物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用課程教學(xué)改革探索

柏榮剛 張海燕 蔡祥 李巨虎

摘要：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，文章針對學(xué)生知識結(jié)構(gòu)不足的情況，提出應(yīng)在課程教學(xué)中補充互聯(lián)網(wǎng)歷史、行業(yè)經(jīng)濟規(guī)律、綜合性實驗等內(nèi)容，并在教學(xué)各環(huán)節(jié)要注重培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，體現(xiàn)以“學(xué)”為主、以“教”為輔的指導(dǎo)思想。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；互聯(lián)網(wǎng)歷史；互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟；IT產(chǎn)業(yè)規(guī)律；自學(xué)能力

0、引言

物聯(lián)網(wǎng)已成為繼互聯(lián)網(wǎng)后信息技術(shù)的又一制高點，它引起了世界各國的重視。2011年以來，國內(nèi)近百所高校開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，這一舉措為新興產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)了人才，積極推動了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的課程內(nèi)容體系和教學(xué)方法暴露出了一定的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）物聯(lián)網(wǎng)是IT產(chǎn)業(yè)的新秀，縱觀歷史，這樣的變革每隔10～15年便可能發(fā)生一次。學(xué)生不禁提問，誰將是下一個變革？物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的職業(yè)壽命有多長？所學(xué)知識的可遷移性有多大？離開學(xué)校后怎樣更新知識？而高校的課程體系設(shè)置流程，決定了教學(xué)內(nèi)容很難與市場上最流行的技術(shù)同步，這給物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)工作帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。

（2）傳統(tǒng)的課程內(nèi)容體系偏重于培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)能力。學(xué)生雖然學(xué)習(xí)了不少計算機知識，但是由于不了解這些知識產(chǎn)生的背景和發(fā)展的過程，不能很好地把握各種技術(shù)之間的前因后果和內(nèi)在聯(lián)系。甚至在研究生畢業(yè)后，學(xué)生對IT產(chǎn)業(yè)的理解仍然是碎片化的。在工作中面對紛繁復(fù)雜的產(chǎn)業(yè)問題，只能單一地從技術(shù)角度出發(fā)，缺乏多維度的思考。

（3）物聯(lián)網(wǎng)是一門綜合性學(xué)科，現(xiàn)有課程體系覆蓋了大部分物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；但以知點為核心的授課方式，令各門課程之間缺乏有效關(guān)聯(lián)，理論和實際的工程應(yīng)用脫節(jié)。學(xué)生難以將所學(xué)的各門課程聯(lián)系起來，形成一個有機的整體。

1、課程內(nèi)容體系的建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)高年級本科生的一門專業(yè)核心課程。課程既要介紹物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)背景和發(fā)展動態(tài)，為學(xué)生開闊視野，又要幫助學(xué)生綜合運用以往課程所學(xué)技能，建立完整的知識結(jié)構(gòu)。針對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系和學(xué)生知識結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)，筆者從3個方面對教學(xué)和實驗內(nèi)容進行探索。

1.1 學(xué)習(xí)IT產(chǎn)業(yè)的歷史

物聯(lián)網(wǎng)是新興產(chǎn)業(yè)，即使是資深I(lǐng)T人士，面對眼花繚亂的新產(chǎn)品和新技術(shù)也常常是霧里看花。筆者認為溫故方能知新，首先學(xué)生要學(xué)習(xí)計算機和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷史。推薦學(xué)生閱讀一些IT史記，并在課堂上討論和講解。學(xué)生可以將IT革命的三次浪潮作為線索，回顧IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展史和國際標(biāo)桿企業(yè)的興衰史：第一次是以IBM、英特爾、微軟和蘋果引領(lǐng)的計算機浪潮，代表性技術(shù)是計算機、多媒體等；第二次是以雅虎、思科、朗訊引領(lǐng)的互聯(lián)網(wǎng)浪潮，代表性技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)和路由器；第三次是谷歌、蘋果、Facebook等引領(lǐng)的云計算浪潮，代表性技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)、Web2.0、移動計算和大數(shù)據(jù)。在第三次浪潮中，中國的公司騰訊、阿里巴巴和百度也扮演了重要的角色。

上述精彩的故事讓技術(shù)不再是冰冷的數(shù)字，這樣既可以讓學(xué)生了解所處的位置和環(huán)境，有助于他們更好地判斷和預(yù)測下一波IT產(chǎn)業(yè)浪潮的趨勢，又能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與人文素養(yǎng)。

1.2學(xué)習(xí)IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律

與世界上其他產(chǎn)業(yè)一樣，IT產(chǎn)業(yè)也有自身的發(fā)展規(guī)律，物聯(lián)網(wǎng)則繼承了IT產(chǎn)業(yè)的主要方法和基本規(guī)律。理解和把握這些思想、概念和模型，在不同層次上構(gòu)建立體的知識體系，能幫助學(xué)生在未來的工作中更好地作出決策。即使IT飛速發(fā)展，案例不斷變化，但是產(chǎn)業(yè)規(guī)律是可持續(xù)的，具有較強的可遷移性。筆者廣泛搜集整理有關(guān)資料，從多個角度為學(xué)生展現(xiàn)IT產(chǎn)業(yè)規(guī)律。

（1）摩爾定律——英特爾創(chuàng)始人戈登·摩爾在1965年提出：每18個月，IT產(chǎn)品的性能會翻一番。近50年來，摩爾定律很好地解釋了計算機硬件的發(fā)展速度造成了硬件產(chǎn)品購買不斷地呈現(xiàn)“通貨緊縮”這一現(xiàn)象，是IT產(chǎn)業(yè)的“生物鐘”。

（2）安迪·比爾定律——由微軟前CEO比爾·蓋茨和英特爾前CEO安迪·格魯夫的名字命名。該定律描述了計算機產(chǎn)業(yè)鏈中軟件和硬件企業(yè)的共生關(guān)系。軟件不斷更新，消耗更多硬件資源，促使用戶不斷升級硬件，消除摩爾定律帶來的不利影響。

（3）反摩爾定律——同樣的IT產(chǎn)品，每過18個月，價錢會下降一半。反摩爾定律給硬件企業(yè)帶來巨大的壓力，促使其不斷革新技術(shù)，推動IT產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，是IT產(chǎn)業(yè)新技術(shù)和新公面不斷涌現(xiàn)的重要原因。

（4）信息產(chǎn)品的成本結(jié)構(gòu)——信息產(chǎn)品的生產(chǎn)（固定）成本很高，復(fù)制（邊際）成本很低甚至為零。競爭驅(qū)動促使其價格向邊際成本移動直至為零。信息產(chǎn)品這種特殊的成本結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致傳統(tǒng)經(jīng)濟學(xué)按成本定價的機制失效，誕生了新的定價方式和70/20/10的市場份額結(jié)構(gòu)。

（5）免費經(jīng)濟學(xué)——互聯(lián)網(wǎng)帶來了更強的流動性，億萬人進入了全球大市場。幾近于零的分銷成本使得即使消費參與率很低時，運營商仍然能夠通過交叉補貼的方式盈利，從而為大多數(shù)人提供免費的信息產(chǎn)品。運用免費的商業(yè)模式重新分配財富，使價值從少數(shù)人轉(zhuǎn)移到多數(shù)人手中，收縮一個行業(yè)的同時潛在地開放其他行業(yè)，不斷對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造。

（6）網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)——加入信息產(chǎn)品的虛擬網(wǎng)絡(luò)具有正外部性。當(dāng)新用戶購買某信息產(chǎn)品時，即加入該產(chǎn)品所組成的“虛擬網(wǎng)絡(luò)”，使該網(wǎng)絡(luò)變得更大更好用，對老用戶有正收益。虛擬網(wǎng)絡(luò)的價值與用戶數(shù)量的平方成正比。網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)導(dǎo)致龍頭企業(yè)的壟斷難以被打破，不利于新進企業(yè)開拓市場。

（7）正反饋效應(yīng)——指強者愈強、弱者愈弱的現(xiàn)象。由供應(yīng)方規(guī)模經(jīng)濟和需求方規(guī)模經(jīng)濟共同作用產(chǎn)生。信息產(chǎn)品銷量或用戶的增加，既降低了供應(yīng)方的生產(chǎn)成本，又使產(chǎn)品對其他用戶更有價值。二者合力，促進市場對該產(chǎn)品的需求進一步增長。正反饋效應(yīng)導(dǎo)致信息產(chǎn)業(yè)的生長和毀滅速度遠遠快于工業(yè)時代。

（8）鎖定——當(dāng)用戶轉(zhuǎn)換信息產(chǎn)品的品牌時，浪費了對舊產(chǎn)品的互補投資，要承受相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)移成本，這意味著用戶被舊產(chǎn)品“鎖定”了。鎖定給顧客帶來了轉(zhuǎn)移成本，卻給供應(yīng)商帶來巨大的利益，成為買、賣雙方角力的焦點。轉(zhuǎn)移成本也是影響市場容量的主要因素，轉(zhuǎn)移成本越大的市場，容納的同類企業(yè)越少。

（9）長尾理論——2004年，美國《連線》雜志主編克里斯·安德森提出：在信息時代以前，受時間和空間成本的限制，人們只能關(guān)注少數(shù)重要的人或事。如果用“L”型曲線來描繪，人們只能關(guān)注曲線的頭部，而忽略曲線的尾部。而在信息時代，信息的生產(chǎn)、集合、搜索和過濾成本大人降低，人們開始關(guān)注曲線的尾部，由此帶來巨大的市場和經(jīng)濟效益。長尾理論不僅可以用來描述淘寶和谷歌等網(wǎng)站的商業(yè)模式，也可以解釋草根經(jīng)濟和草根文化的崛起現(xiàn)象。例如，互聯(lián)網(wǎng)金融中的“投資團購”眾籌和“理財團購”余額寶。

（10）互聯(lián)網(wǎng)的商業(yè)模式——大規(guī)模、零成本和隱性雇傭?！按笠?guī)模”指利用信息流動，業(yè)務(wù)很容易橫向拓展?！傲愠杀尽敝府a(chǎn)品的復(fù)制成本為零?！半[性雇傭”指用戶既是產(chǎn)品的消費者，又是產(chǎn)品的生產(chǎn)者。當(dāng)今許多叱咤風(fēng)云的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都符合這個商業(yè)模式，如谷歌、蘋果、Facebook、淘寶、騰訊等。而一些傳統(tǒng)軟件企業(yè)所采用的合同項目式商業(yè)模式，思維方式停留在工業(yè)時代，難以發(fā)展壯大。

（11）注意力經(jīng)濟——諾貝爾經(jīng)濟學(xué)獎獲得者赫伯特·西蒙曾說：“隨著信息的發(fā)展，有價值的不是信息，而是注意力……信息的充裕意味著注意力的匱乏?！币运阉饕鏋榇淼男畔z索過濾工具，可以幫助人們快速找到有用信息，節(jié)省注意力，創(chuàng)造價值。例如，谷歌搜索引擎對網(wǎng)站的質(zhì)量聲譽進行排名，幫助網(wǎng)民提高信息選選擇效率，又為網(wǎng)站增加流量和AdSense廣告分成。

在講授上述理論時，既可以援用IT歷史案例，也可以引用時事新聞，分析印證其中的規(guī)律，感受其旺盛的生命力。例如，嘀嘀打車和快的打車軟件的價格戰(zhàn)符合網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)和正反饋效應(yīng)；小米手機的低價和限量銷售則運用了摩爾定律；工信部推動的攜號轉(zhuǎn)網(wǎng)遭遇運營商的承重重阻力，反映了鎖定的規(guī)律。

1.3綜合性實驗

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是嵌入式系統(tǒng)、傳感器技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)、移動計算、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等技術(shù)的綜合體。在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系中，以上課程足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的先修課程。因此，在設(shè)計實驗內(nèi)容時，應(yīng)盡量聯(lián)系前序相關(guān)課程，將理論知識與實際問題緊密結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決問題的能力。為實現(xiàn)以上目標(biāo)，筆者設(shè)計了一個物流系統(tǒng)綜合實驗，實驗分為4個步驟，見表l。

本實驗所需硬件設(shè)備為：PC機、Android手機和USB接口RFID瀆卡器，一般高校的實驗機房都能滿足。

2、課程教學(xué)方法的探索

進入21世紀，許多學(xué)科的知識更新周期已縮短至3—5年，適時地進行知識更新，成為IT從業(yè)人員的迫切需求。應(yīng)試教育扼殺了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，他們習(xí)慣于在課堂上被動接受教師傳授的知識，對自學(xué)沒有正確的態(tài)度和認識。

我國著名教育改革家魏書生非常重視培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，他建議從以下幾個方面培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力：①激發(fā)學(xué)生的自學(xué)興趣；②樹立學(xué)生的自學(xué)信心；③教給學(xué)生自學(xué)的方法。

2.1提出并初步解決問題

在講授完物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的大數(shù)據(jù)第一部分“基本知識和若于案例”后，學(xué)生在課堂上分組討論如下題目：“假設(shè)能夠得到學(xué)校各部門的所有數(shù)據(jù)，包括未來可能采集到的數(shù)據(jù)，在校園生活中，找到1個急需解決的問題，運用大數(shù)據(jù)思維來解決這個問題?！苯?jīng)過討論，學(xué)生提出了一些問題并找到了解決方案，如針對“住在高層宿舍的同學(xué)，由于上課前電梯非常擁擠，等待時間過長”這一問題，建議教務(wù)處在安排課程表時，考慮各院系學(xué)生宿舍樓層信息，有利于均衡使用電梯，提高出行效率。

在這個案例中，學(xué)生嘗試運用大數(shù)據(jù)思維解決生活中的實際問題，既加深了對大數(shù)據(jù)概念的理解，也體驗到主動思考帶來的樂趣。

2.2在案例中深入學(xué)習(xí)

在講授大數(shù)據(jù)的第二部分“數(shù)據(jù)價值常見的釋放方式”時，筆者與學(xué)生討論各個案例分別屬于哪一種釋放方式。在講授大數(shù)據(jù)的第三部分“數(shù)據(jù)的相關(guān)與因果關(guān)系”時，學(xué)生根據(jù)各自的案例，尋找其中的關(guān)聯(lián)物、原始用途和次級用途，分析其中的相關(guān)關(guān)系，推斷因果關(guān)系。在后續(xù)各章學(xué)習(xí)中，依此類推，逐步挖掘?qū)W生的原創(chuàng)案例，從中找到理論和實踐的結(jié)合點。教師應(yīng)輔導(dǎo)有興趣的同學(xué)開展深入研究，建立數(shù)學(xué)模型優(yōu)化分析，或找到實現(xiàn)的具體方法，將成果發(fā)表或參加競賽。

這種先由學(xué)生提出實際問題，后進行理論學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，變被動接受為主動探索，使他們更能體驗到知識產(chǎn)生于社會生活的科研過程，領(lǐng)會科學(xué)精神。

2.3正確的閱讀方法

良好的閱讀習(xí)慣能提高自學(xué)的效率，是一種終身財富。經(jīng)過中學(xué)語文課的訓(xùn)練，大學(xué)生已經(jīng)具備了基本的閱讀能力，能夠理解文章的主旨和結(jié)構(gòu)，但是尚未達到“主題閱讀”的水平。要達到更高的閱讀水平，學(xué)生首先應(yīng)學(xué)會利用網(wǎng)絡(luò)上的學(xué)術(shù)資源判斷書的價值，不能一視同仁，平均分配時間；然后在多本書中找到相關(guān)章節(jié)，解讀多位作者的觀點，尋找共同的主題；最后站在整體視角，厘清問題，梳理一條思路，完成深入系統(tǒng)的研究性閱讀。

為此，筆者選擇了一些論文、新聞和書籍，推薦學(xué)生運用以上方法閱讀，為他們研究生階段的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

3、結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用課程以培養(yǎng)學(xué)生的互聯(lián)網(wǎng)思維為主線，不僅要向?qū)W生展現(xiàn)IT產(chǎn)業(yè)更迭和企業(yè)興衰的歷史景觀，還要剖析經(jīng)緯交織的IT產(chǎn)業(yè)規(guī)律，讓學(xué)生能更真實、全面地了解IT產(chǎn)業(yè)，理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對人類生活的深刻影響。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展是教學(xué)改革的動力和吸引力，因此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用課程的教改研究是一項不斷探索、與時俱進的工作。