应用型本科物联网导论课程教学改革与实践

潘俊虹，余文森

（武夷学院 数学与计算机学院，福建 武夷山354300）

物联网是指通过全面感知、可靠信息传输和智能信息处理，形成物物相联、人物相联的一种智能信息服务系统，是信息化发展的新阶段。近年来，为了适应物联网技术发展需求，各大专院校相继开设了物联网工程专业。物联网技术涵盖了传感器、网络、通信、计算机、中间件、自动化、嵌入式、互联网等众多技术领域，涉及的行业更是繁多，产品应用多种多样，渗透到生产生活各个角落[1]。这些新的专业属性决定了该专业在人才培养定位、专业课程设置以及教学方式方法上都不能照搬现有专业教学模式。

《物联网导论》作为物联网工程专业的基础课，其主要目的是要学生了解物联网基本概念、典型应用，并在此基础上了解物联网的体系结构和关键技术，明确所设各专业课的意义与内在关系，激发学生的专业兴趣，使其能够形成对“物联网工程”基本模型和基本问题初步和宏观认知，为后续专业课程的学习打下坚实的基础[2]。作为一门专业启蒙课程，《物联网导论》在专业课程体系中具有重要意义。

1 《物联网导论》教学现状分析

首先是学生方面。物联网工程专业是一门全新的专业，新入学的学生没有任何物联网相关的概念，可参考资料也极少，入学后几乎是一张白纸，许多同学问得最多的问题便是“这个专业到底学的是什么？”。

其次是师资结构方面。物联网工程专业是新设专业，之前并没有专门从事此方面教学研究的专业教师。众多高校的物联网工程专业其实都脱胎于原来的计算机或者电子类相关专业。许多从事物联网专业教学的教师都由计算机、电子通信类专业转型而来，这就使得教师在把握物联网整体概念和体系结构，以及综合知识方面往往显得捉襟见肘。

再者是《物联网导论》课程内容构成。物联网涉及计算机、微电子、RFID、传感器技术、嵌入式技术、网络构建、数据存储、大数据、云计算机、信息系统安全等众多领域和学科方向。许多教材只是简单地将这些知识点堆砌在一起，没有一条清晰的脉络[3]。导论课程通常是以物联的层级架构展开讲解，但是由于内容繁杂，包罗万象，如果没有详略取舍的话，很容易给学生造成困惑和迷惘，无法正确认识物联网专业的性质，给后续专业的学习造成极大的心理压力。

第四是教学方式。物联网工程是既有理论，实践性又很强的专业。且由于实践教学资源有限，现有教学方式都比较单一，通常是使用多媒体课堂演示教学为主，以教师为中心，学生成为被动接受者。再加上该门课程涉及的知识面宽广，由于缺乏基础，一味地填鸭式教学，往往会给学生造成学习压力，从而产生厌学情绪。单一的讲授式教学也无法适应物联网多学科交叉，和行业密切联系的专业特性[4]。

最后是考核评价方式。当前的《物联网导论》课程多数采用传统的课程考核评价方式，例如我校导论课程综合成绩由平时成绩和期末考试成绩各占一定比例构成。平时成绩主要包含出勤、作业等构成占综合成绩比例占40%；期末采用闭卷考试，考试成绩占综合成绩比例60%。这种一考定定成绩的方法，往往会造成考前突袭，且由于导论课程知识繁杂，多数学生都是死记硬背，虽然这种考核方式简单，但却无法科学合理地评价一个学生对物联网工程的认知程度。

2 《物联网导论》教学改革实践

针对上文所述的《物联网导论》课程教学所面临的一些问题，武夷学院（以下简称我校）依据学校应用型本科定位，通过两年的教学实践摸索，在师资构建、课程内容优化、教学方式和教学资源改进以及考核评价方式改进等方面做了一些尝试，并取得良好的教学效果。

2.1 积极转换教师角色，提升教师队伍综合素质

对于一门课程而言，最关键的莫过于任课教师。任课教师负责课堂组织、讲授、实验指导等各项具体工作。教师的素质直接决定了教学效果。由于《物联网导论》任课教师多从相关专业转型而来，教师对物联概念和体系结构以及各层的关键技术了解并不是很充分。针对这一问题，我校的做法主要从三个方面入手：

首先是分批送老师去较早办物联网专业的老本科院校和各大公司组织的短期培训班进修学习，让老师学习他们先进的办学经验，了解和学习物联网体系结构和关键技术。

其次是专业教师每周组织例会，集中讨论学习物联网方面的知识，每次由一位老师负责讲解学习内容，其他老师参与讨论，共同学习进步。这样就迫使教师要不断自我学习提高。

再者是积极倡导“双师双能”型教师，我校利用节假日组织教师参与校企合作，鼓励教师进入合作企业挂职学习，提升理论水平同时也加强动手能力。不定期组织教师赴物联网发展迅速的长三角和珠三角一带参与业界研讨会交流学习。目前我校物联网工程专业“双师双能型”教师比例已经超过70%，为专业课教学奠定强有力的师资基础。

2.2 优化教学内容，厘清教学主线

新生中很多对计算机的基本结构还不了解，一些基本专业术语如客户端、协议等也没有具体概念，在讲述RFID、互联网、数据库等章节时，学生基本是一头雾水，而这些知识是计算机的基础内容，由于我校物联网专业不设“计算机基础”课程，笔者在教学中适当增加计算机基础知识，及时针对学生学习情况，对教学内容进行调整，补充计算机等专业的基础内容，最大程度排除学生的困惑。

如前所述，现在的《物联网导论》教材基本是将多学科知识进行笼统的堆砌，然而我们教学大纲必须按照学校的定位和专业设定的养目标，对教学内容进行整体的优化。我校的定位是“应用型本科”，专业的培养目标也定位在培养能够分析物联网应用需求，能设计、实现和维护物联网应用系统且具有一定创新能力的技能型人才。因此，应用能力必须摆放在第一位。《物联网导论》应该遵循“全局指导局部、以点带面”的方针构建基本知识框架，既强调基础知识，又注重技术应用。对各个章节内容，尤其是原理性的内容要尽量删减，着重通用知识的介绍和功能应用的讲解，逐步形成物联网概念、物联网组成部分与相关技术再到物联网实际应用这条贯穿《物联网导论》课程的教学主线，避免陷入内容大杂烩的误区[5]。

以“传感器网络”这节为例，对于传感器的基本原理以及网络协议往往使人觉得枯燥无味难以理解，如果过分强调这方面的内容，则容易给学生造成很大的压力。这时要将重点转移到具体的应用，通过实际操作提高学生认知能力，利用实验让学生先掌握传感器的应用，让学生亲自动手进行无线网络的组网、路由的配置等，然后再导入物联网的传感器和网络构建的概念，学生的思路更清晰，学习的积极性也会更高。

2.3 转变教学方式，活跃课堂教学

（1）上好新生的第一堂课程

从笔者多年的教学经验来看，一门课程的第一堂课尤其重要。上好第一堂课，不仅能明确学生的本门课程学习目标，还能激发学生的专业兴趣，对于后续专业的学习往往能起到意想不到的效果。

学生入学伊始，对新专业往往充满好奇，我们必须在专业的起步阶段进行很好的引导，让学生顺利跨进专业学习的大门。对于《物联网导论》来说，我们做法是第一课并不着急讲授课程内容，而是先给学生看一个具体的物联网应用[6]。比如，向学生展示一套无线控制的照明灯具，并且让学生亲自动手进行操作。然后将这套无线控制系统的结构进行大致剖析，逐渐引入物联网应用的整体框架组成，各部分主要功能，一步步地在学生的脑海当中建立的物联网的初步认知。俗话说：“百闻不如一见”，通过这种方式近距离了解物联网的应用，直观感受能够让学生较深刻和迅速地建立起物联网的相关概念。

（2）优化课堂教学方式

按照建构主义学习观点，知识不是靠老师传授的，而是学习者在一定情境下通过其他人（教师或者学习伙伴）的帮助，利用必要的学习资料，通过意义建构的方式获得[7]。因此，在教学过程中必须转变以“教师为中心”为以“学生为中心”的教学方式。比如在讲解“GPS定位”时，课前先由教师布置好任务，分给各个小组（3-5人组成），课堂上先有教师讲解一些基本知识，随后由各小组讨论，把自己关于“GPS定位”搜集的信息进行现场讲解分享，并有其他小组给其打分，构成平时成绩的一部分，最后由老师进行点评，通过这种课堂翻转的方式，活跃了教学氛围，也激发学生的学习兴趣，提升了教学效果。

（3）注重互联网、电子互动在教学中的应用

在讲解社交网络的时候，结合诸如微信、QQ、微博应用，讨论的氛围很容易带动起来。在讲解大数据、云计算章节的时候，可以介绍百度云盘、360云盘、华为网盘等云计算的产品，让学生领略云计算的风采。

物联网学科很多研究方向和技术领域与当今最前沿的信息产业紧密相关，教材的内容通常都会滞后物联网发展一段时间。教师需及时把最新的物联网技术信息引入教学当中。通过建立QQ、微信群等流行的交互平台，既可以弥补课堂教学不足，又可以分享当下最前沿物联网技术和最新应用，拓展学生视野。贴近生活的最新技术能够很好地激起学生的学习兴趣。

2.4 改进教学资源，优化教学环境

对于初办的物联网工程专业来说，教学资源尤其实践教学资源匮乏是一大难题。实践教学资源的构建需要学校给予资金和设备方面的支持。我校通过以下三个方面优化实践教学资源：

一是专业实训室建设。两年来，我校根据专业的方向定位并结合地方产业特色，构建了“智慧农业”和“智慧城镇”两个方向专业实训室[8]。《物联网导论》实验课将学生进行3～5人一组分组教学。例如对于“智慧农业”实训系统，首先由老师进行讲解，然后学生分组进行简单、初级的组装和调试，教师随时指导。

二是组织或者参与物联网相关竞赛。在实验教学课中设立物联网系统组装调试竞赛环节，或者参加课外应用创新竞赛等方式提升学生的动手和创新能力。

三是校企合作开发实践教学资源。我校通过与福建光速达公司合作，建设了智能家居实验室，让学生有更多机会接触实际应用，培养真实案例的感知和初步动手实践的能力。以物联网企业为依托，通过引入业界工程师进入课堂，联合企业开发综合实践教学平台等措施提升实践教学资源深度。

2.5 建立综合考核评价体系

放弃期末统一闭卷笔试的考核方式。课程的综合成绩按照理论成绩50%+实践成绩40%+出勤成绩10%确定。理论成绩由平时课堂讨论成绩和期末论文两部分组成，比例各占50%。其中，平时讨论成绩在现场小组互相打分，教师再互评成绩进行审核，多次讨论取其平均成绩。期末论文需要每位学生提交一份正式论文，教师从运用知识的能力、分析问题的能力和论文的综合写作能力等多个角度对论文的质量进行综合性评价。实践教学部分主要考核学生的组装调试能力，多次实验取其平均成绩确定；此外若学生有参加竞赛，按照获奖情况酌情加分。出勤成绩按照考勤情况给出。

通过以上系统的考核方式，排除了一考定成绩的现象，较为准确地反应出学生的综合能力和真实水平。

3 《物联网导论》导论教学改革成效分析

通过两年的努力，取得改革成效主要体现在以下三个方面：首先在师资方面，经过一系列的进修、培训学习以及教师之间的传帮带，《物联网导论》课程从由个别教师担任主讲到现在已经形成3人的固定教学团队，为课程教学提供强有力的师资保障。其次是通过课程内容的优化以及从以教师为中心到以学生为中心开放式教学的转变，显著活跃了课堂氛围，提高了学生们的主动性和知识吸收效率。据笔者粗略统计，学生活跃度（活跃学生数/班级总人数）从改变教学方式前的10%左右提高到了50%以上。第三是新的实践资源的构建和实践环节的优化，从一开始仅仅是基础的计算机操作，到现在囊括了物联网全过程实操训练，不仅增加了物联网体系概念认知，也提高了动手能力。而且得到一定实践锻炼的同学参加各种竞赛活动的积极性也显著提高，为以应用为导向教学打下良好基础。第四是考核方式转变使得考核学生更加全面合理，最初主要由期末笔试一考定成绩的方式造成大多数学生只会死记硬背、概念理解不清晰、动手能力差的现象得到好转，班级及格率也从93.2%提高到97.9%。

4 结束语

《物联网导论》是物联网工程专业的入门基础课，由于其内容交叉繁杂的特点，如何让学生建立起物联网体系概念，了解其基本技术，对于物联网建立其较为全面系统的认知是目前教学难点所在。教学过程中，需要不断摸索和总结，积极探索新的教学模式，逐步改善教学效果。笔者从应用型本科教学实际出发，对《物联网导论》教学面所面临的问题进行了剖析，通过对应用为导向的课程教学主线的把握，注重学生的动手能力和创新能力的培养，对课程教学模式进行了有益的尝试，收到预期教学效果，对于《物联网导论》课程教学有一定借鉴意义。

[1]郭亚军，王亮，王彩梅.物联网基础[M].北京：清华大学出版社，2013：1.

[2]卫兵，刘乐群，潘洁珠，等.当前物联网导论在应用型本科教学中存在问题的思考与改革[J].合肥师范学院学报，2014，32(3)：88-89.

[3]王敏,张捐净.物联网导论课程实践教学探索[J].安阳工学院学报，2014(6)：93-95.

[4]赵翠芹,黄星寿.基于网络资源的物联网工程导论课程教学改革[J].软件导刊，2016,15(9)：193-194.

[5]张会芝.物联网专业导论课程的教学研究与实践[J].教育与教学研究，2016,258(9)：54-56.

[6]喻恒.应用型本科教学下的物联网导论课程研究[J].信息与电脑，2015(6)：109-110.

[7]陈连军.建构主义理论视角下引导互动式教学模式的探讨[J].黑龙江高教研究,2014(4)：150-152.

[8]余文森，郭磊.应用创新型物联网人才培养实践教学体系研究[J].武夷学院学报,2016,35(9)：99-103.