“物联网导论”课程教学模式改革的探索与实践

王琳 余薇

摘要：“物联网导论”是一门面向物联网专业的基础理论课程，同时也可作为物联网技术应用的实践拓展，有助于学生更快地了解并掌握物联网技术中的基础知识。针对当前存在的理论与实践难以适配、课程技术点逻辑不明晰、学生个性化学习需求无法得到有效满足等问题，简要论述了天津市大学软件学院在实施“物联网导论”课程的时候，在对教学内容、教学方法和手段、教学组织形式、教学评价和考试等方面进行的改革创新，形成了“四个三”教学模式，并在此基础上进行了一系列的探讨和实践。

关键词：物联网导论；混合式教学；“四个三”教学模式

一、课程概述

天津市大学软件学院是“天津市卓越软件工程师教育培养计划”牵头单位，十多年来，一直坚持“教学与产业相融，学校与企业互动”的办学理念，在培养软件人才中发挥着重要作用。在“物联网”类课程实施中，构建了由“认识—体验—实践—创新”的“递进式”课程结构，以“校企结合”的方式进行课程设计，既注重对学生的物联网技术的实际运用能力的训练，又注重对其进行创新意识、团队协作能力及职业化的人文素养的训练。

“物联网导论”课程作为软件工程专业下物联网专业方向必修课，与其他必修课一起共同提升学生在物联网应用开发和智能控制系统开发岗位群中就业所应具备的知识和技能，从而为培养具有适应性的软件专业技术人员奠定了坚实的基础。针对“物联网导论”在常规教育方式中难以克服的若干问题，如新生专业基础较弱导致的学习不自信，在实施过程中，学生的学习成效较差；教学缺乏针对性、缺乏学习动机、教学质量不高等主要问题提出了较为行之有效的解决方法。

天津市大学软件学院的“物联网导论”课程从2017年开设至今，已实施超过5年，在多年的实践与改革探索中逐渐形成了“学生学为主，教师教为辅”的师生教学相长的互动探究式教学模式。通过本课程可培养学生对物联网的认知能力，以项目案例为驱动，通过与行业企业合作，协同研发和设计出能够准确定位岗位能力需要的课程。将传统的课堂教育与新时代下的线上教育的优点结合起来，让学生在学习中发挥出自己的作用，在整个教育的过程中以问题为导向，展开了一系列的教学，并在教学内容中加入思政元素。分析专业技能人才培养需求，将课程目标直接对标用人需求，充分利用教学资源，用典型常见的物联网技术应用案例和“做中学、学中做”的沉浸式教学方式，引导学生掌握核心技术，并以此为基础，激发学生的学习兴趣。优化教学组织形式及多元化考核评价机制，鼓励学生真题真做，自主选择实验内容，促进学生个性发展，并在项目实施过程中有效分工、各施所长，着重培养学生团队合作、工程实践和创新能力。

二、课程培养目标

天津市大学软件学院在形成互动探究式教学模式的基础上，结合我国物联网技术发展的实际情况，对其进行了全面的理论与实践相结合的研究。以物联网认知、物联网基础知识、物联网关键技术解析、物联网的原理与典型应用等知识模块作为载体，将行业企业应用项目案例融入教学实践中，将该课程的课程内容与教学大纲相联系，根据人才培养目标，与未来就业岗位相联系，决定该课程的知识、能力和素质的要求：

知识目标：了解物联网关键技术相关的基础知识和基本技能，了解物联网技术知识与技能在生产实践中的应用；了解物联网典型应用系统结构、关键设备的性能特点及集成方法；了解分析、设计物联网应用程序和进行软硬件分析、设计的基本知识和技能[1]。

能力目标：具备能够分析周边物联网应用体系结构，可以按照系统的功能要求自行进行简单的系统设计的能力；能够掌握物联网技术在应用开发及智能控制工程中的应用，并能够使用模拟软件进行软件和硬件的调试；有能力进行全面的分析和调试，并对项目进行综合设计与制作。

素质目标：具有自主学习和工作的能力；能够将爱国主义与课程实验相结合，具有强烈的事业心和严谨的工作作风；能够提升个人沟通、合作与交流的社会能力。

三、“四个三”教学模式

该课程的教学内容直接对标职业能力及岗位要求，经过多年的先行先试，现已凝练出“四个三”混合式教学模式，并已逐渐形成具有天软特色的教学体系。

（一）“三引入”的教学内容改革是教学模式改革的基础

引入趣味案例，激发学生学习兴趣。通过智能家居、智能楼宇、智慧交通等当前应用最广泛的物联网应用案例及沙盘模型，让学生们初步体会物联网对生活的影响，直观理解物联网的概念。

引入沉浸式教学模式，让教学内容由抽象变直观。凭借校企合作建立的“物联网技术创新实验室”，结合实验室的智能仓库、智慧教室应用案例，让学生近距离理解物联网的核心技术，如感知技术、传感器技术等，理解其实施机理和应用。

采用小组工作法，引入强国精神教育。各小组分工合作完成“未来已来——我的物联网生活”项目调研方案，引导学生分组调研设计项目，并引导学生了解国产自主研发的情况，报告中要具体列出可国产自主替代部分，增强学生们的民族自豪感。

（二）“三联系”的课堂教育方式是课堂教育改革的有效路径

充分利用好对标岗位与教学目标的联系，推动“实验”教学向“实践”教学转变。利用物联网技术的使用实例，让学生们对物联网的技术结构有一个全面的认识，对其核心技术有一个全面的把握，对其使用的各种场景也有一个比较清晰的认识，并逐步掌握相关技术的应用能力。

注重教学内容与物联网应用之间的联系，强调面对真问题，给出真办法。以赛代练、以赛促学习，将“全国大学生物联网设计竞赛”“互联网+大赛”“大学生创新创业训练计划”等竞赛的相关知识融入教学过程中，激励同学们在调查中融入创造性的元素，以构成一个新的方案，为实践教学奠定技术基础。

坚持以学生为中心理念和课程体系建设的联系，构建以学生成果为导向的实践教学体系。学生们掌握理论知识后，在具备了调研设计、项目设计能力的基础上，在导论课结束后便可以确定一个物联网应用项目，在后续课程中形成连贯性，使学生可以像游戏闯关一样，每学完一门课，项目就会更加丰满，大大地提升学生学习的积极性和主动性。

（三）重视“三基本”的引导可以让教学效果事半功倍

重点介绍物联网的基本概念、基本理论和基本技术，并对其理论的演绎进行简化。通过角色扮演、成就达成、能力雷达等形式，开展游戏化教学模式。通过布置分组任务“我的物联网新发现”要求各组在已有的物联网应用案例中至少提出一个创新点，将学生分成小组，每组6人，组长由抽签决定，组长带领团队共同进行任务分工，每组自行查阅资料，自行设计自己组内的产品及技术功能，由授课教师及其他各组分别对各组产品进行打分，分数最高组获胜。通过学生自主调研、自主设计，帮助学生清楚了解物联网的起源、发展、机遇与挑战，用自主性的方式让学生从等教师教到自己主动地去学，有助于学生充分理解物联网技术应用现状，以设定任务形式激发学生自主创新能力。

（四）“三创新”理念为教学改革提供更多途径

创新教学模式，打通线上线下全流程。依托学院“E起实践吧”在线交互平台，配套了本专业课程的在线学习、作业、考核等模块，以便实时了解学生学习情况；上课之前，教师会将课堂上所讲的知识内容，以“知识列表”的方式上传到网络上，每个单元都会有一次考试，让同学们按照这个列表来自学，然后再做一个“总结”，然后再进行下一个单元教学，以此来提高同学们的“闯关”能力，从而提高同学们的学习热情。在课堂中，教师会对学生进行课堂上的测试，并展开点拨和分小组的讨论，对知识点和重点难点进行归纳。在课中，通过课堂复盘、实战演练等形式，对学生们存在问题较多的知识点进行反复练习，加强知识点的把握和运用。课后，通过座谈会、调查问卷等形式进行检验学习情况，巩固和反馈评价。创新教学组织形式，翻转课堂效果良好。教师启发学生根据实际情况，每人独立完成一份“项目设计方案”，师生共同制定工作任务计划表，项目组成员自行完成角色分配并划分项目任务，提前进入职场角色。创新课程考核方式，引入多层次评价体系。教学评价贯穿整个学习过程，除教师对学生学习动态进行实时监督、管理，及时给予总结和评价，帮助学生查漏补缺、巩固提升外，还加入了学生间的互评，通过PK形式的“生生互评”起到朋辈互助、共同提升的教学效果。

四、课程改革创新点

（一）将强国精神融入专业教学

在课程教学实施过程中，对现有的课程大纲进行优化，将我国科技发展的实例应用引入教学，在提升学生专业技术的同时，指导学生树立正确的人生观和发展观，并将其设计为学生结课考核要求，以考代练地综合提升学生们的素质修养和民族自豪感。例如，结合物联网技术应用案例及往届毕业生实训成果，让学生们了解无人艇不光可以在环境监测产业应用有好的发展前景，还在抗洪抢险和军事部署中有更为重要的意义，使学生认识到项目组的产品设计、项目研发都可以对社会发展、国家兴旺起到重要作用。

（二）真实项目驱动式教学

教学形式采用线上线下混合式授课，线下依托创新技术实验室沉浸式体验教学，以真实场景和实际在研项目为驱动，通过项目和应用案例帮助学生完成技术点的学习[2]；通过线上虚拟仿真平台，设置相关实验课程，拓展知识的深度和广度。“创新项目设计”环节，由学生自主选题完成项目设计，将作业变成“作品”，并鼓励学生将“作品”深入研发、延续成“产品”，有效地增加了课程的延续性。

（三）以学生为中心，翻转课堂

采用翻转课堂，让学生成为课堂的主体，课前进行预习，提出疑问，课中带着问题进行学习，课后对课堂内容进行总结及完成作业设计。以学生为中心，增加动手实践环节的权重，把教学内容与有关的竞赛进行对照，把竞赛中的比赛内容和创新的需求融合课程标准当中，充分调动学生学习的主动性和兴趣[3]。

（四）注重课程评价

采取项目验收为主，理论考试为辅的考核模式，考核包括课堂互动、讨论效果评价、上机实践评价、线上学习效果评价、项目实践评价、作业、项目报告、考试等。除了教师对学生的考核评价外，注重学生与学生间的评价。

五、取得成效

通过对教学内容和教学手段的不断优化，学生对理论知识的理解和实践能力显著提高，具体体现在：课程通过线上线下课程资源部署，使不同理解能力的学生可以根据自身情况自主调节学习进度，提升学生自主学习能力和学习主动性；课上讨论环节，主讲教师根据指定主题讲解一个或多个产品案例，引导学生通过调研、查阅资料、思考并撰写自己的创新项目文档，最后进行项目答辩，对创新思维、综合素质、专业素质的提高有明显的作用，创新项目具有很强的延续性；课程结束后，学生修改、优化创新作品，并根据后续专业课的学习逐步开发、完善作品，进而通过参加学科竞赛、创业项目等方式延续课程收获。

课程改革成效明显，取得的主要成果包括：

本文作者参与完成的《产业引领型物联网现代产业学院建设的探索与实践》获得我国新工科研究与实践第二批项目的成功立项；参与完成的《基于产教融合的课程思政建设工作的探索与实践》教改项目获市教委支持立项，并顺利完成结项验收工作。

2019年9月11日取得《基于无线充电的立体停车库管理软件V1.0》计算机软件著作权，登记号：2019SR944309。参与完成的《产业引领型物联网现代产业学院建设的探索与实践》入选“CIE2021第五届中国IT教育博鳌论坛产教融合案例”库，获“贡献案例”称号，作为第一作者撰写的《基于产教融合的物联网专业实践教学模式创新与探索》入选“CIE2021第五届中国IT教育博鳌论坛征文”集，荣获一等优秀论文，并发表于《计算机教育》2022年2月10日第2期 ISSN 1672-5913。由本门课程大作业成果转化的毕业设计《基于Niagara的IBMS系统扩容性设计》《基于 STM32 的控量取餐系统设计与实现》《基于STM32的旧物回收柜设计与实现》分别获评2019届、2021届、2022届市级优秀毕业设计（论文）。

本门课教学改革的成效，已成功吸引多所兄弟院校与企业前来合作，带动河北大学、河北工业大学、天津工业大学等多所高校相关专业的教学改革，开展复合型软件人才培养试验，取得了可喜的效果。

六、结语

综上所述，天津市大学软件学院在进行“物联网导论”课程的教学改革过程中，充分遵循物联网专业教学规律，将教学内容紧密对接行业发展和岗位人才需求，结合当今学生学习特点，针对人才培养的特点，探索出“四个三”的教学方法，以提升学生各方面学习合作能力，提高人才培养质量。在未来的教育中，天津市大学软件学院也将持续进行教学改革，加强实践教学团队建设，提升师资团队教学能力，增强学生的理论联系实际能力，提高学生实际中发现问题与解决问题的能力，为培养具有“天软特色”的可服务于区域经济发展的适用型软件人才贡献力量。

参考文献

[1]孙哲，季秋，毕云.浅谈物联网导论课堂教学与实践[J].中国市场，2017（34）：207-208.

[2]王慧.混合式教学模式在建筑工程技术专业教学改革中的应用——以《建筑力学》课程为例[J].才智，2022（23）：158-161.

[3]朱学伟，朱华炳，张文祥.项目实战训练法在数控实训教学中的应用探究[J].职业，2022（03）：86-89.

作者简介：天津市大学软件学院教务部