探究式教学模式在《物联网通信技术》课程中的应用

史艳翠++郝宇++杨巨成++陈亚瑞

摘 要：物联网行业的发展对学生创新能力提出了更高的要求，而探究式教学模式是培养学生创新能力的有效教学方法。因此，针对现在教学中存在的问题，将探究式教学应用到《物联网通信技术》课程中。根据《物联网通信技术》课程的特点，实施探究式教学，包括问题情境的创建、情境问题的解决、应用与拓展以及评价。通过探究式教学改革，以期提高学生学习的主动性、团队合作精神和创新能力，从而使物联网专业的学生更符合企业的需求。

关键词：探究式教学；教学改革；问题情境；物联网

中图分类号：G642.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.137

1 探究式教学的概述

探究式教学是20世纪50年代由美国著名科学家施瓦布提出的，它以学生为主体，教师则根据教学内容和要求创设问题情境，以问题的发现、探究和解决来激发学习者的求知欲、创造欲和主体意识，培养学习者的创新能力。学生可以通过个人或团队，利用所学知识和现代化的信息工具寻求、探索解决问题的方法。这样，学生从被动接受知识转变为主动地探究问题、解决问题，从而调动学生学习的积极性、主动性，培养团队合作精神和创新能力。

探究式教学在中小学和高职教学改革中应用得比较多，在历史、数学、英语、体育等课程的教学改革中都有应用。随着智能终端的发展，大学生上课的注意力逐渐被分散，上课看视频、听音乐、玩游戏的现象非常普遍。另外，随着大学生就业压力的增大，国家鼓励提高大学生的创新创业能力。因此，为了吸引高校大学生的课堂注意力，提高学习的主动性、团队合作精神和创新能力，近几年，探究式教学也被应用到高校教学改革中。例如，史振華将探究式教学应用到《网络设备配置技术》课程中。课程改革的实际情况说明，探究式教学有利于培养学生学习的主动性、团队协作和创新精神。王树锋等人则对基于大数据的数据库课程的探究式教学方法进行了研究；杨月华则结合具体的Java EE企业应用开发课程研究了探究式教学法在实践课程中的应用。

2 《物联网通信技术》课程教改的必要性

物联网专业的培养目标之一就是自主创新能力明显增强，攻克一批核心关键技术。物联网专业作为一个处于摸索阶段的新兴专业，其教学方式也处于摸索阶段。《物联网通信技术》课程包括理论教学和实验教学。现在的理论教学借鉴了计算机类其他专业的教学方式，即教师讲授为主，学生被动接受。由于《物联网通信技术》课程包括的知识点多、涉及面广，学生容易混淆所学内容；由于教学方式单一，学生很容易失去学习兴趣。而实验课程既有程序调试，又有硬件操作，现有的教授形式多是教师直接将代码给学生，然后连接硬件设备，调试程序，观察结果。这样做，学生可能完全不了解代码的含义，只是简单地运行、调试，收获甚微。

受篇幅的限制，《物联网通信技术》的教材上只给出了常见的应用领域，例如智能交通、智能医疗、智能家居、智能农业等，没有也未能涵盖物联网涉及到的其他领域。这些未知领域也正是物联网专业需要探索和开拓的部分。因此，培养学生学习的主动性和创新能力是《物联网通信技术》课程教学改革的目标。而探究式教学就是以学生为主体，教师为主导，侧重培养学生的学习主动性、团队合作精神和创新能力。这正符合《物联网通信技术》课程教学改革的需求。借鉴现有的研究成果，本文简要研究了探究式教学在《物联网通信技术》课程中的应用。

3 探究式教学的实施

实施探究式教学的步骤如下。

3.1 创建问题情境

问题情境的创建是实施探究式教学的第一步，也是最关键的一步。问题情境创建的合理度直接影响了探究式教学实施的结果。当前，物联网的主体网络包括计算机网络、移动通信网、固定电话网和传感器网络，它们彼此交织、相互连接。因此，将《物联网通信技术》课程内容设置为对应的4个问题情境，即计算机网络中的通信、移动通信网中的通信、固定电话网中的通信和传感器网络中的通信。这4个问题情境还包括网络中使用的传输介质、协议、拓扑结构、调制技术和与外网的连接技术等多个小知识点。

教师根据课程中需要学生重点掌握的知识点来创建问题。情境问题需要具有开放性、探究性，且难易适中，解决问题的方案可以有多种。学生通过已有的基础知识、网络或与其他同学交流最终能够掌握解决问题的方法。为了提高学生的学习动力，教师可以通过成绩或其他奖励的方式激励学生。

3.2 情境问题的解决

不管是在哪个领域，最简单的通信都会涉及到信息的发送方和接收方，在多跳通信中还会涉及到信息的转发，例如在计算机网络中，需要通过集线器、交换机或者路由器转发信息，在移动通信网中需要基站转发信息。因此，在“物联网通信技术”课程的教学中，团队合作是有必要的。为了提高学生的学习效率，分组采用自愿结合的方式，在特殊情况下，可以允许一组只有一个学生。每组成员的数量需要根据设置的问题不同而变化，例如，在计算机网络中实现TCP或UDP通信时，只涉及发送端和接收端，因此，每组只需要2个学生；在无线传感器网络中，为了将传感器采集的数据传送出去，并且消耗的能量最少，必须采用多跳通信技术，因此，需要有中间节点起到转发的作用，这时每组最少需要3个学生。在完成教师布置的任务时，组内自由分工，每个成员按照分工完成指定的任务。在分工时，要保证每个成员都要完成部分工作，防止出现整个任务是由组内个别成员或部分成员完成的情况。

在问题或任务完成的过程中，学生可能会遇到各种各样的问题，教师则可以采用以下3个方法引导学生解决：①组织已解决问题的学生分享经验方法，以此启发其他同学。这样做，不仅可以使已解决问题的学生加深对已掌握知识的理解，还可以提高自身的成就感和自信心。②依托当前信息资源共享的时代特征，引导学生利用网络资源探索解决途径，而后交流汇报。③对于学生无法解决的问题，教师只需给出指导意见或解决问题的方法。例如，在实验过程中，仿真器可能由于某些原因无法工作，这时，教师可以告诉学生通过修复使仿真器重新工作，但学生需要自己去寻求修复的办法。

3.3 应用和拓展

学生掌握了知识、技能和方法后，还需要对其进行巩固、应用和合理的拓展。教师可以鼓励并指导学生参加一些国家或者学校举行的比赛。学校每年都会举办大学生挑战杯大赛，难度不大，而且与学生学习的知识比较相关。学生可以自愿结队，在教师的指导下选择参赛的题目，在完成任务的过程中，当遇到无法解决的问题时，可以咨询指导老师或者请教其他同学。针对物理网工程专业的学生，从2013年开始，举办了全国高校物联网应用创新大赛；2015年，举办了首届“互联网+”大学生创新创业大赛。这些比赛都非常适合物联网工程专业的学生。学生可以拓展自己的想象力和创新能力，将已经掌握的《物联网通信技术》课程的知识应用到具体领域。例如，对啤酒发酵过程的无线监控、空调的远程控制等。另一方面，这些比赛会以奖金或荣誉证书的形式奖励优秀的同学，这不仅让学生有了成就感和荣誉感，而且在他们毕业找工作时会增加一些优势。因此，这些奖励增加了学生参赛的动力和热情。

在比赛时，通过交流，学生能了解其他团队的研究成果，掌握更多物联网的应用。通过参加比赛，学生可以了解国家在物联网应用上新的研究方向，增加与其他学校的学生交流的机会。另外，参加比赛能够大大提高学生的自主学习能力、责任心和创新能力，从而进一步提高《物联网通信技术》课程教学改革的成效。

3.4 评价

对学生完成的任务或问题质量的评价，主要是通过学生的学习成绩体现出来的。《物联网通信技术》课程的成绩组成包括三部分，即平时成绩、实验成绩和期末成绩。

平时成绩是根据教师课堂上布置的任务或问题提交的纸质作业所获得的成绩，占总成绩的20%.平时成绩既要与《物联网通信技术》课程的知识紧密相关，又要与实际应用结合，从而提高学生探究问题的兴趣。例如，当网络带宽为100 Mb/s时，学生在宿舍使用有线和无线2种方式接入互联网时，最高的网速分别能达到多少？手机及时注销后，盗窃者无法使用的原理是什么？

实验成绩是根据学生的答辩结果给出的，占总成绩的20%.学生需要讲解解决问题的思路、代码、遇到的问题。其他学生在听取汇报时，既可以了解完成相同任务时其他同学的思路，也可以掌握由于分工不同而未实现的功能或任务的解决方法。例如，在完成2个传感器节点之间的通信时，一个学生负责发送端，包括从键盘读取数据、选择信道、设置发射功率等任务，而另一个学生只负责接收端，即对接收信息的显示。通过答辩，完成发送端任务的学生可以掌握接收端的实现方法，同样，完成接收端任务的学生可以掌握发送端的实现方法。

期末成绩是期末考试试卷的成绩，占总成绩的60%.教学改革是为了提高学生学习的团队合作精神和创新能力，因此，卷面成绩占的比例越来越少。期末考试采用开卷考试的形式，考试内容要与实际情况相结合，且具有开放性，不设置标准答案，只设计参考答案。例如，在沙漠中布置使用Zigbee协议的无线传感器网络来监测温度的变化时，如何合理选择节点设备、网关设备和网关的接入方式？考试时，学生选做部分试题，例如，设计题包含8个问题，学生可以选做其中的4个。

4 总结

根据物联网专业的培养目标和社会发展需要，本文主要研究了探究式教学模式在《物联网通信技术》课程中的应用，主要涉及问题情境的创建、情境问题的解决、应用与拓展和评价四方面的教学设计。通过问题探究式的教学改革，可以使课程培养目标朝着创新型、主动型、合作型方面进行有益的探索。另外，本文的研究成果对物联网工程专业其他课程的教学有较大的借鉴意义。

参考文献

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〔编辑：白洁〕