基于项目式学习的《物联网与传感技术》仿真实验课程探究

文｜和鑫 杨晓萍

一、引言

传统的仿真实验教学较注重技术性，忽略了教育性。已不能适应教育部在《关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》中明确指出的“要深化改革教育教学等领域，实现更加重视学习者的能力和素质的培养”目标，因此根据项目式教学“做中学”的特点和课程的教学目标，设计了具体的项目式学习模式、构建了仿真实验教学平台及多元评价体系。其意义在于：在理论层面，该研究能有效促进项目式学习和高等教育领域核心课程的进一步融合。在实践层面，该研究成果可为仿真实验课程的教学改革实施提供一定的借鉴。在一定程度上拓展了项目式学习在高等学校教育教学过程中的应用。

二、《物联网与传感技术》仿真实验课程的教学现状及挑战

（一）《物联网与传感技术》仿真实验课程的教学现状

1.理论固化、教学手段传统

现阶段，该课程的理论教学仍然采用传统的讲授法进行教学。过度强调教师的讲授，师生互动少，学生获取知识的途径单一。

2.采用的都是验证性，未能实现培养学习者创新能力的目标

目前，该课程仿真实验教学都是简单的验证性实验。在实验过程中，学生没有主动思考过程及可创新部分，仅仅是按部就班的完成验证性实验，因此很难提高学生的创新能力。

3.高校实践教学内容与物联网发展脱轨

信息时代，物联网飞速发展，但高校课程里的实践教学内容却依然陈旧与物联网发展脱轨。为了改变目前状况，本研究在《物联网与传感技术》课程的教育教学当中应用了项目式学习模式，重新建构了课程的教育教学目标。与时俱进，更新实验教学内容，增加开放的实践性教学环节，从而提高了学生的学习兴趣和动手能力。

4.成绩评价方式单一化

当前，该课程仅采用 “实验操作+实验报告”的成绩评价方式。没有对学习者问题解决能力和创新应用能力的考核。

目前，高等学校强调开展趣味性教学及主题教学。但该课程的教学现状未能体现培养学生的学习兴趣及创新性、未能突出学生的主体性、未能提高学生的合作能力及综合实践能力。因此，在该课程的教育教学活动中引入了项目式教学模式，在一定程度上更贴近高等学校的教学目标。

（二）《物联网与传感技术》仿真实验课程挑战

第一，该课程仿真实验课程是一门交叉性很强的课程，主要涉及C语言程序设计、电子电路技术基础、单片机等诸多学科知识，虽到高年级阶段才开设该课程，但如何让学生有效结合先修课程并在有限的教学时间里掌握相关实验是一个巨大的挑战。

第二，该仿真实验课程的理论较为抽象并且仿真实验对物理环境要求较高，如何设计仿真实验让学生掌握抽象的理论知识是教师应该关注的问题。

第三，如何将课堂教学与飞速发展的物联网相结合是考验一个教师信息素养的重要指标。

三、项目式学习与《物联网与传感技术》仿真实验课程的契合度分析

（一）基于项目活动培养学生自主学习能力与创新能力

项目式学习以活动探究为主线应用到《物联网与传感技术》仿真实验课程中，不仅可以解决在教学过程中学生动手实践能力弱的问题，而且在整个教学过程中强调学生的主体性。因此，在一定程度上可以说，该教学方案可以培养学生的自主学习能力，提高应用创新能力。

（二）解决生活中的具体项目，激发学习者的学习兴趣，提升课堂活动的趣味性

项目式学习中的项目强调具体化和生活化，在进行《物联网与传感技术》仿真实验课程学习的过程中，生活中的具体项目能使学生有身临其境的感觉，激发学习者的学习兴趣，提高课堂学习的趣味性。

（三）促进学习者的深度学习，提高学生多元能力

项目式学习强调小组协作能力、问题解决能力。教育教学活动通常以小组合作的方式进行。《物联网与传感技术》仿真实验课程的实践性较强，若能把项目式学习应用到该实践课程中，则能通过小组协作的方式促进学习者的深度学习、提高学习者的专业技能。同时，能在一定程度上提高学生的合作交流能力、创新应用能力等多元能力。

四、项目式学习在《物联网与传感技术》仿真实验教学中应用的特点

第一，《物联网与传感技术》虚拟仿真实验教学具有整体性、系统性。

在该课程的虚拟仿真实验过程中，强调实验项目的完整性及子项目之间的关联性，从而提高项目的整体性和系统性。

第二，《物联网与传感技术》虚拟仿真实验教学中的项目来源于现实生活或工程实际。

第三，《物联网与传感技术》虚拟仿真项目式教学活动的作品具有多样性。

《物联网与传感技术》虚拟仿真项目式教学活动的结果多以作品的形式呈现，学生通过小组协作学习，完成项目作品的设计，实现作品的多样性。在整个项目完成的过程中，强调学生的创新能力和问题解决能力。

第四，《物联网与传感技术》虚拟仿真实验的学习评价方式具有多样性。

五、《物联网与传感技术》仿真实验课程项目式学习模式设计

（一）模式构建

根据《物联网与传感技术》仿真实验课程实验教学的目标、现状，借鉴前人的项目式教学模式的构建，结合学习者的学习特点，以建构主义学习理论、多元智能理论和杜威的实用主义教学理论为基础，设计了《物联网与传感技术》仿真实验项目式学习模式。该模式分3个阶段，分别是项目开展前、项目开展、项目开展后。在项目开展前阶段，教师不仅对教材内容、课程教学项目等进行分析，还对学习者进行了详细的分析。

1.项目开展前

在该阶段，教师根据《物联网与传感技术》实验课程的教材内容、教学目标。结合项目式学习理论及特点，重新构建了该课程的内容，修订了相应的课程项目。修订项目包括对项目目标的修订、子项目的修订以及项目成果评价的相关设计。在修订项目的过程中，特别注重对学习者学习兴趣的培养。因为该课程内容较难，实验实践性较强，学生的学习积极性及学习态度能在很大程度上直接影响学生最终的学习效果。

2.项目开展

在整个项目教学中，项目开展是最重要的。该项目开展过程中教师活动、学生活动及项目开展的教学工具都尤其重要。其中，教师活动包括确定项目、制定项目课时计划、提供项目相关资源、指导学生完成项目、督促学生完成项目作品，在整个过程中，教师起到答疑解惑的作用。整个课程项目的执行过程依托自建的企业微信、思维导图等工具完成。

3.项目开展后期

该课程项目开展后期，教师活动包括组织作品评价、评价学生作品两个过程。学生活动包括展示作品、组间评价、组内评价、自我评价等过程。其在整个过程中，由仿真结果图、企业微信、评价表等工具支持。

（二）学习内容项目式重构设计

《物联网与传感技术》仿真实验课程项目式学习在内容重构的时候融合了多个学科的知识点，组成开放型的大项目，该项目具有了时间长、子项目多等特点。通过充分分析课程各单元核心知识的相关性以及教学目标，本研究将原本分散、相对孤立的9个单元的知识进行项目式组合，主要围绕传感器技术、嵌入式系统、网络技术和智能数据处理技术等知识点展开，最终确定将“智能家居仿真实验”作该课程的创新型核心项目。该核心项目由8个子项目组成，其中5个基础性试验子项目包括流水灯智能控制、继电器智能控制、步进电机智能控制、数码管智能控制、多机通讯；3个综合性实验子项目包括微环境智能监测、电子时钟等仿真实验和智能交通灯仿真实验。

（三）教学平台的设计

项目式学习在整个项目实施的过程中强调“以学习者为中心的做中学”。在设计《物联网与传感技术》仿真实验教学平台的过程中始终以建构主义学习理论强调的是教师是引导者为指导思想，结合企业微信的特点自建了一个教学平台。该课程教学平台由2个模块组成，分别是传统教学模块和线上教学模块。

1. 传统教学模块

该模块包括3个部分，分别是“课堂授课”、“课内＊分组讨论＊评价”和“作业＊报告＊考试”。该传统的教学模块，在一定程度上弥补了学生基础弱跟不上和学生自学能力差而无法做实验的缺点。通过“课内＊分组讨论＊评价”模块，不仅能在一定程度上培养学生的协作学习能力，而且在整个教学活动中注重每个项目的完成程度和学生的课堂表现，进而提高了过程性评价的力度。

2. 线上教学模块

该模块包括3个部分，分别是学期计划、通讯录、公告、微盘、学习资源、思维导图。该模块比较具体的体现了项目式学习的教学理念。该模块在构建的时候依托了企业微信。通过分析《物联网与传感技术》仿真实验教学平台、企业微信教学平台的设计原则以及项目式教学的特点，制定了该模块的企业微信移动端，其移动端包括3个部分，分别是“协作交流模块”、“资源推送模块”和“作业上交模块”

（四）项目式学习评价设计

1.评价内容多元化，注重过程评价

在《物联网与传感技术》课程项目教学活动中，评价的内容更注重学生多元化，并贯穿于项目活动的整个过程。评价过程更注重阶段性和动态性，教师对学生子项目的成果及阶段性的学习状态给予及时反馈。

2.采用的评价工具与方法多元化

《物联网与传感技术》课程项目教学的核心项目“智能家居仿真实验”的学习评价结合了阶段性评价和总结性评价。评价内容包括4个维度，分别是对《物联网与传感技术》课程的知识掌握程度、小组协作能力、问题解决能力及创新应用能力。具体的评价项目包括项目式学习过程中学生学习的表现情况，学生在学习的过程中学习的态度变化情况，学生在小组协作过程中体现出来的协作能力和沟通能力，智能家居项目的仿真结果图，每一个子项目完成的情况以及学科知识的测评等。评价的工具包括：①本学期期末考试题。②智能家居仿真实验评价量规。③小组协作评价表。

六、结语

目前，《物联网与传感技术》仿真实验课程存在实验内容与课程目标贴合度不高，在实际的教学过程中教师过渡依赖计算机辅助，忽略了过程性评价和培养学生的动手实践能力、提高学生学习兴趣的目标。本研究根据项目式学习的特点，通过分析具体的教学内容和学习者的特征，重新构建了项目式学习内容。根据重构的教学内容，构建了《物联网与传感技术》仿真实验项目式教学模式。结合目前该课程的教学存在诸多缺点，自建了《物联网与传感技术》仿真实验教学平台，并改进了该课程的评价体系。可在一定程度上培养学生的协作学习能力和问题解决能力。