物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論的個(gè)性化主題式教學(xué)模式探究

湯佳梅，劉尚旺，彭晚紅

（1.河南師范大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007；2.教學(xué)資源與教育質(zhì)量評(píng)估大數(shù)據(jù)河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453007；3.智慧商務(wù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)河南省工程實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453007；4.西藏自治區(qū)電化教育館，西藏自治區(qū) 拉薩 850006）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)是一門覆蓋范圍廣、交叉性強(qiáng)的新興技術(shù)領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用背景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]。隨著物聯(lián)網(wǎng)成為國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)院校紛紛開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，以物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代所需的高水平、多層次的專業(yè)技術(shù)人才為導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生成為具備設(shè)計(jì)、開發(fā)、部署、服務(wù)等能力的工程應(yīng)用型人才[2-4]。物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的啟蒙入門課程，在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)習(xí)中起著十分重要的作用。從知識(shí)層面上，該課程應(yīng)向?qū)W生介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、主要技術(shù)，幫助學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展動(dòng)態(tài)與應(yīng)用前景。從專業(yè)層面上，該課程應(yīng)幫助學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)有一個(gè)總體把握，搭建起大學(xué)四年的專業(yè)學(xué)習(xí)框架，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供較好的鋪墊。從心理層面上，該課程要增加學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)未來發(fā)展的信心，提高大學(xué)期間學(xué)習(xí)的興趣與熱情。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論現(xiàn)狀分析

物聯(lián)網(wǎng)工程是2010 年后才開設(shè)的一個(gè)新興學(xué)科，其涉及領(lǐng)域廣，交叉學(xué)科多，發(fā)展更新也極為迅速。物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論面向本科低年級(jí)學(xué)生開設(shè)，不僅是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的啟蒙入門課，對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)也有著舉足輕重的作用。目前，各院校在開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論課程的過程中仍存在一些問題亟待改善，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 學(xué)生缺乏專業(yè)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)興趣匱乏

物聯(lián)網(wǎng)工程是一個(gè)新興專業(yè)，學(xué)生在進(jìn)入高校進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)之前，普遍缺乏相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的先導(dǎo)課程，教學(xué)對(duì)象為低年級(jí)學(xué)生，他們對(duì)授課過程中涉及的諸如TCP/IP 協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等專業(yè)術(shù)語缺乏基本的概念。教師在授課時(shí)，常常會(huì)出現(xiàn)講一補(bǔ)十的情況，導(dǎo)致教學(xué)進(jìn)展緩慢，學(xué)生反饋不佳。在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中，大量出現(xiàn)的陌生術(shù)語，往往會(huì)打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與信心。此外，更有為數(shù)不少的學(xué)生僅僅由于專業(yè)名稱熱度高或調(diào)劑才進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)習(xí)[5]，該部分學(xué)生往往缺乏原發(fā)的專業(yè)興趣，對(duì)本專業(yè)的學(xué)習(xí)熱情非常低。

1.2 教學(xué)內(nèi)容涉及面廣，學(xué)習(xí)難度較大

物聯(lián)網(wǎng)工程是一門交叉性較強(qiáng)的學(xué)科，涉及較廣的知識(shí)面，覆蓋了計(jì)算機(jī)、通信、電子等學(xué)科方向，因此物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論課程的教學(xué)內(nèi)容涉及諸如傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、現(xiàn)代通信等多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)。從授課的角度，由于課時(shí)有限，學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)又較為薄弱，短時(shí)間內(nèi)很難將眾多的知識(shí)點(diǎn)逐一透徹地講解，最后往往淪為知識(shí)點(diǎn)的簡(jiǎn)單堆砌[6]。從學(xué)習(xí)的角度，由于課程涉及學(xué)科較多、概念抽象度較高、課程整體系統(tǒng)性較弱，學(xué)生很難全面掌握所學(xué)知識(shí)、無法正確建立知識(shí)間的關(guān)聯(lián)，不僅該課程學(xué)習(xí)效果不佳，甚至?xí)a(chǎn)生“專業(yè)難學(xué)、專業(yè)枯燥”的錯(cuò)誤觀點(diǎn)，進(jìn)而喪失對(duì)本專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣。

1.3 課堂組織形式單一，評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單

物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論旨在幫助學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)的概念，了解其發(fā)展過程、動(dòng)態(tài)與前景，并學(xué)習(xí)相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。授課過程中會(huì)出現(xiàn)大量的抽象性、概念性知識(shí)點(diǎn)。一部分課堂仍采用“以教師為中心”的注入式教學(xué)方式，不僅沒有關(guān)注學(xué)生是否真正理解，也很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更不容易引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考、自主學(xué)習(xí)。也有一部分課堂通過引入案例對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解與串聯(lián)，但課堂上眾多學(xué)生往往興趣不同，有時(shí)學(xué)生會(huì)出現(xiàn)對(duì)某個(gè)案例不感興趣而放棄相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)的情況。此外，單一相同的案例場(chǎng)景，也會(huì)限制學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力。目前，物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論課程的考核評(píng)價(jià)也常采用“期末筆試+平時(shí)表現(xiàn)”的簡(jiǎn)單方式進(jìn)行。這樣的考核方式雖然強(qiáng)調(diào)了對(duì)理論知識(shí)的考核力度，但缺乏對(duì)知識(shí)應(yīng)用能力的考核，容易出現(xiàn)學(xué)生平時(shí)不學(xué)習(xí)、不理解，考前突擊死記硬背知識(shí)點(diǎn)的情況，也限制了學(xué)生自我發(fā)揮、自主創(chuàng)造的可能性，不能準(zhǔn)確反映學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用實(shí)踐能力，有悖于培養(yǎng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論的個(gè)性化主題式教學(xué)模式設(shè)計(jì)

個(gè)性化主題式的教學(xué)模式旨在構(gòu)建“以學(xué)生為中心，以個(gè)人主題為主軸”的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)情境。教師引導(dǎo)每位學(xué)生結(jié)合自我興趣與獨(dú)立觀察，確立各自的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景主題。學(xué)生圍繞個(gè)人項(xiàng)目，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)，分段吸收所學(xué)知識(shí)，強(qiáng)化理解后運(yùn)用于個(gè)人項(xiàng)目，在個(gè)人項(xiàng)目中對(duì)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析和討論。最后，教師再針對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)展情況和存在的問題進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。

2.1 上好重要的第一節(jié)課

物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的啟蒙課程，在整個(gè)專業(yè)中起著先導(dǎo)、串聯(lián)的作用。而這門課的第一節(jié)課也對(duì)這門課程的教學(xué)效果起著十分重要的作用，除了要幫助學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)建立初步的概念，還要了解學(xué)生的專業(yè)水平，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的專業(yè)印象，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，在設(shè)計(jì)第一節(jié)課時(shí)，可以從以下幾個(gè)問題展開：①你為什么選擇了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)？利用本校移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)的投票功能，統(tǒng)計(jì)學(xué)生的來源情況；②物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)畢業(yè)了可以做什么？為學(xué)生展現(xiàn)多樣化的畢業(yè)選擇、工作崗位，介紹本專業(yè)的一些優(yōu)秀畢業(yè)生案例，引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的大學(xué)學(xué)習(xí)目標(biāo)，幫助學(xué)生建立對(duì)本專業(yè)的良好前景的信心；③物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)什么？首先，給學(xué)生介紹物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的產(chǎn)生背景，涉及的交叉學(xué)科，然后，為學(xué)生播放一段科技感較強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)科普視頻短片，幫助學(xué)生從宏觀上了解本專業(yè)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的認(rèn)同感，接著，展示物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)與主干課程列表，幫助學(xué)生明確本校專業(yè)課程的設(shè)置情況；④你眼中的物聯(lián)網(wǎng)是什么？通過設(shè)計(jì)學(xué)生自由發(fā)言環(huán)節(jié)，了解學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)水平，然后，播放動(dòng)畫版的物聯(lián)網(wǎng)科普視頻短片，給學(xué)生留下一個(gè)輕松活潑的物聯(lián)網(wǎng)印象，拉近學(xué)生與專業(yè)課程的距離感；⑤為什么學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論?首先，以導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)本課程與后續(xù)專業(yè)課程的關(guān)聯(lián)關(guān)系，幫助學(xué)生了解物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論課程在整個(gè)專業(yè)的先導(dǎo)作用，提高學(xué)生對(duì)本課程的重視程度，然后，采用知識(shí)框架圖將本學(xué)期各章內(nèi)容串聯(lián)在一起，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程整體性的認(rèn)識(shí)。

2.2 設(shè)定個(gè)性化主題目標(biāo)

物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論課程的授課對(duì)象是大學(xué)低年級(jí)的學(xué)生，他們雖然沒有豐富的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備，但往往擁有良好的創(chuàng)造力和想象力，可以不受專業(yè)知識(shí)和技術(shù)的制約，基于個(gè)人興趣和對(duì)日常生活的洞察，隨心所欲地想象智能應(yīng)用場(chǎng)景。因此，在課程介紹過物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展背景、概念與層次結(jié)構(gòu)模型后，設(shè)計(jì)名為“我的物聯(lián)網(wǎng)暢想”的個(gè)人作業(yè)，通過以下幾個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生思考：①你知道哪些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景？通過這個(gè)問題的設(shè)置進(jìn)一步把握學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備量；②如果你是物聯(lián)網(wǎng)工程師，讓你發(fā)明一個(gè)東西，用來改善你的日常生活，你會(huì)發(fā)明什么？提示，你可以回想生活中出現(xiàn)過的“如果有（能）XXX 就好了”的想法，或者結(jié)合自己平時(shí)的觀察和思考，找到生活中的不便或低效的問題，并想象一個(gè)可以解決或緩解這個(gè)問題的智能應(yīng)用。該問題旨在引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合個(gè)人興趣和平時(shí)觀察，進(jìn)行創(chuàng)新性、自主性思考，由此產(chǎn)生的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景暢想設(shè)定為該生本學(xué)期的個(gè)人研究主題項(xiàng)目；然后，挑出一些較為新穎的主題，讓學(xué)生走上講臺(tái)、闡述自己的設(shè)計(jì)想法，并鼓勵(lì)其他學(xué)生積極討論，同時(shí)將具有類似主題的學(xué)生進(jìn)行分組，為后續(xù)課程討論構(gòu)建主題小組；最后，為學(xué)生播放未來物聯(lián)網(wǎng)生活的視頻，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的想象力與課程學(xué)習(xí)的興趣。

這一環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生在了解物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景與概念的基礎(chǔ)上，結(jié)合自己的興趣點(diǎn)與日常觀察，以建立個(gè)性化物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景為目標(biāo)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

2.3 開展圍繞主題的知識(shí)學(xué)習(xí)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)框架，將課程內(nèi)容分為感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)三大模塊。在每個(gè)模塊講解時(shí)，采用“授課+視頻+案例引導(dǎo)+主題思考”四維教學(xué)模式。首先，進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)內(nèi)容的講授，幫助學(xué)生了解基礎(chǔ)概念。在講授過程中，針對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容和抽象知識(shí)點(diǎn)，播放相關(guān)視頻，幫助學(xué)生加深對(duì)這些知識(shí)的理解。接下來，引入案例式教學(xué)，通過案例引導(dǎo)學(xué)生理解如何將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中。最后，學(xué)生以主題小組為單位，結(jié)合自己對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，借鑒給出的案例分析方式，思考、討論如何將這些知識(shí)應(yīng)用于自己的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中。在小組成員互相討論時(shí)，教師分別進(jìn)行聆聽與針對(duì)性指導(dǎo)，并在討論過后針對(duì)暴露出的共性問題進(jìn)行統(tǒng)一的評(píng)講與總結(jié)。此外，在各模塊教學(xué)結(jié)束后，分別布置名為“我的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景之感知層”“我的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景之網(wǎng)絡(luò)層”“我的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景之應(yīng)用層”的作業(yè)題目，要求學(xué)生融合各模塊所學(xué)知識(shí)與課堂討論結(jié)果，分析個(gè)人主題項(xiàng)目如何運(yùn)用所學(xué)技術(shù)，并形成文字性報(bào)告。待課程所有教學(xué)內(nèi)容結(jié)束后，學(xué)生提交“我的物聯(lián)網(wǎng)暢想之可行性分析”的最終報(bào)告，報(bào)告中需要圍繞各自的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景主題，利用課程涉及的主要技術(shù)，分析場(chǎng)景中哪些部分可以通過所學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)，還存在哪些部分目前無法實(shí)現(xiàn)，針對(duì)目前無法實(shí)現(xiàn)部分的解決方案設(shè)想等內(nèi)容，最終形成可行性分析報(bào)告。

這一環(huán)節(jié)不僅可以引導(dǎo)學(xué)生自發(fā)地、主動(dòng)地、深入地理解所學(xué)知識(shí)點(diǎn)，還可以讓他們圍繞自己的興趣，結(jié)合課程所學(xué)的知識(shí)，將自己最初的想法轉(zhuǎn)化為可實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品。這樣不僅能讓學(xué)生感受到完成任務(wù)的成就感，也可以增強(qiáng)他們對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和信心，還能夠引導(dǎo)學(xué)生形成工程化、結(jié)構(gòu)化剖析問題的良好思維習(xí)慣。

2.4 采取多元化的考核方法

結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論課程的性質(zhì)與教學(xué)目標(biāo)，從期末筆試、平時(shí)表現(xiàn)、主題報(bào)告3 個(gè)維度評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。閉卷筆試重點(diǎn)考查學(xué)生對(duì)知識(shí)概念的掌握情況。平時(shí)表現(xiàn)除了考慮學(xué)生在課堂上表現(xiàn)的積極程度，也綜合考慮學(xué)生在小組討論時(shí)表現(xiàn)出的組織、協(xié)調(diào)與表達(dá)等能力。主題報(bào)告則根據(jù)學(xué)生提交的作業(yè)，對(duì)所反映出的創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力、工程化和系統(tǒng)化解決問題的能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 個(gè)性化主題式教學(xué)模式的意義

個(gè)性化主題式教學(xué)模式通過開展以個(gè)人主題目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)，可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高他們自主探究、知識(shí)構(gòu)建和知識(shí)應(yīng)用的能力，強(qiáng)化他們解決問題的工程化、系統(tǒng)化思維。從教學(xué)層面上，基于個(gè)人興趣設(shè)定主題目標(biāo)，以“個(gè)性化主題項(xiàng)目”為主軸，在理論學(xué)習(xí)和教學(xué)指導(dǎo)下，可以深化學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，提高他們對(duì)所學(xué)知識(shí)的靈活運(yùn)用的能力。從創(chuàng)新層面上，結(jié)合低年級(jí)學(xué)生思維較活躍與創(chuàng)新能力較強(qiáng)的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察生活，思考問題，也能以此挖掘和鼓勵(lì)創(chuàng)新能力強(qiáng)、思維活躍的學(xué)生后續(xù)參加全國(guó)高校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新等競(jìng)賽。從思維模式上，通過個(gè)人目標(biāo)導(dǎo)向的教學(xué)，幫助學(xué)生提高學(xué)習(xí)的自主性，發(fā)展學(xué)生的深度思維和認(rèn)知技巧。從心理層面上，引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)定并完成個(gè)人的主題目標(biāo)，既可以激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)興趣，也能夠讓他們感受到完成任務(wù)的成就感，增強(qiáng)對(duì)專業(yè)的興趣和信心。

4 結(jié) 語

物聯(lián)網(wǎng)工程導(dǎo)論作為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的先導(dǎo)性課程，既要教授物聯(lián)網(wǎng)的基本知識(shí)，也要幫助學(xué)生系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)本專業(yè)，樹立專業(yè)認(rèn)同度，提高專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。筆者針對(duì)當(dāng)前課程存在的一些問題，通過學(xué)生自主設(shè)立個(gè)人主題場(chǎng)景，運(yùn)用“授課+視頻+案例引導(dǎo)+主題思考”四維教學(xué)模式，引入多元化的評(píng)價(jià)方式，構(gòu)建以學(xué)生為中心的個(gè)性化、主題項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)環(huán)境，試圖引導(dǎo)學(xué)生理解和運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐的能力。