面向多层次学生《物联网概论》课程的模块化教学设计

周新丽+李萌

摘 要：物联网专业是高等学校的战略性新兴专业，很多高校都开设了《物联网概论》的课程。文章在分析了现有高校开设《物联网概论》课程的情况下，提出了面向不同层次学生开设该课程时可以采用模块化的混合教学模式，同时分析了不同层次学生学习该课程的目的和相应的教学内容，设计了课程模块的框架，提出了面授+网络的混合教学模式，并对开展《物联网概论》这一新兴课程的教学进行了有益探索。

关键词：混合教学；物联网概论；传感器；有益探索

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2015）07-0-02

0 引 言

在互联网大规模应用的基础上，无线通信、控制和感知、识别等技术快速发展，当电网、铁路、桥梁、大坝、汽车、家居等物理实体嵌入了传感器，信息技术将构成人与物、物与物之间的互联网，这就是物联网（IoT）技术。

1 物联网专业和<物联网概论>课程开设情况

2011年，教育部审批设置的高等学校战略性新兴产业本科专业中有“物联网工程”、“传感网技术”和“智能电网信息工程”三个与物联网技术相关的专业。作为国家倡导的新兴战略性产业，物联网成为700多家高校争相申请的一个新专业。目前已经有哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、北京邮电大学、北京理工大学等超过37所211院校开设了物联网专业。很多高校也开设了《物联网概论》的课程。本文重点探讨了《物联网概论》课程目前开设的状况和存在的不足，并进行了多层次模块化课程设计。

目前，《物联网概论》课程的讲授方法大概分为两种：

（1）从物联网的应用层次讲授，在介绍了物联网的发展和概念后，介绍感知层、网络层关键技术理论后，着重从应用角度谈智能家居、智能农业、智能医疗、智慧城市等。这种讲授方法适合向非专业学生概况性的介绍新兴技术。但由于很多高校不能及时跟踪新技术的发展而建立相应的实训教学体系，课程往往由于无法给学生提供有效地实际感知而流于泛泛的内容介绍，难有吸引力和针对性，不能达到教学目的。

（2）从物联网的关键技术方面逐点讲授，例如RFID射频识别、传感器、网络信道、MAC层协议、路由协议等介绍。这种讲授方法适合有通信、网络专业基础的学生学习，充分了解物联网涉及的各方面理论基础。这种教学方法的缺点是知识点过于松散，学生无法形成集成的学习框架。

这两种讲授方法均自成体系，但也存在着共性的缺点，表现为：①过于理论化和层面化，学生无法深入的理解物联网的层次和开发应用；②针对性和适应性较差，不能满足多层次学生的个性化学习需求；③内容过于固化，对技术的快速迭代和新技术的反应迟缓，不能有效融合互联网发展生态，激发创新应用能力。

笔者在参与学校物联网实验教学平台建设的工作中，接触了众多物联网实验设备商和社会应用型培训机构，其中典型代表如北京华清远见物联网学院等。实践表明，社会物联网方面的培训更关注嵌入式的开发和应用系统的研发，恰是高校培训所欠缺的一部分。物联网是一个新兴的专业体系与课程体系，急需形成一种创新的教学理论和实践体系。同时，物联网课程又是一个对科学、技术进行普适性教育的产物，面对不同专业学生，课程的开发将有效促进学科与专业的建设。因此，充分利用互联网生态环境，构建线上线下结合的混合式、模块化课程教学体系，是确保课程的开放性、时效性和体系化，并满足多层次学生个性化学习需求的创新手段。

2 多层次模块化课程设计

物联网是一个新兴的专业体系与课程体系，急需形成一种创新的教学理论和实践体系。同时物联网课程又是一个对科学、技术进行普适性教育的产物，面对不同专业学生课程的开发，将有效促进学科与专业的建设。

2.1 多层次的设计

每个学校在开设《物联网概论》课程时，面对的学生专业背景、层次、教学目标都是不一样的，学生的个性化需求也不相同。通过调研和教学实践，作者认为应将学生分为4个层次：

（1）文科或无相关专业背景的学生，这类学生学习《物联网概论》的主要目的是将新兴技术和本领域进行结合，如车联网、智能农业、智能物流等。面对这些学生，宜广不宜深，尤其是能有沙盘等实训系统的实践课程最好。

（2）有理工科背景，学习过无线通信、RFID、网络协议、传感技术等课程，理论基础雄厚、但不以开发为教学目标的，主要是电子、通信和自动化等相关学科专业的学生。教学目标定位在系统地掌握物联网技术领域的基本理论与基本知识、物联网体系结构、物联网感知与标识的基本理论与技术、物联网信息处理技术和物联网安全技术等专业知识。

（3）有计算机学科背景，学习过无线通信、网络协议、程序开发、嵌入式开发等课程，以能设计物联网系统模型为目的的。教学目标定位在掌握物联网系统的软硬件设计和开发能力，具备在物联网系统及其应用方面进行综合研究、开发和集成的能力。

（4）计划参加物联网设计比赛或有理工科背景的研究生，主要目的是做出有创新性的系统。这类学生要求知识学习全面，深度学习，最好能学校和公司结合进行实训。

2.2 模块化设计

通过对各高校开设《物联网概论》的学生情况进行分析后，我们的模块化设计分为3个大的模块，每个模块也可以再细分。表1所列是《物联网概论》的模块体系。

表1 《物联网概论》模块体系

内容 适用学生

概述性通识模块 物联网的由来、定义、发展、层次、主要涉及技术、领域 （1）（2）（3）（4）

专业技术模块 传感器技术、RFID技术、阅读器、天线与中间件、信息安全、网络协议、无线通信技术、云计算、数据融合 （2）（3）（4）

各领域内应用模块 智能电网、家居、物流、智能交通、环境监测、智慧城市等 （1）（4）

其中，专业技术模块又可以细化，具体如图1所示。

3 基于互联网资源与环境开展混合式教学

《物联网概论》是一门具有典型互联网基因特点的课程，单一的、传统课堂教学模式更多关注教材以及老师遴选的固化知识，枯燥、僵化，难以及时融合新技术发展趋势及应用，不能最大限度地激发学生的学习兴趣，帮助学生建立内容与应用之间的联系，导致学生难以全面建构理解知识。同时，教师也很难做到同时满足班级内不同层次学生的求知需求，学生也不大可能按自己的步调安排学习。利用互联网环境及已有的学习资源实施教学活动，不但可以实现最优化的教学资源共享，同时还可极大地促进学生自主学习能力的提高。笔者认为应在模块化知识体系的基础上，构建课堂教学与网络教学相结合的混合式教学模式。基于对学生层次和知识模块的分析，把所有模块的理论和实践部分均设立网络课程模块，固定的知识点以在线学习或课堂讲授为主，研究型的专题知识则需要线上线下的互动来达到最终的教学目标。

图1 《物联网概论》专业技术模块细化图

以讲授传感器技术模块为例，可在学校的网络教学平台上先上传课程的PPT、大纲、辅助材料和教学录像，由网络教学平台记录学生学习的情况，并保留学生的问题，教师在网上统一回复问题后，宣布实验课时间地点。以使不同层次的学生都可以学习网络课程，然后自由选择是否学习面授实验课程。表2所列是《传感器技术》的理论教学和实验教学内容。

表2 《传感器技术》理论教学和实验教学内容

理

论

课

内

容 传感器概述

1.1 传感器的概念

1.2 传感器特性

第2节 常用传感器原理及应用简介

2.1 霍尔传感器

2.2 测距传感器

2.3 气体传感器

2.4 仿生传感器

2.5 火焰传感器

2.6 光线传感器

2.7 温湿度传感器

2.8 医学传感器

2.9 压力传感器

2.10 传感器标定和校准

第3节（选学）传感器技术实验中的信号检测电路

3.1 检测电路形式

3.2 常用电路

3.3 传感器和微型计算机的连接

第4节 传感器实验数据处理

4.1 改善传感器性能的技术途径

4.2 传感器实验数据处理方法 网络学习：

按知识点模块自主学习，知识点后有题目测试，答题正确才能进入下面的学习，全部学完才会得到对应的分数

推荐学生了解互联网上相关资源和最新动态。引导学生比较和分析

线下课堂教学与研讨

根据学生的兴趣点组织深入研讨，促进知识内化和应用

实

验

部

分 温湿度传感器、压力传感器、光线传感器、火焰传感器、气体传感器、

测距传感器、霍尔传感器等，包括实验平台、电路图、源代码的编写与调试的讲解（使用华清远见公司的物联网教学开发板 FS_11C14） 选学、面授、现场实训相结合

4 结 语

物联网涉及的学科多，因此，在构建物联网知识体系与培养学生能力时，不能片面的追求全、广、 深，要充分考虑学生的层次和发展，要利用新的教学方式和教学方法，分层次和模块化的进行教学。

参考文献

[1]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010（21）：27.

[2]教育部高等学校计算机科学与技术教学指导委员会.高等学校计算机科学与技术计算机科学与技术专业公共核心知识体系与课程[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]沈苏彬，范曲立.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2009，29（6）：1-11.

[4]姜玉红，颜华.“物联网概论”课程教学研究与实践[J].西南农业大学学报（社会科学版），2014（3）：206-208.