陳積明　史治國　賀詩波　趙成成

［摘 要］隨著物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的快速發(fā)展，社會對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)人才培養(yǎng)提出了更高要求。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代，做好物聯(lián)網(wǎng)課程的在線教育具有重大意義，但如何根據(jù)“兩性一度”的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)線上金課以保證線上教學(xué)質(zhì)量是一個巨大挑戰(zhàn)。該研究以作者在愛課程平臺上開設(shè)的“DIY智慧小屋：帶你玩轉(zhuǎn)物聯(lián)網(wǎng)”課程為例，以設(shè)計一個生活中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)案例為主線，實現(xiàn)學(xué)生線上學(xué)習(xí)與線下實踐的有機(jī)融合，并通過激勵策略的設(shè)計引導(dǎo)更多的學(xué)生完成全部課程學(xué)習(xí)，全方位踐行“兩性一度”金課標(biāo)準(zhǔn)要求。這門在線課程的相關(guān)數(shù)據(jù)表明，作者的課程設(shè)計與激勵舉措取得了顯著的教學(xué)成效。

［關(guān)鍵詞］在線教育；慕課；物聯(lián)網(wǎng)；兩性一度

［中圖分類號］ G642.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 2095-3437（2023）03-0018-04

一、開展在線教育和慕課建設(shè)的重要性

2019年，教育部啟動實施一流本科課程“雙萬計劃”，明確將線上一流課程作為建設(shè)重點(diǎn)，同時推進(jìn)線上線下混合式一流課程建設(shè)[1]。2021年3月，國家發(fā)展改革委等28個部門和單位聯(lián)合印發(fā)了《加快培育新型消費(fèi)實施方案》，明確提出由教育部牽頭負(fù)責(zé)有序發(fā)展在線教育[2]。可以預(yù)見，在很長一段時間內(nèi)，線上教學(xué)將作為重要的教學(xué)模式被采用。此外，線上教學(xué)能夠在很大程度上突破空間、時間、受教育者年齡和教育環(huán)境等方面的限制，有效促進(jìn)教育公平。

慕課是指大規(guī)模開放線上課程，最早的慕課是2006年麻省理工學(xué)院的開放課程項[3]。如今，慕課已經(jīng)成為在線教育的代表，既能夠在一定程度上解決不同學(xué)校教育資源不同的問題，也能夠在一定程度上將教師從課堂中解放出來，使其有精力更加注重教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，花更多的時間與學(xué)生深入探討問題。目前，國內(nèi)外一些流行的慕課平臺如Coursera， Udacity， edX， 愛課程等已經(jīng)幫助成千上萬的學(xué)生獲得了他們想要的知識。

教育部原部長陳寶生表示，融合了互聯(lián)網(wǎng)+、智能+技術(shù)的慕課就是在現(xiàn)代信息技術(shù)快速發(fā)展的大勢下孕育而生的，引發(fā)了學(xué)習(xí)方式、方法的積極改變，正在成為推動高等教育變革的重要引擎[4]。因此打造高品質(zhì)慕課，是當(dāng)前大學(xué)教學(xué)的重要任務(wù)之一。本文以筆者在愛課程平臺上開設(shè)的“DIY智慧小屋：帶你玩轉(zhuǎn)物聯(lián)網(wǎng)”課程為例，分享新形勢下慕課教學(xué)的經(jīng)驗，重點(diǎn)介紹所開設(shè)慕課的特色內(nèi)容、課程的教學(xué)設(shè)計、課程的教學(xué)策略和師生互動經(jīng)驗以及目前取得的教學(xué)成果和實踐經(jīng)驗等。

二、物聯(lián)網(wǎng)慕課課程開發(fā)的相關(guān)背景

（一）物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)隨著國家相關(guān)政策的不斷頒布實施而快速發(fā)展

2020年，國家提出加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（新基建）的進(jìn)度，包括5G基站建設(shè)、特高壓、城際高速鐵路和城市軌道交通、新能源汽車充電樁、大數(shù)據(jù)中心、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)七大領(lǐng)域。國家發(fā)展改革委和工信部發(fā)布了《關(guān)于組織實施2020年新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程（寬帶網(wǎng)絡(luò)和5G領(lǐng)域）通知》，提出了物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的具體要求。此外，全國多個省市出臺了相應(yīng)的政策文件，比如《深圳市新型智慧城市建設(shè)總體方案》、重慶市的《關(guān)于統(tǒng)籌推進(jìn)城市基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的指導(dǎo)意見》、《北京市5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案（2019年—2022年）》、《上海市推進(jìn)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 助力提升城市能級和核心競爭力三年行動計劃（2018—2020年）》。這些政策文件都將物聯(lián)網(wǎng)列為重點(diǎn)發(fā)展的任務(wù)。國家政策的引導(dǎo)和支持，促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展。

根據(jù)Statista數(shù)據(jù)顯示，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在2020年達(dá)到310億個，2025年將增加至740億個，而中國將是最大的物聯(lián)網(wǎng)連接市場，中國的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備占比接近全球的30%[5]。

（二）物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)遇到了瓶頸

和物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的快速發(fā)展不同，物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)卻遇到了瓶頸。2018年出版的《物聯(lián)網(wǎng)時代：新商業(yè)世界的行動解決方案》認(rèn)為，咨詢公司HIS預(yù)測后五年，物聯(lián)網(wǎng)人才需求量會達(dá)到1000萬人以上[6]。物聯(lián)網(wǎng)從業(yè)者需要具備不同領(lǐng)域的知識技能，如硬件設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)、軟件開發(fā)。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在迭代中快速發(fā)展，隨著知識結(jié)構(gòu)的變化，應(yīng)用場景也在不斷創(chuàng)新。而現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)模式面臨著課程講授內(nèi)容相對陳舊、知識與工程結(jié)合不緊密以及實踐能力培養(yǎng)缺乏等問題。

（三）急需開發(fā)高質(zhì)量的物聯(lián)網(wǎng)慕課課程

隨著物聯(lián)網(wǎng)人才需求的急劇增加，各種在線教育平臺上相繼出現(xiàn)了與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的課程，其中僅愛課程平臺上就有252門物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程。但是文獻(xiàn)[3]指出這類課程往往存在缺乏系統(tǒng)教學(xué)、知識結(jié)構(gòu)陳舊、理論與實踐脫節(jié)和缺乏師生互動等不足。

在“DIY智慧小屋：帶你玩轉(zhuǎn)物聯(lián)網(wǎng)”這門課程中，我們嘗試以設(shè)計生活中的一個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)為案例，在教學(xué)設(shè)計中將理論和實踐緊密結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)熱情，并通過設(shè)置多種形式的激勵措施和全方位的互動環(huán)節(jié)，及時給學(xué)生答疑解惑，使學(xué)生樹立課程學(xué)習(xí)的信心和目標(biāo)。

三、理論結(jié)合實踐的物聯(lián)網(wǎng)慕課課程教學(xué)設(shè)計

（一）以智慧小屋為案例的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)實踐

我們利用一個典型的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用場景——智慧小屋，通過智慧小屋所涉及的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、功能等實現(xiàn)智能家居的若干功能。在這一過程中，我們簡化了一些智能家居系統(tǒng)的典型場景，最后將智能溫度控制、智能照明控制、空氣自動凈化、自動灌溉、燃?xì)庑孤﹫缶鍌€場景濃縮成一個微型房屋模型。

（二）理論與實踐結(jié)合的章節(jié)內(nèi)容設(shè)計

從圖1可以看出本課程在章節(jié)內(nèi)容安排上充分考慮了理論與實踐并重的特點(diǎn)。前兩章首先介紹物聯(lián)網(wǎng)和云平臺的基礎(chǔ)知識，隨后轉(zhuǎn)向?qū)嵺`部分。第三至第九章以智慧家居應(yīng)用場景為載體，同步進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)軟硬件知識介紹和智慧小屋實踐。最后三章對物聯(lián)網(wǎng)前沿知識進(jìn)行了更為深入的介紹，進(jìn)一步提高學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)理論水平。上述理論與實踐并重的課程設(shè)計在提高學(xué)生動手能力的同時，還能通過實踐環(huán)節(jié)加深學(xué)生對理論知識的理解，對于學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)知識點(diǎn)效果顯著。

（三）理論和實踐的講義編寫與教材出版

課程團(tuán)隊為理論部分和實踐部分的學(xué)習(xí)分別編寫了講義，特別是在課程配套操作手冊詳細(xì)地介紹了課程中涉及的嵌入式設(shè)備的系統(tǒng)組成、硬件規(guī)格、硬件設(shè)備接線以及安裝時的一些注意事項。講義深受學(xué)生歡迎，截止到2020年底，實踐部分的講義已經(jīng)累計下載了2500余次，理論部分的講義也由浙江大學(xué)出版社出版，這兩部分講義的網(wǎng)頁截圖如圖2所示。

（四）從硬件到云端的全棧式物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)

在智慧家居的應(yīng)用場景中，實踐環(huán)節(jié)包括從硬件到云端的全棧式物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)。硬件層面的實訓(xùn)對應(yīng)課程的第三、第四、第五、第六章內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解Arduino嵌入式平臺，如圖3所示，嵌入式開發(fā)所依賴的一些庫函數(shù)、IDE工具以及從嵌入式程序編寫到系統(tǒng)調(diào)試的所有操作步驟，并且自己動手完成相應(yīng)的任務(wù)。云端層面的實訓(xùn)對應(yīng)課程的第七、第八、第九章內(nèi)容。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠了解設(shè)備數(shù)據(jù)上云后如何使用阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的IoT Studio快速進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)，包含平臺中的設(shè)備導(dǎo)入/調(diào)試、服務(wù)構(gòu)建、Web搭建和App搭建等，并完成云端功能的實現(xiàn)。

（五）“兩性一度”標(biāo)準(zhǔn)的全方位體現(xiàn)

教育部高等教育司司長吳巖提出的“兩性一度”金課標(biāo)準(zhǔn)，指的是高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。本課程的教學(xué)設(shè)計全方位體現(xiàn)了這一標(biāo)準(zhǔn)。其一，高階性是要培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜問題的綜合能力和高級思維。本課程對智慧小屋的系統(tǒng)設(shè)計，全面綜合了電子線路、數(shù)字系統(tǒng)、通信原理等多方面知識，鍛煉了學(xué)生解決復(fù)雜問題能力，體現(xiàn)了高階性。其二，創(chuàng)新性是指課程內(nèi)容要反映前沿性和時代性，教學(xué)方式體現(xiàn)互動性。本課程將業(yè)界最新的成果引入課堂，學(xué)生通過自己開展探究式學(xué)習(xí)與實踐，教師和學(xué)生通過多種方式進(jìn)行線上線下互動，體現(xiàn)了創(chuàng)新性。其三，挑戰(zhàn)度是指課程有一定難度，需要跳一跳才能夠得著，這在本課程中也得到了充分體現(xiàn)。本課程要求學(xué)生不光要聽課，而且要能夠自己動手制作硬件實物，進(jìn)行嵌入式和云平臺編程，對學(xué)生學(xué)完本課程有著較強(qiáng)的挑戰(zhàn)性。為了提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，我們也采取了一系列的激勵措施，并取得了不錯的師生互動效果。

四、在物聯(lián)網(wǎng)慕課課程教學(xué)中采取的激勵策略

學(xué)習(xí)慕課課程的學(xué)生在沒有外力驅(qū)動的情況下容易放棄學(xué)習(xí)[7]。針對這一典型問題，課程團(tuán)隊希望通過設(shè)置實踐環(huán)節(jié)增強(qiáng)課程趣味性，通過多元激勵機(jī)制鼓勵學(xué)生堅持學(xué)習(xí)、掌握相應(yīng)知識點(diǎn)，并取得好成績和預(yù)期成效。

（一）積極鼓勵學(xué)生動手實踐

課程團(tuán)隊準(zhǔn)備了完善的開發(fā)手冊和軟硬件范本。鼓勵學(xué)生搭建實際系統(tǒng)，在軟硬件協(xié)同開發(fā)中學(xué)習(xí)和進(jìn)步。選課的學(xué)生可以將自己制作的智慧小屋成果上傳到討論區(qū)，課程團(tuán)隊給予總成績最多10分的加分。這一舉措效果良好，許多學(xué)生都積極制作自己的智慧小屋并上傳小屋模型的圖片和視頻（見圖4）。

（二）師生積極參與討論區(qū)互動

師生積極互動有利于慕課內(nèi)容的傳播[8]。因此，課程團(tuán)隊的教師和助教們在討論區(qū)與學(xué)生積極溝通，回答疑問。許多學(xué)生都選擇將學(xué)習(xí)中遇到的困惑、制作小屋時遇到的困難分享到討論區(qū)中。課程團(tuán)隊每天都安排教師和助教上線及時為學(xué)生答疑解惑。對于經(jīng)常提問并在討論區(qū)討論學(xué)習(xí)相關(guān)話題的“活躍王”，課程團(tuán)隊還給予平時成績1—2分的獎勵。截止到2020年底，討論區(qū)中的回復(fù)/評論數(shù)量超過3萬條，教師答疑區(qū)和綜合討論區(qū)的所有帖子都有課程團(tuán)隊的回復(fù)。

（三）發(fā)放阿里云GXIC技能學(xué)習(xí)證書

課程團(tuán)隊通過和阿里云合作為課程成績達(dá)到優(yōu)秀等級的學(xué)生免費(fèi)發(fā)放阿里云GXIC技能學(xué)習(xí)證書，激勵學(xué)生努力學(xué)習(xí)并爭取得優(yōu)秀成績。目前已經(jīng)有超過700名學(xué)生通過自己的努力學(xué)習(xí)獲得了阿里云GXIC技能學(xué)習(xí)證書。

（四）提供AZFT聯(lián)合實驗室實習(xí)資格

由阿里巴巴-浙江大學(xué)前沿技術(shù)聯(lián)合研究中心（AZFT）物聯(lián)網(wǎng)實驗室為每學(xué)期課程成績排名前10的學(xué)生提供實習(xí)機(jī)會。目前已經(jīng)有2個學(xué)期的20名學(xué)生參與了物聯(lián)網(wǎng)實驗室的實習(xí)課題，實習(xí)的研究內(nèi)容有Lora定位、車聯(lián)網(wǎng)總線協(xié)議等。物聯(lián)網(wǎng)實驗室為參與實習(xí)的學(xué)生提供生活保障并發(fā)放實習(xí)證明。

五、物聯(lián)網(wǎng)慕課課程實施情況與成效

從2019年9月首次開課到本文寫作時，“DIY智慧小屋：帶你玩轉(zhuǎn)物聯(lián)網(wǎng)”慕課已經(jīng)開設(shè)了3個學(xué)期，有超過3.5萬人選課，在課程推廣、輻射全國、走向海外以及提高學(xué)生在線學(xué)習(xí)效率方面取得了一定成績。

（一）推出英文慕課，上線國際教學(xué)平臺

此外，2020年4月，愛課程國際平臺上線，本課程的英文版入選首批193門精品慕課并面向全球開放，通過云端漂洋過海為全球?qū)W習(xí)者提供高質(zhì)量教學(xué)資源，為世界高等教育提供“中國智慧”、貢獻(xiàn)“中國力量”。到本文寫作時本課程英文版已經(jīng)完成了2個學(xué)期的教學(xué)。

（二）在同類物聯(lián)網(wǎng)課程中，本課程單學(xué)期最多選課人數(shù)遙遙領(lǐng)先

截止到2020年底，本課程單學(xué)期最多選課人數(shù)已經(jīng)突破2.5萬人。圖5是愛課程平臺上主流物聯(lián)網(wǎng)慕課的單學(xué)期最多選課人數(shù)對比情況，可以看出本課程在其中處于絕對領(lǐng)先地位。

（三）學(xué)生好評連連

截止到2020年12月，本課程累計獲得324條評價，評分達(dá)到4.7分（滿分5分），高居計算機(jī)大類慕課前列。許多學(xué)生都在評價中提到本課程有豐富的實踐機(jī)會和詳細(xì)的指導(dǎo)，教學(xué)實例貼近生活，教學(xué)內(nèi)容有趣有用。

（四）被幾十個學(xué)校選作線上教學(xué)課程

本課程在智慧樹網(wǎng)上線后，截止到2020年12月，已經(jīng)有37個學(xué)校申請將本課程作為線上教學(xué)課程，累計有4315名學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程獲得自己學(xué)校的學(xué)分，累計互動2.82萬次。本課程將浙江大學(xué)的優(yōu)質(zhì)教育資源通過在線網(wǎng)絡(luò)分享給了中西部高校。

（五）課程的學(xué)生留存率明顯提高

課程的學(xué)生留存率是指完成全部學(xué)習(xí)的學(xué)生人數(shù)除以選課總?cè)藬?shù)。本課程的學(xué)生留存率達(dá)到了2.0%，明顯高于同類課程，將知名慕課數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)公布的1個學(xué)期的數(shù)據(jù)[7]和本課程第二學(xué)期的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，可以得到下表。

對上表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，2門課程中觀看了首個視頻、完成首次測驗的學(xué)生占選課學(xué)生總數(shù)的比例相近；但是對比完成最后視頻觀看、最后測驗的學(xué)生人數(shù)占比，本課程是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的數(shù)倍。此外，取得本課程優(yōu)秀成績的學(xué)生人數(shù)占比也遠(yuǎn)高于其他物聯(lián)網(wǎng)主題慕課?？傇u合格的學(xué)生中，有接近80%的學(xué)生達(dá)到了80分以上（優(yōu)秀等級），給予阿里云GXIC技能學(xué)習(xí)證書和物聯(lián)網(wǎng)實驗室實習(xí)機(jī)會大大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。通過上述分析我們發(fā)現(xiàn)，課程團(tuán)隊采用激勵策略后的師生互動取得了較好的效果，吸引了更多學(xué)生堅持學(xué)習(xí)并取得較好的課程成績。

六、結(jié)語

在物聯(lián)網(wǎng)慕課的開設(shè)過程中，課程團(tuán)隊總結(jié)了一些經(jīng)驗，可以歸納為2個方面：其一，在線教育需要從頂層設(shè)計上保障實踐教學(xué)質(zhì)量。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)和人才需求導(dǎo)向決定了物聯(lián)網(wǎng)課程需要大量的實踐環(huán)節(jié)，而選修在線課程的學(xué)生難以直接獲得教師在實踐環(huán)節(jié)上的指導(dǎo)和督促，實踐教學(xué)的質(zhì)量難以保證。本課程高度重視實踐環(huán)節(jié)，在教學(xué)設(shè)計上將理論知識和實踐操作進(jìn)行有機(jī)融合；課程團(tuán)隊還編寫了實踐操作手冊，積極參與互動，大為減少了學(xué)生因缺少指導(dǎo)而放棄實踐的現(xiàn)象。因此，許多學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)完成了基本的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)，但是我們也發(fā)現(xiàn)依舊存在不少學(xué)生半途而廢的情況，需要在后續(xù)開課中想辦法加以改善。其二，適當(dāng)?shù)募钣兄诒ＷC在線教育質(zhì)量。課程團(tuán)隊在開課之初考慮到學(xué)生缺乏線上學(xué)習(xí)自覺性這個情況，因此采取了具有吸引力的獎勵措施。本課程最終的選課人數(shù)、學(xué)生留存率、優(yōu)秀通過率都明顯高于同類慕課。這說明采用有效的激勵機(jī)制能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，提高課程的教學(xué)質(zhì)量。

［ 參 考 文 獻(xiàn) ］

[1] 關(guān)于政協(xié)十三屆全國委員會第三次會議第2807號（教育類260號）提案答復(fù)的函[EB/OL].[2021-08-26].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/xxgk_jyta/jyta_gaojiaosi/202011/t20201123_501341.html.

[2] 發(fā)展改革委，中央網(wǎng)信辦，教育部，等.加快培育新型消費(fèi)實施方案[EB/OL].[2021-08-26].http：//www.gov.cn/gongbao/content/2021/content_5605113.htm.

[3]? ?SHI Z G，CHEN J M， HE S B. DIY smart house ： exploration and practice of iot mooc education International[C/OL]. Delft：Conference on Computer Science and Education， 2020：557-560.

[4] 教育部. 合作共贏 開創(chuàng)數(shù)字教育新局面：世界慕課大會召開[EB/OL].（2020-12-11）[2021-08-26].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/moe_1485/202012/t20201211_5

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[5] Statista全球統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫[DB/OL]. https：//www.statista.com.

[6] 馬切伊·克蘭茲. 物聯(lián)網(wǎng)時代：新商業(yè)世界的行動解決方案[M]. 北京：中信出版社， 2018.

[7] 陳越，何欽銘.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)MOOC實踐[J].中國大學(xué)教學(xué)，2015（12）：46-50.

[8] 歐陽康，張夢，趙貝斯特. 慕課教育教學(xué)和知識傳播研究：以“哲學(xué)、文化與人生智慧”慕課為例[J].中國大學(xué)教學(xué)，2020（11）：85-89.

［責(zé)任編輯：龐丹丹］