摘 要：“物聯(lián)網(wǎng)感知與控制技術(shù)”是物聯(lián)網(wǎng)工程系的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，旨在提升學(xué)生的工程能力和創(chuàng)新能力，為后續(xù)單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)提供感知理論基礎(chǔ)。課程開(kāi)設(shè)年限較短，存在著價(jià)值引領(lǐng)、內(nèi)容創(chuàng)新、學(xué)習(xí)動(dòng)力等方面的“痛點(diǎn)”問(wèn)題，課程組遵循以學(xué)生為中心、問(wèn)題為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的教育教學(xué)理念，構(gòu)建了“理論聯(lián)系實(shí)際、技術(shù)聯(lián)系應(yīng)用、校園聯(lián)系企業(yè)、知識(shí)聯(lián)系育人”的“四聯(lián)”創(chuàng)新舉措，以實(shí)現(xiàn)“教學(xué)內(nèi)容全面化、教學(xué)方式多元化、教學(xué)評(píng)價(jià)多維化”的“三化”目標(biāo)。教學(xué)實(shí)踐表明：“四聯(lián)三化”教學(xué)創(chuàng)新舉措提高了學(xué)生知識(shí)內(nèi)化效率的同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，有一定的改革價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)；課程改革；跨校修讀；混合式教學(xué)；人才培養(yǎng)；教學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

中圖分類(lèi)號(hào)：TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）07-0-04

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)作為交叉學(xué)科，核心技術(shù)覆蓋整個(gè)信息學(xué)科。物聯(lián)網(wǎng)的層級(jí)結(jié)構(gòu)分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，分別包含傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)[1]。綜合多樣的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人與物、物與物之間的連接與控制，而感知技術(shù)和控制技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的神經(jīng)末梢，是聯(lián)系物理世界與信息世界的橋梁。

物聯(lián)網(wǎng)感知課程開(kāi)設(shè)時(shí)間較短，可參考資源較少，關(guān)于感知技術(shù)的理論分類(lèi)，有把傳感器應(yīng)用以章節(jié)的形式加入到物聯(lián)網(wǎng)控制課程中的[2]，部分院校也存在將“傳感器原理與檢測(cè)技術(shù)”課程作為物聯(lián)網(wǎng)感知課程的理論基礎(chǔ)[3]、將感知作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目插入到物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程中等情況[4-5]。綜合以上各院校對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)課程的開(kāi)設(shè)情況可以發(fā)現(xiàn)：感知多以模塊的形式被嵌入到各個(gè)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)課程，多半是非核心內(nèi)容，以理論為主的課程教學(xué)，缺少實(shí)驗(yàn)應(yīng)用；以實(shí)驗(yàn)為主的課程教學(xué)，缺少感知模塊的系統(tǒng)認(rèn)知。

1 我校“物聯(lián)網(wǎng)感知與控制技術(shù)”課程的痛點(diǎn)問(wèn)題

1.1 教學(xué)側(cè)重原理性知識(shí)點(diǎn)，缺少價(jià)值引領(lǐng)

在以往的教學(xué)過(guò)程中，主要是對(duì)于感知層技術(shù)原理的理論講解，學(xué)生需要掌握的內(nèi)容包括傳感器技術(shù)的原理、材料、應(yīng)用場(chǎng)景以及傳感技術(shù)性能指標(biāo)的計(jì)算，其中知識(shí)點(diǎn)易于理解，但生硬，學(xué)生記憶困難；同時(shí)教學(xué)過(guò)程缺少思政內(nèi)容的引入，導(dǎo)致學(xué)生不知道今后的發(fā)展，無(wú)法激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

1.2 教學(xué)資源不夠豐富，無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)習(xí)需要

市面上現(xiàn)有的教材有清華大學(xué)出版社出版的《物聯(lián)網(wǎng)感知與控制技術(shù)》，該教材內(nèi)容不僅包括感知，還包括人機(jī)交互、通信以及外設(shè)等，但感知技術(shù)章節(jié)內(nèi)容不多[6]。物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)包括傳感技術(shù)、識(shí)別技術(shù)、定位技術(shù)以及過(guò)程感知技術(shù)，若單純選用傳感器技術(shù)相關(guān)書(shū)籍，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)感知技術(shù)的全面覆蓋，若選用多本相關(guān)教材，會(huì)造成資源浪費(fèi)。

1.3 教學(xué)活動(dòng)缺乏設(shè)計(jì)，未能遵循以學(xué)生為主體的教學(xué)理念

課堂中，學(xué)生作為知識(shí)獲得者，真正將知識(shí)用于實(shí)踐的機(jī)會(huì)少，而實(shí)踐又多以驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，以驗(yàn)證某些傳感器的使用環(huán)境和使用精度，創(chuàng)新性?xún)?nèi)容較少，教學(xué)活動(dòng)僅僅圍繞做題與考試，導(dǎo)致學(xué)生普遍覺(jué)得“學(xué)而無(wú)處用，背題走天下”。

2 “四聯(lián)三化”教學(xué)改革方案

結(jié)合本科院校物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)發(fā)展要求、各院校物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)課程設(shè)置以及本校“物聯(lián)網(wǎng)感知與控制技術(shù)”課程的近年教學(xué)情況，課程組采用“理論聯(lián)系實(shí)際、技術(shù)聯(lián)系應(yīng)用、校園聯(lián)系企業(yè)、知識(shí)聯(lián)系育人”的“四聯(lián)”創(chuàng)新舉措，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)感知與控制技術(shù)課程“教學(xué)內(nèi)容全面化、教學(xué)方式多元化、教學(xué)評(píng)價(jià)多維化”的“三化”目標(biāo)，在創(chuàng)新教學(xué)以及設(shè)定新目標(biāo)的同時(shí)解決痛點(diǎn)問(wèn)題。

2.1 從“結(jié)果”到“開(kāi)始”

一方面，不論是傳感器技術(shù)教材還是感知課教學(xué)改革論文，對(duì)于傳感器模塊內(nèi)容的設(shè)定均是從原理開(kāi)始講解，從傳感器名稱(chēng)、物理知識(shí)、工作原理到內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)容學(xué)術(shù)性較強(qiáng)、記憶點(diǎn)較少，興趣點(diǎn)幾乎沒(méi)有；另一方面，2020級(jí)、

2021級(jí)物聯(lián)網(wǎng)畢業(yè)生的論文選題多為農(nóng)業(yè)、家居等成熟產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，其中功能設(shè)計(jì)缺少創(chuàng)新，關(guān)于醫(yī)療、共享、機(jī)器人這一類(lèi)人工智能類(lèi)的題目較少，其本質(zhì)原因是學(xué)生接觸到的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)太基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)到的傳感器類(lèi)型太少，導(dǎo)致思維無(wú)法拓展。

綜合以上情況，將知識(shí)講授由原來(lái)的“知其原理、知其結(jié)構(gòu)、知其應(yīng)用”調(diào)整為“知其應(yīng)用、知其結(jié)構(gòu)、知其原理”，實(shí)現(xiàn)從“結(jié)果”到“開(kāi)始”的教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建。

應(yīng)用方面，從物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生就業(yè)角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)真正“應(yīng)用型”人才的培養(yǎng)，將企業(yè)信息融入感知技術(shù)應(yīng)用的案例中，提升學(xué)生興趣的同時(shí)，為學(xué)生傳授就業(yè)知識(shí)，幫助學(xué)生盡早樹(shù)立目標(biāo)，找準(zhǔn)人生的奮斗方向，真正地在教學(xué)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)思政目標(biāo)的達(dá)成。

關(guān)于傳感器技術(shù)的發(fā)展，以國(guó)產(chǎn)智能駕駛汽車(chē)“蔚小理”、小米智能家居為代表講述物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)；關(guān)于機(jī)器人傳感器部分，以波士頓動(dòng)力公司機(jī)器狗的發(fā)展史以及國(guó)產(chǎn)機(jī)器狗為代表講述近些年機(jī)器人的發(fā)展史；對(duì)于溫敏氣敏傳感器部分，從軍用紅外熱成像儀以及酒精檢測(cè)儀兩方面出發(fā)向?qū)W生進(jìn)行介紹，一方面介紹軍用設(shè)備提升學(xué)生的國(guó)家榮譽(yù)感和民族自豪感，另一方面通過(guò)酒精檢測(cè)內(nèi)容警示學(xué)生要遵紀(jì)守法；對(duì)于識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，側(cè)重對(duì)企業(yè)的介紹，比如語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟的有科大訊飛，安防系統(tǒng)中的龍頭企業(yè)?？低曉趫D像識(shí)別技術(shù)這方面發(fā)展也相對(duì)成熟。

2.2 從“離線(xiàn)化”到“在線(xiàn)化”

市面上關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的教材較少，除了教師自制的課件、錄制的微課以及數(shù)字化平臺(tái)習(xí)題外，學(xué)生再無(wú)其他課程資源。本輪教學(xué)中，課程申報(bào)了遼寧省跨校修讀學(xué)分項(xiàng)目，基于沈陽(yáng)航空航天大學(xué)“傳感器原理”的課程資源，采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)，促進(jìn)資源共享，保障學(xué)生的學(xué)習(xí)權(quán)益[7-8]。

從教材和資源角度分析，學(xué)生因無(wú)教材無(wú)法提前預(yù)習(xí)上課內(nèi)容，而選用課程教學(xué)視頻，方式新穎獨(dú)特且可以提出技術(shù)問(wèn)題，引起了學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的興趣，在線(xiàn)下課堂的專(zhuān)注度也會(huì)更高。從知識(shí)點(diǎn)覆蓋程度方面分析，由于專(zhuān)業(yè)原因，本校課程重點(diǎn)對(duì)傳統(tǒng)傳感器技術(shù)的原理和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)講解，缺少對(duì)現(xiàn)代傳感器技術(shù)應(yīng)用的講解，選用的課程資源正好解決了這一問(wèn)題。

建課方的教學(xué)資源包括傳感器技術(shù)基礎(chǔ)、傳統(tǒng)傳感器原理與應(yīng)用以及現(xiàn)代傳感器原理與應(yīng)用三章內(nèi)容，每章都有明確的教學(xué)視頻、測(cè)試題以及擴(kuò)展資源。由于視頻時(shí)長(zhǎng)短且精，故選用三章教學(xué)資源作為知識(shí)點(diǎn)課前預(yù)習(xí)資源和課后回顧資源，以觀看時(shí)長(zhǎng)以及視頻答題情況作為本課程形成性考核的一部分。

2.3 從“單槍匹馬”到“并肩作戰(zhàn)”，從“獨(dú)行專(zhuān)斷”到“廣謀從眾”

以往教學(xué)活動(dòng)中的實(shí)驗(yàn)均為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，與實(shí)際應(yīng)用關(guān)系不夠緊密，導(dǎo)致學(xué)生光學(xué)不會(huì)用，學(xué)了又不知道用在什么環(huán)境。基于此問(wèn)題，將實(shí)驗(yàn)以進(jìn)階形式進(jìn)行，分別設(shè)置五級(jí)傳感器基礎(chǔ)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、四級(jí)RFID進(jìn)階設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及三級(jí)智能系統(tǒng)綜合感知?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

原物聯(lián)網(wǎng)感知課程三級(jí)項(xiàng)目基于傳感器模塊以及識(shí)別模塊設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，但設(shè)計(jì)內(nèi)容都是紙上談兵，沒(méi)有與控制器和執(zhí)行器相聯(lián)系，本輪教學(xué)將“物聯(lián)網(wǎng)感知與控制技術(shù)”課程和“單片機(jī)原理與應(yīng)用課程”進(jìn)行三級(jí)項(xiàng)目聯(lián)合，從“單槍匹馬”到“并肩作戰(zhàn)”，分別從感知、控制和應(yīng)用角度對(duì)學(xué)生進(jìn)行考察，同時(shí)將三級(jí)項(xiàng)目以校級(jí)大創(chuàng)形式進(jìn)行申報(bào)，以興趣促創(chuàng)新（創(chuàng)新性）、以聯(lián)合促發(fā)展（高階性）、以競(jìng)賽促完善（挑戰(zhàn)度），真正實(shí)現(xiàn)了課程實(shí)驗(yàn)的“兩性一度”。

以往的教學(xué)評(píng)價(jià)中，眾多教師以自己為核心，認(rèn)為該學(xué)生課題好則給的分?jǐn)?shù)也比較高，認(rèn)為學(xué)生課題不好則給的分?jǐn)?shù)也比較低，完全是“獨(dú)行專(zhuān)斷”。作為教師，應(yīng)該從課題的創(chuàng)新性、實(shí)用性的角度對(duì)課題進(jìn)行評(píng)價(jià)，而學(xué)生對(duì)于課題的評(píng)價(jià)才是真正從準(zhǔn)備程度、認(rèn)真程度角度評(píng)價(jià)，也就是真正的合理評(píng)價(jià)方式應(yīng)該是“教師評(píng)價(jià)+同輩評(píng)價(jià)”相結(jié)合。

3 “四聯(lián)三化”教學(xué)實(shí)踐

3.1 教學(xué)內(nèi)容

本輪次實(shí)踐過(guò)程中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容做了兩方面的改進(jìn)：一方面，將教學(xué)順序由原來(lái)的“原理-結(jié)構(gòu)-應(yīng)用”改為“應(yīng)用-結(jié)構(gòu)-原理”，例如以教學(xué)案例為引導(dǎo)，啟發(fā)學(xué)生關(guān)注案例中的傳感器類(lèi)型，以理論聯(lián)系實(shí)際、技術(shù)聯(lián)系應(yīng)用；另一方面，在內(nèi)容基礎(chǔ)上，增加新型智能傳感器，例如發(fā)展較成熟的語(yǔ)音合成模塊和語(yǔ)音識(shí)別模塊，現(xiàn)場(chǎng)演示模塊應(yīng)用和講述企業(yè)故事，思想教育和技能教育同時(shí)抓起。具體教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)見(jiàn)表1所列。

3.2 教學(xué)模式

本輪次采用線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)[9-10]，“物聯(lián)網(wǎng)感知與控制技術(shù)”是大連東軟信息學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程積極響應(yīng)遼寧省教育廳號(hào)召，選用沈陽(yáng)航空航天大學(xué)“傳感器原理”這門(mén)課作為跨校修讀課程?？茖W(xué)合理地將兩校課程有機(jī)結(jié)合，利用網(wǎng)絡(luò)課程內(nèi)容，組織學(xué)生進(jìn)行“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)+

線(xiàn)上討論+線(xiàn)上測(cè)試+線(xiàn)下教學(xué)+線(xiàn)下提問(wèn)”的綜合互動(dòng)式學(xué)習(xí)，其中本校教師負(fù)責(zé)線(xiàn)下教學(xué)+線(xiàn)下提問(wèn)，建課教師負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)資源+線(xiàn)上討論+線(xiàn)上測(cè)試。

通過(guò)兩校教師的溝通，將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)列入期末成績(jī)考核中，最終確定：期末成績(jī)=形成性成績(jī)+終結(jié)性成績(jī)。形成性成績(jī)包括線(xiàn)上學(xué)習(xí)、線(xiàn)上測(cè)試、線(xiàn)下提問(wèn)以及實(shí)驗(yàn)完成情況。其中線(xiàn)上學(xué)習(xí)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對(duì)課程資源的觀看時(shí)長(zhǎng)以及討論的參與度；線(xiàn)上測(cè)試重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生對(duì)視頻中出現(xiàn)的題目的答題情況；線(xiàn)下提問(wèn)重點(diǎn)針對(duì)學(xué)生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)內(nèi)容和上節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提問(wèn)。以上總成績(jī)比重占期末總成績(jī)的50%，期末考試占總成績(jī)的50%，期末考試試卷由我校教師印刷和批閱。

3.3 教學(xué)實(shí)驗(yàn)

本輪次采用“物聯(lián)網(wǎng)感知與控制技術(shù)”與“單片機(jī)原理與應(yīng)用”聯(lián)合三級(jí)項(xiàng)目的形式，感知課程從物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)方案、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)需求以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)三方面入手，在基礎(chǔ)傳感器的基礎(chǔ)上，為學(xué)生們介紹新型智能傳感器（包括語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成等），同時(shí)將實(shí)驗(yàn)室傳感器程序向?qū)W生開(kāi)放。單片機(jī)課程包含主控芯片和控制程序等內(nèi)容，此時(shí)的三級(jí)項(xiàng)目不再局限于報(bào)告書(shū)，而是把報(bào)告書(shū)變成一個(gè)“可見(jiàn)、可用”的完整硬件系統(tǒng)。

項(xiàng)目共分為項(xiàng)目前期、項(xiàng)目中期以及項(xiàng)目后期三個(gè)階段。項(xiàng)目前期，以物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用系統(tǒng)作為引導(dǎo)，幫助學(xué)生確定系統(tǒng)名稱(chēng)與功能，喚醒學(xué)生的創(chuàng)新潛能的同時(shí)，提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)認(rèn)同感和民族自豪感；學(xué)生撰寫(xiě)申報(bào)書(shū)，將三級(jí)項(xiàng)目以校大創(chuàng)形式進(jìn)行申報(bào)，達(dá)到以賽促學(xué)、以賽促創(chuàng)的目的。項(xiàng)目中期，目的是提升學(xué)生的傳感器認(rèn)知能力和實(shí)踐能力，將實(shí)驗(yàn)劃分為基礎(chǔ)、進(jìn)階以及高階，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)側(cè)重物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)感知功能的實(shí)現(xiàn)，幫助學(xué)生選擇適宜的傳感器；進(jìn)階階段側(cè)重物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)智能化的實(shí)現(xiàn)，利用RFID一卡通應(yīng)用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)“設(shè)備交互”的認(rèn)識(shí)；高階階段以Proteus仿真的形式，詳細(xì)講解超聲波測(cè)距傳感器與主控芯片之間的連接與控制關(guān)系，將細(xì)碎的實(shí)驗(yàn)知識(shí)應(yīng)用具體化。項(xiàng)目后期，由校實(shí)訓(xùn)中心提供硬件模塊和程序資源，學(xué)生自行調(diào)通系統(tǒng)功能，以答辯形式進(jìn)行項(xiàng)目匯報(bào)。具體教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2所列。

3.4 教學(xué)評(píng)價(jià)

“四聯(lián)三化”教學(xué)改革方案重視學(xué)生在每個(gè)環(huán)節(jié)的過(guò)程考核和評(píng)價(jià)，提高了實(shí)踐過(guò)程的成績(jī)比例，摒棄以往只重視理論的傳統(tǒng)成績(jī)構(gòu)成。具體考核內(nèi)容和成績(jī)占比見(jiàn)表3所列。

3.5 教學(xué)成效

從教學(xué)內(nèi)容角度觀察，往年課程掛科率均值約為13%，本輪課程掛科率為5%，線(xiàn)上+線(xiàn)下教學(xué)加強(qiáng)了學(xué)生的知識(shí)內(nèi)化能力，同時(shí)在無(wú)教材情況下提升了復(fù)習(xí)效率；從教學(xué)實(shí)踐角度觀察，三級(jí)項(xiàng)目選題中創(chuàng)新性題目如“智能健身引導(dǎo)系統(tǒng)”“智能一體化功能床”等占比55%，實(shí)際應(yīng)用性題目如“智能安全監(jiān)測(cè)門(mén)”“智能衣柜”等占比40%，常規(guī)題目

如“農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)”“智能農(nóng)業(yè)無(wú)人機(jī)”占比5%，教學(xué)案例的引入拓寬了學(xué)生的創(chuàng)新思維；此外，本次三級(jí)項(xiàng)目共申報(bào)校級(jí)大創(chuàng)31項(xiàng)，立項(xiàng)率42%，申報(bào)省級(jí)大創(chuàng)31項(xiàng)，立項(xiàng)率13%；從教學(xué)評(píng)價(jià)角度觀察，引入學(xué)生評(píng)價(jià)后，學(xué)生匯報(bào)質(zhì)量上升，同時(shí)降低了分?jǐn)?shù)爭(zhēng)議性。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知課程分別在內(nèi)容、模式、實(shí)驗(yàn)和評(píng)價(jià)四個(gè)方面遵照“四聯(lián)三化”進(jìn)行改革與實(shí)踐，在學(xué)生分?jǐn)?shù)、思維拓展、實(shí)踐能力以及大創(chuàng)項(xiàng)目申報(bào)方面獲得了一定成效，同時(shí)為后續(xù)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)課程打好基礎(chǔ)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，隨著社會(huì)層面物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)感知課程在教學(xué)資源的補(bǔ)充、教學(xué)實(shí)驗(yàn)的更新以及教學(xué)難度的提升方面仍有進(jìn)一步發(fā)展的空間。

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