王琳 余薇

摘要：“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”是一門面向物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的基礎(chǔ)理論課程，同時(shí)也可作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐拓展，有助于學(xué)生更快地了解并掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的基礎(chǔ)知識。針對當(dāng)前存在的理論與實(shí)踐難以適配、課程技術(shù)點(diǎn)邏輯不明晰、學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)需求無法得到有效滿足等問題，簡要論述了天津市大學(xué)軟件學(xué)院在實(shí)施“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”課程的時(shí)候，在對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、教學(xué)組織形式、教學(xué)評價(jià)和考試等方面進(jìn)行的改革創(chuàng)新，形成了“四個(gè)三”教學(xué)模式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了一系列的探討和實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論；混合式教學(xué)；“四個(gè)三”教學(xué)模式

一、課程概述

天津市大學(xué)軟件學(xué)院是“天津市卓越軟件工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”牽頭單位，十多年來，一直堅(jiān)持“教學(xué)與產(chǎn)業(yè)相融，學(xué)校與企業(yè)互動”的辦學(xué)理念，在培養(yǎng)軟件人才中發(fā)揮著重要作用。在“物聯(lián)網(wǎng)”類課程實(shí)施中，構(gòu)建了由“認(rèn)識—體驗(yàn)—實(shí)踐—創(chuàng)新”的“遞進(jìn)式”課程結(jié)構(gòu)，以“校企結(jié)合”的方式進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，既注重對學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用能力的訓(xùn)練，又注重對其進(jìn)行創(chuàng)新意識、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及職業(yè)化的人文素養(yǎng)的訓(xùn)練。

“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”課程作為軟件工程專業(yè)下物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向必修課，與其他必修課一起共同提升學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)和智能控制系統(tǒng)開發(fā)崗位群中就業(yè)所應(yīng)具備的知識和技能，從而為培養(yǎng)具有適應(yīng)性的軟件專業(yè)技術(shù)人員奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。針對“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”在常規(guī)教育方式中難以克服的若干問題，如新生專業(yè)基礎(chǔ)較弱導(dǎo)致的學(xué)習(xí)不自信，在實(shí)施過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)成效較差；教學(xué)缺乏針對性、缺乏學(xué)習(xí)動機(jī)、教學(xué)質(zhì)量不高等主要問題提出了較為行之有效的解決方法。

天津市大學(xué)軟件學(xué)院的“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”課程從2017年開設(shè)至今，已實(shí)施超過5年，在多年的實(shí)踐與改革探索中逐漸形成了“學(xué)生學(xué)為主，教師教為輔”的師生教學(xué)相長的互動探究式教學(xué)模式。通過本課程可培養(yǎng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)知能力，以項(xiàng)目案例為驅(qū)動，通過與行業(yè)企業(yè)合作，協(xié)同研發(fā)和設(shè)計(jì)出能夠準(zhǔn)確定位崗位能力需要的課程。將傳統(tǒng)的課堂教育與新時(shí)代下的線上教育的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中發(fā)揮出自己的作用，在整個(gè)教育的過程中以問題為導(dǎo)向，展開了一系列的教學(xué)，并在教學(xué)內(nèi)容中加入思政元素。分析專業(yè)技能人才培養(yǎng)需求，將課程目標(biāo)直接對標(biāo)用人需求，充分利用教學(xué)資源，用典型常見的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用案例和“做中學(xué)、學(xué)中做”的沉浸式教學(xué)方式，引導(dǎo)學(xué)生掌握核心技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。優(yōu)化教學(xué)組織形式及多元化考核評價(jià)機(jī)制，鼓勵學(xué)生真題真做，自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，并在項(xiàng)目實(shí)施過程中有效分工、各施所長，著重培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作、工程實(shí)踐和創(chuàng)新能力。

二、課程培養(yǎng)目標(biāo)

天津市大學(xué)軟件學(xué)院在形成互動探究式教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況，對其進(jìn)行了全面的理論與實(shí)踐相結(jié)合的研究。以物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)知、物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)知識、物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)解析、物聯(lián)網(wǎng)的原理與典型應(yīng)用等知識模塊作為載體，將行業(yè)企業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目案例融入教學(xué)實(shí)踐中，將該課程的課程內(nèi)容與教學(xué)大綱相聯(lián)系，根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)，與未來就業(yè)崗位相聯(lián)系，決定該課程的知識、能力和素質(zhì)的要求：

知識目標(biāo)：了解物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)知識和基本技能，了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)知識與技能在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用；了解物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵設(shè)備的性能特點(diǎn)及集成方法；了解分析、設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序和進(jìn)行軟硬件分析、設(shè)計(jì)的基本知識和技能[1]。

能力目標(biāo)：具備能夠分析周邊物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)，可以按照系統(tǒng)的功能要求自行進(jìn)行簡單的系統(tǒng)設(shè)計(jì)的能力；能夠掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在應(yīng)用開發(fā)及智能控制工程中的應(yīng)用，并能夠使用模擬軟件進(jìn)行軟件和硬件的調(diào)試；有能力進(jìn)行全面的分析和調(diào)試，并對項(xiàng)目進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)與制作。

素質(zhì)目標(biāo)：具有自主學(xué)習(xí)和工作的能力；能夠?qū)蹏髁x與課程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，具有強(qiáng)烈的事業(yè)心和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)；能夠提升個(gè)人溝通、合作與交流的社會能力。

三、“四個(gè)三”教學(xué)模式

該課程的教學(xué)內(nèi)容直接對標(biāo)職業(yè)能力及崗位要求，經(jīng)過多年的先行先試，現(xiàn)已凝練出“四個(gè)三”混合式教學(xué)模式，并已逐漸形成具有天軟特色的教學(xué)體系。

（一）“三引入”的教學(xué)內(nèi)容改革是教學(xué)模式改革的基礎(chǔ)

引入趣味案例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過智能家居、智能樓宇、智慧交通等當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例及沙盤模型，讓學(xué)生們初步體會物聯(lián)網(wǎng)對生活的影響，直觀理解物聯(lián)網(wǎng)的概念。

引入沉浸式教學(xué)模式，讓教學(xué)內(nèi)容由抽象變直觀。憑借校企合作建立的“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的智能倉庫、智慧教室應(yīng)用案例，讓學(xué)生近距離理解物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)，如感知技術(shù)、傳感器技術(shù)等，理解其實(shí)施機(jī)理和應(yīng)用。

采用小組工作法，引入強(qiáng)國精神教育。各小組分工合作完成“未來已來——我的物聯(lián)網(wǎng)生活”項(xiàng)目調(diào)研方案，引導(dǎo)學(xué)生分組調(diào)研設(shè)計(jì)項(xiàng)目，并引導(dǎo)學(xué)生了解國產(chǎn)自主研發(fā)的情況，報(bào)告中要具體列出可國產(chǎn)自主替代部分，增強(qiáng)學(xué)生們的民族自豪感。

（二）“三聯(lián)系”的課堂教育方式是課堂教育改革的有效路徑

充分利用好對標(biāo)崗位與教學(xué)目標(biāo)的聯(lián)系，推動“實(shí)驗(yàn)”教學(xué)向“實(shí)踐”教學(xué)轉(zhuǎn)變。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用實(shí)例，讓學(xué)生們對物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)有一個(gè)全面的認(rèn)識，對其核心技術(shù)有一個(gè)全面的把握，對其使用的各種場景也有一個(gè)比較清晰的認(rèn)識，并逐步掌握相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用能力。

注重教學(xué)內(nèi)容與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用之間的聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)面對真問題，給出真辦法。以賽代練、以賽促學(xué)習(xí)，將“全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)競賽”“互聯(lián)網(wǎng)+大賽”“大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”等競賽的相關(guān)知識融入教學(xué)過程中，激勵同學(xué)們在調(diào)查中融入創(chuàng)造性的元素，以構(gòu)成一個(gè)新的方案，為實(shí)踐教學(xué)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

堅(jiān)持以學(xué)生為中心理念和課程體系建設(shè)的聯(lián)系，構(gòu)建以學(xué)生成果為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)體系。學(xué)生們掌握理論知識后，在具備了調(diào)研設(shè)計(jì)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)能力的基礎(chǔ)上，在導(dǎo)論課結(jié)束后便可以確定一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用項(xiàng)目，在后續(xù)課程中形成連貫性，使學(xué)生可以像游戲闖關(guān)一樣，每學(xué)完一門課，項(xiàng)目就會更加豐滿，大大地提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

（三）重視“三基本”的引導(dǎo)可以讓教學(xué)效果事半功倍

重點(diǎn)介紹物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、基本理論和基本技術(shù)，并對其理論的演繹進(jìn)行簡化。通過角色扮演、成就達(dá)成、能力雷達(dá)等形式，開展游戲化教學(xué)模式。通過布置分組任務(wù)“我的物聯(lián)網(wǎng)新發(fā)現(xiàn)”要求各組在已有的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例中至少提出一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，將學(xué)生分成小組，每組6人，組長由抽簽決定，組長帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)共同進(jìn)行任務(wù)分工，每組自行查閱資料，自行設(shè)計(jì)自己組內(nèi)的產(chǎn)品及技術(shù)功能，由授課教師及其他各組分別對各組產(chǎn)品進(jìn)行打分，分?jǐn)?shù)最高組獲勝。通過學(xué)生自主調(diào)研、自主設(shè)計(jì)，幫助學(xué)生清楚了解物聯(lián)網(wǎng)的起源、發(fā)展、機(jī)遇與挑戰(zhàn)，用自主性的方式讓學(xué)生從等教師教到自己主動地去學(xué)，有助于學(xué)生充分理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，以設(shè)定任務(wù)形式激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新能力。

（四）“三創(chuàng)新”理念為教學(xué)改革提供更多途徑

創(chuàng)新教學(xué)模式，打通線上線下全流程。依托學(xué)院“E起實(shí)踐吧”在線交互平臺，配套了本專業(yè)課程的在線學(xué)習(xí)、作業(yè)、考核等模塊，以便實(shí)時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況；上課之前，教師會將課堂上所講的知識內(nèi)容，以“知識列表”的方式上傳到網(wǎng)絡(luò)上，每個(gè)單元都會有一次考試，讓同學(xué)們按照這個(gè)列表來自學(xué)，然后再做一個(gè)“總結(jié)”，然后再進(jìn)行下一個(gè)單元教學(xué)，以此來提高同學(xué)們的“闖關(guān)”能力，從而提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情。在課堂中，教師會對學(xué)生進(jìn)行課堂上的測試，并展開點(diǎn)撥和分小組的討論，對知識點(diǎn)和重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行歸納。在課中，通過課堂復(fù)盤、實(shí)戰(zhàn)演練等形式，對學(xué)生們存在問題較多的知識點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)練習(xí)，加強(qiáng)知識點(diǎn)的把握和運(yùn)用。課后，通過座談會、調(diào)查問卷等形式進(jìn)行檢驗(yàn)學(xué)習(xí)情況，鞏固和反饋評價(jià)。創(chuàng)新教學(xué)組織形式，翻轉(zhuǎn)課堂效果良好。教師啟發(fā)學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況，每人獨(dú)立完成一份“項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案”，師生共同制定工作任務(wù)計(jì)劃表，項(xiàng)目組成員自行完成角色分配并劃分項(xiàng)目任務(wù)，提前進(jìn)入職場角色。創(chuàng)新課程考核方式，引入多層次評價(jià)體系。教學(xué)評價(jià)貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過程，除教師對學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督、管理，及時(shí)給予總結(jié)和評價(jià)，幫助學(xué)生查漏補(bǔ)缺、鞏固提升外，還加入了學(xué)生間的互評，通過PK形式的“生生互評”起到朋輩互助、共同提升的教學(xué)效果。

四、課程改革創(chuàng)新點(diǎn)

（一）將強(qiáng)國精神融入專業(yè)教學(xué)

在課程教學(xué)實(shí)施過程中，對現(xiàn)有的課程大綱進(jìn)行優(yōu)化，將我國科技發(fā)展的實(shí)例應(yīng)用引入教學(xué)，在提升學(xué)生專業(yè)技術(shù)的同時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生樹立正確的人生觀和發(fā)展觀，并將其設(shè)計(jì)為學(xué)生結(jié)課考核要求，以考代練地綜合提升學(xué)生們的素質(zhì)修養(yǎng)和民族自豪感。例如，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用案例及往屆畢業(yè)生實(shí)訓(xùn)成果，讓學(xué)生們了解無人艇不光可以在環(huán)境監(jiān)測產(chǎn)業(yè)應(yīng)用有好的發(fā)展前景，還在抗洪搶險(xiǎn)和軍事部署中有更為重要的意義，使學(xué)生認(rèn)識到項(xiàng)目組的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、項(xiàng)目研發(fā)都可以對社會發(fā)展、國家興旺起到重要作用。

（二）真實(shí)項(xiàng)目驅(qū)動式教學(xué)

教學(xué)形式采用線上線下混合式授課，線下依托創(chuàng)新技術(shù)實(shí)驗(yàn)室沉浸式體驗(yàn)教學(xué)，以真實(shí)場景和實(shí)際在研項(xiàng)目為驅(qū)動，通過項(xiàng)目和應(yīng)用案例幫助學(xué)生完成技術(shù)點(diǎn)的學(xué)習(xí)[2]；通過線上虛擬仿真平臺，設(shè)置相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，拓展知識的深度和廣度?！皠?chuàng)新項(xiàng)目設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)，由學(xué)生自主選題完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)，將作業(yè)變成“作品”，并鼓勵學(xué)生將“作品”深入研發(fā)、延續(xù)成“產(chǎn)品”，有效地增加了課程的延續(xù)性。

（三）以學(xué)生為中心，翻轉(zhuǎn)課堂

采用翻轉(zhuǎn)課堂，讓學(xué)生成為課堂的主體，課前進(jìn)行預(yù)習(xí)，提出疑問，課中帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)，課后對課堂內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)及完成作業(yè)設(shè)計(jì)。以學(xué)生為中心，增加動手實(shí)踐環(huán)節(jié)的權(quán)重，把教學(xué)內(nèi)容與有關(guān)的競賽進(jìn)行對照，把競賽中的比賽內(nèi)容和創(chuàng)新的需求融合課程標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和興趣[3]。

（四）注重課程評價(jià)

采取項(xiàng)目驗(yàn)收為主，理論考試為輔的考核模式，考核包括課堂互動、討論效果評價(jià)、上機(jī)實(shí)踐評價(jià)、線上學(xué)習(xí)效果評價(jià)、項(xiàng)目實(shí)踐評價(jià)、作業(yè)、項(xiàng)目報(bào)告、考試等。除了教師對學(xué)生的考核評價(jià)外，注重學(xué)生與學(xué)生間的評價(jià)。

五、取得成效

通過對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段的不斷優(yōu)化，學(xué)生對理論知識的理解和實(shí)踐能力顯著提高，具體體現(xiàn)在：課程通過線上線下課程資源部署，使不同理解能力的學(xué)生可以根據(jù)自身情況自主調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)進(jìn)度，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)主動性；課上討論環(huán)節(jié)，主講教師根據(jù)指定主題講解一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品案例，引導(dǎo)學(xué)生通過調(diào)研、查閱資料、思考并撰寫自己的創(chuàng)新項(xiàng)目文檔，最后進(jìn)行項(xiàng)目答辯，對創(chuàng)新思維、綜合素質(zhì)、專業(yè)素質(zhì)的提高有明顯的作用，創(chuàng)新項(xiàng)目具有很強(qiáng)的延續(xù)性；課程結(jié)束后，學(xué)生修改、優(yōu)化創(chuàng)新作品，并根據(jù)后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)逐步開發(fā)、完善作品，進(jìn)而通過參加學(xué)科競賽、創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等方式延續(xù)課程收獲。

課程改革成效明顯，取得的主要成果包括：

本文作者參與完成的《產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)型物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院建設(shè)的探索與實(shí)踐》獲得我國新工科研究與實(shí)踐第二批項(xiàng)目的成功立項(xiàng)；參與完成的《基于產(chǎn)教融合的課程思政建設(shè)工作的探索與實(shí)踐》教改項(xiàng)目獲市教委支持立項(xiàng)，并順利完成結(jié)項(xiàng)驗(yàn)收工作。

2019年9月11日取得《基于無線充電的立體停車庫管理軟件V1.0》計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)，登記號：2019SR944309。參與完成的《產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)型物聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院建設(shè)的探索與實(shí)踐》入選“CIE2021第五屆中國IT教育博鰲論壇產(chǎn)教融合案例”庫，獲“貢獻(xiàn)案例”稱號，作為第一作者撰寫的《基于產(chǎn)教融合的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式創(chuàng)新與探索》入選“CIE2021第五屆中國IT教育博鰲論壇征文”集，榮獲一等優(yōu)秀論文，并發(fā)表于《計(jì)算機(jī)教育》2022年2月10日第2期 ISSN 1672-5913。由本門課程大作業(yè)成果轉(zhuǎn)化的畢業(yè)設(shè)計(jì)《基于Niagara的IBMS系統(tǒng)擴(kuò)容性設(shè)計(jì)》《基于 STM32 的控量取餐系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》《基于STM32的舊物回收柜設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》分別獲評2019屆、2021屆、2022屆市級優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。

本門課教學(xué)改革的成效，已成功吸引多所兄弟院校與企業(yè)前來合作，帶動河北大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等多所高校相關(guān)專業(yè)的教學(xué)改革，開展復(fù)合型軟件人才培養(yǎng)試驗(yàn)，取得了可喜的效果。

六、結(jié)語

綜上所述，天津市大學(xué)軟件學(xué)院在進(jìn)行“物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論”課程的教學(xué)改革過程中，充分遵循物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)規(guī)律，將教學(xué)內(nèi)容緊密對接行業(yè)發(fā)展和崗位人才需求，結(jié)合當(dāng)今學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)，針對人才培養(yǎng)的特點(diǎn)，探索出“四個(gè)三”的教學(xué)方法，以提升學(xué)生各方面學(xué)習(xí)合作能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。在未來的教育中，天津市大學(xué)軟件學(xué)院也將持續(xù)進(jìn)行教學(xué)改革，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)，提升師資團(tuán)隊(duì)教學(xué)能力，增強(qiáng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)際能力，提高學(xué)生實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題與解決問題的能力，為培養(yǎng)具有“天軟特色”的可服務(wù)于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的適用型軟件人才貢獻(xiàn)力量。

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作者簡介：天津市大學(xué)軟件學(xué)院教務(wù)部