高 燕，劉傳星

（榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)硬件類課程普遍具有較強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性和創(chuàng)新性要求，要求學(xué)生在了解相關(guān)基本概念的基礎(chǔ)上，掌握相關(guān)的原理、方法和技巧，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)、自主實(shí)踐等環(huán)節(jié)將理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問題的能力[1]。如何對(duì)課程資源進(jìn)行開發(fā)、更新、維護(hù)、共享和有效利用，如何解決各硬件課程之間存在的內(nèi)容銜接不暢和整體優(yōu)化不足的問題，成為硬件類課程教學(xué)改革中面臨的重要挑戰(zhàn)。

因此，本項(xiàng)目嘗試以省級(jí)一流課程電子技術(shù)基礎(chǔ)課程資源建設(shè)為抓手，整合優(yōu)質(zhì)課程資源，打造線上線下混合式教學(xué)圈和優(yōu)質(zhì)資源建設(shè)開放互動(dòng)圈，并通過教師、學(xué)生、管理者、教學(xué)管理平臺(tái)和教學(xué)保障機(jī)制形成良好的教學(xué)生態(tài)鏈，支撐教學(xué)生態(tài)圈建設(shè)。

1 教學(xué)中存在的問題

1.1 授課內(nèi)容陳舊

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)硬件類課程大多是多技術(shù)多學(xué)科的融合，涉及到了計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子技術(shù)、圖像技術(shù)等眾多領(lǐng)域，覆蓋范圍廣，發(fā)展速度快[2-3]。然而，現(xiàn)存的問題是，盡管在教材的選擇上，教師已經(jīng)盡量做到選擇教學(xué)內(nèi)容新穎的以及與實(shí)際緊密結(jié)合的教材，但是由于行業(yè)發(fā)展迅速、技術(shù)迭代周期短，教學(xué)中依然難以避免地存在教材內(nèi)容陳舊、技術(shù)過時(shí)的問題。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，缺乏創(chuàng)新

硬件類課程都是實(shí)踐性極強(qiáng)的課程，好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以做到與理論知識(shí)相互呼應(yīng)、互為補(bǔ)充、相互印證。然而，在目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大部分的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較為單一，而且實(shí)驗(yàn)設(shè)置多為驗(yàn)證性、演示性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之間沒有聯(lián)系，各自為政[4-6]。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)只能操作單一性內(nèi)容，缺乏集成創(chuàng)新的意識(shí)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣不高。

1.3 課程孤立，承接關(guān)系較弱

硬件類課程一般具有承上啟下的作用，與其他課程之間都有先修和后續(xù)的關(guān)系，但是這些課程在內(nèi)容設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)安排上承接關(guān)系較弱，并沒有直觀地體現(xiàn)出先修課程和后續(xù)課程之間的內(nèi)容延續(xù)、彼此銜接的關(guān)系[7]。

2 理論教學(xué)改革措施

2.1 追蹤學(xué)科前沿技術(shù)，引入領(lǐng)域商業(yè)案例，動(dòng)態(tài)更新教學(xué)內(nèi)容

為了解決物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)硬件類課程中教學(xué)內(nèi)容陳舊的問題，在知識(shí)點(diǎn)的講授中，有意識(shí)地引入各個(gè)領(lǐng)域的前沿技術(shù)，例如百度API的人臉識(shí)別、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等技術(shù)以及OneNET云平臺(tái)的數(shù)據(jù)可視化等。對(duì)新技術(shù)進(jìn)行介紹和分析，能夠激發(fā)學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步探究的興趣，解決教材內(nèi)容陳舊過時(shí)的問題。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該領(lǐng)域科研論文進(jìn)行學(xué)習(xí)和探討，分析論文中值得學(xué)習(xí)和借鑒的地方，例如系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、算法的引入等，并利用批判性思維發(fā)現(xiàn)論文中值得商榷和改進(jìn)的地方，提出自己的改進(jìn)思路和方案。通過這樣的分析訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)。

2.2 融合線上線下，利用新媒體平臺(tái)，創(chuàng)新授課方式

利用教學(xué)輔助平臺(tái)，例如學(xué)習(xí)通、雨課堂等，建立SPOC視頻庫(kù)、資料庫(kù)、題庫(kù)、作業(yè)庫(kù)、試卷庫(kù)和活動(dòng)庫(kù)，供學(xué)生和教師開展線上教學(xué)。在線下授課時(shí)利用平臺(tái)提供的豐富互動(dòng)手段開展簽到、選人、搶答、投票、主題討論等教學(xué)活動(dòng)[8]，實(shí)現(xiàn)了對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的全過程考核。與此同時(shí)，針對(duì)如今成長(zhǎng)在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的學(xué)生特點(diǎn)，為滿足他們多樣化和個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，利用各類新媒體平臺(tái)，例如嗶哩嗶哩、抖音、CSDN、微信公眾號(hào)等，把這些平臺(tái)上與課程相關(guān)的內(nèi)容推薦給學(xué)生，拓展多元化的知識(shí)獲取途徑、豐富授課方式。

2.3 鏈接能力培養(yǎng)路徑，打造硬件類課程體系，形成課程生態(tài)圈

第一階段，構(gòu)建一個(gè)由學(xué)生主體、教師主體、課程平臺(tái)、課程資源、課程活動(dòng)、實(shí)踐項(xiàng)目等共同組成的電子技術(shù)課程生態(tài)圈，如圖1所示。

圖1 電子技術(shù)課程生態(tài)圈

在課程生態(tài)圈中，學(xué)生始終處于教學(xué)的主體地位，所有的教學(xué)活動(dòng)都緊緊圍繞著這個(gè)主體展開。學(xué)生之間相互協(xié)作、共同進(jìn)步。

以授課教師為主導(dǎo)的教師主體，不僅僅包括了課程的授課教師，還包括了教學(xué)平臺(tái)的管理者、輔助各類教學(xué)活動(dòng)有序開展的助學(xué)者以及充實(shí)教學(xué)資源、提供豐富項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的行業(yè)專家。由他們組成的教師主體，根據(jù)需要隨時(shí)向?qū)W生主體提供引導(dǎo)和支持。同時(shí)，教師主體間通過信息交流彼此保持密切聯(lián)系，隨時(shí)掌握和修正教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)進(jìn)度，使得教學(xué)活動(dòng)保質(zhì)保量地有序進(jìn)行。

學(xué)習(xí)通、雨課堂等教學(xué)平臺(tái)可以輔助教師實(shí)時(shí)掌握每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)跟蹤課堂中每個(gè)個(gè)體對(duì)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)情況[9]，并將量化數(shù)據(jù)提供給教師主體和學(xué)生主體，使教學(xué)中的各主體及時(shí)獲得教學(xué)反饋和評(píng)價(jià)，修正教學(xué)進(jìn)度和內(nèi)容。

第二階段，總結(jié)電子技術(shù)課程生態(tài)圈構(gòu)建的思路和方法，形成一套切實(shí)可行的實(shí)施辦法，在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)各硬件類課程教學(xué)中進(jìn)行推廣試行，打造適合各課程的生態(tài)圈。

第三階段，在硬件類各課程生態(tài)圈基本構(gòu)建完成之后，以實(shí)踐項(xiàng)目作為切入點(diǎn)，打造由電子技術(shù)基礎(chǔ)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、嵌入式原理及應(yīng)用等硬件核心課程為基礎(chǔ)的硬件類課程群生態(tài)圈。精心設(shè)計(jì)適合不同年級(jí)、不同層次學(xué)生完成的各級(jí)各類實(shí)踐項(xiàng)目、課程設(shè)計(jì)和大作業(yè)。

真正實(shí)現(xiàn)將體系內(nèi)各課程知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通、綜合應(yīng)用。同時(shí)，以此為契機(jī)，將教學(xué)生態(tài)圈建設(shè)的構(gòu)想和方法推廣到相關(guān)的上下游課程，利用貫通式大作業(yè)、課程設(shè)計(jì)和實(shí)踐類項(xiàng)目將前后硬件課程串接起來(lái)，打造硬件類課程群生態(tài)圈，使學(xué)生對(duì)硬件類專業(yè)課體系有完整清晰的認(rèn)識(shí)，能夠理清各硬件類專業(yè)課之間的承接關(guān)系，使得他們能夠在課程群生態(tài)圈的良好教學(xué)環(huán)境中將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)硬件課程體系內(nèi)各門課程知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通。

3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法創(chuàng)新

3.1 設(shè)計(jì)難度階梯式遞增實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

通過把一個(gè)完整的項(xiàng)目進(jìn)行拆分，設(shè)計(jì)成一系列由易到難的階梯式實(shí)驗(yàn)任務(wù)，讓學(xué)生循序漸進(jìn)地完成一個(gè)實(shí)用智能家居系統(tǒng)的開發(fā)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)成就感的同時(shí)也為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)、工作打下基礎(chǔ)。例如，嵌入式系統(tǒng)與原理課程中智能語(yǔ)音家居系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)度安排如圖2所示。

圖2 智能語(yǔ)音家居系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)安排

實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)涉及到專業(yè)知識(shí)的方方面面，能夠?qū)⑶度胧较到y(tǒng)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微信小程序開發(fā)，甚至把Gitee代碼協(xié)作平臺(tái)和騰訊會(huì)議的使用結(jié)合在一起，讓學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，并學(xué)會(huì)自己獨(dú)立解決問題。

3.2 利用百度API開放平臺(tái)和OneNET云平臺(tái)增加實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度

百度開放平臺(tái)是百度各產(chǎn)品線開放平臺(tái)、開源庫(kù)、開放API的統(tǒng)一入口，開放API提供了免費(fèi)的人臉識(shí)別、文字識(shí)別、圖像技術(shù)、語(yǔ)音技術(shù)等[10]，只要接入API就可以利用這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)有趣的項(xiàng)目功能。圖3就是利用人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)的人臉考勤系統(tǒng)。

圖3 利用百度開放平臺(tái)完成的人臉識(shí)別實(shí)驗(yàn)

OneNET云平臺(tái)是中國(guó)移動(dòng)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和真實(shí)設(shè)備之間搭建的一個(gè)高效、穩(wěn)定、安全的應(yīng)用平臺(tái)。利用這個(gè)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集、分析和展示，還可以實(shí)現(xiàn)指令的下發(fā)。OneNET云平臺(tái)收集到的數(shù)據(jù)流信息顯示如圖4所示，移動(dòng)端界面展示如圖5所示。

圖4 OneNET云平臺(tái)收集到的數(shù)據(jù)流信息

圖5 移動(dòng)端界面展示

3.3 更換陳舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備，配置靈活功能模塊

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，依據(jù)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目需要的功能，按需靈活購(gòu)買各類硬件模塊，學(xué)生可以依據(jù)自己需要的功能自由組合功能模塊，在提高了學(xué)生動(dòng)手能力和自主創(chuàng)新性能力的同時(shí)極大地降低了實(shí)驗(yàn)成本。即便某個(gè)模塊損壞，購(gòu)買替換的費(fèi)用也大大地降低。圖6是學(xué)生自己設(shè)計(jì)完成的基于微信小程序的智能語(yǔ)音家居系統(tǒng)，可以通過語(yǔ)音、手勢(shì)和移動(dòng)端小程序協(xié)同完成對(duì)家居環(huán)境信息的采集、顯示和設(shè)備的控制。

圖6 學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的智能語(yǔ)音家居系統(tǒng)

3.4 培養(yǎng)工程思維，多角度、多維度思考問題

在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，不能僅僅考慮產(chǎn)品功能是否實(shí)現(xiàn)，還應(yīng)該從工業(yè)設(shè)計(jì)以及工程實(shí)踐的角度，對(duì)比分析設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，在各種設(shè)計(jì)方案中找到最優(yōu)解決方案。同時(shí)，還需要綜合考慮產(chǎn)品的可靠性、成本、功耗、體積以及是否適合行業(yè)需求等種種因素，這樣才能設(shè)計(jì)出符合市場(chǎng)需要和用戶要求的產(chǎn)品。因此，需要在教學(xué)過程中通過實(shí)際案例培養(yǎng)學(xué)生多角度、多維度思考問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生初步的工程思維。

4 結(jié) 語(yǔ)

在課程的理論教學(xué)過程中，百度API和OneNET云平臺(tái)的引入極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)和探索的興趣。在課程的實(shí)踐過程中，難度階梯式遞增實(shí)驗(yàn)教學(xué)是首次開展的新的教學(xué)模式。讓學(xué)生能夠充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有器件，在已經(jīng)完成的具備基本功能的電子系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，進(jìn)一步地思考和完善，做出更有趣、更智能的電子系統(tǒng)。

同時(shí)，這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)在充分激發(fā)了學(xué)生自主創(chuàng)新和動(dòng)手能力的同時(shí)，讓他們真正體會(huì)到了學(xué)習(xí)的快樂和成就感，也體現(xiàn)了課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)性。