基于物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真軟件項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式在“物聯(lián)網(wǎng)安卓客戶端的設(shè)計(jì)與開發(fā)”課程中的應(yīng)用

劉燕娜 陳銳

一、引言

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生不斷增加。但是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)編程課作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的核心課程，普遍存在實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)編程偏多的情況，導(dǎo)致課堂教學(xué)效果不理想?！拔锫?lián)網(wǎng)安卓客戶端的設(shè)計(jì)與開發(fā)”課程基于物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真模擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)軟件進(jìn)行項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，能有效解決上述問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，使學(xué)生所學(xué)知識(shí)得到有效應(yīng)用，提升學(xué)生的專業(yè)技能以及綜合素養(yǎng)。

二、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)編程課存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)編程課是針對(duì)設(shè)備的控制編程課。課程可有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能力。“物聯(lián)網(wǎng)安卓客戶端設(shè)計(jì)與開發(fā)實(shí)訓(xùn)教程”是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)編程課中的核心課程。課程目標(biāo)旨在培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)客戶端軟件技術(shù)人才。學(xué)校需要購(gòu)買對(duì)應(yīng)的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)才能開設(shè)該課程。但是現(xiàn)實(shí)中，由于設(shè)備昂貴，后期的維護(hù)和升級(jí)也需要投入大量的費(fèi)用，學(xué)校一般只能購(gòu)買兩三臺(tái)設(shè)備給學(xué)生輪流使用進(jìn)行學(xué)習(xí)，很難辦到為每一位學(xué)生配備一臺(tái)設(shè)備。這樣就導(dǎo)致在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，有些學(xué)生根本沒機(jī)會(huì)使用設(shè)備操作。而且硬件實(shí)訓(xùn)設(shè)備受到放置的場(chǎng)地、課程的時(shí)間限制，學(xué)生課堂上沒完成的學(xué)習(xí)，也不能在課后繼續(xù)，學(xué)習(xí)受到很大的限制。因缺乏設(shè)備，課程也只能設(shè)計(jì)成基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)偏多的教學(xué)，難以激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與主動(dòng)性，也難以全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和專業(yè)能力，以致教學(xué)效果不理想。

三、物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真模擬實(shí)訓(xùn)平臺(tái)軟件與物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)編程課的融合點(diǎn)

中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于推動(dòng)現(xiàn)代職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的意見》明確提出：“普遍開展項(xiàng)目教學(xué)、情境教學(xué)、模塊化教學(xué)，推動(dòng)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，提高課堂教學(xué)質(zhì)量?！蔽锫?lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)編程課應(yīng)以實(shí)訓(xùn)設(shè)備為基礎(chǔ)，以崗位職業(yè)能力的要求整合成項(xiàng)目開展教學(xué)?？墒菍?shí)訓(xùn)設(shè)備缺乏，教師也是“巧婦難為無米之炊”，不得不進(jìn)行紙上談兵式基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)。面對(duì)匱乏的資源，充分使用現(xiàn)代信息技術(shù)構(gòu)建教學(xué)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)是課程首要解決的問題。近年來虛擬仿真技術(shù)異軍突起，把該技術(shù)應(yīng)用到教育教學(xué)當(dāng)中是教育改革熱點(diǎn)之一，成為許多學(xué)科課程實(shí)驗(yàn)難的解決方案。使用虛擬仿真技術(shù)結(jié)合編程語言開發(fā)相應(yīng)的軟件“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)模擬軟件”替代真實(shí)的硬件設(shè)備。模擬軟件與硬件設(shè)備相比有明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，只要電腦上安裝了模擬軟件就是一套模擬設(shè)備。學(xué)校不必花大成本購(gòu)買硬件設(shè)備。其次，軟件升級(jí)維護(hù)方便，基本不需成本，還可根據(jù)需要改進(jìn)擴(kuò)展。再次，硬件設(shè)備受空間限制，只能存放在實(shí)訓(xùn)室內(nèi)，下課后，學(xué)生就不能再使用了。而軟件不受空間限制，學(xué)生只要安裝到自己的電腦中就隨時(shí)可學(xué)，突破時(shí)空的限制。正是因?yàn)樘摂M仿真模擬軟件有這樣的優(yōu)勢(shì)，填補(bǔ)了真實(shí)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的缺陷。把該軟件融入到課程中，課程教學(xué)能得到有效的提升，也是信息技術(shù)深度融合到課程當(dāng)中的有效體現(xiàn)。

四、基于物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真模擬實(shí)訓(xùn)軟件項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)設(shè)計(jì)模式

（一）基于物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真模擬實(shí)訓(xùn)軟件整合教學(xué)項(xiàng)目

“物聯(lián)網(wǎng)安卓客戶端的設(shè)計(jì)與開發(fā)”課程基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)分散，而項(xiàng)目式教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)是可動(dòng)態(tài)組合課程中不同的知識(shí)點(diǎn)來組成項(xiàng)目進(jìn)行教學(xué)。根據(jù)工作崗位技能及素養(yǎng)要求，將課程設(shè)計(jì)成十個(gè)不同層次的項(xiàng)目。項(xiàng)目由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，單一到綜合，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)?！拔锫?lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)模擬軟件”根據(jù)課程項(xiàng)目開發(fā)了六大基礎(chǔ)模塊：模擬智能開關(guān)模塊、模擬紅外伴侶模塊、模擬RFID模塊、模擬數(shù)據(jù)采集模塊、模擬ZigBee模塊、模擬飛行模塊。通過六大基礎(chǔ)模塊，可以設(shè)計(jì)出多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)項(xiàng)目?；谲浖稍O(shè)計(jì)出簡(jiǎn)單的項(xiàng)目：智能開關(guān)模塊之燈光控制、紅外模塊控制等項(xiàng)目；根據(jù)基礎(chǔ)模塊可設(shè)計(jì)出綜合項(xiàng)目：智能家居系統(tǒng)項(xiàng)目、智能安防系統(tǒng)項(xiàng)目、溫室大棚系統(tǒng)等項(xiàng)目。

根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容劃分由易到難的具體工作任務(wù)，由工作任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)。層層遞進(jìn)的任務(wù)像打游戲通關(guān)一樣，使學(xué)生產(chǎn)生持續(xù)的學(xué)習(xí)興趣，體驗(yàn)到成功的喜悅。同時(shí)學(xué)生在完成任務(wù)過程中自主構(gòu)建知識(shí)體系，提高崗位工作能力。

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式改變了傳統(tǒng)以教師為主，學(xué)生為輔的教學(xué)模式，真正實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心，圍繞工作項(xiàng)目的“做中學(xué)”。

（二）結(jié)合學(xué)習(xí)資源平臺(tái)系統(tǒng)組織教學(xué)項(xiàng)目

為適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的移動(dòng)學(xué)習(xí)，可結(jié)合學(xué)習(xí)資源平臺(tái)系統(tǒng)組織教學(xué)項(xiàng)目。有三個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：第一，有利于整合課程各方面的教學(xué)資源。課程中配套的微課視頻、課件、工作頁等均可上傳到平臺(tái)系統(tǒng)供師生共享下載觀看。第二，方便教師備課、上課以及與學(xué)生交流。通過資源平臺(tái)系統(tǒng)，教師不用常帶著課本備課。上課時(shí)也不用帶各種資料，只要登錄平臺(tái)就可方便觀看各種資料。平臺(tái)中設(shè)有師生交流欄，學(xué)生課外學(xué)習(xí)遇到問題可在此留言。通過留言，教師能及時(shí)了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，同時(shí)保留師生交流痕跡。第三，學(xué)生不受時(shí)空限制隨時(shí)隨地進(jìn)行學(xué)習(xí)。上網(wǎng)學(xué)習(xí)娛樂成為了現(xiàn)代人學(xué)習(xí)的一種方式?，F(xiàn)在的學(xué)生人手一臺(tái)智能手機(jī)。只要手機(jī)能上網(wǎng)，打開資源平臺(tái)系統(tǒng)，就可不受時(shí)空限制提前預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。學(xué)習(xí)資源平臺(tái)正好可以成為項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式教學(xué)的載體，為學(xué)生的移動(dòng)學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)提供了快捷的方式。

（三）信息技術(shù)助力教學(xué)考核，全面評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)效果

應(yīng)用信息技術(shù)開發(fā)課程實(shí)操考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)可更全面更實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)。課程中每個(gè)學(xué)習(xí)項(xiàng)目都有相應(yīng)的項(xiàng)目評(píng)價(jià)表。評(píng)分表的每一行評(píng)價(jià)內(nèi)容對(duì)應(yīng)一種職業(yè)能力，不同的能力賦于不同的分值。學(xué)生每學(xué)完一個(gè)項(xiàng)目，教師就可通過系統(tǒng)的評(píng)價(jià)表對(duì)學(xué)生的項(xiàng)目完成情況進(jìn)行評(píng)分。通過系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和分析，既可生成學(xué)生每個(gè)項(xiàng)目的詳細(xì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，也可生成學(xué)生職業(yè)能力雷達(dá)圖。雷達(dá)圖能更全面直觀體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果和職業(yè)能力。

這種動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)改變傳統(tǒng)的以總結(jié)性評(píng)價(jià)為主的評(píng)價(jià)模式，有助于提高中職生的學(xué)習(xí)信心，也更利于培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力。

五、基于物聯(lián)網(wǎng)虛擬仿真模擬軟件的教學(xué)案例分析

（一）模擬溫室大棚項(xiàng)目概述

模擬溫室大棚項(xiàng)目主要通過編程實(shí)現(xiàn)模擬溫室大棚的功能：全天候光合作用，以及控制溫度和濕度在指定的范圍內(nèi)。項(xiàng)目需要通過編程組合“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)模擬軟件”上的基礎(chǔ)模塊才能完成。因此學(xué)習(xí)該項(xiàng)目，需要掌握上一個(gè)項(xiàng)目的內(nèi)容：掌握6個(gè)狀態(tài)傳感器值的編程方法和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)光感應(yīng)功能的編程方法。項(xiàng)目中設(shè)計(jì)了五個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)項(xiàng)目，每個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)根據(jù)難度安排不同課時(shí)。

（二）模擬溫室大棚教學(xué)設(shè)計(jì)

1.課前預(yù)習(xí)，了解項(xiàng)目

教師課前布置少量的預(yù)習(xí)任務(wù)，學(xué)生使用線上學(xué)習(xí)資源庫(kù)系統(tǒng)“精品課程系統(tǒng)”了解項(xiàng)目概述、學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)任務(wù)，還可以下載教學(xué)視頻提前學(xué)習(xí)。家里有電腦，已經(jīng)安裝了“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)模擬軟件”的學(xué)生也可跟著教學(xué)視頻提前做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生在預(yù)習(xí)中遇到的問題可以在系統(tǒng)討論模塊留言，教師就可提前了解學(xué)生的學(xué)困點(diǎn)。

2.課堂上學(xué)生合作探索，教師解答疑難

學(xué)生學(xué)完上一個(gè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)采集模塊后有了一定的基礎(chǔ)，因此本項(xiàng)目的課堂主要圍繞著項(xiàng)目，以學(xué)生小組合作探索學(xué)習(xí)為主，教師解答疑難為輔進(jìn)行課堂教學(xué)。每個(gè)學(xué)生都有一臺(tái)安裝了“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)模擬軟件”的電腦，相當(dāng)于有了一套實(shí)訓(xùn)設(shè)備。因此課堂上學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，每個(gè)學(xué)生首先把會(huì)的部分做出來，做到新知識(shí)點(diǎn)時(shí)再組成小組合作探索。在合作探索中，每個(gè)人都能在自己的“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)模擬軟件”上實(shí)現(xiàn)自己的想法與同伴商討，為合作探索學(xué)習(xí)節(jié)省了反復(fù)重敲代碼的時(shí)間。教師在課堂上主要做學(xué)生共性問題的講解與個(gè)別學(xué)生的答疑輔導(dǎo)。正是使用“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)模擬軟件”，保證了每個(gè)學(xué)生都有實(shí)訓(xùn)設(shè)備，為他們自學(xué)、合作學(xué)習(xí)提供了設(shè)備上支持。更重要的是使用了虛擬仿真模擬軟件，學(xué)生更加大膽主動(dòng)探索求證，學(xué)生不用擔(dān)心設(shè)備容易出現(xiàn)問題或者損壞。他們可以反復(fù)進(jìn)行操作，反復(fù)試錯(cuò)。由此就可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索能力。

3.全面評(píng)價(jià)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)各種職業(yè)能力

學(xué)生完成一個(gè)項(xiàng)目就是完成一個(gè)工作，教師及時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目評(píng)價(jià)，反饋學(xué)習(xí)效果，學(xué)生才能及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)情況。教師驗(yàn)收學(xué)生完成的項(xiàng)目時(shí)，使用“項(xiàng)目課程實(shí)操考核評(píng)價(jià)系統(tǒng)”的評(píng)分表對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)分。從九個(gè)所占比例不同的職業(yè)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)打分。它們分別是專業(yè)認(rèn)知、專業(yè)操作技能、職業(yè)態(tài)度、分析判斷、5S素養(yǎng)、書面表達(dá)、思維結(jié)構(gòu)、信息處理、合作探索。然后由系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析，得到每個(gè)學(xué)生的詳細(xì)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可生成雷達(dá)圖，更為直觀展示出學(xué)生所具備的職業(yè)能力，如圖1所示。

六、結(jié)束語

隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，虛擬仿真模擬軟件擴(kuò)展升級(jí)容易、成本低，更適合不斷發(fā)展變化的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程。把虛擬仿真模擬軟件應(yīng)用到教學(xué)中，開展項(xiàng)目式教學(xué)，是推進(jìn)現(xiàn)代信息技術(shù)與教學(xué)深度融合的有效模式，也為如何提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程教學(xué)效果開辟了一條可行之路。

[本文是2023年廣東省中小學(xué)教育科學(xué)規(guī)劃重點(diǎn)課題“融合網(wǎng)聯(lián)化虛擬仿真技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)程序設(shè)計(jì)項(xiàng)目課程開發(fā)的實(shí)踐性研究”（編號(hào)：2023ZQJK018）的階段性研究成果。]

責(zé)任編輯 魏家堅(jiān)