基于双驱动的物联网导论课程教学模式研究

郭子界,郝彩云,齐兆杰,曹新和,杨 阳

（庆阳职业技术学院,甘肃 庆阳 745000）

作为诞生于20世纪末21世纪初的一项新兴产业，中国从一开始就重视物联网的发展。2013年2月，国务院发布了《关于推进物联网有序健康发展的指导意见》，从全局角度明确了物联网的发展目标；2016年11月，《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》提出重点推动物联网、云计算和人工智能技术向各行业全面渗透；2017年6月，工信部办公厅下发《关于全面推进移动物联网（NB-IoT）建设发展》的通知，提出全面推动移动物联网建设，到2020年实现对于全国的普遍和深度覆盖；同年，中国首个物联网体系国家标准《物联网参考体系结构》（GB/T33474-2016）发布。正因为此，中国与国外的物联网发展可以说处于同一起跑线上，在基础建设方面甚至处于领先地位。[1]

然而，进入2018年，物联网产业的发展却进入了它的“遇冷期”。究其原因，一方面是产业各方专注于限制物联网发展的具体问题的解决，如平台和标准的问题；另一方面，物联网产业相关人才的缺乏，产业链的不完整也是制约物联网进一步发展的关键。到了2019年，由于技术方面具体问题的解决，物联网与5G、芯片等概念迎来了大爆发，历史进入了5G元年。产业的突破导致对人才需求的进一步上升，广州等南方地区的物联网产品开发师的月薪已达到了3万以上，物联网人才培养矛盾进一步凸显。

与物联网全球发展的领先和人才需求的急迫形成鲜明对比的，是国内高校物联网相关专业人才培养的滞后。无论对于本科的“物联网工程”专业，还是专科的“物联网应用技术”专业，人才培养的困难均来自于学生对于物联网行业的陌生和不熟悉。“物联网导论”作为物联网技术相关专业的基础课，是打开物联网专业的一把钥匙，也是广大学生了解当今社会和物联网发展的重要平台。[2]而目前对“物联网导论”教学模式的讨论，多数研究由于“理论教学”和“实践教学”的脱离，在教学内容的分析上和“互联网”手段的撕扯下，呈现割裂状态。笔者基于多年跨专业教学经验及“物联网导论”教学实践，提出对于这种“割裂”的“双驱动”弥合。

1 物联网的概念及“物联网应用技术”专业的培养特点

物联网（Internet Of Things），顾名思义，“万物的互联网”，即用传感器感知物体的各种信息，通过“节点”汇聚连接入互联网，并进行分析、处理、控制，再反过来影响物体。物联网是互联网的发展，它实现了“人—人”、“物—物”、“人—物”互联，致力于完成“全球联网”。换言之，物联网将物理世界网络化、信息化，对传统的分离的物理世界和信息空间实现互联和整合。[3]

正因为物联网所期望实现的“联接”范围之广，程度之深，决定了它所需要的学科和技术的全面性。它要求物联网相关专业具备电子半导体体术、计算机软件技术和计算机网络技术三方面的交叉整合能力。而即便是对于物联网产业发展的一般地区的一般学校，“物联网应用技术”专科专业的培养目标也要求学生具备规划、配置、安装、调试物联网设备的技能，并能胜任物联网行业的售前、售后、生产供应链的相关岗位。[4]同时，为使部分优秀学生具备研发岗位的能力，“物联网应用技术”专业的学生必须兼具扎实的理论基础和熟练的动手操作能力，硬件技术和软件网络技术“软硬结合”的能力，以及为具备这些能力所采取的相应考核方法和教学手段。“物联网导论”作为物联网专业学生进入物联网所学习的第一门专业基础课，其教学必须以此为出发点。

2 “物联网导论”课程目标

参照教育部的《高等学校物联网工程专业实践教学体系与规范》，“物联网导论”课程的目标是使学生了解物联网的基本概念和相关技术，对物联网在各个领域的典型应用有所认识。[5]而注重基本概念的理解和对物联网系统的认识[6]，则要求学生对于理论的理解和实践的把握、对于物联网相关各方面技术的整体了解，同时需要通过适当的考核方式激起学生学习的积极性，通过恰当的教学手段提高学生的学习效率和学习兴趣。

3 基于双驱动的“物联网导论”教学模式

基于双驱动的“物联网导论”教学模式，是笔者通过本学院非物联网专业“物联网导论”课程的多年教学实践，并根据物联网应用技术专业的教学要求而总结出的一套即着眼于解决全局性物联网教学中理论和实践相脱离、软件教学和硬件教学难统一、互联网手段和传统手段相竞争的难题，又适用于西部一般高职院校的教学实际，具有通用性的教学模式，见图1。

图1 双驱动的物联网导论教学模式

3.1 即重视理论，又重视实践的双策略驱动模式

物联网专业属于典型的实践性学科，所以对实践的重视是由来已久的传统；物联网导论课程又包含很多开放性问题，问题没有固定答案，[7]尤其需要学生在理论和实践的不断相互交互中学会自己去探索，去求解。笔者“物联网导论”课程采用的教材是清华大学出版社2018年版的《物联网技术入门与实践》，书中同样是以多个实训项目为主。

实践动手操作只是机械模仿，缺少基本理论作为支撑。[8]在实际的教学中，教师没有拘泥于教材中的实训内容，同时对教材中涉及到的物联网概念与工业互联网、大数据与云计算、互联网安全与物联网安全、无线传感网与计算机网络、RFID射频识别与条码技术、单片机与嵌入式技术等进行了重点和深入浅出的对比讲授。教师将上述理论讲授贯穿于实践教学的过程中，通过小组学习、提问、分析、讨论、答疑增强理论学习效果，[8]做到理论支持实践，实践反映理论，同时加深对理论的理解。

3.2 “电子（半导体）技术”类和“计算机软件（网络）”类相结合的双内容驱动模式

经过多年的发展，物联网技术架构已由以前的三层结构（感知层、网络层、应用层）发展成现在的四层结构（感知层、网络层、平台层、应用层）。参照依据“四层结构”确定教学内容的方法，[9]物联网导论课程基本对应于“四层结构”的感知层“”和“网络层”，其内容也自然分为主要与感知层相关的“电子（半导体）技术”类和与网络层相关的“计算机软件（网络）”类，见表1。

表1 双驱动的物联网导论课程内容

再加上物联网是一个新兴的交叉专业，授课教师多是从其他电子、电气、计算机软件、计算机网络相关专业通过学习“二次发展”到物联网专业的。对他们来说，采用“软硬结合”的模式是自然而然而又顺理成章的。对于学生来说，“硬件”的基础是高中物理和他们熟悉的计算机和手机等设备，“软件”则是现在已深入中小学的编程教育，“网络”则可以告诉学生就是通过硬件（光纤、网线、网关、路由器）和软件（基于各种协议）的方式将各种计算机、节点、终端连接在一起。这样，“软硬结合”也成为学生容易接受的内容方式。

“软硬结合”的模式之所以适用，究其原因，是由物联网学科的发展和本质决定的。物联网之于互联网，之于信息产业，本就是一条物理和数学、电子产业和计算科学、智能化与各行各业的结合之路。

3.3 形成性考核和总结性考核相结合的双考核方式驱动模式

不管是理论与实践结合的双策略驱动，还是软硬结合的双内容驱动，都要通过考核来达到推动和激励学生学习的目的，并通过考核来检验其效果。这里的“形成性”考核主要指平时考查（占比50%），“总结性”考核主要指期末考试（占比50%，有期中考试时占比30%），而期中考试（若需要，占比20%）则可以看作是形成性考核与总结性考核的综合。

平时考查成绩又分为三部分：其中作业成绩占比20%，考勤成绩占比40%，课堂成绩占比40%。作业成绩根据每次作业的成绩等次换算成分数（A++为 3分、A+为2分、A为1分、B为0.5分）并累加，规定全班分数最高者作业成绩为100分，其他人的分数根据与最高分的差距从100分递减。为鼓励学生按时交作业，教师规定只要按时交作业，就至少能得一个A；若当时交不了，后面补上，也可以得一个B。考勤成绩的占比较高则是为了鼓励学生积极听课，提高出勤率。只要全勤考勤成绩就是100分，另外每请一次假从100分中扣1分，旷一次课扣2分。平时考查中最重要的部分是课堂成绩，教师主要通过这个部分来区分学生。教师采用红黑名单制度，规定学生每回答对一个课堂提问加一个红名单。为鼓励学生积极回答问题的习惯，活跃课堂气氛，教师对于主动回答问题的学生，回答错误以后不加分也不扣分；对于点名回答的学生，回答错误要加一个黑名单。对于不遵守课堂纪律，玩手机、睡觉的学生，教师抓住一次也要记一次黑名单。课堂成绩的基础分为70分，每多一个红名单加2分，多一个黑名单扣2分。

对于实训课堂，教师也参照作业打分制度进行管理。对于在每一项实训任务中最先完成的队，教师给每名学生计一个A++，接着完成的几个队计一个A+，后面完成的队计一个A，此分数计入课堂成绩。采用这种类似“项目比赛”的竞争式实训教学考核方式，教师能极大激发学生的动手欲望、思维力和好胜心。实训报告则采用实训前写预习报告和实训后完成报告并分别打分的办法，此分数计入作业成绩。

以上是“形成性”考核的主要办法，而“总结性”考核则在于每学期的期末考试。期末考试与双重视策略同步，采取理论考试和实训考试各占50%的方式。理论试题涵盖物联网导论的主要理论概念与技术系统，实训试题则侧重考查学生基本的动手操作技能、面对实际电路和软硬件系统解决问题的能力。

形成性考核和总结性考核的结合，互相形成一个系统，有利于对学生的整个学习过程和效果起到一个监督、激励和科学评价的作用。

3.4 “互联网+”教学手段和传统教学手段相结合的双手段驱动模式

“互联网+”手段主要包括结合互联网上相关企业案例开展教学，比如访问相关物联网企业网站，以互联网工具QQ群和微信群为方式的交流和教学。其优点是可以最大限度利用网络上最新的教学资源，不受时间、空间限制，提高学生的学习兴趣。[10]传统教学手段包括课堂教学、多媒体和板书等。其优点是可以增强学生的现场体验感，与教师互动的收获感，近距离感受教师的专业和人文魅力。而教师则可以通过现场的动作、情态、语言、画面、声音向学生全方位传递信息，增加对学生的影响力。比如板书是教师一直坚持的一项教学手段。学校要求教师会写板书、写好板书，教案上要有“板书设计”。教师普遍反映板书是最方便、灵活的一项教学手段。有时候一个概念、一项技术不容易讲解透，网络上又不存在比较适合的图片，教师随手一个简笔画就解决了。加之高职学生底子薄、基础差，教师需要随时给他们普及一些各科的基础知识，这时，“板书”这个手段就非常适宜。

通过“互联网+”手段和传统教学手段的有机结合，教师可以同时发挥“互联网+”的“远”和传统手段的“真”的优点，真正把全球、全社会的“大课堂”放到学校这个“小课堂”上来，做到“足不出户，便知天下事”。

4 “物联网导论”教学模式的实践和效果

基于物联网导论课程总结出的双驱动教学模式在实践中除了应用于非物联网专业和物联网专业的“物联网导论”课，还向其他专业、其他课程进行了扩展应用。如理论和实践双重视的策略就推广到了物联网专业的其他课程，甚至高职所有的专业基础课；“软硬结合”的双内容驱动模式适用于物联网专业的几乎所有专业课；双考核方式驱动的模式则可以向全校推广；双手段驱动的教学模式则尤其适合于西部高职院校教学手段的渐进式发展，同时在其他地区院校也具备适用价值。

双驱动的教学模式经过近2年的实施，直接授课“物联网导论”课程学生153人；直接授课非“物联网导论”课程学生60人；间接授课学生近200人。“物联网导论”课程的课程活跃度大幅提升，学生从课程得到的“获得感”显著增强；从访谈、调查和学生活动等方面得到的反馈显示，学生对课程的满意度达90%以上。非“物联网导论”课程的学生出勤率、作业完成率、课堂表现均显著提高。授课间接影响全系教师和学生，带动全系教学质量提升，教学风气转变。

5 结论

基于双驱动的“物联网导论”课程教学模式，合理处理了高职教育中理论与实践的关系，抓住了物联网应用技术专业“软硬结合”的特点，双考核方式驱动牢牢地把学生吸引在课堂上，双手段驱动实现了传统与现代、现实与虚拟、眼见的“真”与耳听的“远”的结合。此模式在实践中大大增强了高职物联网专业的人才培养实效性和针对性，做到有的放矢；提高了电子信息类课程的课堂教学效果。模式不仅适用于物联网专业，也适用于高职其他专业课教学；不仅适用于西部高职院校，也适用于全国其他高职院校。