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        基于Sakai的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程開(kāi)放式教學(xué)系統(tǒng)

        2018-07-26 03:53:40柴建偉
        關(guān)鍵詞:教學(xué)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)

        柴建偉

        物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)在我國(guó)設(shè)置年限較短,教學(xué)過(guò)程中存在很多突出性問(wèn)題,特別是學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高、實(shí)踐能力不強(qiáng)、學(xué)習(xí)資源不足、缺乏學(xué)習(xí)自主性和創(chuàng)新意識(shí)。本文依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程特點(diǎn),探討利用Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的強(qiáng)大功能支持,構(gòu)建一個(gè)適用與專業(yè)教學(xué)需要的開(kāi)放式教學(xué)系統(tǒng),來(lái)充分融合課上、課下的各種教學(xué)資源,讓學(xué)生能夠在一個(gè)相對(duì)開(kāi)放自主的環(huán)境下,主動(dòng)去學(xué)習(xí)和分享更多的專業(yè)知識(shí)。

        隨著李克強(qiáng)總理2015年在政府工作報(bào)告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃,國(guó)家開(kāi)始大力推動(dòng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)與現(xiàn)代制造業(yè)的結(jié)合?,F(xiàn)在,“互聯(lián)網(wǎng)+”正走向“深度融合”時(shí)期,“互聯(lián)網(wǎng)+教育”是其中很重要的應(yīng)用領(lǐng)域,具有良好的發(fā)展前景。開(kāi)放式教學(xué)是“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下,深入推進(jìn)教育教學(xué)改革,提升教學(xué)質(zhì)量的重要方式,通過(guò)開(kāi)放式教學(xué)的實(shí)施,能夠讓學(xué)生有更多的自主選擇,更好地激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)也可以幫助其鍛煉自主思維能力、材料搜集整理和表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、自我創(chuàng)新能力等。本文基于廊坊燕京職業(yè)技術(shù)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實(shí)際情況,探討搭建開(kāi)放式教學(xué)系統(tǒng)。

        一、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

        我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)設(shè)立至今不到10年的時(shí)間,其課程體系、師資隊(duì)伍、教學(xué)資源建設(shè)均處于起步階段。且大部分物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程都具有實(shí)踐性較強(qiáng)、學(xué)科跨度較大、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)等特點(diǎn),要求物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生,除了掌握必備的專業(yè)理論知識(shí)之外,必須通過(guò)豐富的課程實(shí)踐來(lái)提高專業(yè)技能、培養(yǎng)自學(xué)和創(chuàng)新的能力。然而,在多年相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)工作過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)工作面臨如下難點(diǎn):

        實(shí)訓(xùn)室的實(shí)訓(xùn)設(shè)備大多采用實(shí)驗(yàn)箱的形式,很多技術(shù)環(huán)節(jié)和應(yīng)用模塊均被生產(chǎn)廠家封閉,以“黑盒”的形式供教師和學(xué)生們使用。這種情況下,即便設(shè)備所能提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)量眾多,但其中大多數(shù)是極為簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)類驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn),比如:RFID實(shí)訓(xùn)中的低頻、高頻、超高頻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,基本只能完成相應(yīng)頻段射頻卡的讀、寫(xiě)操作,對(duì)學(xué)生專業(yè)知識(shí)的理解益處不是很大。即便實(shí)驗(yàn)箱提供了原理機(jī)實(shí)驗(yàn)?zāi)K,其設(shè)計(jì)仍然顯得過(guò)于封閉和抽象,學(xué)生無(wú)法深入形象地了解其內(nèi)部工作原理,更沒(méi)辦法親自設(shè)計(jì)卡和讀寫(xiě)器電路,老師和學(xué)生的自主設(shè)計(jì)權(quán)太少。

        實(shí)訓(xùn)內(nèi)容多出自實(shí)訓(xùn)設(shè)備附帶的實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書(shū),然而教學(xué)內(nèi)容多選自市場(chǎng)上已發(fā)行的數(shù)量和類型不是很豐富的教材,很多時(shí)候會(huì)出現(xiàn)內(nèi)容不一致的情況,給教與學(xué)增加了一定的不便利性,增大課程開(kāi)發(fā)的難度和工作量。即便是老師知道一些更新、更適合教學(xué)的小型硬件平臺(tái),但是由于采購(gòu)經(jīng)費(fèi),學(xué)生個(gè)人購(gòu)買(mǎi)意愿不同等問(wèn)題,不便于大規(guī)模推廣應(yīng)用,而如果能通過(guò)一個(gè)平臺(tái),讓大家分享這些資料和學(xué)習(xí)情況,就可以滿足有學(xué)習(xí)意愿的同學(xué)的需要。

        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展日新月異,老師在學(xué)校教授的一些實(shí)踐技能,學(xué)生接觸到的一些實(shí)訓(xùn)設(shè)備,可能已經(jīng)是相關(guān)行業(yè)落后甚至是已經(jīng)淘汰的。比方嵌入式實(shí)訓(xùn)設(shè)備中采用TI公司的CORTEX-A8系列OMAP3530處理器,在設(shè)備采購(gòu)的時(shí)候已經(jīng)算是最新技術(shù)產(chǎn)品,然而產(chǎn)品的生命周期預(yù)計(jì)在5年左右,隨著設(shè)備使用時(shí)間的推遲,必將面臨淘汰的問(wèn)題,學(xué)校的設(shè)備更新卻無(wú)法跟上技術(shù)的發(fā)展。

        通過(guò)近五六年的專業(yè)教學(xué)實(shí)踐,筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果不盡如人意,有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)上課走神、甚至玩手機(jī)、聊天、聽(tīng)音樂(lè)、看視頻等無(wú)法完全融入課堂教學(xué)過(guò)程的現(xiàn)象。作為高職學(xué)生,無(wú)論是普高起點(diǎn)的還是職高起點(diǎn)的,普遍具有學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱、學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)、缺乏正確的學(xué)習(xí)方法、厭學(xué)心理明顯、自主學(xué)習(xí)能力差、熱衷上網(wǎng)娛樂(lè)、熱衷參加各類感興趣的社團(tuán)活動(dòng)等特點(diǎn)。因此,單純依靠傳統(tǒng)的授課方式已不能滿足專業(yè)授課需要。

        二、系統(tǒng)功能分析與設(shè)計(jì)

        本文利用Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的強(qiáng)大功能支持,結(jié)合高職物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程的特點(diǎn),進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放式教學(xué)系統(tǒng),來(lái)充分融合課上、課下的各種教學(xué)資源,讓學(xué)生能夠在一個(gè)相對(duì)開(kāi)放自主的環(huán)境下,主動(dòng)去學(xué)習(xí)和分享更多的專業(yè)知識(shí),更好地提高個(gè)人的專業(yè)技能。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)解決下面幾個(gè)問(wèn)題:

        如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,增加課程的粘度。目前,已應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)多偏重于資源的羅列,缺乏趣味性和吸引力,學(xué)生往往是被迫參與進(jìn)來(lái),缺乏學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,且無(wú)法較長(zhǎng)時(shí)間堅(jiān)持下來(lái),師生之間、生生之間互動(dòng)交流較少。為此,參考游戲化理念進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì),將游戲中的激勵(lì)、競(jìng)爭(zhēng)、協(xié)作、難度遞增、循環(huán)設(shè)計(jì)等機(jī)制引入課程設(shè)計(jì)。首先,對(duì)系統(tǒng)中的教學(xué)資源進(jìn)行優(yōu)化配置,主要選擇一些實(shí)踐性強(qiáng),具有較大獲得感的教學(xué)任務(wù)。然后按照任務(wù)的難易程度進(jìn)行分類,分別賦予不同的完成分值,對(duì)于實(shí)在完成不了的任務(wù)可以尋求同學(xué)或者老師幫忙,也可以通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)來(lái)提升自身,從而拿到分值。只有拿到足夠的分值,才能進(jìn)行難度更大任務(wù)的學(xué)習(xí),如果分值不夠,可以通過(guò)向系統(tǒng)中補(bǔ)充相關(guān)知識(shí),來(lái)獲得分值獎(jiǎng)勵(lì)。另外,幫助別人解決問(wèn)題,不但可以增加成就感,而且也能獲得分值獎(jiǎng)勵(lì)。同時(shí)系統(tǒng)向老師和同學(xué)們展示分值排行情況,高分的同學(xué)不但能得到老師更多的關(guān)注和獎(jiǎng)勵(lì),而且能夠收到更多的求助信息,從而晉級(jí)更快,低分的同學(xué)在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)比之下,也會(huì)不斷充實(shí)自己獲取晉級(jí)。當(dāng)學(xué)生晉級(jí)到某種程度的時(shí)候,就可以開(kāi)啟新的課程模塊,而當(dāng)所有的課程模塊都完成之后,就可以申請(qǐng)考試,考試通過(guò)則課程的開(kāi)放式教學(xué)環(huán)節(jié)完成。

        如何實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法多樣化。不同的課程、不同的教學(xué)單元甚至同一門(mén)課程的同一個(gè)教學(xué)單元中都可能采取不同的教學(xué)方法。系統(tǒng)中通過(guò)允許上傳視頻資料的形式支持講授法和演示法;通過(guò)設(shè)定教學(xué)任務(wù)相關(guān)資料的形式支持發(fā)現(xiàn)法和探究法;通過(guò)設(shè)置不同課程模塊、不同難度等級(jí)的任務(wù)以及各課程模塊的小測(cè)驗(yàn)來(lái)支持練習(xí)法;系統(tǒng)允許進(jìn)行學(xué)生分組,并能在討論區(qū)進(jìn)行問(wèn)題探討來(lái)支持討論法;系統(tǒng)允許將課程劃分為不同的單元,將每個(gè)單元?jiǎng)澐殖刹煌娜蝿?wù),或者直接將課程設(shè)定成不同的任務(wù)來(lái)實(shí)施,支持任務(wù)驅(qū)動(dòng)法;系統(tǒng)參考游戲化設(shè)計(jì)理念,為開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng),支持自主學(xué)習(xí)法。

        如何進(jìn)行課程考核。課程的考核分為過(guò)程性考核和終結(jié)性考核兩部分,老師可以設(shè)定各部分考核的權(quán)重。過(guò)程性考核可以選擇性地依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度,包括學(xué)習(xí)過(guò)程中分值的多少、幫助同學(xué)正確解決問(wèn)題的情況、已完成任務(wù)難度情況、對(duì)任務(wù)相關(guān)知識(shí)的補(bǔ)充數(shù)量和質(zhì)量情況等。終結(jié)性考核可以參考課程考試時(shí)間和考試成績(jī)。最后將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中獲得的成績(jī)和課上成績(jī)綜合起來(lái),給出學(xué)生本門(mén)課程的總評(píng)成績(jī)。

        如何融入學(xué)生的創(chuàng)新培養(yǎng)。搭建專門(mén)的雙創(chuàng)模塊,包括:政策文件、技術(shù)論壇、雙創(chuàng)活動(dòng)、創(chuàng)意點(diǎn)子匯、咨詢郵箱等構(gòu)成部分,用于為學(xué)生提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的相關(guān)資料以及交流平臺(tái)。并通過(guò)線上線下的定期不定期組織的各種交流活動(dòng),便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)好的想法和項(xiàng)目,鼓勵(lì)大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

        在此開(kāi)放式教學(xué)系統(tǒng)中,主要包含四大功能模塊,分別是系統(tǒng)注冊(cè)登錄退出模塊、系統(tǒng)管理員管理模塊、教師管理模塊和學(xué)生管理模塊,其中每一個(gè)模塊下又包含若干子模塊,系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        三、系統(tǒng)技術(shù)分析與設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)作為學(xué)生開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的載體,并且是教師進(jìn)行線上教學(xué)與輔導(dǎo)的平臺(tái),必須滿足以下技術(shù)要求:

        系統(tǒng)架構(gòu)合理,支持大規(guī)模并發(fā)訪問(wèn)。必須保障當(dāng)有大批量老師和同學(xué)們同時(shí)使用時(shí),系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

        模塊化代碼設(shè)計(jì),便于擴(kuò)展和維護(hù)。模塊化的好處是各個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立,功能簡(jiǎn)單,可以提高代碼重用性,便于團(tuán)隊(duì)合作,也有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展和系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)。

        系統(tǒng)穩(wěn)定性高,兼容電腦和手機(jī)端多平臺(tái)應(yīng)用。有些情況下,學(xué)生采用電腦上網(wǎng)不太方便,如果系統(tǒng)能夠同時(shí)支持手機(jī)和其他智能終端的應(yīng)用,將可以提供更便利的服務(wù)。

        系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本低,技術(shù)難度適中。本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員均為高校教師,工作精力、工作時(shí)間和可投入資金有限,在技術(shù)選擇上需考慮實(shí)際情況。

        因此本文選擇在已有課程與教學(xué)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求。通過(guò)對(duì)目前在用的教學(xué)管理平臺(tái)包括:Sakai、Coursera、Moodel、OpenedX、Udacity、愛(ài)課程、網(wǎng)易云課堂、學(xué)堂在線等的對(duì)比和分析,選擇由美國(guó)印第安納大學(xué)、密西根大學(xué)、斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院發(fā)起的貼合高校教學(xué)需求,免費(fèi)開(kāi)源的Sakai平臺(tái)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。Sakai提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的教學(xué)平臺(tái),基本能夠滿足日常教學(xué)環(huán)境中的各種需求,包括課程開(kāi)設(shè)、資料發(fā)布、在線討論、在線作業(yè)、在線考試、Wiki,統(tǒng)計(jì)等各項(xiàng)功能。

        Sakai平臺(tái)是基于J2EE企業(yè)級(jí)應(yīng)用架構(gòu),使用Java代碼編寫(xiě)的面向服務(wù)的應(yīng)用程序,支持插件結(jié)構(gòu),便于定制所需要的系統(tǒng)功能。Sakai平臺(tái)采用分層設(shè)計(jì)思想,其各層所用技術(shù)如圖2所示。

        要進(jìn)行Sakai網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā),首先需要下載、編譯并部署Sakai源代碼,在此基礎(chǔ)之上,按照其對(duì)外提供的API接口,完成Sakai平臺(tái)上的一些工具或者插件的開(kāi)發(fā)。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),采用JDK開(kāi)發(fā)工具包進(jìn)行Java編程,使用Apache Maven來(lái)管理項(xiàng)目,Web服務(wù)器選用Tomcat,數(shù)據(jù)庫(kù)選用Sakai平臺(tái)支持的小型免費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù)MySOL。在此環(huán)境下,通過(guò)完成定制工具的開(kāi)發(fā),來(lái)完成系統(tǒng)所需部分?jǐn)U展功能。

        采用開(kāi)放式教學(xué)系統(tǒng)輔助物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的教學(xué),雖然前期課程開(kāi)發(fā)工作量較大,但是其應(yīng)用效果顯著,能夠更好地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情,幫助更多學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中找到自己的興趣點(diǎn)和方向,極大的提高了學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力、自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維意識(shí)。我們下一步的工作方向是開(kāi)發(fā)更多、更優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源來(lái)擴(kuò)充系統(tǒng),使其為更多感興趣的學(xué)生服務(wù)。

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