“物联网技术概论”课程的教学改革与探索

王恩亮，李文谨

（安徽新华学院 电子通信工程学院，安徽 合肥230088）

物联网是继计算机、互联网和移动通信之后的又一次信息产业的革命性发展，已被正式列为国家重点发展的战略性新兴产业之一，说明了国家对物联网经济的重视和人才培养的迫切性［1］。基于未来对物联网技术人才的需求，很多高校开设了物联网工程专业，该专业是教育部允许高校增设新专业后，高校申请最多的专业之一。物联网涉及领域广泛，与高校现有专业如通信工程、电子信息工程、计算机科学与技术、自动化等有着密切的联系［2］。随着新一代信息技术的发展，越来越多的企业将目光投向先进的物联网技术，各高校也正式建立符合自身特色的物联网专业课程体系。物联网专业作为新兴专业，目前处于探索阶段，没有很好的经验可以借鉴。一方面学科建设不成熟、课程体系有待完善，教师队伍大都从相关交叉学科转型而来，师资力量相对匮乏［3］。另一方面很多高校的物联网专业实验室建设也明显落后于专业的招生规模，导致学生理论知识与实践环节相脱节。掌握物联网基础知识和基本概念是学习物联网相关专业知识的前提，“物联网技术概论”课程作为物联网专业必须掌握的基础课程，也是学生的专业启蒙课程，为后续专业课程的学习提供理论基础。

一、物联网专业人才培养方面的作用及教学中存在的问题

（一）在物联网专业人才培养方面的作用

“物联网技术概论”课程是物联网工程专业的先导性课程，课程的学习对学生认识专业、深入理解专业、学好专业有着深刻的意义。通过该课程的学习，学生需要掌握物联网技术的基本原理和概念，熟悉物联网的基本组成，了解物联网的背景、发展，掌握关键技术及应用，为后续学习物联网专业核心课程建立体系架构和深入学习物联网关键技术打下重要基础［4］。

在强调理论的同时，注重培养学生养成一定的学习方法，提高自身的适应能力和团队协作能力。随着知识的不断更新，技术的进步，为物联网新技术的发展带来了各种机遇。因此该课程的教学还应注重培养学生学习新鲜事物的兴趣，调动学生的学习激情，让学生在学习理论的同时，能够深入了解物联网大规模的商业应用模式，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的创意思维和创新创业能力［5］。该课程在整个物联网工程专业的人才培养方案和课程体系中占有重要地位和作用。

（二）教学中存在的问题

开设“物联网技术概论”课程，是为了让学生在专业开始阶段就能从整体上把握物联网的网络体系架构及相关关键技术，对物联网专业的知识体系有一个整体、全面而清晰的认识，为后续其他课程的学习奠定良好的基础，使学生具备运用物联网理论分析、解决问题的能力，为将来从事物联网或相关领域的技术开发、产品设计与生产奠定一定的基础和实践能力［6］。

在课程的教学过程中笔者发现存在着一些问题：第一，课程内容多，知识面广，学习难度大。“物联网技术概论”课程教学内容涵盖了物联网工程专业后续课程的主要知识点，包括射频识别技术、传感器技术、无线传感器技术、MTM、物联网安全、云计算、大数据、智能处理等，涉及的知识面广，内容多而复杂。作为物联网专业概论性质的课程，高校大多在培养方案中安排的课时为32学时，因课时有限而内容多，这给教与学都带来了较大的困难和挑战。第二，学生知识储备不足。“物联网技术概论”课程普遍开设在第一学年第二学期，大一学生计算机网络、电路等知识体系并不完备，由于学生知识储备不够，想要深入学懂、弄通该门课程较为困难，这也严重地打击了学生的学习积极性。第三，缺乏学习兴趣。物联网是近几年发展起来的新产业，物联网工程专业是新专业，学生在入学前对该专业具体学习内容，将来会从事工作等认识不够。仅有少数学生是对新技术、新知识有着好奇心，大部分的学生都对物联网的内容了解较少，因此缺乏学习兴趣，学习热情不足。针对这些问题，笔者对“物联网技术概论”课程进行教学改革，目标是调动学生学习的兴趣，引导学生培养自主学习的积极态度，拓宽学生的知识面，在充分传授物联网理论知识的同时，注重应用能力和创新能力的培养，为学生今后从事物联网的相关工作和学生自主创新创业打下坚实的基础。

二、“物联网技术概论”课程的教学改革

（一）建立物联网教学内容的层次化概念模型

物联网是多学科的交叉，本身结构复杂，且物联网的应用非常广泛，面向物联网实际应用建立一个可靠而完备的知识体系是较困难的。针对学生应用能力和创新创业能力的培养，结合“物联网技术概论”课程课时短、内容多的特点，建立物联网的层次化概念模型，在教学中分感知层、网络传输层和应用层的三层次讲解，每个层次选取若干关键技术进行分析，侧重物联网的实际应用。感知层承载着信息采集，介绍一些主流的传感器、RFID技术、二维码技术、WSN和嵌入式系统；网络传输层承载着信息的传输，主要介绍移动网、无线网、互联网等和MTM技术相关知识；应用层主要体现智能处理的作用，重点阐述云计算、智能处理、物联网技术安全及软件相关知识。此外，还可介绍一些典型的物联网的场景和应用案例，如物联网智能家居、智能农业和智能公交等。“物联网技术概论”教学内容架构，如图1。

图1 “物联网技术概论”教学内容架构

（二）打破传统教学模式，推进“探究式-分享式”课堂教学新模式

教师是课程的供给者，学生是课程的接受者，但学生不能盲目接受知识，更要主动参与学习，养成自学、自我重构和创新知识的能力。改变传统的教师讲、学生听的教学模式，让学生成为课堂主体，教师饰演导演，引导学生积极思考并大胆表达自己的观点，逐步养成良好的学习方法。采用“探究式-分享式”课堂教学新模式，实现学生主动学习传感器、WSN、云计算等理论，有利于培养学生积极思考和创新思维。在教学过程中教师作为主导，引导学生发现问题、参与协作、解决问题和总结分析，形成以教师为主导，学生为主体的教学模式。一是采用案例式教学法，以生活中物联网的应用如智能家居、智能抄表等为案例进行教学，通过案例的讲解引导学生思考物联网关键技术的应用；二是采用启发式教学法，在讲解物联网案例中提出问题，启发学生思考；三是采用交互式教学法，运用多媒体和计算机网络如播放物联网相关视频和短片来辅助教学，充分展示物联网的背景、发展和未来可能的应用等，有利于活跃课堂氛围；四是采用演示性教学法，在讲解完理论后，为了更直观地体现物联网技术，采用智能手机或是电脑等智能设备做一些简单的演示，有利于培养学生理论联系实际的能力；五是采用讨论式教学法，针对某个问题，如智能售货机的组成以及应用的技术和功能创意的增加，组织学生讨论，能调动学生的学习兴趣和参与热情。“探究式-分享式”教学模式，如图2，这种新型教学模式有利于学生创新能力的培养和创业思想的形成。

图2 “探究式-分享式”教学新模式

在此基础上，依托学科竞赛建设良好的大环境，引导学生参加物联网创新应用大赛和指导学生申请大学生创新创业项目。积极开展第二课堂教学，让学生自由组合，以小组形式对当前物联网的应用和商业模式展开讨论，学生课后可查阅资料、主动请教专家，深入掌握物联网项目的技术知识，也可通过互联网或实地调研了解市场人才需求，不断拓宽知识面并发挥创意形成自己的创新项目。鼓励学生通过自己的努力完成自己的创意项目，在项目的实现过程中，一方面锻炼了自主学习和应用实践能力，另一方面也培养了团队协作能力。

（三）构建“演示实验—基础实验—设计性实验”的实践教学体系

学生创新能力的培养离不开实践教学，学生在实验过程中必须动脑又动手，是主动的“探索者”，多数高校“物联网技术概论”课程32学时的培养方案均为理论教学，并没有安排实验教学。然而，很多高校鼓励实施实验室对学生开放，鼓励教师积极开展开放性实验教学［8］。“物联网技术概论”课程可依托物联网专业的基础实验室，实行开放实验。实验包括三个部分内容，第一部分是演示性的实验，由教师在课堂演示为主，学生思考、讨论并回答问题，引导学生自主学习并理解物联网的基本概念；第二部分是基础性的实验，教师讲解理论和实验方法，学生动手完成实验，培养学生的基本动手能力，目的是让学生熟练掌握一些基本原理；第三部分是设计性实验，适当安排综合设计性实验，一些学有余力的学生，可发挥其创造力动脑动手自己设计实验，会有很大的成就感，激发其学习的动力。这种学生主动设计、教师辅导的方式有利于培养学生自主创新的能力，进而引导学生积极参与课外的实践活动和学科竞赛等。

（四）建立更全面、综合多样化的考核评价方式

“物联网技术概论”课程采用综合多样化的考核方式。一是笔记成绩，要求学生自行整理每章节笔记，教师检查并打分；二是作业成绩，每章布置作业，在平时的作业中，我们发现学生对死记硬背的技术点掌握得尚可，但是碰到综合应用题，大部分同学就不知所措，针对以上情况，布置一些设计调查性的作业，如利用传感器原理设计电子秤，重点考察学生关于物联网技术的综合分析能力，培养综合应用能力和分析能力；三是考试成绩，采取开卷形式；四是引入物联网创意比赛及小组答辩考核成绩，“物联网技术概论”课程学生以小组形式自由组队，每组三人，分工明确，根据物联网方面的知识，递交一份以物联网为基础的创新性设计方案，旨在考查学生的综合分析能力和创新及团队合作能力，小组学生集体参加答辩，可以PPT汇报创意设计，也可实物演示；五是开放实验成绩，“物联网技术概论”课程引入了开放性的实验后，开放实验成绩计入总成绩，包括动手操作和实验报告成绩两个部分。

三、结语

课程的教学改革是一个不断探索与创新的实践过程。立足应用创新人才培养的目标，“物联网技术概论”的知识体系、教学模式、教学过程、实践教学及考核评价方式都需要不断创新与完善，综合推进“物联网技术概论”课程的改革与实践，启发学生的创新思维，让学生在掌握物联网概念和技术的同时，拥有更宽的视野和更灵活的思维，也更具有竞争力。