物联网工程学科导论课程教学模式研究

靳晟 柯春艳 王磊

摘要：学科导论类课程面向大一新生，教学效果往往不尽如人意，为提升物联网工程学科导论课程教学效果，提高学生学习兴趣和对本专业的认知与学习热情，提出了物联网工程学科导论课程的教学改革模式研究，给出了具体的改革实施方法。改革提出了以课堂案例分析和学生案例设计与分享作为改革的重要内容，从课程目标、课程内容、授课模式和组织实施方式以及考核方式4个方面进行了阐述。总体看，新的授课模式和内容取得了一定的效果，对于其他工科导论类课程教学具有一定的参考意义。

关键词：物联网;学科导论;教学改革

中图分类号：TP273     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）15-0153-02

1 引言

物联网行业应用需求和发展前景非常广阔，可被广泛应用于交通、智慧城市、安防、物流、零售、农业、水利、家居等重点领域。物联网已在我国公共安全、车辆管理、交通、物流、电子医疗、销售支付、远程测量、环境监测、电力巡检等行业初步得到规模性应用，作为7个战略性新兴重点产业之一，是新一代信息技术产业的重点与引领力量。由于物联网广泛应用于其他各个新兴产业，2017年以来，教育部积极推进新工科建设，大力开展物联网职业教育，推动物联网领域教学建设，国内许多高校开设了物联网工程专业，针对一个新兴产业，要为物联网工程专业新生上好物联网学科导论这样一门专业启蒙门课，需要认真研究课程的内容和授课两个主要环节。

2 课程背景

物联网工程学科导论课程的开设，经历了从无到有的过程，教学团队从一个人发展到了一个研究方向前面的教学团队，教学内容，教学方法，教学手段不断发展优化，日渐完善。

本门课程设立于2015年，列为物联网工程专业必修课，授课对象为物联网工程大一新生。课程起初只有一名教师讲授，随着物联网技术的发展和物联网应用需求日益广泛，物联网工程专业招生规模随之加大，作为专业启蒙课程，专业学科导论的基础地位和对于学生学习后续专业课程的重要性逐渐凸显，课程内容和授课模式亟待优化。

2017年课程负责人组织成立了具备丰富实践开发经验的三名教师组成的授课团队，三位老师从各自擅长的理论、软件开发、硬件开发三方面完成课程教授。对于新生来讲，没有专业知识背景，而学科导论是一门几乎纯理论的课程，为了提高学生学习积极性和建立专业学习兴趣，教师将自己的开发经验和实践内容融入课堂，边讲边演示边讨论，教学质量有明细的提高，学生学习起来也感到不空洞，反映较好。

2019年，物联网工程专业扩大了少数民族学生招生规模，这对上好这门课又提出了新的挑战，课程负责人进一步扩充了教学团队，教学内容和教学模式再一次优化。在此前的教学经验中我们深深地认识到了对于缺乏专业基本认知的学生，不适合讲授过多的开发内容，对于缺少科研和实践活动，缺乏课程相关项目经验的教师，很难讲好课。课程团队抓好自治区战略新兴专业的契机，将课程团队扩充至5名教师，分别结合各自的科研项目，讲授感知技术、网络技术、应用技术、云计算等新技术、专业深造与就业分析等内容。尽可能生动全面地涵盖本专业的理论知识、新技术、未来趋势与就业需求等内容，为学生学习后续课程和未来学习规划打好基础。

3 课程目标

物联网学科导论课程是新生入学后学习的第一门专业课，起到打基础和引导入门的重要作用，具体有两点，一是教授专业基本知识和概念，形成完整的基本概念体系;二是培养学生专业学习兴趣，使学生有动力有热情继续学习。

3.1打好专业知识基础

导论课主要使学生了解物联网技术的起源和发展，掌握物联网的概念、关键技术，了解其应用领域，也就是让学生全面了解所学专业是什么，能做什么，了解当前发展和未来趋势，知道自己将来学成后能干什么，帮助学生建立对物联网工程专业的应用发展、知识和技术体系、能力要求、就业方向、学习深造方向等问题的宏观认识和把握，为后续深入学习和从事物联网相关技术奠定基础。具体来讲，能够使学生掌握从传感层、网络层、应用层等物联网体系架构基本理论内容[1]，了解物联网原型产品的开发流程，主流技术和发展趋势等，能够运用所学理论和课堂案例分析提出创新设计设想和基本方案，培养创新意识和掌握实践创新想法的基本理论知识，帮助学生把大学四年期间所学课程串联成体系，每一门课程对应一项技能，每一项技能对应一个岗位需求，进而帮助学生对未来的就业和学习做规划。

3.2培养学习兴趣

大一新生刚刚走出以应试教育为主的中学校园，很多同学对于应试教育考试内容外的知识了解甚少，报考专业时很多也以就业情境和热点专业为选择导向，对物联网工程这样的新兴专业认知模糊，更谈不上因兴趣而选择，入学后也仅仅能够通过网络或者高年级同学获取一些信息，甚至有的学生到了大学高年级仍然对本专业的重要性和所学知识知之甚少。

这门课程很重要的目标之一就是培养学生对专业的学习热情和学习兴趣。教师通过理论讲授和实践演練帮助学生理解物联网开发技术和基本过程。学生通过讨论案例，调研分享讨论案例培养学习热情和信心，通过物联网综合实践教学科研平台的学习操作，直观了解物联网应用场景和物联网系统架构。

3.3培养综合素质

能够利用物联网工程基本知识，从概念上理解物联网工程问题解决方案及分析设计相关技术等，能够根据课堂教学分析案例举一反三，提出创造性设计设想。能够就物联网应用案例设计的问题进行有效沟通和交流，包括撰写报告陈述发言和清晰表达，在团队中分工协作、交流沟通的能力等。了解物联网领域的当前热点问题，具备自主学习的意识和热情，不断学习物联网领域新知识新方向的意识。

4 教学内容与模式

如何在32学时内设置教学内容使学生尽量全面地掌握物联网基本知识体系并建立学习兴趣和信心是一个难点，这需要从设计课程内容和创新授课模式两方面下工夫。

4.1教学内容设计

课程教学内容主要追求学科知识的广度，弱化知识点的深度，帮助学生从宏观上把握学科知识脉络。课程从物联网的感知识别层、网络构建层、管理服务层、综合应用层，和就业与发展趋势这五个方面分别进行阐述[2]。

1）基本知识

主要内容包括物联网的基本概念，物联网的体系结构，物联网的关键技术，其中包括传感层的射频识别技术、传感器技术、定位技术、数据采集技术，网络层的无线传感器网络、无线宽带网络、短距离通信技术、Zigbee/LORA/NB-IOT等组网技术，管理服务层的数据库技术、云计算与中间件技术、数据融合技术等，综合应用层的大数据与存储技术、信息安全与隐私保护技术等。

2）物联网应用案例分析

新生缺乏专业知识基础，特别是对于偏远地区来的少数民族学生接触的新事物新技术有限，专业概念几乎一片空白，对于导论课程，尽管基础理论知识浅显易懂，但较为抽象，难以激发学生学习的积极性，课程中加入了很多案例分析内容，通过案例讲解和演示，帮助学时了解物联网技术在不同领域和行业的应用，建立学科融合学科交叉的思想理念。分析案例包括智能家居、智慧农业、智能电网、智能交通、环境监测、智慧建筑等在内的典型物联网应用案例，介绍案例的背景分析、应用需求、设计方案、关键技术、开发实施过程、测试联调、效果展示等完整的物联网系统开发过程[3]。

3）新技术与就业分析

就业问题和专业新动态是学生非常感兴趣的内容，课程中加入了介绍就业需求及对应课程和知识技能的内容，让学了解每一门课程对应哪些岗位和技能，还加入了包括无线自组网、无线传感网、移动计算、智能分析决策、中间件与云计算等在内的前沿技术。信息技术领域发展飞速，在设置教学内容时需要不断更新融入新方法、新技术、新理念，这些内容使学生在了解物联网技术发展历程的基础上，掌握物联网的发展动态、关键技术，了解其应用领域，帮助学生将新应用与所学课程知识联系起来，了解进一步明白本专业相关课程群的理论价值和实际意义，培养学生对专业的认同感，对新技术的学习兴趣，激发学生对新事物的好奇心和求知欲，为后续创业就业和深造学习物联网相关的知识奠定基础[4]。图1为物联网工程课程学习路线及与专业就业岗位的对应关系图。

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圖1   课程与岗位技能对应图

4.2 教学模式改革

1）教学方法多元化

课堂教学中采用讲授、案例分析、案例演示、讨论等教学方法，授课教师将实践项目融入课堂，或分析或演示，通过更加生动形象授课方式引发学生思考，例如在讲解智慧农业应用时，教师完整的分析讲解了项目需求、风险评估、成本评估、设计方案、开发实施、测试调试等过程，并在课堂演示了开发环境，后台管理、产品效果等，使学生印象深刻，增加学生对专业的认识和兴趣。课程最后增设了案例设计和分享环节，学生以小组为单位自定应用环境，小组成员分工完成查找文献、分析需求、方案制定、撰写报告、汇报展示、答辩等环节任务，氛围热烈，取得较好效果[5]。

2）组织实施灵活

本门课程传统授课方式以课堂理论讲授为主，改革后课堂教学加入了学生讨论、学生设计分享案例的环节，大大提高了学生的参与度，使学生从被动学习知识到主动学习知识并输出。此外，作为一门理论课，本门课程还增加了部分实践环节，类似于智慧家居、智慧农业这样的应用开发案例，学生在课堂学习老师的讲解和演示后，还可以亲自在实验平台操作实践，直观地学习物联网系统架构和开发过程，这对提高大一学生的专业学习兴趣很有帮助。

4.3 过程性考核

课程经过几轮优化，在教学内容和教学模式上有很大的改变，也推动了考核模式的改革，课程考核采用过程性考核方式，包括三部分考核内容，分别是课程内容讨论、案例分享和课程报告。过程性考核不但更好践行素质教育，还能提高学生的主动性，特别是能够促使一部分怠学的学生全过程参与学习。

5 结论

教学实践表明，通过对课程内容，教学方式和考核方式改革，可以多方面培养训练学生自主学习和思考、团队合作、写作表达等多项能力，同时避免传统课堂讲授和期末考核死记硬背的弊端，督促学生全过程参与、锻炼学生分析和独立解决问题的能力，激发学生对专业知识的学习自信和兴趣。

参考文献：

[1] 余发军，王双红，林漫漫.基于CDIO理念的物联网课程教学改革与实践[J].实验室研究与探索，2020，39（12）：194-197，202.

[2] 杜董生.《系统工程导论》课程在自动化专业教学与实践中的探讨[J].轻工科技，2019，35（6）：159-160.

[3] 柯春艳，靳晟，冯向萍.新工科背景下物联网工程课程建设研究——以Arduino应用开发课程为例[J].物联网技术，2021，11（11）：124-127.

[4] 彭义春，金宝慧，喻学才.新工科背景下的计算机导论课程教学改革研究[J].电脑知识与技术，2021，17（31）：208-210.

[5] 柯春艳，安思.基于Arduino的物联网应用实验设计[J].福建电脑，2018，34（7）：30-31.

【通联编辑：梁书】