基于物聯網的軟件設計課程實訓教學管理模式構建

潘翔

【摘 要】分析軟件設計課程實訓教學存在的問題，提出通過引入物聯網技術，從重構實訓環節、建立感知教學體系、改進實訓教學評價方式和搭建物聯網實訓管理平臺入手，構建軟件設計課程實訓教學管理模式。

【關鍵詞】物聯網 軟件設計課程 實訓教學管理模式 構建

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2014）10C-0064-03

物聯網作為新一代信息技術，正日益深入改變人們的生活，其物物相連的特性也改變著人們的思維和各種活動方式。在教學領域，物聯網除了作為一門新興的學科受到諸多教師和學生的青睞，更可以作為一種技術手段改變傳統的教學方式，提高教學質量。軟件設計課程是一門具有鮮明實踐特性的計算機專業課程，涵蓋了數據庫開發、程序語言編程、算法設計和數據結構等多門課程。此類課程的教學目標是讓學生掌握軟件開發的一整套流程，并能夠獨立設計和開發出具體的軟件系統，以勝任軟件公司程序員的崗位。然而，傳統教學模式中實訓教學管理落后，導致學生的軟件設計動手能力差，教學質量低下。為此，可結合物聯網技術對軟件設計課程的實訓教學管理模式進行重構，從實訓環節、感知教學、實訓管理平臺和實訓教學質量評價等多方面改進教學管理，使學生從實訓中真正掌握軟件設計與開發技術，具備實戰能力，從而順利走上工作崗位。

一、軟件設計課程實訓教學存在的問題

傳統的軟件設計課程教學分為理論教學與實訓教學，理論教學著重講解基本概念、基本語法和基本用法，需要學生記憶的內容較多；實訓教學著重培養學生動手實踐的能力，是理論教學的驗證和升華。學生在經過一至兩個學期的學習后，理應達到教學目標所規定的能力要求。而實際情況是，只有少數學生能夠真正進行軟件設計與開發，大部分學生還停留在照著書本敲代碼的階段，包括在理論考試中獲得高分的學生。究其原因，有以下幾方面：一是實訓教學手段落后，教師除了講解、演示外別無他法，而學生往往在教師講解時不注意聽，這導致實訓時茫然無措；二是實訓過程難于監控，教師在巡視過程中，往往為了解決一個學生的問題而忽略了其他學生，無法全面掌控實訓進度；三是缺乏實訓反饋途徑，軟件設計講究環環相扣，一個環節的卡殼會直接影響到后續的開發，學生遇到問題后若無法及時反饋給教師，教師會忽略問題的存在而進入到下一個環節，持續的問題積累導致學生無法完成實訓，甚至影響學習積極性。

解決上述問題的思路在于建立起有效的實訓管理模式，既能把教師從繁重的講解、演示過程中解放出來，又能全面監控學生的學習狀態，及時反饋實訓中遇到的問題和調整實訓進度。應用物聯網技術構建實訓教學管理模式，能夠達到此效果。

二、物聯網實訓教學管理模式構建

基于物聯網的實訓教學管理模式將物聯網的感知技術、物物相連的網絡技術等融入教學活動和管理中。首先，對實訓環節進行重構，使其適應物聯網管理模式；其次，建立感知教學體系，使學生—教師—實訓項目三者之間實現互相感知，教師能輕易掌握學生的學習狀態和進度，學生能體驗到個性化的教學策略，更好更快地完成實訓項目；再次，搭建物聯網實訓管理平臺，將前兩個步驟都納入整個平臺之下，使管理真正落到實處，有可操作性；最后，改進實訓教學評價方式，將傳統的重結果轉變為重過程的教學評價，杜絕學生互相抄襲復制的現象。

（一）重構實訓環節。傳統的實訓環節中，實訓計劃和實訓內容是相對固定的，即同一個班級的同一門課程，每次實訓的時間、地點和內容都一致，這樣固然方便了管理，卻沒有考慮到學生的個體差異。同一個實訓內容，基礎不同的學生所需的完成時間不盡相同。能讓每個學生在有限的實訓時間里真正掌握到技能，是實訓教學改革的目的之一。重構的實訓環節如圖1所示。

圖1 重構的實訓環節

1.制訂詳細的實訓計劃。鑒于物聯網管理模式能夠很細致地管理到實訓的每一個細節，可以把實訓計劃分為三個檔次。最高級別是針對尖子生，學習速度快，學習效果好，此時實訓計劃要安排得緊湊，每一個知識點的實訓周期最短，盡可能地安排更多、更有難度的實訓內容；中間級是針對普通學生，可以按照原有的實訓教學大綱進度安排實訓計劃，循序漸進完成實訓內容；最低級別是針對基礎較差的學生，目的是使其掌握基本的軟件設計技能，每一個知識點所用的實訓周期應該最長。

2.制定每一次實訓的具體實訓內容。實訓內容包括基礎部分和實戰部分，基礎部分即課本中的案例、練習題和實驗題，目的是讓學生盡快熟悉基本語法與概念，往往沒有任何實際開發意義；實戰部分應是真實的軟件設計和開發案例，可從軟件企業中獲得，這是學生真正掌握軟件設計與開發技能的核心部分。制定實訓內容的關鍵在于合理拆分項目，既要包含一定數量的知識點，又要符合學生在一個實訓周期的工作量。針對三個層次的實訓計劃，應制定對應的實訓內容。

3.實訓過程記錄。實訓報告是記錄實訓過程的有效手段，傳統方式是采用紙質報告或電子文檔報告，由學生課堂填寫或課后填寫再上交給教師。課堂填寫會導致學生實訓速度變慢，占據寶貴的實訓時間，課后填寫又會由于時間的關系導致實訓過程記錄不完整或與真實情況有出入。采用物聯網信息化管理手段，把人為填寫的實訓報告改為系統自動生成。系統可根據學生的每一個操作步驟生成標準的實訓報告，學生只需要填寫一些特殊情況或個人遇到的問題即可。極大地減少了學生的工作量，使其能夠專注實驗，且實訓結束后自動提交報告，減少了教師催交報告的工作量。

4.實訓成果評價。以往教師在實訓結束后的大量工作在于對學生的實訓成果進行評價，由于軟件設計課程的特殊性，實訓成果一般是源代碼程序，需要教師依次運行查看結果是否正確，耗費大量時間。這樣的重復工作可以通過物聯網實訓管理平臺來完成，系統通過批處理的方式自動運行各個學生的實訓成果，并根據運行結果自動給出評價結果，教師只在必要的環節進行干預即可。在成果管理方面，為了方便查詢，可以按“課程—學生—實訓內容—實訓成果”的方式進行存儲，便于教師在使用某個成果作為案例講解時能快速查找到對應的成果。endprint

（二）建立感知教學體系。感知教學體系是物聯網實訓教學管理的重要板塊，其內涵包括以下三個方面：一是教師感知學生，通過各種物聯網技術手段全面及時掌握學生的狀態；二是學生感知實訓內容，了解要實現該實訓目標所需要完成的各個步驟；三是學生感知教師，明白教師的意圖并努力實現之；四是實訓管理平臺對教師、學生和實訓項目的全面感知和記錄。物聯網軟件設計課程感知教學體系如圖2所示。

圖2 物聯網軟件設計課程感知教學體系

教師感知學生主要通過學習情緒認知模塊來實現。學習情緒認知模塊通過物聯網的感知終端，定期獲取學生的面部圖像信息，并從中提取出與表情相關的各項特征數據，經過預先建立好的情緒模型分類，得到與學習相關的情緒，如興奮、煩躁、厭惡等，作為判斷當前學生學習狀態的輔助參考依據。教師可以根據不同的學習情緒，調整當前的實訓教學策略，如學生狀態很好則可以增加實訓強度，鞏固實訓效果，若狀態不佳則需要減少實訓內容，緩解學生的不良情緒。

學生方面的感知包含兩個方面：一是對教師的感知，二是對實訓內容的感知。對教師的感知是通過教師講解、演示、答疑、互動等活動充分了解教師的意圖，也可以通過實訓管理平臺查看教師發布的各項實訓指令，及時獲得教師的幫助等。對實訓內容的感知是通過各種媒介來完成的，如多媒體課件、程序代碼演示、實訓要求和操作步驟等，幫助學生順利完成實訓。

物聯網實訓管理平臺是實現新的教學管理模式的主要手段和載體，其作為一個關鍵的部分，也要能夠感知教師和學生，并將感知到的信息進行分析處理，轉換為對方需要的信息并顯示出來。為此需要配置若干感知設備和輸入輸出設備。

（三）改進實訓教學評價方式。傳統的實訓教學評價方式與理論教學評價方式區別不大，一般是讓學生對教師直接進行評價，這樣的方式帶有明顯的主觀色彩。尤其是某些學生逃課、上課開小差，對教師的授課方式、指導方式沒有任何印象，做出的評價自然無法準確。針對這一現象，引入第三方評價，包括教研室、系部、督導和企業等。教研室是專業和教師的直接管理機構，理應進行評價。系部和督導通過日常課程的不定期巡視，也在一定程度上了解實訓的開展情況，有評價的依據。企業則是最終檢驗學生是否學有所成的權威，通過對實訓成果水平高低的判斷，可以評價實訓教學的好壞。每個評價方所得的評價結果，通過不同的權重分配綜合計算，最終得出本課程的實訓教學總體評價。

（四）搭建物聯網實訓管理平臺。物聯網實訓管理平臺用于對軟件設計課程實訓教學過程進行全方位管理，包括實訓環節的構建、實訓過程的管理和實訓成果的評價，對整個感知教學體系的運行管理和進行實訓教學評價。

實訓計劃構建模塊提供新建實訓計劃界面，可以自定義各個環節的課時、實訓內容、操作要點，等等。實訓內容設置模塊負責將整個課程的實訓內容劃分為小單元，供每一次實訓計劃選用。實訓記錄管理模塊主要是自動生成實訓報告，首先根據實訓計劃和實訓內容生成報告的公共部分，再根據學生在平臺上的每一步具體操作生成報告的個性化部分，最后根據調試結果生成報告的結論部分，學生也可在此基礎上填寫自己的心得體會或遇到的問題，等等。實訓成果評價模塊是方便教師對平臺自動提交的實訓成果進行評價，提供自動調試、自動評分的功能，教師可以在系統評分的基礎上進行修正。

感知教學管理模塊負責感知體系的啟動、關閉、信息獲取和分析、反饋等，其中關鍵的部分在于情緒認知模型，利用圖像處理技術、人工智能技術、物聯網技術等建立人臉識別和表情識別模型，最終實現學習情緒的識別。教學評價模塊提供學生評教、教研室評教、系部評教、督導評教和企業評教等五個評教接口，在評教前由系統提供學生各個實訓階段表現的特征數據供評教人員參考，避免因不了解實際情況而亂評的情況。

三、實訓教學改革成效分析

為了驗證新的實訓教學管理模式是否適用，選取不同班級同一門課程的實訓環節進行實驗，一個班級采用傳統的實訓教學管理模式，另一個班級采用物聯網實訓教學管理模式，實訓結束后采用新的教學評價方式進行評價，然后對實訓過程中的各項數據指標以及最終的評價結果進行對比分析。

選取的課程是“JSP高級程序設計”，通過實訓計劃制定情況、實訓目標完成情況、實訓成果評價情況等方面進行全面比較。具體指標與對比結果如表1所示。

表1 JSP高級程序設計課程實訓教學管理實施指標對比

從表1可以看出，所有6項指標的對比均以物聯網實訓教學管理模式占優，原因在于新的管理模式能夠尊重學生的個體差異，無論是實訓計劃的制訂還是感知體系的應用，都體現了以學生為本的教學思想。同時通過管理平臺減少了教師的工作量，使教師能更關注于學生的接受程度和認知過程。整個實訓過程中“教—學—做”形成了一體化的良性循環，實訓效果也得到了保障。

物聯網技術在教學中的應用仍處于起步和探索階段，但其感知技術和對事物的廣泛連接性已被證實適用于教學活動的很多方面。應用物聯網技術對軟件設計課程的實訓教學環節進行管理，是一種新的嘗試。通過重構實訓過程的各個環節，包括實訓計劃的制訂、實訓內容的選擇和劃分、實訓過程的記錄以及實訓成果的評價管理，能夠使實訓從設計到實施既符合學生的個體需求，又適應物聯網管理需要。建立了感知教學體系，使教師、學生和實訓內容之間建立起有效的溝通渠道，及時掌握實訓狀況并可隨時調整實訓安排。實訓教學評價方式也進行了改進，從原來的單一評價方式轉變為多模評價。物聯網實訓教學管理平臺的搭建很好地管控了上述所有實訓流程，對此教學管理模式的改革實施進行了成效對比分析，結果表明新的實訓教學管理模式可操作性強，管理效果良好。

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[6]李為民.多媒體網絡環境下高職實訓教學評價初探[J].教育教學論壇，2011（7）

【基金項目】廣西高等教育教學改革工程項目（2013JGB287）；廣西高等教育教學改革工程重點項目（2014JGZ154）；廣西高等教育教學改革工程重點項目（2012JGZ160）

【作者簡介】潘 翔（1981- ），廣西南寧人，廣西經濟管理干部學院高級工程師。

（責編 黎 原）endprint