新工科背景下混合式教学法在物联网专业本科教学中的实践探索

摘 要：在新工科背景下，物联网专业的本科教学中，混合式教学法得到了广泛的应用和实践探索。混合式教学法以其灵活性、个性化学习路径和多样化的学习资源等特点，为物联网专业的学生提供了一个创新的教学模式。通过结合传统的面对面教学和在线学习平台，学生可以自主选择学习方式和时间，并通过虚拟实验等技术手段进行实践操作和实验模拟。教师在混合式教学中的角色转变为学习指导者，引导学生思考和解决问题，并通过在线讨论和项目实践等形式促进学生之间的合作与交流。

关键词：新工科 物联网 混合式教学 主观能动性

在当今全球化与科技迅猛发展的时代，信息产业特别是物联网，在5G商业化推动下实现了快速增长。5G的高速率、低延迟和大容量特性，使物联网设备连接更稳定高效，应用场景大幅度拓展。这一趋势导致物联网专业人才需求激增，不仅数量上需要大量人才，质量上也要求更高，包括实践能力、创新思维和跨学科知识体系。为此，教育部推动“新工科”建设，旨在培养创新型人才，应对科技发展挑战。混合式教学法成为新工科人才培养的关键，它结合线上优质课程和线下教学方式，融合多种教学资源，全方位培养学生的专业能力和创新能力。在物联网专业教育领域，混合式教学法为教育者提供了新思路，有效解决了课程设置和人才培养的问题，使教育更能适应物联网技术的快速发展，为国家的科技进步和产业升级提供坚实的人才保障。

一、物联网专业本科教学存在的问题

（一）课程结构松散

物联网专业作为一个典型的多学科交叉融合的专业，其涵盖的知识领域广泛，涉及计算机科学、电子工程、通信工程等诸多重要领域。这种多学科的融合特性使得物联网专业在知识体系构建方面面临着独特的挑战。在课程设置这一关键环节上有着明显的不足。许多高校往往只是采用一种较为简单粗暴的方式，即将计算机科学、电子工程、通信工程等各个学科中的相关课程进行机械性的拼凑，以此来构建物联网专业的课程体系。这种拼凑式的课程设置方式，严重缺乏内在逻辑的连贯性。以一些高校的物联网专业课程体系为例，其中的计算机网络课程、传感器原理课程以及嵌入式系统课程之间未能建立有机的联系。计算机网络课程侧重于网络架构、协议以及数据传输等方面的知识传授；传感器原理课程聚焦于传感器的工作原理、类型以及性能等内容；嵌入式系统课程则着重讲解嵌入式系统的硬件结构、软件设计等知识。然而，在实际的教学过程中，这三门课程各自为政，没有相互关联的教学内容或者相关教学环节的设计。这就导致学生难以将学到的不同知识整合起来，从而无法在脑海中构建出一个完整的物联网系统概念，难以形成对物联网系统全面、深入的理解。这对于培养能够适应物联网行业复杂需求的专业人才来说，是一个亟待解决的重要问题。

（二）理论与实践课程比例失调

物联网的本质在于将各种设备通过网络连接起来，实现智能化的信息交互与控制，这一目标的达成离不开大量的实践操作与项目经验积累。然而，当前的教育现状却令人担忧。在众多本科院校的物联网专业课程体系规划里，理论课程所占的课时比重极大，严重挤压了实践教学的空间，单一的教学方式无法调动学生的积极性。［1］以传感器技术课程为例，这门课程本应是理论与实践紧密结合的典型代表。在实际教学过程中，学生却不得不将大量的时间花费在学习传感器的理论原理上。他们需要深入理解光电效应，探究光与物质相互作用时产生的光电转换现象，包括光子如何激发电子从而产生电流等微观机制；同时，还要钻研压阻效应，了解当半导体材料受到应力作用时其电阻发生变化的原理以及相关的物理和化学过程。这些理论知识固然是深入理解传感器工作机制的基础，但是，与之形成鲜明对比的是，用于实际操作传感器、构建传感器网络等实践环节的课时却少得可怜。学生在有限的实践课时里，只能仓促地接触传感器设备，简单地进行一些基本操作，对于如何根据实际需求选择合适的传感器、如何将多个传感器进行组网并实现数据的有效传输和处理等实际问题，缺乏足够的时间去深入探索和练习。这种理论与实践课程课时严重失衡的状况，带来了一系列不良后果。学生尽管通过大量的理论学习掌握了一定的知识，如能够熟练背诵传感器的各种原理公式，可一旦进入实际应用场景，就会陷入迷茫状态。在实际的物联网项目开发中，他们不知道如何将所学的理论知识与实际的项目需求相结合，无法准确地运用传感器技术来构建一个完整的物联网系统，难以将脑海中的理论知识转化为实际的项目开发能力，这对于物联网专业人才的培养是一个巨大的阻碍。

（三）缺乏跨学科教学方法的应用

物联网专业具有显著的跨学科特性，它融合了计算机科学、电子工程、通信工程、自动化、数据分析等多学科的知识与技术。然而，在当前的物联网专业本科教学中，缺乏跨学科教学方法的有效应用成为一个突出的问题。从课程教学的实际情况来看，各个学科的知识往往是独立传授的。例如，在物联网安全课程中，物联网安全涉及多个层面的知识，包括计算机网络安全中的防火墙设置、入侵检测等技术，密码学中的加密算法、数字签名等知识，以及嵌入式系统安全里的硬件加密、固件安全等内容。但是在教学过程中，教师通常按照传统的学科界限进行教学。计算机网络安全部分仅仅从网络架构和协议的角度讲解安全防范措施，密码学部分单独讲解算法原理，嵌入式系统安全部分则侧重于硬件相关的安全机制，缺乏将这些跨学科知识有机融合起来的教学环节。这种缺乏跨学科教学方法应用的情况，使得学生难以从整体的、跨学科的视角去理解物联网系统中的复杂问题。在面对实际的物联网项目时，如设计一个智能家居系统的安全架构，由于学生没有接受跨学科的综合训练，他们可能会孤立地看待网络安全、数据加密和设备安全等问题，无法构建一个全面的、协同的安全解决方案。

二、混合式教学法在物联网专业教学中的应用策略

（一）构建物联网一体化课程体系

教师应以物联网系统架构为蓝本构建课程框架。例如，将物联网分为感知层、网络层和应用层，围绕这三个层次设置相关课程。在感知层相关课程中，将传感器原理、射频识别技术等课程进行整合，强调它们在感知物理世界信息方面的协同作用；在网络层课程中，整合计算机网络、无线传感器网络等课程，注重网络协议、拓扑结构等知识在物联网数据传输中的应用；在应用层课程中，将物联网应用开发、大数据分析与物联网等课程结合，让学生明白如何将采集到的数据进行处理和应用。教师还应在课程之间设置专门的衔接课程或教学环节。比如，在传感器原理课程和嵌入式系统课程之间设置“传感器与嵌入式系统接口”课程，讲解传感器是如何与嵌入式系统进行连接、数据如何在两者之间传输和交互的等内容，使学生能够顺利地从传感器知识过渡到嵌入式系统知识的学习，从而加强课程之间的连贯性。

（二）增加实践课程比重

教师应构建完善的物联网实践课程体系。除传统的实验课程外，增加课程设计、实习、毕业设计等实践环节。例如，要求学生在传感器技术课程中根据给定的应用场景设计传感器网络，包括传感器选型、网络拓扑结构设计、数据采集与传输等内容；在物联网专业的实习环节，安排学生到物联网企业进行实习，参与实际的物联网项目开发，了解企业的开发流程和行业需求。明确规定理论课程与实践课程的课时比例。例如，将物联网专业课程的实践课时比例提高到总课时的40%—50%。在每门课程的教学大纲中，详细规划实践课时的分配，确保实践教学有足够的时间来开展，让学生有充分的时间进行实际操作和项目开发，全面培养学生的创新思维与实践能力。［2］

（三）进行跨学科课程设计

教师应积极整合跨学科课程模块。在物联网专业课程设计中，将计算机科学、电子工程、通信工程等学科中的相关课程模块进行整合。例如，在物联网系统集成课程中，整合计算机科学中的操作系统、数据库管理等模块，电子工程中的电路设计、传感器接口等模块，通信工程中的无线通信协议、网络拓扑等模块，形成一个跨学科的课程模块，让学生在一门课程中学习到多学科的知识内容，提高学生的跨学科综合应用能力。教师可以采用跨学科案例教学，收集和编写物联网行业中的跨学科实际案例，如智能交通系统案例，其中涉及电子工程中的车辆传感器技术、通信工程中的车联网通信技术、计算机科学中的交通数据处理与智能决策技术等多学科知识。在教学过程中，教师以这些案例为载体，引导学生分析案例中涉及的多学科问题，提出解决方案，通过案例分析和解决过程，让学生掌握跨学科知识的综合应用方法。

（四）设计具体模块的混合式教学方案

教师在设计具体模块的混合式教学方案时，首先需要明确该模块的教学目标，确定学生应达到的预期结果。其次，根据课程内容和教学目标，选择适合的在线学习资源和面对面教学活动，并将二者有机结合，形成有序的教学流程。再次，设计不同类型的学习活动，如在线课堂讨论、实验模拟、小组项目等，以激发学生的参与和学习兴趣。最后，考虑评估方式，确保评估方法与教学目标相匹配，建议采用测验、作业、项目展示等形式评估学生的学习效果。

例如，针对物联网专业中的一个模块“传感器技术”，教师可以设计混合式教学方案如下：在线学习阶段，教师将课程内容采用慕课（MOOC）、小规模限制性在线课程（SPOC）模式的教学资源链接发布到班级群内［3］，学生通过观看教学视频学习传感器的基本原理和种类，并参与在线讨论，提出问题和观点［4］；在实验室环节，学生进行传感器模拟实验，掌握传感器的实际应用和调试方法；在面对面教学中，教师主持讨论会，引导学生分析传感器技术在物联网中的重要性和挑战，并展示自己的项目成果。在评估环节中，教师可以通过线上测验考查学生对传感器技术的理解程度，通过小组项目和报告评估他们的实践能力和团队协作能力。［5］这样的混合式教学方案充分结合了在线学习和实践教学，在丰富学生的理论知识和提高学生的实践能力的同时，也激发了学生的兴趣和参与度，为物联网专业教学提供了一个全面有效的教学模式。

（五）利用在线平台、虚拟实验等技术手段支持教学

利用在线平台、虚拟实验等技术手段支持教学已成为混合式教学法中的重要组成部分。在线平台如网络课堂、教育平台和学习管理系统等为教师和学生提供了便捷的学习交流和资源共享渠道。通过在线平台，学生可以随时访问课程资料、参与讨论、提交作业，实现学习内容的灵活获取和互动交流。同时，虚拟实验为学生提供了在实验室中进行实验操作的机会，且不受时间和空间限制，有效弥补传统实验教学的局限性。借助虚拟实验，学生能够进行模拟实验操作，观察实验现象，收集数据并进行分析，从而提高了他们的实践能力和科学思维。通过在线平台和虚拟实验的综合应用，教师可以更好地设计个性化教学方案，激发学生的学习兴趣，提升教学效果，进而推动混合式教学法在现代教育中的应用。

三、结语

混合式教学法在新工科背景下的物联网专业本科教学中具有重要的应用价值和实践意义。通过创新的教学模式和多样化的学习资源，混合式教学法能够满足学生个性化的学习需求，培养学生综合素质和实践能力。教师在混合式教学中转变为学习指导者，进一步推动了学生自主学习和探究能力的培养。当然，教师仍需不断改进教学内容、教学设计和评估方式等方面，提高混合式教学的效果和质量，以培养适应快速变化的信息化社会所需求的优秀人才。

参考文献

［1］谈莉斌，汪永明，张海娟.新工科背景下工程图学混合式教学创新实践［J］.洛阳理工学院学报（自然科学版），2022（4）：93-96．

［2］孙彩玉，宋志伟，潘宇，等.新工科背景下水污染控制工程混合式教学［J］.高师理科学刊，2022（9）：100-104，110．

［3］符丹丹，宫强，孙晓菲，等.混合式教学在新工科背景下“基因工程”教学改革中的应用［J］.生物化工，2022（5）：134-136．

［4］和思铭，郑文，曲诺亚，等.新工科院校“微电网技术”课程的混合式教学设计［J］.长春工程学院学报（社会科学版），2022（2）：143-147．

［5］宋慧杰.基于混合式教学法的中职《金融认知》课程教学研究［J］.广东经济，2024（18）：82-84．

基金项目：郑州大学校级教改项目“新工科背景下混合式教学法在物联网专业本科教学中的应用及实践探索”（2022ZZUJG249）。