物联网工程项目训练课程的混合式教学改革研究

万洪莉 李雨晨

摘  要：以物联网工程项目训练课程为背景，进行混合式教学改革研究。确定改革思路，設定课程总体教学目标及预期学习效果。进行课程项目设计，根据项目内容建设课程资源，设计线上线下混合式考核方式。将课程设计方案及资源建设结果应用于教学实践。经分析，课程资源可在后续教学中重复利用，并根据使用需求情况进行资源扩充，对课程建设起到了指导作用，达成了以竞赛为驱动的能力培养目标。

关键词：混合式教学;课程资源;考核

中图分类号：TP393.4     文献标识码：A

Abstract： This paper studies blending teaching reform of project training course on Internet of things. Based on the reform framework， the overall teaching objectives and expected learning effect are set. The expected learning goal was followed by the course project designing， which includes building the teaching resources and creating the online and offline blending assessment scheme. The application of the course design and the teaching resources proves that the teaching resources can be reused and enriched， with following-up teaching rounds. The experiences can also be used as a guidance to course construction. The course objectives of ability training driven by competition are thus achieved.

Keywords： blending teaching; teaching resources; assessment

1   引言（Introduction）

物联网工程领域的专业技术是目前国内外研究的热点问题[1-3]。国内有学者就基于物联网的计算机实验室智能化管理系统[4]、基于二维码的高校物联网构建[5]等课题进行了深入研究。物联网工程项目训练是物联网专业的一门实践类课程[6]。通过本课程的学习使学生将先修课程C语言程序设计、物联网感知技术、单片机原理与应用等课程的知识进行融合，提高学生的动手实践能力。为继续深化C语言、感知技术、单片机程序开发等内容，课程的混合式教学改革[7-10]势在必行。课程的混合式教学改革研究以蓝桥杯电子类竞赛的单片机开发为课程项目背景，进行改革思路调整、课程项目设计工作。并制定课程标准，进行改革方案的实施。

2  混合式教改研究（Research on mixed education reform）

2.1   改革思路

“蓝桥杯”大赛由工业和信息化部人才交流中心主办，旨在促进软件和信息领域专业技术人才培养，提升高校毕业生的就业竞争力，截至2019年6月，大赛已连续举办十届，已成为具有重大社会影响力和行业认可度的IT类学科竞赛。课程项目以蓝桥杯全国软件专业人才设计与创业大赛-电子类单片机竞赛方向为驱动，在国信长天单片机综训平台上实现感知层项目的分析、设计、开发与创新。

2.2   项目设计

课程设计分为四个层级：课程导引、模块训练、综合训练和创新项目训练。课程导引通过项目介绍、平台介绍、软件环境和硬件驱动安装，让学生明确课程项目开发设计思路和考核方式，通过分组分工的方式发挥专长，参与项目实现的各个环节。模块训练主要训练学生具备对LED、中断、定时器、数码管、矩阵键盘、串口、DS1302时钟芯片、DS18B20温度传感器、PCF8591 ADC/DAC、AT24C02存储器、超声波传感器、频率测量这十二个典型模块的应用能力。真题训练选自蓝桥杯全国软件专业人才设计与创业大赛-电子类单片机竞赛方向历年真题，通过真题训练使学生充分备赛，具备在比赛现场模拟环境中进行分析、设计、实现、调试的能力。创新项目训练的目标是设计并实现一个多传感器、多受控端融合的单片机综训项目。是对竞赛所需技能的综合运用和提高。

3   课程标准（criterion for curriculum）

3.1   课程基本信息

《物联网工程项目训练》在我校物联网工程专业的培养计划中设置为实践类必修课程，于大二年级实践学期开设，专注于物联网感知层的单片机项目开发。课程的先修课程是《单片机原理与应用》和《C语言程序设计》。在课程中综合运用先修课程知识，在模块训练和真题训练环节强化软硬件编程技能，在创新项目训练中提升学生工程能力，为后续课程打下基础，提升学生专业技术水平和就业竞争力。

3.2   课程目标设定

3.2.1   课程总体教学目标

经充分研究蓝桥杯竞赛电子类单片机方向的竞赛章程，课程设置总体教学目标，驱动学生在学习过程中充分备赛，通过对单片机、C语言、电子电路基础知识的学习，具备应对竞赛客观题目竞赛的能力，也进一步提升运用理论知识对问题进行分析和解决的能力。针对竞赛的项目开发环节，制定项目训练目标，提升物联网工程项目的架构和编程能力。在竞赛目标驱动的基础上，制定素质能力和工程能力培养目标，提升学生项目开发的综合素质水平，激发学生对于单片机及物联网感知层技术的持续学习兴趣。

（1）专业能力

①明确项目目标，能够对电子电路、C语言、单片机、物联网感知层的基本概念进行明确定义和记忆。

②对项目涉及的功能模块进行分类，能够在基础模块、扩展模块、感知模块三各方面进行模块训练，具备单片机和物联网感知层专业架构和编程能力。

（2）素质能力

①培养良好的沟通能力和团队合作精神。

②通过创新项目的设计和实现，培养学生的创新思维。

（3）工程能力

①单片机内部资源的综合应用能力，以及使用外围接口进行扩展的能力。

②使用Keil工具进行单片机C语言程序开发，利用调试程序的常用方法，培养发现问题和解决问题的能力。

③利用文档进行软硬件设计过程中的设计和交流，培养书面交流的基本能力。

④开发基于单片机的软件程序，进行整合和调试，培养程序设计思想及编程实现能力。

总体来说，课程以竞赛为驱动设置课程专业能力培养目标。项目训练阶段采用分组方式，培养团队合作精神，通过对国信长天单片机开发板的原理图、用户手册的学习和应用，对真题的状态图分析、设计培养学生图表应用沟通能力。通过多传感器融合的创新项目的开发培养物联网感知层的工程能力。

3.2.2   预期学习效果

在混合式教学改革研究中，从知识目标、能力目标、素质目标三个方面，制定预期学习效果。分析这些能力效果支撑的TOPCARES-CDIO三级能力指标，确定培养路径。预期学习效果与能力指标关联矩阵如表1所示。

4   改革方案的实施（Implementation of the reform plan）

4.1   项目实施计划

采用讲授教学、演示教学、指导教学、合作学习、自主学习等教学方法。理论与实际相结合，通过课程导引、模块训练、真题训练，学会运用单片机开发板资源进行项目开发和系统功能扩展。教师引导开拓思路后，学生小组为单位完成多传感器多受控端融合的综合训练项目，同时完成系统软硬件设计文档。项目实施计划表如表2所示。

4.2   考核方式

从形成性考核和終结性考核两个维度，进行课程考核。形成性考核借助线上作业系统平台，考查学生课前对混改课前资源的预习效果，也验收课堂学习效果，并布置课后学习任务。在若干次线上考核中抽取三次课前测验、三次下课前验收测验，作为学生平时成绩考核。

终结性考核采用线上测试、项目文档、项目成果物和创新项目多维度考核，如表3所示。其中，创新项目的考核引入学生给分，和教师共同作为评价主体，在答辩时全员参与评价，采用矩阵量表的方式进行考核。

5   结论（Conclusion）

《物联网工程项目训练》课程基于TOPCARES-CDIO工程教育理念，进行混合式教学改革，建设微课、课件、学习资料、硬件器材库作为课程资源，分为课前、课中、课后三个阶段提供给学生进行学习。课程以“蓝桥杯电子类单片机竞赛”为导向，设计课程项目。通过竞赛任务驱动，将项目操作规范、标准引入教学过程中。

混合式教学改革实施过程中，以学生为主体，鼓励学生利用课程资源自主学习、团队协作，加强职业能力的训练，运用启发引导、任务引领、问题导向、分组讨论等多种互动式教学方法，完成课程教学任务。

参考文献（References）

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[3] Audrius Urbonavicius， Nagham Saeed. IoT Leak Detection System for Building Hydronic Pipes[J]. International Journal of Engineering and Manufacturing（IJEM）， 2019， 9（5）： 1-21.

[4] 张倩怡，李小顺，胡萍，等.基于物联网的计算机实验室智能化管理系统研究[J].软件工程，2017，20（10）：20-23;16.

[5] 朱峰，先晓兵.基于二维码的高校物联网构建[J].软件工程，2019，22（12）：37-40;4.

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[10] 谈紫芬.《物联网综合实训》课程混合式教学模式探索[J].教育现代化，2018，5（16）：199-200;202.