物联网工程导论的个性化主题式教学模式探究

汤佳梅，刘尚旺，彭晚红

（1.河南师范大学 计算机与信息工程学院，河南 新乡 453007；2.教学资源与教育质量评估大数据河南省工程实验室，河南 新乡 453007；3.智慧商务与物联网技术河南省工程实验室，河南 新乡 453007；4.西藏自治区电化教育馆，西藏自治区 拉萨 850006）

0 引 言

物联网是一门覆盖范围广、交叉性强的新兴技术领域，具有广泛的应用背景和巨大的经济价值[1]。随着物联网成为国家战略性新兴产业，国内院校纷纷开设物联网工程专业，以物联网时代所需的高水平、多层次的专业技术人才为导向，培养学生成为具备设计、开发、部署、服务等能力的工程应用型人才[2-4]。物联网工程导论作为物联网工程专业的启蒙入门课程，在整个物联网工程专业的学习中起着十分重要的作用。从知识层面上，该课程应向学生介绍物联网的基本概念、主要技术，帮助学生了解物联网的发展动态与应用前景。从专业层面上，该课程应帮助学生对物联网工程专业有一个总体把握，搭建起大学四年的专业学习框架，为后续课程的学习提供较好的铺垫。从心理层面上，该课程要增加学生对物联网工程专业未来发展的信心，提高大学期间学习的兴趣与热情。

1 物联网工程导论现状分析

物联网工程是2010 年后才开设的一个新兴学科，其涉及领域广，交叉学科多，发展更新也极为迅速。物联网工程导论面向本科低年级学生开设，不仅是物联网工程专业的启蒙入门课，对后续学习也有着举足轻重的作用。目前，各院校在开设物联网工程导论课程的过程中仍存在一些问题亟待改善，主要体现在以下几个方面。

1.1 学生缺乏专业基础，学习兴趣匮乏

物联网工程是一个新兴专业，学生在进入高校进行系统学习之前，普遍缺乏相关的基础知识。物联网工程导论作为物联网工程专业的先导课程，教学对象为低年级学生，他们对授课过程中涉及的诸如TCP/IP 协议、网络拓扑结构等专业术语缺乏基本的概念。教师在授课时，常常会出现讲一补十的情况，导致教学进展缓慢，学生反馈不佳。在学生学习过程中，大量出现的陌生术语，往往会打击学生的学习热情与信心。此外，更有为数不少的学生仅仅由于专业名称热度高或调剂才进入物联网工程专业学习[5]，该部分学生往往缺乏原发的专业兴趣，对本专业的学习热情非常低。

1.2 教学内容涉及面广，学习难度较大

物联网工程是一门交叉性较强的学科，涉及较广的知识面，覆盖了计算机、通信、电子等学科方向，因此物联网工程导论课程的教学内容涉及诸如传感器技术、嵌入式系统、现代通信等多学科知识点。从授课的角度，由于课时有限，学生专业基础又较为薄弱，短时间内很难将众多的知识点逐一透彻地讲解，最后往往沦为知识点的简单堆砌[6]。从学习的角度，由于课程涉及学科较多、概念抽象度较高、课程整体系统性较弱，学生很难全面掌握所学知识、无法正确建立知识间的关联，不仅该课程学习效果不佳，甚至会产生“专业难学、专业枯燥”的错误观点，进而丧失对本专业的学习兴趣。

1.3 课堂组织形式单一，评价方法简单

物联网工程导论旨在帮助学生掌握物联网的概念，了解其发展过程、动态与前景，并学习相关关键技术。授课过程中会出现大量的抽象性、概念性知识点。一部分课堂仍采用“以教师为中心”的注入式教学方式，不仅没有关注学生是否真正理解，也很难激发学生的学习兴趣，更不容易引导学生进行独立思考、自主学习。也有一部分课堂通过引入案例对相关知识点进行讲解与串联，但课堂上众多学生往往兴趣不同，有时学生会出现对某个案例不感兴趣而放弃相关知识点的学习的情况。此外，单一相同的案例场景，也会限制学生的想象力和创造力。目前，物联网工程导论课程的考核评价也常采用“期末笔试+平时表现”的简单方式进行。这样的考核方式虽然强调了对理论知识的考核力度，但缺乏对知识应用能力的考核，容易出现学生平时不学习、不理解，考前突击死记硬背知识点的情况，也限制了学生自我发挥、自主创造的可能性，不能准确反映学生的知识应用实践能力，有悖于培养应用型人才培养的目标。

2 物联网工程导论的个性化主题式教学模式设计

个性化主题式的教学模式旨在构建“以学生为中心，以个人主题为主轴”的项目驱动式教学情境。教师引导每位学生结合自我兴趣与独立观察，确立各自的物联网场景主题。学生围绕个人项目，结合物联网的层次结构，分段吸收所学知识，强化理解后运用于个人项目，在个人项目中对所学知识点进行分析和讨论。最后，教师再针对项目的进展情况和存在的问题进行评价和分析。

2.1 上好重要的第一节课

物联网工程导论是物联网工程专业的启蒙课程，在整个专业中起着先导、串联的作用。而这门课的第一节课也对这门课程的教学效果起着十分重要的作用，除了要帮助学生对物联网建立初步的概念，还要了解学生的专业水平，引导学生树立正确的专业印象，调动学生的学习兴趣。因此，在设计第一节课时，可以从以下几个问题展开：①你为什么选择了物联网工程专业？利用本校移动教学平台的投票功能，统计学生的来源情况；②物联网工程专业毕业了可以做什么？为学生展现多样化的毕业选择、工作岗位，介绍本专业的一些优秀毕业生案例，引导学生树立正确的大学学习目标，帮助学生建立对本专业的良好前景的信心；③物联网工程专业学什么？首先，给学生介绍物联网工程专业的产生背景，涉及的交叉学科，然后，为学生播放一段科技感较强的物联网专业科普视频短片，帮助学生从宏观上了解本专业，增强学生对物联网工程专业的认同感，接着，展示物联网工程专业的培养目标与主干课程列表，帮助学生明确本校专业课程的设置情况；④你眼中的物联网是什么？通过设计学生自由发言环节，了解学生的基础知识水平，然后，播放动画版的物联网科普视频短片，给学生留下一个轻松活泼的物联网印象，拉近学生与专业课程的距离感；⑤为什么学习物联网工程导论?首先，以导图的形式呈现本课程与后续专业课程的关联关系，帮助学生了解物联网工程导论课程在整个专业的先导作用，提高学生对本课程的重视程度，然后，采用知识框架图将本学期各章内容串联在一起，加强学生对课程整体性的认识。

2.2 设定个性化主题目标

物联网工程导论课程的授课对象是大学低年级的学生，他们虽然没有丰富的专业知识储备，但往往拥有良好的创造力和想象力，可以不受专业知识和技术的制约，基于个人兴趣和对日常生活的洞察，随心所欲地想象智能应用场景。因此，在课程介绍过物联网的发展背景、概念与层次结构模型后，设计名为“我的物联网畅想”的个人作业，通过以下几个问题引导学生思考：①你知道哪些物联网应用场景？通过这个问题的设置进一步把握学生对物联网工程专业的知识储备量；②如果你是物联网工程师，让你发明一个东西，用来改善你的日常生活，你会发明什么？提示，你可以回想生活中出现过的“如果有（能）XXX 就好了”的想法，或者结合自己平时的观察和思考，找到生活中的不便或低效的问题，并想象一个可以解决或缓解这个问题的智能应用。该问题旨在引导学生结合个人兴趣和平时观察，进行创新性、自主性思考，由此产生的物联网场景畅想设定为该生本学期的个人研究主题项目；然后，挑出一些较为新颖的主题，让学生走上讲台、阐述自己的设计想法，并鼓励其他学生积极讨论，同时将具有类似主题的学生进行分组，为后续课程讨论构建主题小组；最后，为学生播放未来物联网生活的视频，进一步激发学生的想象力与课程学习的兴趣。

这一环节旨在让学生在了解物联网发展背景与概念的基础上，结合自己的兴趣点与日常观察，以建立个性化物联网场景为目标，提高学生的学习积极性，培养学生的创新意识，激发学生的探索欲望。

2.3 开展围绕主题的知识学习

根据物联网的层次结构框架，将课程内容分为感知层技术、网络层技术、应用层技术三大模块。在每个模块讲解时，采用“授课+视频+案例引导+主题思考”四维教学模式。首先，进行基础知识内容的讲授，帮助学生了解基础概念。在讲授过程中，针对重点内容和抽象知识点，播放相关视频，帮助学生加深对这些知识的理解。接下来，引入案例式教学，通过案例引导学生理解如何将所学知识应用到物联网场景中。最后，学生以主题小组为单位，结合自己对知识点的理解，借鉴给出的案例分析方式，思考、讨论如何将这些知识应用于自己的物联网场景中。在小组成员互相讨论时，教师分别进行聆听与针对性指导，并在讨论过后针对暴露出的共性问题进行统一的评讲与总结。此外，在各模块教学结束后，分别布置名为“我的物联网场景之感知层”“我的物联网场景之网络层”“我的物联网场景之应用层”的作业题目，要求学生融合各模块所学知识与课堂讨论结果，分析个人主题项目如何运用所学技术，并形成文字性报告。待课程所有教学内容结束后，学生提交“我的物联网畅想之可行性分析”的最终报告，报告中需要围绕各自的物联网场景主题，利用课程涉及的主要技术，分析场景中哪些部分可以通过所学知识实现，还存在哪些部分目前无法实现，针对目前无法实现部分的解决方案设想等内容，最终形成可行性分析报告。

这一环节不仅可以引导学生自发地、主动地、深入地理解所学知识点，还可以让他们围绕自己的兴趣，结合课程所学的知识，将自己最初的想法转化为可实现的产品。这样不仅能让学生感受到完成任务的成就感，也可以增强他们对物联网工程专业学习的兴趣和信心，还能够引导学生形成工程化、结构化剖析问题的良好思维习惯。

2.4 采取多元化的考核方法

结合物联网工程导论课程的性质与教学目标，从期末笔试、平时表现、主题报告3 个维度评价学生的学习效果。闭卷笔试重点考查学生对知识概念的掌握情况。平时表现除了考虑学生在课堂上表现的积极程度，也综合考虑学生在小组讨论时表现出的组织、协调与表达等能力。主题报告则根据学生提交的作业，对所反映出的创新能力、应用能力、工程化和系统化解决问题的能力进行评价。

3 个性化主题式教学模式的意义

个性化主题式教学模式通过开展以个人主题目标导向的教学，可以提升学生的学习兴趣，提高他们自主探究、知识构建和知识应用的能力，强化他们解决问题的工程化、系统化思维。从教学层面上，基于个人兴趣设定主题目标，以“个性化主题项目”为主轴，在理论学习和教学指导下，可以深化学生对知识点的理解，提高他们对所学知识的灵活运用的能力。从创新层面上，结合低年级学生思维较活跃与创新能力较强的特点，引导学生观察生活，思考问题，也能以此挖掘和鼓励创新能力强、思维活跃的学生后续参加全国高校物联网应用创新等竞赛。从思维模式上，通过个人目标导向的教学，帮助学生提高学习的自主性，发展学生的深度思维和认知技巧。从心理层面上，引导学生自行设定并完成个人的主题目标，既可以激发学生内在的学习兴趣，也能够让他们感受到完成任务的成就感，增强对专业的兴趣和信心。

4 结 语

物联网工程导论作为物联网工程专业的先导性课程，既要教授物联网的基本知识，也要帮助学生系统地认识本专业，树立专业认同度，提高专业学习兴趣。笔者针对当前课程存在的一些问题，通过学生自主设立个人主题场景，运用“授课+视频+案例引导+主题思考”四维教学模式，引入多元化的评价方式，构建以学生为中心的个性化、主题项目驱动式学习环境，试图引导学生理解和运用所学知识，提高学生创新实践的能力。