深度學(xué)習(xí)視域下高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)研究與實(shí)踐
——以自動(dòng)識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用課程為例

蘇春芳，李艷華，屠 莉

（1.江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)系，江蘇 江陰 214405；2.國(guó)際商用機(jī)器公司（IBM），上海 201203）

0 引 言

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,廣泛應(yīng)用在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，一方面為高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生提供了廣泛的就業(yè)機(jī)會(huì)，另一方面又對(duì)高職學(xué)生提出了更高的要求。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)綜合性的學(xué)科，涵蓋了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)、控制科學(xué)、軟件工程等多個(gè)學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，在三年時(shí)間內(nèi)掌握物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的所有知識(shí)，對(duì)于高職學(xué)生來說是一個(gè)挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，但是目前在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)過程中，僅僅側(cè)重于部分理論知識(shí)和部分應(yīng)用領(lǐng)域。如何培養(yǎng)適應(yīng)不同行業(yè)、不同崗位需求的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用型人才，積極探索如何在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力，成為目前教學(xué)研究的熱點(diǎn)。

1 基于深度學(xué)習(xí)理論的教學(xué)模式

深度學(xué)習(xí)理論是美國(guó)學(xué)者Ference Marton和Roger Saljo 在《學(xué)習(xí)的本質(zhì)區(qū)別：結(jié)果和過程》中提出的，他們將學(xué)習(xí)區(qū)分為深層學(xué)習(xí)和淺層學(xué)習(xí)[1]。其后，Eric Jensen 在《深度學(xué)習(xí)的7種有力策略》中闡述深度學(xué)習(xí)周期（The Deeper Learning Cycle，DELC），提出教師如何幫助學(xué)生達(dá)到深入理解，從而提升學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力，主要分為7 個(gè)步驟，包括設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與課程、預(yù)評(píng)估、營(yíng)造積極的學(xué)習(xí)文化、預(yù)備與激活先期知識(shí)、獲取新知識(shí)、深度加工知識(shí)、評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)[2]。DELC 充分體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，以能力培養(yǎng)為核心，通過學(xué)生主動(dòng)參與，從而獲取知識(shí)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)問題和解決問題。

自動(dòng)識(shí)別技術(shù)是信息技術(shù)的一個(gè)重要分支，主要包括自動(dòng)識(shí)別與數(shù)據(jù)采集，將物理世界與信息世界融為一體[3]。依據(jù)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的種類，課程教學(xué)分為三大專題，分別是條碼識(shí)別技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)、生物特征識(shí)別技術(shù)。從理論層面上來說，涵蓋了絕大多數(shù)主流的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，能夠滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，但是從應(yīng)用的角度來說，不同的應(yīng)用領(lǐng)域有不同的功能需求，對(duì)應(yīng)的解決方案也不盡相同，如在物流管理、智慧超市等領(lǐng)域，即使所應(yīng)用的技術(shù)都是條形碼識(shí)別技術(shù)，但是在實(shí)現(xiàn)上還存在很大的差異。

鑒于以上原因，自動(dòng)識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用課程應(yīng)側(cè)重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，提高學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)的能力，按照“理論共性，實(shí)踐個(gè)性”的思路設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法，并進(jìn)行教學(xué)改革。

2 提高學(xué)習(xí)者深度學(xué)習(xí)能力的策略

由于學(xué)習(xí)者存在個(gè)體差異性，所具備的先期知識(shí)也不盡相同，因此對(duì)新知識(shí)的理解、應(yīng)用也存在差異性，從某種意義上來講，學(xué)生的先期知識(shí)影響新知識(shí)的學(xué)習(xí)效果，因此在課前補(bǔ)充、激發(fā)學(xué)生的先期知識(shí)是很必要的。鑒于以上原因，筆者構(gòu)建以學(xué)生為主體，以培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)能力為核心，以發(fā)現(xiàn)為目標(biāo)，以解決問題為手段的課程體系[4]，主要分為課前體驗(yàn)、課中新知識(shí)學(xué)習(xí)、課后個(gè)性化實(shí)踐3 個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1 所示。

圖1 基于DELC 的課程改革方案

在課前體驗(yàn)階段，搭建沉浸式的體驗(yàn)環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者在操作、體驗(yàn)中積累、儲(chǔ)備預(yù)備知識(shí)，并在小組討論中進(jìn)行思想的碰撞，從而激發(fā)、喚醒學(xué)習(xí)者的先期知識(shí)，為新知識(shí)的學(xué)習(xí)做前期的準(zhǔn)備，為學(xué)習(xí)者建立新、舊知識(shí)之間的聯(lián)系打下基礎(chǔ)。

在預(yù)備、激活先期知識(shí)的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行課中新知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)不再是被動(dòng)地接受知識(shí)，而是主動(dòng)的學(xué)習(xí)過程，在此過程中學(xué)習(xí)者一方面會(huì)對(duì)自己的先期知識(shí)進(jìn)行重構(gòu)，另一方面建立新的方法論并發(fā)現(xiàn)自己的興趣點(diǎn)，針對(duì)自己感興趣的實(shí)踐項(xiàng)目進(jìn)行深入的研究。

在實(shí)踐環(huán)節(jié)采用個(gè)性化的實(shí)踐方案，通過構(gòu)建多個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目，為學(xué)習(xí)者搭建課后個(gè)性化實(shí)踐平臺(tái)，學(xué)習(xí)者會(huì)依據(jù)自己的興趣點(diǎn)，參與到不同的項(xiàng)目中，自主開展相關(guān)研究。在個(gè)性化實(shí)踐環(huán)節(jié)，教師針對(duì)問題，進(jìn)行個(gè)性化的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決問題，最終對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。在此過程中，學(xué)習(xí)者不僅驗(yàn)證并重構(gòu)了自己的知識(shí)體系，還獲得了問題解決后的成就感，從而提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。

2.1 構(gòu)建體驗(yàn)式學(xué)習(xí)情景

構(gòu)建課前沉浸體驗(yàn)環(huán)境，營(yíng)造積極的學(xué)習(xí)氛圍，學(xué)習(xí)者在親身體驗(yàn)、操作、使用中自我獲知本次課的教學(xué)任務(wù)，將課堂教學(xué)中的“任務(wù)引入”環(huán)節(jié)中移置課前，讓學(xué)習(xí)者理解本次課的教學(xué)任務(wù)以及學(xué)習(xí)后自己可以完成什么樣的任務(wù)，能夠解決什么樣的實(shí)際問題。

在學(xué)習(xí)者對(duì)本次課教學(xué)任務(wù)有所了解的前提下，增加討論、研討的環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生指出體驗(yàn)項(xiàng)目中設(shè)計(jì)不完善、實(shí)現(xiàn)不合理之處，以問題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題開始新知識(shí)的學(xué)習(xí)；以激發(fā)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)力為導(dǎo)向，對(duì)課堂環(huán)節(jié)進(jìn)行改革，構(gòu)建從問題提出到問題解決、任務(wù)實(shí)踐，最終重構(gòu)學(xué)習(xí)者的方法論這樣一個(gè)閉環(huán)的課堂學(xué)習(xí)過程，如圖2 所示。在新知識(shí)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者將不是被動(dòng)的獲取知識(shí)，不是單純的記憶、學(xué)習(xí)相應(yīng)的理論知識(shí)；取而代之的是批判性的、有針對(duì)性的獲取新知識(shí)，并主動(dòng)重構(gòu)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)[5]。

圖2 課堂學(xué)習(xí)過程

2.2 構(gòu)建個(gè)性化實(shí)踐任務(wù)

為了提升學(xué)習(xí)者知識(shí)遷移與應(yīng)用的能力，課程構(gòu)建了個(gè)性化的實(shí)踐任務(wù)，為學(xué)生提供了一個(gè)可以依據(jù)興趣選擇不同的實(shí)踐任務(wù)的平臺(tái)。興趣是最好的老師，能夠參與到自己感興趣的項(xiàng)目中，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)力、積極性相對(duì)較高，因此會(huì)克服各種困難，發(fā)揮項(xiàng)目小組的作用，通過討論最終找到問題解決的方案，并分工實(shí)施，最終完成實(shí)踐任務(wù)[6]。在問題解決的過程中，一方面提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力，另一方面培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，提升學(xué)習(xí)者團(tuán)隊(duì)協(xié)作、溝通交流的能力。

在個(gè)性化實(shí)踐環(huán)節(jié)，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和社會(huì)適應(yīng)能力。本環(huán)節(jié)由于任務(wù)的多樣性，在任務(wù)實(shí)施過程中，學(xué)生遇到的問題也會(huì)各不相同，解決方案的可借鑒性并不大，因此團(tuán)隊(duì)成員只能發(fā)揮團(tuán)隊(duì)的力量，分析問題、解決問題，尋求解決方案，最終通過小組成員分工協(xié)作共同完成?！皞€(gè)性化實(shí)踐任務(wù)”為學(xué)習(xí)者搭建一個(gè)獨(dú)立思考、提高自主學(xué)習(xí)能力的平臺(tái)。

3 基于深度學(xué)習(xí)理論的教學(xué)資源建設(shè)

本課程的教學(xué)資源主要包括4 個(gè)專題，分別為一維碼識(shí)別及應(yīng)用、二維碼識(shí)別及應(yīng)用、RFID識(shí)別及應(yīng)用、人臉識(shí)別及應(yīng)用。在每個(gè)教學(xué)專題中，一方面構(gòu)建沉浸體驗(yàn)資源，用于激活學(xué)生的先期知識(shí)；另一方面精心設(shè)計(jì)課程實(shí)訓(xùn)案例，按照由淺入深的原則，以問題為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)個(gè)性化的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

3.1 搭建沉浸體驗(yàn)環(huán)境

以一維碼識(shí)別及應(yīng)用為例，本課程沉浸體驗(yàn)資源的建設(shè)如下：在該專題中共設(shè)置3 個(gè)體驗(yàn)項(xiàng)目，這些體驗(yàn)項(xiàng)目來源于大家常見、熟知的領(lǐng)域，貼近學(xué)生的生活（見表1）。學(xué)生在體驗(yàn)的過程中，有一種熟悉感與親切感，從而達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的目的。在體驗(yàn)的過程中，讓學(xué)生直觀感受到什么是一維條形碼、有什么用處，以及用什么樣的硬件設(shè)備能夠識(shí)別一維條形碼，從而達(dá)到補(bǔ)充、激發(fā)學(xué)生先期知識(shí)的目的，讓學(xué)生在課前積累支撐知識(shí)，便于對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)。

表1 沉浸體驗(yàn)資源

在項(xiàng)目體驗(yàn)過程中，由于學(xué)生的知識(shí)背景不同，因此對(duì)項(xiàng)目的理解也不盡相同，提出的疑慮、問題也不相同。當(dāng)學(xué)生帶著問題，甚至猜測(cè)進(jìn)入課堂，對(duì)新知識(shí)學(xué)習(xí)的過程就會(huì)變?yōu)榕?、審視、重?gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)的過程。學(xué)生在對(duì)新知識(shí)學(xué)習(xí)的同時(shí)，也會(huì)形成自己的方法論，產(chǎn)生一種想去驗(yàn)證自己方法、設(shè)計(jì)方案、實(shí)現(xiàn)方法是否可行的沖動(dòng)。

3.2 設(shè)計(jì)個(gè)性化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目是對(duì)體驗(yàn)項(xiàng)目的一個(gè)拓展、改編，通過合理設(shè)計(jì)問題，建立一個(gè)從易到難、逐步遞進(jìn)的體驗(yàn)項(xiàng)目。通過對(duì)高職學(xué)生的學(xué)情分析，設(shè)計(jì)3～5 個(gè)共性問題、1～2 個(gè)個(gè)性問題，將這些問題嵌入到實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中（見表2）。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生依據(jù)興趣選擇自己感興趣的項(xiàng)目，進(jìn)行課堂、課后的實(shí)訓(xùn)，即便選擇同一個(gè)項(xiàng)目，也有多種方法或者多重規(guī)則，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)大膽地進(jìn)行嘗試，驗(yàn)證自己的方法是否正確。在課堂中對(duì)于共性的問題，教師進(jìn)行集中的分析、講解，而對(duì)于個(gè)性的問題，教師給予個(gè)性化的指導(dǎo)。

表2 實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的問題設(shè)計(jì)

1）共性問題的集中講解。

在資源建設(shè)中適當(dāng)控制個(gè)性化實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的難度以及各個(gè)項(xiàng)目之間的關(guān)聯(lián)性，即使學(xué)習(xí)者選擇的項(xiàng)目不同，也會(huì)存在許多共性的問題。教師在課堂中對(duì)這些共性的問題集中進(jìn)行分析、講解、實(shí)施，指導(dǎo)學(xué)生建立知識(shí)與實(shí)際問題之間的聯(lián)系，完成知識(shí)的遷移。

2）個(gè)性化問題的個(gè)別指導(dǎo)。

個(gè)性化的指導(dǎo)是培養(yǎng)學(xué)生自信心、收獲成就感的一個(gè)重要途徑。在項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)過程中，學(xué)生會(huì)遇到一些綜合性的問題，很可能涉及其他領(lǐng)域的知識(shí)，需要查閱相關(guān)資料，在這一過程中，個(gè)性化的指導(dǎo)是很有必要的。教師站在更高的立場(chǎng)指出問題的本質(zhì)，指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)、修正實(shí)現(xiàn)方案，從而實(shí)現(xiàn)問題的解決，保證實(shí)踐項(xiàng)目如期完成。在問題的解決過程中，促使學(xué)生建立知識(shí)之間的聯(lián)系，學(xué)會(huì)融會(huì)貫通，提升觸類旁通的能力。

3）項(xiàng)目成果分享。

建立一種合理的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，通過項(xiàng)目組之間的項(xiàng)目分享、評(píng)比，一方面鍛煉學(xué)生溝通交流的能力，另一方面建立良性的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制。在項(xiàng)目分享中，學(xué)生收獲了問題解決后的成就感，樹立了信心，提升了學(xué)習(xí)興趣。

個(gè)性化實(shí)訓(xùn)重在培養(yǎng)學(xué)生綜合分析以及解決問題、舉一反三的能力，通過建設(shè)個(gè)性化的實(shí)訓(xùn)資源，促使學(xué)生完成知識(shí)在新情境中的遷移，在這一過程中，完成學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)、方法論的重構(gòu)。

4 實(shí)踐效果

為了檢測(cè)教學(xué)效果，選擇2019 級(jí)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)1 個(gè)教學(xué)班的學(xué)生，進(jìn)行教學(xué)改革試驗(yàn)，對(duì)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用課程中的課前體驗(yàn)項(xiàng)目參與度、課堂實(shí)踐項(xiàng)目完成質(zhì)量、課后拓展作業(yè)完成情況等方面分別進(jìn)行測(cè)試、評(píng)估。

任意抽取課程資源中的10 個(gè)體驗(yàn)項(xiàng)目，評(píng)估學(xué)生的參與度，如圖3 所示，其中98.5%的學(xué)生積極、主動(dòng)地進(jìn)行課前體驗(yàn)項(xiàng)目。通過問卷調(diào)查，絕大多數(shù)學(xué)生能夠帶著問題進(jìn)入課堂，并能對(duì)本次課的內(nèi)容有所了解，有效地激活了學(xué)生的先期知識(shí)。

圖3 課前體驗(yàn)項(xiàng)目參與情況

由于在教學(xué)過程中采用個(gè)性化實(shí)踐項(xiàng)目，因此項(xiàng)目間可參考性、可借鑒性較小，從而加大了實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目完成的難度。本課堂采用項(xiàng)目組內(nèi)評(píng)審、個(gè)人答辯等形式評(píng)估實(shí)踐項(xiàng)目完成的質(zhì)量，任意選取項(xiàng)目中的4 個(gè)模塊，實(shí)訓(xùn)成績(jī)見表3，項(xiàng)目完成率平均為97.5%，其中66.2%的學(xué)生不僅能夠按照項(xiàng)目要求，完成實(shí)踐任務(wù)，還主動(dòng)提出項(xiàng)目完善、優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案并實(shí)施。

表3 項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)成績(jī)比例 %

5 結(jié) 語

鑒于高職學(xué)生自身學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，基于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的專業(yè)特點(diǎn)以提高學(xué)生深度學(xué)習(xí)能力為目標(biāo)開展的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)及應(yīng)用課程教學(xué)改革，一方面通過構(gòu)建沉浸體驗(yàn)環(huán)境以及個(gè)性化實(shí)踐實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)；另一方面以“深度學(xué)習(xí)周期”DELC 為指導(dǎo)，開展課堂教學(xué)的改革，以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生重構(gòu)知識(shí)并形成新的方法論，從而提升了學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力。