以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)的物聯(lián)網(wǎng)工程翻轉(zhuǎn)教學(xué)模式探索與實(shí)踐

陶宇煒

摘 要：從如何發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)對(duì)高校學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特點(diǎn)，引入翻轉(zhuǎn)課堂，對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行逆序創(chuàng)新，將實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)重新劃分為線上線下、課內(nèi)和課外翻轉(zhuǎn)的教學(xué)模式。以在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)為載體，結(jié)合虛擬環(huán)境，在線上和線下開(kāi)展學(xué)習(xí)活動(dòng)和實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。通過(guò)在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)應(yīng)用表明，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果顯著，激發(fā)了學(xué)生的自主探究精神，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)和專業(yè)實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的提升。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新驅(qū)動(dòng);物聯(lián)網(wǎng)工程;翻轉(zhuǎn)課堂;虛擬互動(dòng)

中圖分類號(hào)：G424.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-5995（2020）07-0091-07

“云計(jì)算”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術(shù)和教學(xué)模式的融合，有力地推動(dòng)了高校本科課程教學(xué)的發(fā)展和創(chuàng)新?？v觀近些年來(lái)教育信息技術(shù)助推高校教育教學(xué)改革的成效來(lái)看，翻轉(zhuǎn)課堂在高校的本科課程教學(xué)中效果顯著[1][2][3][4]。翻轉(zhuǎn)課堂通過(guò)將教學(xué)內(nèi)容前移至課前學(xué)習(xí)，課堂教學(xué)以學(xué)生為中心，教師重點(diǎn)轉(zhuǎn)向針對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)，通過(guò)師生之間雙向和多向的互動(dòng)和交流，協(xié)作探究解決課程學(xué)習(xí)中遇到的困難和問(wèn)題，使學(xué)生達(dá)到較為滿意的學(xué)習(xí)效果[5]。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)面向“互聯(lián)網(wǎng)+”新形態(tài)，培養(yǎng)適合行業(yè)發(fā)展需求，具備較強(qiáng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的技術(shù)人才。將翻轉(zhuǎn)課堂引入我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合虛擬互動(dòng)環(huán)境，對(duì)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行逆序創(chuàng)新，探索適合高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)要求的教學(xué)模式。

一、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)剖析

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程涉及較多新技術(shù)，理論知識(shí)較為抽象，如RFID技術(shù)、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等，通過(guò)理論課的講授，難以建立準(zhǔn)確直觀的概念，理論和實(shí)踐之間關(guān)聯(lián)度較高，僅僅通過(guò)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)并不能真正掌握知識(shí)點(diǎn)，實(shí)踐教學(xué)以培養(yǎng)高校學(xué)生的專業(yè)綜合能力為導(dǎo)向，以具體的實(shí)踐項(xiàng)目作為載體，幫助學(xué)生理解并掌握專業(yè)課程理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中獨(dú)立探究解決具體問(wèn)題的能力[6][7]。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程開(kāi)設(shè)的實(shí)踐項(xiàng)目受實(shí)踐設(shè)施條件等限制，在真實(shí)的實(shí)踐環(huán)境沒(méi)有條件正常開(kāi)展，難以通過(guò)教師的講授真正理解和掌握專業(yè)理論知識(shí)。教材上的實(shí)踐內(nèi)容大多為原理性的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，只是從實(shí)踐角度幫助學(xué)生理解理論原理，學(xué)生面對(duì)一些實(shí)際問(wèn)題不能通過(guò)自主探索加以解決。受實(shí)驗(yàn)設(shè)備本身在技術(shù)上的封閉性限制，束縛了教師自主設(shè)計(jì)和調(diào)整實(shí)踐項(xiàng)目?jī)?nèi)容，不能滿足物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。學(xué)生的學(xué)習(xí)往往達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果，很容易使學(xué)生形成畏難情緒，從而降低學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

二、翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐教學(xué)模式

翻轉(zhuǎn)課堂是線上線下混合學(xué)習(xí)的重要呈現(xiàn)方式。在課前學(xué)生利用在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)教師上傳的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，完成教師下達(dá)的學(xué)習(xí)任務(wù)。通過(guò)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)虛擬環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生探索研究，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高學(xué)生的理論知識(shí)的理解程度，使其產(chǎn)生較為愉悅的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在課堂上，學(xué)生完成實(shí)踐操作，自主探究解決問(wèn)題，教師組織和指導(dǎo)實(shí)踐項(xiàng)目，圍繞教學(xué)內(nèi)容互動(dòng)交流，開(kāi)展深層次的問(wèn)題探究。課后進(jìn)行反思和總結(jié)，評(píng)價(jià)實(shí)踐教學(xué)效果[8]。

翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐教學(xué)通過(guò)為學(xué)生提供在線學(xué)習(xí)環(huán)境，完成知識(shí)的傳授，學(xué)生有更多時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐操作練習(xí)，完成實(shí)踐體驗(yàn)。教師可以為更多學(xué)生提供實(shí)踐操作練習(xí)指導(dǎo)。通過(guò)教師和學(xué)生之間雙向或多向的研討交流，完成知識(shí)的內(nèi)化。學(xué)生有更多時(shí)間思考問(wèn)題，自主進(jìn)行實(shí)踐探索解決問(wèn)題。翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐教學(xué)以更加靈活便捷的方式促進(jìn)學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)，通過(guò)激發(fā)學(xué)生的探究精神，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

三、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)綜合實(shí)踐翻轉(zhuǎn)教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)是針對(duì)學(xué)習(xí)者的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)課程教學(xué)內(nèi)容，組織課程教學(xué)活動(dòng)，幫助學(xué)習(xí)者達(dá)到教學(xué)目標(biāo)要求的系統(tǒng)性活動(dòng)[9]。教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)合我校正在開(kāi)展的“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”，引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，將傳統(tǒng)課內(nèi)、課外學(xué)習(xí)重新劃分為線上和線下、課內(nèi)和課外相互融合，應(yīng)用虛擬環(huán)境，在線上和線下充分開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)。構(gòu)建有效的情境協(xié)作模式促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)參與實(shí)踐過(guò)程，提出疑問(wèn)，自主探究解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

（一）課前教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)

課前教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)首先要明確教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)目標(biāo)決定課程教學(xué)的總體方向，對(duì)教學(xué)環(huán)節(jié)的展開(kāi)具有引領(lǐng)和制約作用。課程教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)要以教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)，充分知曉學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，按照理論教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)以及學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)情況，以問(wèn)題為導(dǎo)向，分層次設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)。

根據(jù)布魯姆認(rèn)知目標(biāo)分類法[10][11]，從低級(jí)思維到高級(jí)思維的順序，在認(rèn)知維度上把教學(xué)目標(biāo)分為記憶、理解、應(yīng)用、分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造六個(gè)層次，前兩個(gè)層次是低級(jí)思維，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的再認(rèn)和轉(zhuǎn)述;后四個(gè)層次是高級(jí)思維，側(cè)重于知識(shí)的分析、理解和遷移性運(yùn)用。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下，通過(guò)課前任務(wù)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生明確要求的學(xué)習(xí)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，達(dá)成具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

課前階段的自主學(xué)習(xí)要求學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，通過(guò)自我學(xué)習(xí)監(jiān)督，開(kāi)展自我學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。學(xué)習(xí)者運(yùn)用自身的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)完成新知識(shí)的建構(gòu)。教師為學(xué)習(xí)者的知識(shí)建構(gòu)提供指導(dǎo)和幫助，同時(shí)創(chuàng)設(shè)情境組織學(xué)生開(kāi)展協(xié)作學(xué)習(xí)。建構(gòu)主義倡導(dǎo)的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)與翻轉(zhuǎn)課堂相一致。

（二）課堂實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐教學(xué)開(kāi)展深層次的認(rèn)知實(shí)踐活動(dòng)。雖然學(xué)生在課前階段通過(guò)自主學(xué)習(xí)活動(dòng)對(duì)知識(shí)有基本的理解，但由于在教育背景、認(rèn)知能力和思維方式上存在著差異，學(xué)生對(duì)同一知識(shí)點(diǎn)的理解會(huì)不盡相同，甚至有部分學(xué)生會(huì)遇到自主學(xué)習(xí)解決不了的問(wèn)題，因此，教師在課堂上要有效安排教學(xué)環(huán)節(jié)，組織學(xué)生積極參與課堂教學(xué)活動(dòng)。戴爾學(xué)習(xí)金字塔理論認(rèn)為[12][13]，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)方式包括講授、閱讀、視聽(tīng)組合、演示、討論、實(shí)踐練習(xí)和教授他人等七個(gè)層次，前四個(gè)層次為被動(dòng)學(xué)習(xí)，后三個(gè)層次為主動(dòng)學(xué)習(xí)，兩周后學(xué)習(xí)內(nèi)容平均保持率從5%到90%逐步提高，傳統(tǒng)的講授和示范為主的教學(xué)方式導(dǎo)致的學(xué)習(xí)效果明顯低于實(shí)際參與學(xué)習(xí)方式的學(xué)習(xí)效果。

隨著學(xué)生認(rèn)知層次的不斷提升，對(duì)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的理解不斷深入，將課堂實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)劃分為入門(mén)階段、進(jìn)階階段和探究階段。在入門(mén)階段，通過(guò)教師的引導(dǎo)學(xué)習(xí)，完成培養(yǎng)基本認(rèn)知能力的基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，實(shí)現(xiàn)把學(xué)生“引進(jìn)門(mén)”，樹(shù)立學(xué)生的自信心和成就感。在進(jìn)階階段，主要完成擴(kuò)展專業(yè)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，針對(duì)學(xué)生個(gè)體實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的疑難問(wèn)題，學(xué)生之間通過(guò)互相討論，相互學(xué)習(xí)，解決問(wèn)題。教師僅在學(xué)生遇到瓶頸問(wèn)題時(shí)進(jìn)行疏導(dǎo)。在探究階段，考慮學(xué)生個(gè)體之間的差異，因人而異地開(kāi)展創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目，通過(guò)小組成員之間分工協(xié)作，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛能，通過(guò)獨(dú)立思考，探索解決較為復(fù)雜的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生孜孜以求的科學(xué)精神。

（三）課后學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和反饋

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)既是對(duì)前一階段學(xué)習(xí)情況的分析和總結(jié)，又是對(duì)學(xué)習(xí)的指導(dǎo)和幫助。教師通過(guò)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)了解課程教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，調(diào)整課程教學(xué)設(shè)計(jì)，更好地滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)反思學(xué)習(xí)過(guò)程中的問(wèn)題，檢查、矯正和調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)活動(dòng)，激勵(lì)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，采取學(xué)生自我評(píng)價(jià)、學(xué)生之間相互評(píng)價(jià)和教師綜合評(píng)價(jià)的方式，評(píng)價(jià)內(nèi)容包括學(xué)生認(rèn)知方面的績(jī)效、學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程表現(xiàn)和學(xué)生參與學(xué)習(xí)的狀態(tài)等方面。

學(xué)生在課后對(duì)課程實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，鞏固重點(diǎn)和難點(diǎn)，交流實(shí)踐過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決措施，撰寫(xiě)并上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)完成情況和實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)難點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理，做好實(shí)踐教學(xué)總結(jié)，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)發(fā)布，讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)的成效和需要改進(jìn)提高之處。

四、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)綜合實(shí)踐翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)施

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)綜合實(shí)踐翻轉(zhuǎn)教學(xué)實(shí)施過(guò)程以創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，以問(wèn)題為引領(lǐng)，教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題，自主設(shè)計(jì)，探究問(wèn)題，并進(jìn)行延伸拓展，與工程實(shí)踐相互銜接，提升實(shí)踐教學(xué)效果。在翻轉(zhuǎn)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中更加明確了教師和學(xué)生在課前、課堂和課后三個(gè)實(shí)施階段的具體角色。

（一）課前學(xué)習(xí)階段

課前，按照課程教學(xué)目標(biāo)要求，教師將本次實(shí)踐課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)原理和目的、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等教學(xué)資源以文檔、課件和微視頻的形式上傳到我校在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)，并創(chuàng)設(shè)問(wèn)題，線上開(kāi)展交互式教學(xué)[14]。學(xué)生通過(guò)移動(dòng)終端如手機(jī)APP、QQ、微信等登錄我校在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)學(xué)習(xí)微視頻、課件等，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，完成在線微測(cè)試內(nèi)容，包括選擇題、簡(jiǎn)答題等，并通過(guò)平臺(tái)提交預(yù)習(xí)報(bào)告，及時(shí)反饋課前學(xué)習(xí)遇到的問(wèn)題，學(xué)生相互之間可以通過(guò)平臺(tái)討論和交流。教師在課前通過(guò)在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)學(xué)生課前學(xué)習(xí)任務(wù)完成情況，歸納學(xué)生課前學(xué)習(xí)遇到的問(wèn)題，進(jìn)行在線答疑，引導(dǎo)學(xué)生充分理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，為課堂翻轉(zhuǎn)教學(xué)做好充分準(zhǔn)備。教師根據(jù)學(xué)生在課前的學(xué)習(xí)情況決定是否調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。

（二）課堂實(shí)驗(yàn)階段

課堂實(shí)驗(yàn)階段分為前期個(gè)人實(shí)驗(yàn)、中期小組協(xié)作和后期總結(jié)提升三個(gè)階段。課堂實(shí)驗(yàn)階段以學(xué)生為主體，主要由學(xué)生進(jìn)行操作，運(yùn)用課前自己在線自主學(xué)習(xí)的知識(shí)去思考和解決實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，教師作為組織者和引導(dǎo)者，主要工作是掌控課堂實(shí)驗(yàn)秩序，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，組織小組討論，指導(dǎo)并解答學(xué)生的疑惑，對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行歸納總結(jié)。

實(shí)驗(yàn)前期，教師針對(duì)課前學(xué)生自主學(xué)習(xí)的共性問(wèn)題，在實(shí)驗(yàn)課堂上進(jìn)行精講，引導(dǎo)學(xué)生積極思考和研討，解決課前學(xué)習(xí)遇到的問(wèn)題。然后，學(xué)生完成預(yù)先布置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，教師對(duì)學(xué)生完成的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，使學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)將課前學(xué)習(xí)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作相結(jié)合，進(jìn)一步內(nèi)化課前所學(xué)的知識(shí)。這一階段允許學(xué)生獨(dú)立思考提出實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題，也可以拓展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，進(jìn)行討論和交流。教師作為旁觀者引導(dǎo)學(xué)生思考并解決問(wèn)題。學(xué)生通過(guò)完成從設(shè)置軟件到編寫(xiě)程序，硬件連接到軟件和硬件通訊，虛擬仿真到真實(shí)實(shí)驗(yàn)的完整實(shí)驗(yàn)步驟，理解并掌握基本的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)理論。例如，利用Fritzing軟件內(nèi)置的元器件和傳感器的三維模型，繪制仿真的硬件電路連接示意圖，元器件連接關(guān)系清晰可見(jiàn)，可以隨時(shí)進(jìn)行修改和重復(fù)使用。采用這種直觀和易學(xué)的方式，避免了文字描述上的理解困難，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)效率。

實(shí)驗(yàn)中期，按照課前分組情況開(kāi)展創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。教師提出任務(wù)驅(qū)動(dòng)式項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，學(xué)生以小組為單位分工協(xié)作開(kāi)展項(xiàng)目研討和探究，完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的制定和具體實(shí)施。在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)提供豐富的實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)，例如，開(kāi)放的微軟官方物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)論壇和Hackster論壇上提供眾多與實(shí)際應(yīng)用接軌的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)案例，每個(gè)實(shí)驗(yàn)案例提供較為詳盡的實(shí)驗(yàn)流程，并且提供參考代碼，豐富了物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，便于學(xué)生學(xué)習(xí)和理解掌握物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生可以利用在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)提供的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和模擬開(kāi)發(fā)。在此過(guò)程中，教師針對(duì)小組研討解決不了的問(wèn)題，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生積極思考，尋找解決方案。通過(guò)有針對(duì)性的指導(dǎo)，營(yíng)造協(xié)作探究的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

以設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)為例，由于傳感器網(wǎng)絡(luò)包括數(shù)據(jù)采集模塊、信息處理模塊、通信協(xié)議等多個(gè)功能模塊，每個(gè)功能模塊要求掌握數(shù)據(jù)采集部件（如傳感器節(jié)點(diǎn)、RFID等部件）、CPU、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊和串口通信模塊的原理和實(shí)現(xiàn)方法，并能編寫(xiě)較為復(fù)雜的控制函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制。各個(gè)功能模塊包含較為復(fù)雜的技術(shù)細(xì)節(jié)，初涉物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的學(xué)生要掌握功能模塊的原理和實(shí)現(xiàn)方法，往往難度較大。在實(shí)驗(yàn)前期，教師講授接口函數(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方法，學(xué)生理解了預(yù)備知識(shí)，再調(diào)用任課教師提供的接口函數(shù)并進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的編碼操作，進(jìn)一步加深對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的理解，再由學(xué)生編寫(xiě)接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的控制操作。學(xué)生在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)增加查詢處理模塊，運(yùn)用以前所學(xué)的高級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)實(shí)現(xiàn)查詢某個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的環(huán)境溫度、濕度等環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，發(fā)送到連接計(jì)算機(jī)的節(jié)點(diǎn)上，再通過(guò)與計(jì)算機(jī)相連接的串口傳送數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)，完成整個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目。項(xiàng)目任務(wù)驅(qū)動(dòng)式實(shí)踐教學(xué)有利于學(xué)生直觀感性理解并掌握專業(yè)理論知識(shí)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)探究解決問(wèn)題，教學(xué)效果有了明顯的提高。

實(shí)驗(yàn)后期，針對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行成果交流發(fā)言，發(fā)表各自的見(jiàn)解，展示實(shí)踐項(xiàng)目成果，分析討論實(shí)踐過(guò)程中的成功和不足，不斷完善實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師全程參與，適時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)和答疑，對(duì)實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行歸納點(diǎn)評(píng)，幫助學(xué)生自我反思課前自主學(xué)習(xí)和課堂實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的持續(xù)探究能力。

（三）課后拓展階段

學(xué)生完成課內(nèi)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后需要及時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析和總結(jié)，明確每一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)目的，溫故知新，鞏固和內(nèi)化實(shí)驗(yàn)知識(shí)，并通過(guò)拓展延伸實(shí)踐項(xiàng)目，遷移應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。在前期完成實(shí)踐項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，教師可以結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，共享一些相關(guān)的課外電子資源，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，組織學(xué)生組建科研團(tuán)隊(duì)，積極參與科技創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，滿足學(xué)生自身的發(fā)展需求。通過(guò)熟悉和掌握基本的研究方法，增強(qiáng)學(xué)生的科研興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，形成持續(xù)創(chuàng)新能力，提升學(xué)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

（四）實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)

大量實(shí)踐和研究表明，評(píng)價(jià)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)不僅具有診斷和甄別功能，而且能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈的導(dǎo)向、驅(qū)動(dòng)和激勵(lì)作用[15]。評(píng)價(jià)貫穿整個(gè)課程實(shí)踐教學(xué)過(guò)程，及時(shí)追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，也有利于教師適時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)程，改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生更加有效地學(xué)習(xí)。通過(guò)建立合乎教育規(guī)律的考核評(píng)價(jià)機(jī)制，真實(shí)反映翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)踐過(guò)程進(jìn)行深層思考和自我反思，培養(yǎng)學(xué)生的開(kāi)拓進(jìn)取精神[16]。

實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)，以學(xué)生的實(shí)踐操作技能評(píng)價(jià)為主，課前線上學(xué)習(xí)和課后拓展創(chuàng)新為輔。課前學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)占20%，主要考查學(xué)生課前在線自主學(xué)習(xí)情況，包括微視頻、課件等課程資源的學(xué)習(xí)，在線微測(cè)試和預(yù)習(xí)報(bào)告等。課堂實(shí)踐評(píng)價(jià)占40%，主要考查學(xué)生課堂實(shí)驗(yàn)完成情況，解決問(wèn)題能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。課后拓展評(píng)價(jià)占20%，主要考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況，實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分析和實(shí)驗(yàn)總結(jié)，以及進(jìn)一步拓展創(chuàng)新應(yīng)用能力。實(shí)驗(yàn)課程期終考試占20%，主要考查學(xué)生的知識(shí)掌握情況和現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題能力。基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試圍繞課程學(xué)習(xí)應(yīng)知應(yīng)會(huì)知識(shí)作答，其中30%為開(kāi)放題。實(shí)踐操作考查學(xué)生在規(guī)定時(shí)間完成隨機(jī)抽取的實(shí)踐操作試題。

五、翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐教學(xué)效果

以我校二年級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的兩個(gè)班級(jí)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，對(duì)比采用不同實(shí)踐教學(xué)模式的兩個(gè)班級(jí)的教學(xué)情況，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生使用翻轉(zhuǎn)實(shí)踐教學(xué)模式，普通班的學(xué)生使用傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)模式，每個(gè)班級(jí)人數(shù)均為32人。在授課前對(duì)兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生開(kāi)展問(wèn)卷調(diào)查，結(jié)果顯示，兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程的相關(guān)理論知識(shí)的了解和實(shí)踐技能水平基本相同，處于同一起點(diǎn)。

通過(guò)一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，對(duì)實(shí)驗(yàn)班和普通班的學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查、訪談、在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等方式，就兩個(gè)班級(jí)的學(xué)生在知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握程度、課程實(shí)驗(yàn)完成情況、參與實(shí)驗(yàn)問(wèn)題討論、課外科技活動(dòng)參與等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

（一）實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量是指學(xué)生完成教學(xué)目標(biāo)要求的實(shí)踐操作內(nèi)容，達(dá)到相應(yīng)教學(xué)目標(biāo)要求的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在授課計(jì)劃課時(shí)內(nèi)，安排了15次單元實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生全部保質(zhì)保量完成實(shí)踐操作內(nèi)容;普通班的學(xué)生在同樣課時(shí)內(nèi)有70%的學(xué)生完成實(shí)踐操作內(nèi)容，其余學(xué)生因?qū)?shí)驗(yàn)內(nèi)容理解不透，實(shí)驗(yàn)要求不夠明確，未能完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生在課前通過(guò)在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)自主學(xué)習(xí)和交流，為完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容奠定了基礎(chǔ)，大多數(shù)學(xué)生在課堂實(shí)踐操作技能表現(xiàn)較為熟練，實(shí)踐操作出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)獨(dú)立探索解決，確保實(shí)驗(yàn)完成質(zhì)量和效果。

從學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況看，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)步驟的記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和問(wèn)題探討等方面符合考核要求?？梢?jiàn)，以學(xué)生為主的翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐過(guò)程，學(xué)生的學(xué)習(xí)更加積極和主動(dòng)，助推了學(xué)生高質(zhì)量地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

（二）學(xué)習(xí)能力對(duì)比分析

采用不同教學(xué)模式的兩個(gè)班級(jí)在保持教學(xué)進(jìn)度一致的情況下，進(jìn)行了兩次實(shí)踐操作測(cè)試，兩次測(cè)試題目的難度由淺到深，循序漸進(jìn)，兩個(gè)班學(xué)生同時(shí)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)間均為90分鐘。兩次測(cè)試成績(jī)分布如表1所示。

從表1的兩次測(cè)試成績(jī)分布情況來(lái)看，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的成績(jī)70%以上在優(yōu)秀和良好之間;普通班學(xué)生第一次測(cè)試50%學(xué)生成績(jī)?yōu)榧案?，?yōu)秀和良好的學(xué)生比例不及50%，明顯低于實(shí)驗(yàn)班學(xué)生。第二次測(cè)試題目稍有些難度，普通班學(xué)生近半數(shù)不及格，成績(jī)總體分布較第一次低。從兩次測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，通過(guò)課前自主學(xué)習(xí)教學(xué)資源并進(jìn)行學(xué)習(xí)自檢，與教師、同學(xué)之間交流互動(dòng)，課后知識(shí)鞏固和拓展等，加深了對(duì)知識(shí)的理解和掌握，學(xué)習(xí)效果更加明顯。

在學(xué)期期末，實(shí)驗(yàn)班和普通班的學(xué)生統(tǒng)一參加學(xué)校組織的課程期末考試，在規(guī)定的時(shí)間交卷。實(shí)驗(yàn)班和普通班的成績(jī)分布如表2所示。

實(shí)驗(yàn)班學(xué)生期末考試平均成績(jī)?yōu)?9.10分，普通班學(xué)生期末考試平均成績(jī)?yōu)?2.66分。從表2中實(shí)驗(yàn)班和普通班學(xué)生期末分?jǐn)?shù)分布情況看，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的成績(jī)分布在76—89分之間的人數(shù)超過(guò)50%，普通班學(xué)生的成績(jī)分?jǐn)?shù)在61—75分之間的人數(shù)達(dá)50%。實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的優(yōu)秀和良好的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通班學(xué)生的比例，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的不及格率低于普通班學(xué)生。從總體情況看，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的期末考試成績(jī)更好些。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)班和普通班學(xué)生的期末成績(jī)比較，可以看出，實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式后，無(wú)論是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的知識(shí)掌握程度，還是學(xué)生的實(shí)踐操作技能都有了較為顯著的提高。

（三）學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查分析

一個(gè)學(xué)期的課程教學(xué)活動(dòng)結(jié)束以后，調(diào)查統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)班和普通班學(xué)生學(xué)習(xí)效果，了解學(xué)生對(duì)不同教學(xué)模式的反響和滿意度。從調(diào)查結(jié)果反饋情況看，有75.47%的學(xué)生偏向于喜歡翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。調(diào)查采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的幫助程度，有88.68%的學(xué)生認(rèn)為對(duì)提高學(xué)習(xí)能力有較大幫助。調(diào)查在線課程教學(xué)平臺(tái)對(duì)理解和掌握實(shí)驗(yàn)原理和解決學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題時(shí)，有83.02%學(xué)生認(rèn)為有助于掌握相關(guān)知識(shí)，79.25%的學(xué)生認(rèn)為有助于提高解決問(wèn)題的能力，86.79%的學(xué)生認(rèn)為這種教學(xué)模式提高了他們的交流協(xié)作能力，通過(guò)彼此之間的學(xué)習(xí)交流和小組任務(wù)協(xié)作，促進(jìn)了學(xué)習(xí)的共同提高?？偠灾?，通過(guò)實(shí)施翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更加濃厚，學(xué)習(xí)更加積極和主動(dòng)，與老師和同學(xué)通過(guò)在線課程學(xué)習(xí)平臺(tái)有效互動(dòng)。激發(fā)了學(xué)生的探究精神，能夠深入思考和分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。提高了課堂實(shí)踐操作技能，通過(guò)個(gè)性化的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，學(xué)生的工程實(shí)踐應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力得到了有效提升。

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Exploration and Practice of Flipped Teaching Mode in Internet of Things Engineering Based on Innovation-driven

TAO Yu-wei

（Center of Information Development and Management， Changzhou University， Changzhou， Jiangsu 213164）

Abstract： In order to give full play to the practical application ability and innovation ability of college students in practical teaching， combined with the characteristics of the internet of things engineering major， flipped classroom is introduced to carry out reverse innovation in practice teaching， and practice teaching activities are reclassified into online and offline， in-class and after-class flipped practice teaching mode. The integration of the online course learning platform with the virtual circumstances enables the teacher and students to implement learning activities and practice teaching activities both online and offline. The results at the practice teaching of the internet of things engineering major shows that flipped classroom practice teaching has achieved remarkable effect. It aroused the students' independent inquiry spirit， which is helpful to cultivate students' innovative thinking and improve students' professional practice application ability and innovation ability.

Keywords：innovation-driven; internet of things engineering; flipped classroom; virtual interactive