物聯網應用課程教學改革探索

柏榮剛 張海燕 蔡祥 李巨虎

摘要：物聯網應用是物聯網專業的一門專業核心課程，文章針對學生知識結構不足的情況，提出應在課程教學中補充互聯網歷史、行業經濟規律、綜合性實驗等內容，并在教學各環節要注重培養學生的自學能力，體現以“學”為主、以“教”為輔的指導思想。

關鍵詞：物聯網；互聯網歷史；互聯網經濟；IT產業規律；自學能力

0、引言

物聯網已成為繼互聯網后信息技術的又一制高點，它引起了世界各國的重視。2011年以來，國內近百所高校開設了物聯網工程專業，這一舉措為新興產業培養了人才，積極推動了相關學科的發展。隨著物聯網技術的不斷發展，傳統的課程內容體系和教學方法暴露出了一定的局限性，主要體現在以下幾方面：

（1）物聯網是IT產業的新秀，縱觀歷史，這樣的變革每隔10～15年便可能發生一次。學生不禁提問，誰將是下一個變革？物聯網專業的職業壽命有多長？所學知識的可遷移性有多大？離開學校后怎樣更新知識？而高校的課程體系設置流程，決定了教學內容很難與市場上最流行的技術同步，這給物聯網專業的教學工作帶來了嚴峻的挑戰。

（2）傳統的課程內容體系偏重于培養學生的工程技術能力。學生雖然學習了不少計算機知識，但是由于不了解這些知識產生的背景和發展的過程，不能很好地把握各種技術之間的前因后果和內在聯系。甚至在研究生畢業后，學生對IT產業的理解仍然是碎片化的。在工作中面對紛繁復雜的產業問題，只能單一地從技術角度出發，缺乏多維度的思考。

（3）物聯網是一門綜合性學科，現有課程體系覆蓋了大部分物聯網技術；但以知點為核心的授課方式，令各門課程之間缺乏有效關聯，理論和實際的工程應用脫節。學生難以將所學的各門課程聯系起來，形成一個有機的整體。

1、課程內容體系的建設

物聯網應用是物聯網專業高年級本科生的一門專業核心課程。課程既要介紹物聯網相關背景和發展動態，為學生開闊視野，又要幫助學生綜合運用以往課程所學技能，建立完整的知識結構。針對物聯網專業課程體系和學生知識結構中的薄弱環節，筆者從3個方面對教學和實驗內容進行探索。

1.1 學習IT產業的歷史

物聯網是新興產業，即使是資深IT人士，面對眼花繚亂的新產品和新技術也常常是霧里看花。筆者認為溫故方能知新，首先學生要學習計算機和互聯網的發展歷史。推薦學生閱讀一些IT史記，并在課堂上討論和講解。學生可以將IT革命的三次浪潮作為線索，回顧IT產業的發展史和國際標桿企業的興衰史：第一次是以IBM、英特爾、微軟和蘋果引領的計算機浪潮，代表性技術是計算機、多媒體等；第二次是以雅虎、思科、朗訊引領的互聯網浪潮，代表性技術是互聯網和路由器；第三次是谷歌、蘋果、Facebook等引領的云計算浪潮，代表性技術是物聯網、Web2.0、移動計算和大數據。在第三次浪潮中，中國的公司騰訊、阿里巴巴和百度也扮演了重要的角色。

上述精彩的故事讓技術不再是冰冷的數字，這樣既可以讓學生了解所處的位置和環境，有助于他們更好地判斷和預測下一波IT產業浪潮的趨勢，又能培養學生的科學精神與人文素養。

1.2學習IT產業發展的規律

與世界上其他產業一樣，IT產業也有自身的發展規律，物聯網則繼承了IT產業的主要方法和基本規律。理解和把握這些思想、概念和模型，在不同層次上構建立體的知識體系，能幫助學生在未來的工作中更好地作出決策。即使IT飛速發展，案例不斷變化，但是產業規律是可持續的，具有較強的可遷移性。筆者廣泛搜集整理有關資料，從多個角度為學生展現IT產業規律。

（1）摩爾定律——英特爾創始人戈登·摩爾在1965年提出：每18個月，IT產品的性能會翻一番。近50年來，摩爾定律很好地解釋了計算機硬件的發展速度造成了硬件產品購買不斷地呈現“通貨緊縮”這一現象，是IT產業的“生物鐘”。

（2）安迪·比爾定律——由微軟前CEO比爾·蓋茨和英特爾前CEO安迪·格魯夫的名字命名。該定律描述了計算機產業鏈中軟件和硬件企業的共生關系。軟件不斷更新，消耗更多硬件資源，促使用戶不斷升級硬件，消除摩爾定律帶來的不利影響。

（3）反摩爾定律——同樣的IT產品，每過18個月，價錢會下降一半。反摩爾定律給硬件企業帶來巨大的壓力，促使其不斷革新技術，推動IT產業快速發展，是IT產業新技術和新公面不斷涌現的重要原因。

（4）信息產品的成本結構——信息產品的生產（固定）成本很高，復制（邊際）成本很低甚至為零。競爭驅動促使其價格向邊際成本移動直至為零。信息產品這種特殊的成本結構，導致傳統經濟學按成本定價的機制失效，誕生了新的定價方式和70/20/10的市場份額結構。

（5）免費經濟學——互聯網帶來了更強的流動性，億萬人進入了全球大市場。幾近于零的分銷成本使得即使消費參與率很低時，運營商仍然能夠通過交叉補貼的方式盈利，從而為大多數人提供免費的信息產品。運用免費的商業模式重新分配財富，使價值從少數人轉移到多數人手中，收縮一個行業的同時潛在地開放其他行業，不斷對傳統產業進行改造。

（6）網絡效應——加入信息產品的虛擬網絡具有正外部性。當新用戶購買某信息產品時，即加入該產品所組成的“虛擬網絡”，使該網絡變得更大更好用，對老用戶有正收益。虛擬網絡的價值與用戶數量的平方成正比。網絡效應導致龍頭企業的壟斷難以被打破，不利于新進企業開拓市場。

（7）正反饋效應——指強者愈強、弱者愈弱的現象。由供應方規模經濟和需求方規模經濟共同作用產生。信息產品銷量或用戶的增加，既降低了供應方的生產成本，又使產品對其他用戶更有價值。二者合力，促進市場對該產品的需求進一步增長。正反饋效應導致信息產業的生長和毀滅速度遠遠快于工業時代。

（8）鎖定——當用戶轉換信息產品的品牌時，浪費了對舊產品的互補投資，要承受相當的轉移成本，這意味著用戶被舊產品“鎖定”了。鎖定給顧客帶來了轉移成本，卻給供應商帶來巨大的利益，成為買、賣雙方角力的焦點。轉移成本也是影響市場容量的主要因素，轉移成本越大的市場，容納的同類企業越少。

（9）長尾理論——2004年，美國《連線》雜志主編克里斯·安德森提出：在信息時代以前，受時間和空間成本的限制，人們只能關注少數重要的人或事。如果用“L”型曲線來描繪，人們只能關注曲線的頭部，而忽略曲線的尾部。而在信息時代，信息的生產、集合、搜索和過濾成本大人降低，人們開始關注曲線的尾部，由此帶來巨大的市場和經濟效益。長尾理論不僅可以用來描述淘寶和谷歌等網站的商業模式，也可以解釋草根經濟和草根文化的崛起現象。例如，互聯網金融中的“投資團購”眾籌和“理財團購”余額寶。

（10）互聯網的商業模式——大規模、零成本和隱性雇傭。“大規模”指利用信息流動，業務很容易橫向拓展。“零成本”指產品的復制成本為零。“隱性雇傭”指用戶既是產品的消費者，又是產品的生產者。當今許多叱咤風云的互聯網企業都符合這個商業模式，如谷歌、蘋果、Facebook、淘寶、騰訊等。而一些傳統軟件企業所采用的合同項目式商業模式，思維方式停留在工業時代，難以發展壯大。

（11）注意力經濟——諾貝爾經濟學獎獲得者赫伯特·西蒙曾說：“隨著信息的發展，有價值的不是信息，而是注意力……信息的充裕意味著注意力的匱乏。”以搜索引擎為代表的信息檢索過濾工具，可以幫助人們快速找到有用信息，節省注意力，創造價值。例如，谷歌搜索引擎對網站的質量聲譽進行排名，幫助網民提高信息選選擇效率，又為網站增加流量和AdSense廣告分成。

在講授上述理論時，既可以援用IT歷史案例，也可以引用時事新聞，分析印證其中的規律，感受其旺盛的生命力。例如，嘀嘀打車和快的打車軟件的價格戰符合網絡效應和正反饋效應；小米手機的低價和限量銷售則運用了摩爾定律；工信部推動的攜號轉網遭遇運營商的承重重阻力，反映了鎖定的規律。

1.3綜合性實驗

物聯網技術是嵌入式系統、傳感器技術、計算機網絡、移動計算、數據庫系統等技術的綜合體。在物聯網專業課程體系中，以上課程足物聯網應用的先修課程。因此，在設計實驗內容時，應盡量聯系前序相關課程，將理論知識與實際問題緊密結合，培養學生綜合運用所學知識解決問題的能力。為實現以上目標，筆者設計了一個物流系統綜合實驗，實驗分為4個步驟，見表l。

本實驗所需硬件設備為：PC機、Android手機和USB接口RFID瀆卡器，一般高校的實驗機房都能滿足。

2、課程教學方法的探索

進入21世紀，許多學科的知識更新周期已縮短至3—5年，適時地進行知識更新，成為IT從業人員的迫切需求。應試教育扼殺了學生自主學習的積極性，他們習慣于在課堂上被動接受教師傳授的知識，對自學沒有正確的態度和認識。

我國著名教育改革家魏書生非常重視培養學生的自學能力，他建議從以下幾個方面培養學生的自學能力：①激發學生的自學興趣；②樹立學生的自學信心；③教給學生自學的方法。

2.1提出并初步解決問題

在講授完物聯網應用的大數據第一部分“基本知識和若于案例”后，學生在課堂上分組討論如下題目：“假設能夠得到學校各部門的所有數據，包括未來可能采集到的數據，在校園生活中，找到1個急需解決的問題，運用大數據思維來解決這個問題。”經過討論，學生提出了一些問題并找到了解決方案，如針對“住在高層宿舍的同學，由于上課前電梯非常擁擠，等待時間過長”這一問題，建議教務處在安排課程表時，考慮各院系學生宿舍樓層信息，有利于均衡使用電梯，提高出行效率。

在這個案例中，學生嘗試運用大數據思維解決生活中的實際問題，既加深了對大數據概念的理解，也體驗到主動思考帶來的樂趣。

2.2在案例中深入學習

在講授大數據的第二部分“數據價值常見的釋放方式”時，筆者與學生討論各個案例分別屬于哪一種釋放方式。在講授大數據的第三部分“數據的相關與因果關系”時，學生根據各自的案例，尋找其中的關聯物、原始用途和次級用途，分析其中的相關關系，推斷因果關系。在后續各章學習中，依此類推，逐步挖掘學生的原創案例，從中找到理論和實踐的結合點。教師應輔導有興趣的同學開展深入研究，建立數學模型優化分析，或找到實現的具體方法，將成果發表或參加競賽。

這種先由學生提出實際問題，后進行理論學習的教學方式，使學生成為學習的主人，變被動接受為主動探索，使他們更能體驗到知識產生于社會生活的科研過程，領會科學精神。

2.3正確的閱讀方法

良好的閱讀習慣能提高自學的效率，是一種終身財富。經過中學語文課的訓練，大學生已經具備了基本的閱讀能力，能夠理解文章的主旨和結構，但是尚未達到“主題閱讀”的水平。要達到更高的閱讀水平，學生首先應學會利用網絡上的學術資源判斷書的價值，不能一視同仁，平均分配時間；然后在多本書中找到相關章節，解讀多位作者的觀點，尋找共同的主題；最后站在整體視角，厘清問題，梳理一條思路，完成深入系統的研究性閱讀。

為此，筆者選擇了一些論文、新聞和書籍，推薦學生運用以上方法閱讀，為他們研究生階段的學習打好基礎。

3、結語

物聯網應用課程以培養學生的互聯網思維為主線，不僅要向學生展現IT產業更迭和企業興衰的歷史景觀，還要剖析經緯交織的IT產業規律，讓學生能更真實、全面地了解IT產業，理解物聯網技術對人類生活的深刻影響。物聯網技術的不斷發展是教學改革的動力和吸引力，因此，物聯網應用課程的教改研究是一項不斷探索、與時俱進的工作。