花缭乱的新产品和新技术也常常是雾里看花。笔者认为温故方能知新，首先学生要学习计算机和互联网的发展历史。推荐学生阅读一些IT史记，并在课堂上讨论和讲解。学生可以将IT革命的三次浪潮作为线索，回顾IT产业的发展史和国际标杆企业的兴衰史：第一次是以IBM、英特尔、微软和苹果引领的计算机浪潮，代表性技术是计算机、多媒体等；第二次是以雅虎、思科、朗讯引领的互联网浪潮，代表性技术是互联网和路由器；第三次是谷歌、苹果、Facebook等引领的云计算浪潮，代表性技术是物联网、Web2.0、移动计算和大数据。在第三次浪潮中，中国的公司腾讯、阿里巴巴和百度也扮演了重要的角色。

上述精彩的故事让技术不再是冰冷的数字，这样既可以让学生了解所处的位置和环境，有助于他们更好地判断和预测下一波IT产业浪潮的趋势，又能培养学生的科学精神与人文素养。

1.2学习IT产业发展的规律

与世界上其他产业一样，IT产业也有自身的发展规律，物联网则继承了IT产业的主要方法和基本规律。理解和把握这些思想、概念和模型，在不同层次上构建立体的知识体系，能帮助学生在未来的工作中更好地作出决策。即使IT飞速发展，案例不断变化，但是产业规律是可持续的，具有较强的可迁移性。笔者广泛搜集整理有关资料，从多个角度为学生展现IT产业规律。

（1）摩尔定律——英特尔创始人戈登·摩尔在1965年提出：每18个月，IT产品的性能会翻一番。近50年来，摩尔定律很好地解释了计算机硬件的发展速度造成了硬件产品购买不断地呈现“通货紧缩”这一现象，是IT产业的“生物钟”。

（2）安迪·比尔定律——由微软前CEO比尔·盖茨和英特尔前CEO安迪·格鲁夫的名字命名。该定律描述了计算机产业链中软件和硬件企业的共生关系。软件不断更新，消耗更多硬件资源，促使用户不断升级硬件，消除摩尔定律带来的不利影响。

（3）反摩尔定律——同样的IT产品，每过18个月，价钱会下降一半。反摩尔定律给硬件企业带来巨大的压力，促使其不断革新技术，推动IT产业快速发展，是IT产业新技术和新公面不断涌现的重要原因。

（4）信息产品的成本结构——信息产品的生产（固定）成本很高，复制（边际）成本很低甚至为零。竞争驱动促使其价格向边际成本移动直至为零。信息产品这种特殊的成本结构，导致传统经济学按成本定价的机制失效，诞生了新的定价方式和70/20/10的市场份额结构。

（5）免费经济学——互联网带来了更强的流动性，亿万人进入了全球大市场。几近于零的分销成本使得即使消费参与率很低时，运营商仍然能够通过交叉补贴的方式盈利，从而为大多数人提供免费的信息产品。运用免费的商业模式重新分配财富，使价值从少数人转移到多数人手中，收缩一个行业的同时潜在地开放其他行业，不断对传统产业进行改造。

（6）网络效应——加入信息产品的虚拟网络具有正外部性。当新用户购买某信息产品时，即加入该产品所组成的“虚拟网络”，使该网络变得更大更好用，对老用户有正收益。虚拟网络的价值与用户数量的平方成正比。网络效应导致龙头企业的垄断难以被打破，不利于新进企业开拓市场。

（7）正反馈效应——指强者愈强、弱者愈弱的现象。由供应方规模经济和需求方规模经济共同作用产生。信息产品销量或用户的增加，既降低了供应方的生产成本，又使产品对其他用户更有价值。二者合力，促进市场对该产品的需求进一步增长。正反馈效应导致信息产业的生长和毁灭速度远远快于工业时代。

（8）锁定——当用户转换信息产品的品牌时，浪费了对旧产品的互补投资，要承受相当的转移成本，这意味着用户被旧产品“锁定”了。锁定给顾客带来了转移成本，却给供应商带来巨大的利益，成为买、卖双方角力的焦点。转移成本也是影响市场容量的主要因素，转移成本越大的市场，容纳的同类企业越少。

（9）长尾理论——2004年，美国《连线》杂志主编克里斯·安德森提出：在信息时代以前，受时间和空间成本的限制，人们只能关注少数重要的人或事。如果用“L”型曲线来描绘，人们只能关注曲线的头部，而忽略曲线的尾部。而在信息时代，信息的生产、集合、搜索和过滤成本大人降低，人们开始关注曲线的尾部，由此带来巨大的市场和经济效益。长尾理论不仅可以用来描述淘宝和谷歌等网站的商业模式，也可以解释草根经济和草根文化的崛起现象。例如，互联网金融中的“投资团购”众筹和“理财团购”余额宝。

（10）互联网的商业模式——大规模、零成本和隐性雇佣。“大规模”指利用信息流动，业务很容易横向拓展。“零成本”指产品的复制成本为零。“隐性雇佣”指用户既是产品的消费者，又是产品的生产者。当今许多叱咤风云的互联网企业都符合这个商业模式，如谷歌、苹果、Facebook、淘宝、腾讯等。而一些传统软件企业所采用的合同项目式商业模式，思维方式停留在工业时代，难以发展壮大。

（11）注意力经济——诺贝尔经济学奖获得者赫伯特·西蒙曾说：“随着信息的发展，有价值的不是信息，而是注意力……信息的充裕意味着注意力的匮乏。”以搜索引擎为代表的信息检索过滤工具，可以帮助人们快速找到有用信息，节省注意力，创造价值。例如，谷歌搜索引擎对网站的质量声誉进行排名，帮助网民提高信息选选择效率，又为网站增加流量和AdSense广告分成。

在讲授上述理论时，既可以援用IT历史案例，也可以引用时事新闻，分析印证其中的规律，感受其旺盛的生命力。例如，嘀嘀打车和快的打车软件的价格战符合网络效应和正反馈效应；小米手机的低价和限量销售则运用了摩尔定律；工信部推动的携号转网遭遇运营商的承重重阻力，反映了锁定的规律。

1.3综合性实验

物联网技术是嵌入式系统、传感器技术、计算机网络、移动计算、数据库系统等技术的综合体。在物联网专业课程体系中，以上课程足物联网应用的先修课程。因此，在设计实验内容时，应尽量联系前序相关课程，将理论知识与实际问题紧密结合，培养学生综合运用所学知识解决问题的能力。为实现以上目标，笔者设计了一个物流系统综合实验，实验分为4个步骤，见表l。

本实验所需硬件设备为：PC机、Android手机和USB接口RFID渎卡器，一般高校的实验机房都能满足。

2、课程教学方法的探索

进入21世纪，许多学科的知识更新周期已缩短至3—5年，适时地进行知识更新，成为IT从业人员的迫切需求。应试教育扼杀了学生自主学习的积极性，他们习惯于在课堂上被动接受教师传授的知识，对自学没有正确的态度和认识。

我国著名教育改革家魏书生非常重视培养学生的自学能力，他建议从以下几个方面培养学生的自学能力：①激发学生的自学兴趣；②树立学生的自学信心；③教给学生自学的方法。

2.1提出并初步解决问题

在讲授完物联网应用的大数据第一部分“基本知识和若于案例”后，学生在课堂上分组讨论如下题目：“假设能够得到学校各部门的所有数据，包括未来可能采集到的数据，在校园生活中，找到1个急需解决的问题，运用大数据思维来解决这个问题。”经过讨论，学生提出了一些问题并找到了解决方案，如针对“住在高层宿舍的同学，由于上课前电梯非常拥挤，等待时间过长”这一问题，建议教务处在安排课程表时，考虑各院系学生宿舍楼层信息，有利于均衡使用电梯，提高出行效率。

在这个案例中，学生尝试运用大数据思维解决生活中的实际问题，既加深了对大数据概念的理解，也体验到主动思考带来的乐趣。

2.2在案例中深入学习

在讲授大数据的第二部分“数据价值常见的释放方式”时，笔者与学生讨论各个案例分别属于哪一种释放方式。在讲授大数据的第三部分“数据的相关与因果关系”时，学生根据各自的案例，寻找其中的关联物、原始用途和次级用途，分析其中的相关关系，推断因果关系。在后续各章学习中，依此类推，逐步挖掘学生的原创案例，从中找到理论和实践的结合点。教师应辅导有兴趣的同学开展深入研究，建立数学模型优化分析，或找到实现的具体方法，将成果发表或参加竞赛。

这种先由学生提出实际问题，后进行理论学习的教学方式，使学生成为学习的主人，变被动接受为主动探索，使他们更能体验到知识产生于社会生活的科研过程，领会科学精神。

2.3正确的阅读方法

良好的阅读习惯能提高自学的效率，是一种终身财富。经过中学语文课的训练，大学生已经具备了基本的阅读能力，能够理解文章的主旨和结构，但是尚未达到“主题阅读”的水平。要达到更高的阅读水平，学生首先应学会利用网络上的学术资源判断书的价值，不能一视同仁，平均分配时间；然后在多本书中找到相关章节，解读多位作者的观点，寻找共同的主题；最后站在整体视角，厘清问题，梳理一条思路，完成深入系统的研究性阅读。

为此，笔者选择了一些论文、新闻和书籍，推荐学生运用以上方法阅读，为他们研究生阶段的学习打好基础。

3、结语

物联网应用课程以培养学生的互联网思维为主线，不仅要向学生展现IT产业更迭和企业兴衰的历史景观，还要剖析经纬交织的IT产业规律，让学生能更真实、全面地了解IT产业，理解物联网技术对人类生活的深刻影响。物联网技术的不断发展是教学改革的动力和吸引力，因此，物联网应用课程的教改研究是一项不断探索、与时俱进的工作。