基于UDL的“物联网通信技术”在线资源建设探讨

田静华

(浙江水利水电学院，杭州 310018)

引言

新冠肺炎疫情期间，在教育部“停课不停学”的号召下，大、中、小学利用互联网技术通过直播软件和MOOC、SPOC等平台来开展在线教学活动。在只能线上教学的情况下，在线资源建设显得尤为重要，特别是对于从来没有开展过线上线下混合式教学的课程来说，更是如此。在短时间内将在线资源建立起来，更多的是考虑如何将线下已有资源合理地转移到线上，在快捷建课的同时，还能保留住传统课堂的部分优势。本文以此问题为出发点，以“物联网通信技术”这门课程的教学资源建设为例，探讨从全方位设计学习(UDL)视角下建设课程在线资源的一些思路。

一、课程分析

“物联网通信技术”是我校物联网工程专业开设的一门专业必修课，总共32学时，在第四学期开设，该课程主要是介绍物联网系统中传输层使用的通信技术。由于新技术的不断出现，适用于物联网系统中的通信技术越来越多，而受课时的限制，不可能涉及到太多的内容讲解。因此，在课内选择了Zigbee、蓝牙和Wlan这三个比较经典和常用的短距离通信技术来做介绍。物联网工程专业学生所学的通信技术区别于通信专业学生所学的通信技术，通信专业更多的是从通信原理上来学习，而在物联网工程专业中需要掌握如何在工程中应用这些通信技术，来达到通信的目的，不需要深究太多的原理内容，但是概念上还是要有所了解。从工程应用和开发角度来看，“物联网通信技术”更多的是需要掌握协议的框架，能够利用已有的通信协议去开发相关应用。教学过程中的所有材料都是围绕这样的定位来准备的。

“物联网通信技术”课程在我校已经开设两个学期，2019—2020年第二学期为第三次开设。在第二次开设时，使用过“蓝墨云”平台辅助线下教学。因为是初次使用，所以线上资源仅限于上传PPT课件、进行章节测试和课堂签到环节，课堂上使用的资源更多的是线下资源。因此，在2019—2020年第二学期进行线上授课时，需要重建线上课程资源。

在设计“物联网通信技术”在线教学资源时，借鉴了“计算机网络”这门课的建课框架。“计算机网络”课程一直在进行着各种教改活动，最近两年从不同学生的学习个性化需求出发，采用了全方位设计教学(UDL)理念开展教学，取得了一定的成效。“物联网通信技术”课程与“计算机网络”课程有相似的地方，可以简单的看做是无线网络和有线网络的区别，所以有可借鉴之处。

二、全方位教学设计(UDL)

最初在建筑设计领域提出过全方位设计(Universal Design，缩写UD)理念，希望设计师在设计建筑时要考虑到残障人员的使用。后来在20世纪80年代，美国Center For Applied Special Technology(CAST)将UD引入到教育领域，提出了全方位教学设计(Universal Design For Learning，缩写UDL)，旨在探索将新技术应用到教育行业，希望教育者能够提供灵活的教学方式及材料，以满足学生的个性化学习需求[1]。

从国内外的文献中看到，UDL在高等教育中已经有不少实证研究，但更多的是在国外尤其美国进行，国内这方面的研究较少。同时，研究表明UDL的应用在高校学生的个性化学习中起了一定效果，可以促进学生的参与度、满意度和自信心等[2—4]。

在2018年CAST修订的UDL准则框架中，将学习者分为参与型、表示型和行动表达型三种类型。对于参与型的学习者要告诉他们为什么要学习，以引起他们的学习兴趣，有了兴趣，他们会主动去学习；表示型的学习者要告诉他们学什么，为他们提供多样化的学习素材，以适应他们的学习需求；行动表达型的学习者要告诉他们如何去学，为他们的学习进度做好引导，指导他们设定合适的目标和计划。

三、“物联网通信技术”在线资源设计

(一)学情分析

2018级物联网工程专业开设了“物联网通信技术”课程。在开课之前，根据UDL准则，设计了一份问卷调查来了解学生的个性化学习需求，53名学生做了反馈，其中男生占67.9%，女生占32.1%。调查结果见表1。

表1 学生学习情况调查

调查结果表明：学生的学习需求具有多样性。有根据兴趣爱好(占69.8%)来完成课程的学习，也有需要教师指导进度安排(占28.3%)才能很好地完成课程学习。一半以上的学生认为自己可以主动去想办法解决问题，这是个很好的现象，可以在资源设计过程中多设计相关环节，促进学生自己想办法解决问题。从小组讨论和小组任务中看出，认为自己可以积极参与进来的只是一部分学生，这就需要多加考虑如何带动其他学生也能够参与到小组讨论和任务中。对于学习材料的使用习惯，绝大部分学生还是喜欢用纸质书和视频，疫情期间无法满足学生使用纸质书的情况下，只能更多的考虑使用视频资料和给视频添加字幕。

(二)课程在线资源设计

2019—2020年第二学期的“物联网通信技术”在线平台使用了“超星学习通”来建课。开课前先搭建课程平台框架，提前上传PPT课件，同时在网上收集一些和课程有关的视频供学生课下学习。由于“物联网通信技术”是一门比较新的课程，大部分教材都是对物联网中使用的通信技术泛泛而谈，以理论介绍为主，又因为不同的学校开课内容侧重点不一样， 可借鉴的MOOC等平台课程几乎没有，这对资料的搜集带来了一定的难度，建课时间周期短，来不及自制原创资料，只能在后续课程中慢慢补充添加。基于这种情况，根据目前已有的资源，视频部分先考虑使用实验室、厂家录制的视频内容，文本材料以PPT课件为主，同时提供互联网上相关内容的链接，供学生知识拓展学习。在整个教学资源设计中，考虑到前期调查发现大部分学生会主动去解决问题的情况，在教学中尽量通过作业、讨论等形式，提高学生的自主学习性。

本文以蓝牙专题为例说明在整个教学过程中所使用的教学资源和教学活动。表2是蓝牙教学资源和教学活动设计的内容。在蓝牙专题的教学活动中，分两个环节进行，一是教师主导的课内讲解；二是学生自主学习的小组作业，这两个环节是同时进行的。

表2 蓝牙教学资源和教学活动设计

1.根据学生特长的互补性进行小组组队，通过自主学习完成作业任务

在第一次用蓝牙进行专题教学时把小组作业任务以PBL项目的方式布置给学生，小组成员自由组队，教师给组队建议，希望能够发挥组员的互补能力，在任务分工上根据每个组员的特长来选择相关的任务，以确保作业是在兴趣驱动下完成的。

小组作业和课堂讲解两个环节同时进行也是为了激发学生的自主学习能力。调查结果显示，大部分学生表明自己有主动学习并解决问题的能力，可以通过作业来促进学生自主学习的积极性。在课程教学开始前布置作业，当学生在做作业的过程中遇到问题时，可以在教师直播讲解过程中随时互动提问；或者通过讨论话题的方式在“学习通”上张贴问题，教师和学生都能看到提问，可以通过回帖的方式回答，如果问题涉及到的知识点刚好是在教学直播中要讲的内容，那就可以把这部分当做重点、难点来讲解，实现了理论与实践的结合。实践问题得到解决，学生的学习兴趣就会提高，同时也会相应地重视理论部分的内容。小组作业通过“学习通”PBL项目记录完成的过程，每周对学生小组任务的进度做个了解，当发现有共性的问题出现时，就通过“学习通”上的“通知”功能及时地反馈给学生，这样使学生能够及时纠正可能会发生的问题。

PBL项目的评分由小组自评(20%)、小组互评(20%)和教师评价(60%)三部分组成，评价指标由教师给定。让学生参与评价过程，目的是让学生能够从其他组完成的任务中学到更多的知识。

2.教师根据问卷调查获取的信息提供多样化的教学材料和教学方法

教师指导的学习部分，可以分为课前、课中和课后三个阶段。

在课前预习阶段，教师会提供给学生PPT、视频、阅读推荐(含文本材料、网站链接等)、讨论话题、问卷调查、课前测试等素材，每次提前一周通过“学习通”上的“通知”功能告知学生即将要讲授的教学内容，让他们利用教师提供的材料完成预习工作，这些预习材料多样性，可以满足不同个性化需求的学生学习。预习中尽量提供一些趣味性的讨论话题，这样能够引起学生的兴趣，让学生尤其是参与型的学生能够积极地参与进来。比如，第一堂课的课前可以给出“由蓝牙名字的由来看蓝牙协议的初心”，没有生硬的理论，学生在查阅资料的过程中可以了解蓝牙的一些特性。蓝牙设备在日常生活中随处可见，在介绍蓝牙的接入过程前，可以设置讨论话题“根据平时使用蓝牙的情况，总结两个蓝牙设备如何连接”这样与生活有关的话题，学生先以自己的感官体验来做总结，然后课堂上教师再从专业术语的角度来说明这个过程，可以实现应用到理论的过渡。每次的主题讨论话题需要精心设计，能够由小入大，设计难度太大的问题，学生只能在网络上复制别人的答案。只有设计学生能够亲身感触到的问题，才会做出自己的总结。小问题扩展开就是大问题，扩展内容可以在课堂上做介绍，这样可以让学生循序渐进地学习，提高学生的兴趣点并持续保持兴趣点。

课内的直播环节为了避免教师“一家言”的情况，可以根据学生预习和做作业时遇到的问题进行直播群讨论；可以随时提出一个问题，让学生查阅资料来获取答案；可以通过课内测试来检验学生听课的情况。这些资源需求不是每节课都要全部进行，毕竟课堂时间有限，可以根据课程的具体内容来选取。

课后主要以反馈信息为主，添加课后测试题目，这些题目包括客观题和开放式的主观题，客观题以必须要掌握的知识点为主，主观题为开放式的话题，为了引导行动表达型的学生进一步的学习提高。课后还可以设置问卷调查，听听学生对课堂的建议，可以更好地调整教学内容和教学活动。虽然在线授课教师无法和学生面对面交流，但是现在的学生都是成长于网络环境中，在网络世界中的交流比在现实中的交流更活跃。所以，在线授课时主题讨论和问卷调查是非常重要的，可以给教师教学提供很好的反馈信息，这点在在线教学活动中深有体会。

(三)教学效果分析

从课堂反馈来看，基于UDL的教学资源和教学设计活动具有一定的效果。由于直播讲解中偏重于理论，刚开始担心学生能否真正地参与到直播教学中，但从教学直播学生参与讨论的数据上看，在开课的直播过程中能够积极参与话题讨论的学生基本稳定在80%以上，这说明学生还是能够接受这样的话题讨论并保持着兴趣。

蓝牙的PBL项目，学生的参与度在100%。学生完成的作业内容包括蓝牙聊天室、蓝牙指纹锁的制作、matlab蓝牙图像数据传输、蓝牙小程序开发、蓝牙控制LED灯等项目。通过PBL项目的完成，学生报告中反映，通过小组作业对蓝牙的应用有了一定的认识，虽然在完成的过程中遇到了不少问题，但是通过小组讨论和教师的帮助都能够解决，确实学到了不少知识。在小组分工中，每个学生都发挥自己擅长的一面，能够顺利地合作完成项目。PBL项目不仅能激发学生的自主学习和团队合作能力，充分调动学生的创造和深度学习的能力，同时对于教师教学也有很好地促进作用。学生的项目选题符合学生的兴趣需求，可以搜集起来作为将来使用的教学案例。在帮助学生项目实施过程中，面对学生提出的不同问题，教师也是在对蓝牙知识进行深度学习。由于初次尝试小组PBL项目作业和课堂讲解同时进行的教学方法，虽然项目最后也基本上得以实施，从选题方面教师也了解了学生的兴趣点，但还是有不足之处。比如，教师对学生项目完成时间的把握，在布置作业时是计划一个月完成，但实际是用了两个月的时间来完成的；学生项目工作量存在差别，有些组完成两个子项目(硬件实现和软件实现)，有些组只是停留在代码的阅读和理解上，虽然从完成的工作量上可以反映出不同学生的学习能力，但是也会给一些学生造成学习“偷懒”的机会。对于发现的这些不足之处，在后面的课程实施过程中还是需要进一步优化教学设计。

学期结束，学生最后的总评成绩平均值为73分，和没有使用基于UDL在线资源的班级比较，平均分提高了5分，其中90分以上占7%。从成绩上来看，基于UDL的教学资源和教学设计活动对教学质量的提升是有一定效果的。

结束语

本文主要以“物联网通信技术”课程中的蓝牙专题所使用的教学资源和教学活动设计做详细介绍，在Zigbee和WLAN两个专题中，采用的教学活动相似，区别主要是在实践教学的设计方面。由于建课时间短，视频、阅读材料等资源还不够丰富，这些还需要在将来的教学过程中不断完善。在条件允许的情况下，后期将会考虑加入虚拟仿真，以满足于表示型学习者多样性的学习需求。