《物联网系统开发与应用》课程教学改革探索

引 言

物联网产业是战略新兴产业，涉及的理论和技术涵盖面广， 应用领域众多。目前，国内外在物联网人才培养、课程体系建设、课程建设等方面都处于积极探索阶段，可借鉴的经验较少[1]。

《物联网系统开发与应用》作为一门新的基础课程，其教学还处于摸索、创新阶段。如何合理开展教学改革，提高《物联网系统开发与应用》课程教学的质量和教学效果，已成为该课程教改亟待解决的问题。为此，本文通过分析《物联网系统开发与应用》课程的特点，分别从内容、模式、实践和考核等方面剖析了该课程教学中存在的问题，并提出了相应的解决方案。

1 课程的教学目标、课程特点和存在的问题

1.1 物联网系统开发与应用课程的教学目标

《物联网系统开发与应用》是物联网工程专业的核心课程，开设于大三下学期。该课程不仅是对模拟电路、数字电路、单片机、传感器、无线传感网、C 语言基础等软硬件相关知识的综合应用，更是学生开展毕业设计和就业综合能力夯实提升的基础。物联网系统开发与应用课程的教学目标是通过该课程的学习，使得物联网工程专业学生具备从事物联网应用领域研究、设计、开发、维护等工作所需的专业基本能力。

1.2 物联网系统开发与应用课程的课程特点

(1) 课程涉及的领域广泛

物联网系统开发与应用涉及技术较多，从传感器技术到通信网络技术，从嵌入式微处理节点到计算机软件系统，涵盖自动控制、通信、计算机等不同领域 [2]，是跨学科的综合应用开发。

(2) 课程涉及的前导课较多

物联网系统开发与应用涉及电子、嵌入式开发、自动化控制、网络通信、计算机等方向的综合应用。课程涉及的前导课主要包括《物联网导论》《射频识别技术及应用》《单片机原理及应用》《电子设计软件及其应用》《传感器技术及应用》《无线网络技术》《物联网数据库应用》《物联网数据处理》《物联网控制系统设计》等。

(3) 课程相应的应用较多

物联网是应用型技术，其发展依赖于诸多工程领域的技术创新，遍及智能家居、智能交通、智能环保、智能市政、智能工农业、智能医疗等多个领域，因此更强调工程应用。课程教学需围绕一个或多个典型应用开展。

1.3 教学面临的主要问题

鉴于本课程的特点，通过在教学工作中的实践积累，对物联网系统开发与应用教学中存在的问题归纳如下：

(1) 课程对前导课的依赖性强

物联网系统开发与应用涉及的前导课较多，从大一的《单片机原理及应用》到大三的《物联网数据处理》，达10 余门， 涵盖硬件开发和软件开发两方面。由于物联网系统开发与应用是以项目为主导的全流程设计和实现，因此在跨度较大的 5 个学期内对前导课的掌握程度将直接影响该课程的教学效果。

(2) 课程实战性较强

物联网系统开发与应用课程以项目为主导，实战性较强， 贯穿需求分析、硬件设计与优化、软件系统开发与测试等全流程。该课程要求授课教师具有丰富的工程经验，否则授课时势必以描述性内容居多，容易使学生产生厌倦情绪。在强调授课老师指导学习的同时，课程也要求学生具有一定的动手能力和创新能力，否则容易导致学生在某个环节产生挫败感。

(3) 课程课时 相对 不足

物联网系统开发与应用的理论课时为 16 学时，实验课时为24 学时。由于课程牵涉的内容较多，使得课程学时较为紧凑。考虑到学生对前导课的部分知识还未掌握或已遗忘，如果按照传统的授课方式，对全部知识点进行讲解则显得课程学时相对 不足，很多内容只能如蜻蜓点水般一带而过，导致部分内容讲解不够透彻，学生未完全理解，始终只有一些模糊的概念，达不到良好的教学效果。

2 课程教学改革的探索与实践

针对物联网系统开发与应用课程教学中面临的主要问题， 结合实际情况和学生特点，对物联网系统开发与应用课程的教学进行了探索和实践，提出了以学生为主体、教师为主导、项目为主线，进行分层次、导向性强和强化实践等方面的探索， 涵盖课程内容、授课方式等。

2.1 合理设置课程内容体系

物联网内涵丰富，包括感知层、网络层和应用层，这三部分相对独立又相互联系，每一部分都蕴含着丰富的内容， 在较短的学时内无法融会贯通。为了使授课不至于因宽泛而流于肤浅，在讲解各部分内容时都应尽量结合实际情况合理编排教学内容。理论课程按需求分析、嵌入式开发、无线传感网组建和应用系统开发四部分展开，每部分分配 3 ～4 个学时， 可根据课堂效果进行适当调整。由于前导课已对理论部分进行了较为详细的讲解，因此，教学内容应摒弃单纯的理论知识讲授，避免使学生感到枯燥而失去兴趣。课堂内容侧重于理论知识的应用，每一部分的知识点以实物案例的形式展现， 一方面可以激发学生的听课热情和积极性，另一方面基于实例模仿可以提高学生的实践和动手能力。

2.2 理论环节教学模式的改革

授课方式的改革采用 慕课 教学模式。传统的课堂教学模式以教师讲授为主，对学生而言是 被动式 听讲，缺乏互动性和新鲜感。此外，常出现因课程课时不足导致很多知识点无法通过课堂讲授方式完成的情况，尤其对于前导课知识点掌握不牢固的学生而言，无法通过课堂讲授全面掌握。为提高学生的学习主动性和学习效果，特采用慕课（MOOC） 教学模式[3] 将课程所需的知识点和经典项目案例拆分制作成PPT、微视频。在课前将学习资料发给学生或发布到网络供学生下载学习，学生对前导课没掌握或遗忘的部分知识进行补习。将理论课堂分为个人学习汇报、分组讨论、共性问题引导式讲解等环节，在实践实验课堂上践行实现。这种教学方式可加深学生对知识点的理解，有效培养学生分析问题的能力和表达能力，有助于增加师生间的了解和教学工作的开展。

2.3 项目引导式的实验环节

物联网系统开发的方法是从众多现实项目开发实践中总结出来的，实验课程的教学重在实践[4]。需要收集和总结一些物联网系统开发的典型案例，如在智能家居、环境监测等方面的应用。学生上实验课时按 5 ～10 人进行分组，利用校外企业已完成或准备开展的实际项目，基于校企联合实验室，让学生以不同的角色参与项目全流程[5]。通过实例项目的开发强调知识体系的实践性和可操作性，提高学生的学习兴趣。在实验教学的全过程，鼓励学生查阅文献和资料，培养学生的学习主动性，引导学生积极思考并参与项目历练，使学生由被动式学习变成主动探索知识，培养学生的创新意识，提高创新能力。

2.4 合理设置考核方式

课程的考核方式应随着教学内容、教学方法的变化而变化，使学生发挥出所掌握的知识和个人技能水平。物联网系统开发与应用是一门实用开发类的课程，其考核应突出学生物联网系统开发相关知识的掌握程度、创新意识和创新能力的培养。课程考核以提交的物联网应用系统和文档材料为主，依据开发的物联网应用系统的可用性、撰写文档的详实度和规范性进行评判，突出答辩环节，采用学生自评、小组互评、教师评价相结合的多元化评价体系。

3 结 语

《物联网系统开发与应用》课程具有综合性强、实战性强等特点，对授课教师和学生的综合要求较高，其教学还处于摸索和创新阶段，需要教师对课程的多个方面进行探索创新。针对《物联网系统开发与应用》课程教学中面临的主要问题， 提出了以学生为主体、教师为主导、项目为主线，采用慕课教学模式，较好地解决课程教学中存在的学生对前导课知识掌握不足等问题，同时在培养学习兴趣、启发自主学习、提高学生的专业能力，以及创新意识和团队精神等方面，使教学效果得到了一定提升。