物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目訓(xùn)練課程的混合式教學(xué)改革研究

萬洪莉 李雨晨

摘? 要：以物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目訓(xùn)練課程為背景，進(jìn)行混合式教學(xué)改革研究。確定改革思路，設(shè)定課程總體教學(xué)目標(biāo)及預(yù)期學(xué)習(xí)效果。進(jìn)行課程項(xiàng)目設(shè)計，根據(jù)項(xiàng)目內(nèi)容建設(shè)課程資源，設(shè)計線上線下混合式考核方式。將課程設(shè)計方案及資源建設(shè)結(jié)果應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。經(jīng)分析，課程資源可在后續(xù)教學(xué)中重復(fù)利用，并根據(jù)使用需求情況進(jìn)行資源擴(kuò)充，對課程建設(shè)起到了指導(dǎo)作用，達(dá)成了以競賽為驅(qū)動的能力培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：混合式教學(xué);課程資源;考核

中圖分類號：TP393.4? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract： This paper studies blending teaching reform of project training course on Internet of things. Based on the reform framework， the overall teaching objectives and expected learning effect are set. The expected learning goal was followed by the course project designing， which includes building the teaching resources and creating the online and offline blending assessment scheme. The application of the course design and the teaching resources proves that the teaching resources can be reused and enriched， with following-up teaching rounds. The experiences can also be used as a guidance to course construction. The course objectives of ability training driven by competition are thus achieved.

Keywords： blending teaching; teaching resources; assessment

1? ?引言（Introduction）

物聯(lián)網(wǎng)工程領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)是目前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題[1-3]。國內(nèi)有學(xué)者就基于物聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)[4]、基于二維碼的高校物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建[5]等課題進(jìn)行了深入研究。物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目訓(xùn)練是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的一門實(shí)踐類課程[6]。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生將先修課程C語言程序設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)、單片機(jī)原理與應(yīng)用等課程的知識進(jìn)行融合，提高學(xué)生的動手實(shí)踐能力。為繼續(xù)深化C語言、感知技術(shù)、單片機(jī)程序開發(fā)等內(nèi)容，課程的混合式教學(xué)改革[7-10]勢在必行。課程的混合式教學(xué)改革研究以藍(lán)橋杯電子類競賽的單片機(jī)開發(fā)為課程項(xiàng)目背景，進(jìn)行改革思路調(diào)整、課程項(xiàng)目設(shè)計工作。并制定課程標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行改革方案的實(shí)施。

2? 混合式教改研究（Research on mixed education reform）

2.1? ?改革思路

“藍(lán)橋杯”大賽由工業(yè)和信息化部人才交流中心主辦，旨在促進(jìn)軟件和信息領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)，提升高校畢業(yè)生的就業(yè)競爭力，截至2019年6月，大賽已連續(xù)舉辦十屆，已成為具有重大社會影響力和行業(yè)認(rèn)可度的IT類學(xué)科競賽。課程項(xiàng)目以藍(lán)橋杯全國軟件專業(yè)人才設(shè)計與創(chuàng)業(yè)大賽-電子類單片機(jī)競賽方向?yàn)轵?qū)動，在國信長天單片機(jī)綜訓(xùn)平臺上實(shí)現(xiàn)感知層項(xiàng)目的分析、設(shè)計、開發(fā)與創(chuàng)新。

2.2? ?項(xiàng)目設(shè)計

課程設(shè)計分為四個層級：課程導(dǎo)引、模塊訓(xùn)練、綜合訓(xùn)練和創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練。課程導(dǎo)引通過項(xiàng)目介紹、平臺介紹、軟件環(huán)境和硬件驅(qū)動安裝，讓學(xué)生明確課程項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計思路和考核方式，通過分組分工的方式發(fā)揮專長，參與項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的各個環(huán)節(jié)。模塊訓(xùn)練主要訓(xùn)練學(xué)生具備對LED、中斷、定時器、數(shù)碼管、矩陣鍵盤、串口、DS1302時鐘芯片、DS18B20溫度傳感器、PCF8591 ADC/DAC、AT24C02存儲器、超聲波傳感器、頻率測量這十二個典型模塊的應(yīng)用能力。真題訓(xùn)練選自藍(lán)橋杯全國軟件專業(yè)人才設(shè)計與創(chuàng)業(yè)大賽-電子類單片機(jī)競賽方向歷年真題，通過真題訓(xùn)練使學(xué)生充分備賽，具備在比賽現(xiàn)場模擬環(huán)境中進(jìn)行分析、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)、調(diào)試的能力。創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練的目標(biāo)是設(shè)計并實(shí)現(xiàn)一個多傳感器、多受控端融合的單片機(jī)綜訓(xùn)項(xiàng)目。是對競賽所需技能的綜合運(yùn)用和提高。

3? ?課程標(biāo)準(zhǔn)（criterion for curriculum）

3.1? ?課程基本信息

《物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目訓(xùn)練》在我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)計劃中設(shè)置為實(shí)踐類必修課程，于大二年級實(shí)踐學(xué)期開設(shè)，專注于物聯(lián)網(wǎng)感知層的單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)。課程的先修課程是《單片機(jī)原理與應(yīng)用》和《C語言程序設(shè)計》。在課程中綜合運(yùn)用先修課程知識，在模塊訓(xùn)練和真題訓(xùn)練環(huán)節(jié)強(qiáng)化軟硬件編程技能，在創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練中提升學(xué)生工程能力，為后續(xù)課程打下基礎(chǔ)，提升學(xué)生專業(yè)技術(shù)水平和就業(yè)競爭力。

3.2? ?課程目標(biāo)設(shè)定

3.2.1? ?課程總體教學(xué)目標(biāo)

經(jīng)充分研究藍(lán)橋杯競賽電子類單片機(jī)方向的競賽章程，課程設(shè)置總體教學(xué)目標(biāo)，驅(qū)動學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分備賽，通過對單片機(jī)、C語言、電子電路基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，具備應(yīng)對競賽客觀題目競賽的能力，也進(jìn)一步提升運(yùn)用理論知識對問題進(jìn)行分析和解決的能力。針對競賽的項(xiàng)目開發(fā)環(huán)節(jié)，制定項(xiàng)目訓(xùn)練目標(biāo)，提升物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目的架構(gòu)和編程能力。在競賽目標(biāo)驅(qū)動的基礎(chǔ)上，制定素質(zhì)能力和工程能力培養(yǎng)目標(biāo)，提升學(xué)生項(xiàng)目開發(fā)的綜合素質(zhì)水平，激發(fā)學(xué)生對于單片機(jī)及物聯(lián)網(wǎng)感知層技術(shù)的持續(xù)學(xué)習(xí)興趣。

（1）專業(yè)能力

①明確項(xiàng)目目標(biāo)，能夠?qū)﹄娮与娐?、C語言、單片機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)感知層的基本概念進(jìn)行明確定義和記憶。

②對項(xiàng)目涉及的功能模塊進(jìn)行分類，能夠在基礎(chǔ)模塊、擴(kuò)展模塊、感知模塊三各方面進(jìn)行模塊訓(xùn)練，具備單片機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)感知層專業(yè)架構(gòu)和編程能力。

（2）素質(zhì)能力

①培養(yǎng)良好的溝通能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

②通過創(chuàng)新項(xiàng)目的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

（3）工程能力

①單片機(jī)內(nèi)部資源的綜合應(yīng)用能力，以及使用外圍接口進(jìn)行擴(kuò)展的能力。

②使用Keil工具進(jìn)行單片機(jī)C語言程序開發(fā)，利用調(diào)試程序的常用方法，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

③利用文檔進(jìn)行軟硬件設(shè)計過程中的設(shè)計和交流，培養(yǎng)書面交流的基本能力。

④開發(fā)基于單片機(jī)的軟件程序，進(jìn)行整合和調(diào)試，培養(yǎng)程序設(shè)計思想及編程實(shí)現(xiàn)能力。

總體來說，課程以競賽為驅(qū)動設(shè)置課程專業(yè)能力培養(yǎng)目標(biāo)。項(xiàng)目訓(xùn)練階段采用分組方式，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，通過對國信長天單片機(jī)開發(fā)板的原理圖、用戶手冊的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，對真題的狀態(tài)圖分析、設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生圖表應(yīng)用溝通能力。通過多傳感器融合的創(chuàng)新項(xiàng)目的開發(fā)培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)感知層的工程能力。

3.2.2? ?預(yù)期學(xué)習(xí)效果

在混合式教學(xué)改革研究中，從知識目標(biāo)、能力目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)三個方面，制定預(yù)期學(xué)習(xí)效果。分析這些能力效果支撐的TOPCARES-CDIO三級能力指標(biāo)，確定培養(yǎng)路徑。預(yù)期學(xué)習(xí)效果與能力指標(biāo)關(guān)聯(lián)矩陣如表1所示。

4? ?改革方案的實(shí)施（Implementation of the reform plan）

4.1? ?項(xiàng)目實(shí)施計劃

采用講授教學(xué)、演示教學(xué)、指導(dǎo)教學(xué)、合作學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等教學(xué)方法。理論與實(shí)際相結(jié)合，通過課程導(dǎo)引、模塊訓(xùn)練、真題訓(xùn)練，學(xué)會運(yùn)用單片機(jī)開發(fā)板資源進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)和系統(tǒng)功能擴(kuò)展。教師引導(dǎo)開拓思路后，學(xué)生小組為單位完成多傳感器多受控端融合的綜合訓(xùn)練項(xiàng)目，同時完成系統(tǒng)軟硬件設(shè)計文檔。項(xiàng)目實(shí)施計劃表如表2所示。

4.2? ?考核方式

從形成性考核和終結(jié)性考核兩個維度，進(jìn)行課程考核。形成性考核借助線上作業(yè)系統(tǒng)平臺，考查學(xué)生課前對混改課前資源的預(yù)習(xí)效果，也驗(yàn)收課堂學(xué)習(xí)效果，并布置課后學(xué)習(xí)任務(wù)。在若干次線上考核中抽取三次課前測驗(yàn)、三次下課前驗(yàn)收測驗(yàn)，作為學(xué)生平時成績考核。

終結(jié)性考核采用線上測試、項(xiàng)目文檔、項(xiàng)目成果物和創(chuàng)新項(xiàng)目多維度考核，如表3所示。其中，創(chuàng)新項(xiàng)目的考核引入學(xué)生給分，和教師共同作為評價主體，在答辯時全員參與評價，采用矩陣量表的方式進(jìn)行考核。

5? ?結(jié)論（Conclusion）

《物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目訓(xùn)練》課程基于TOPCARES-CDIO工程教育理念，進(jìn)行混合式教學(xué)改革，建設(shè)微課、課件、學(xué)習(xí)資料、硬件器材庫作為課程資源，分為課前、課中、課后三個階段提供給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。課程以“藍(lán)橋杯電子類單片機(jī)競賽”為導(dǎo)向，設(shè)計課程項(xiàng)目。通過競賽任務(wù)驅(qū)動，將項(xiàng)目操作規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)引入教學(xué)過程中。

混合式教學(xué)改革實(shí)施過程中，以學(xué)生為主體，鼓勵學(xué)生利用課程資源自主學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作，加強(qiáng)職業(yè)能力的訓(xùn)練，運(yùn)用啟發(fā)引導(dǎo)、任務(wù)引領(lǐng)、問題導(dǎo)向、分組討論等多種互動式教學(xué)方法，完成課程教學(xué)任務(wù)。

參考文獻(xiàn)（References）

[1] unithavathi. P.， Geetha. S.， Karuppiah. Marimuthu. A lightweight machine learning-based authentication framework for smart IoT devices[J]. Information Sciences：? An International Journal， 2019（484）：255-268.

[2] Rajput， Shubhangini， Singh， et al. Identifying Industry 4.0 IoT enablers by integrated PCA-ISM-DEMATEL approach[J]. Management decision， 2019， 57（8）： 1784-1817.

[3] Audrius Urbonavicius， Nagham Saeed. IoT Leak Detection System for Building Hydronic Pipes[J]. International Journal of Engineering and Manufacturing（IJEM）， 2019， 9（5）： 1-21.

[4] 張倩怡，李小順，胡萍，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)研究[J].軟件工程，2017，20（10）：20-23;16.

[5] 朱峰，先曉兵.基于二維碼的高校物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建[J].軟件工程，2019，22（12）：37-40;4.

[6] 王毅，張滬寅，黃建忠，等.新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系探討[J].軟件工程，2018，021（008）： 57-59.

[7] 張璽君，馬維俊，王璐，等.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)《Linux與嵌入式系統(tǒng)》混合式教學(xué)改革探索研究[J].教育教學(xué)論壇，2018（30）：99-100.

[8] 鄒明亮，王強(qiáng)芬.智慧校園環(huán)境下混合式教學(xué)模式構(gòu)建探索[J].山西高等學(xué)校社會科學(xué)學(xué)報，2019，31（10）：73-76.

[9] 劉鳳娟，郭勝大.人才供給側(cè)改革的O2O混合式理論教學(xué)改革研究——以物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下金融專業(yè)理論課為例[J].金融理論與教學(xué)，2017（05）：79.

[10] 談紫芬.《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》課程混合式教學(xué)模式探索[J].教育現(xiàn)代化，2018，5（16）：199-200;202.