探究式教學模式在《物聯網通信技術》課程中的應用

史艷翠++郝宇++楊巨成++陳亞瑞

摘 要：物聯網行業的發展對學生創新能力提出了更高的要求，而探究式教學模式是培養學生創新能力的有效教學方法。因此，針對現在教學中存在的問題，將探究式教學應用到《物聯網通信技術》課程中。根據《物聯網通信技術》課程的特點，實施探究式教學，包括問題情境的創建、情境問題的解決、應用與拓展以及評價。通過探究式教學改革，以期提高學生學習的主動性、團隊合作精神和創新能力，從而使物聯網專業的學生更符合企業的需求。

關鍵詞：探究式教學；教學改革；問題情境；物聯網

中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.137

1 探究式教學的概述

探究式教學是20世紀50年代由美國著名科學家施瓦布提出的，它以學生為主體，教師則根據教學內容和要求創設問題情境，以問題的發現、探究和解決來激發學習者的求知欲、創造欲和主體意識，培養學習者的創新能力。學生可以通過個人或團隊，利用所學知識和現代化的信息工具尋求、探索解決問題的方法。這樣，學生從被動接受知識轉變為主動地探究問題、解決問題，從而調動學生學習的積極性、主動性，培養團隊合作精神和創新能力。

探究式教學在中小學和高職教學改革中應用得比較多，在歷史、數學、英語、體育等課程的教學改革中都有應用。隨著智能終端的發展，大學生上課的注意力逐漸被分散，上課看視頻、聽音樂、玩游戲的現象非常普遍。另外，隨著大學生就業壓力的增大，國家鼓勵提高大學生的創新創業能力。因此，為了吸引高校大學生的課堂注意力，提高學習的主動性、團隊合作精神和創新能力，近幾年，探究式教學也被應用到高校教學改革中。例如，史振華將探究式教學應用到《網絡設備配置技術》課程中。課程改革的實際情況說明，探究式教學有利于培養學生學習的主動性、團隊協作和創新精神。王樹鋒等人則對基于大數據的數據庫課程的探究式教學方法進行了研究；楊月華則結合具體的Java EE企業應用開發課程研究了探究式教學法在實踐課程中的應用。

2 《物聯網通信技術》課程教改的必要性

物聯網專業的培養目標之一就是自主創新能力明顯增強，攻克一批核心關鍵技術。物聯網專業作為一個處于摸索階段的新興專業，其教學方式也處于摸索階段。《物聯網通信技術》課程包括理論教學和實驗教學。現在的理論教學借鑒了計算機類其他專業的教學方式，即教師講授為主，學生被動接受。由于《物聯網通信技術》課程包括的知識點多、涉及面廣，學生容易混淆所學內容；由于教學方式單一，學生很容易失去學習興趣。而實驗課程既有程序調試，又有硬件操作，現有的教授形式多是教師直接將代碼給學生，然后連接硬件設備，調試程序，觀察結果。這樣做，學生可能完全不了解代碼的含義，只是簡單地運行、調試，收獲甚微。

受篇幅的限制，《物聯網通信技術》的教材上只給出了常見的應用領域，例如智能交通、智能醫療、智能家居、智能農業等，沒有也未能涵蓋物聯網涉及到的其他領域。這些未知領域也正是物聯網專業需要探索和開拓的部分。因此，培養學生學習的主動性和創新能力是《物聯網通信技術》課程教學改革的目標。而探究式教學就是以學生為主體，教師為主導，側重培養學生的學習主動性、團隊合作精神和創新能力。這正符合《物聯網通信技術》課程教學改革的需求。借鑒現有的研究成果，本文簡要研究了探究式教學在《物聯網通信技術》課程中的應用。

3 探究式教學的實施

實施探究式教學的步驟如下。

3.1 創建問題情境

問題情境的創建是實施探究式教學的第一步，也是最關鍵的一步。問題情境創建的合理度直接影響了探究式教學實施的結果。當前，物聯網的主體網絡包括計算機網絡、移動通信網、固定電話網和傳感器網絡，它們彼此交織、相互連接。因此，將《物聯網通信技術》課程內容設置為對應的4個問題情境，即計算機網絡中的通信、移動通信網中的通信、固定電話網中的通信和傳感器網絡中的通信。這4個問題情境還包括網絡中使用的傳輸介質、協議、拓撲結構、調制技術和與外網的連接技術等多個小知識點。

教師根據課程中需要學生重點掌握的知識點來創建問題。情境問題需要具有開放性、探究性，且難易適中，解決問題的方案可以有多種。學生通過已有的基礎知識、網絡或與其他同學交流最終能夠掌握解決問題的方法。為了提高學生的學習動力，教師可以通過成績或其他獎勵的方式激勵學生。

3.2 情境問題的解決

不管是在哪個領域，最簡單的通信都會涉及到信息的發送方和接收方，在多跳通信中還會涉及到信息的轉發，例如在計算機網絡中，需要通過集線器、交換機或者路由器轉發信息，在移動通信網中需要基站轉發信息。因此，在“物聯網通信技術”課程的教學中，團隊合作是有必要的。為了提高學生的學習效率，分組采用自愿結合的方式，在特殊情況下，可以允許一組只有一個學生。每組成員的數量需要根據設置的問題不同而變化，例如，在計算機網絡中實現TCP或UDP通信時，只涉及發送端和接收端，因此，每組只需要2個學生；在無線傳感器網絡中，為了將傳感器采集的數據傳送出去，并且消耗的能量最少，必須采用多跳通信技術，因此，需要有中間節點起到轉發的作用，這時每組最少需要3個學生。在完成教師布置的任務時，組內自由分工，每個成員按照分工完成指定的任務。在分工時，要保證每個成員都要完成部分工作，防止出現整個任務是由組內個別成員或部分成員完成的情況。

在問題或任務完成的過程中，學生可能會遇到各種各樣的問題，教師則可以采用以下3個方法引導學生解決：①組織已解決問題的學生分享經驗方法，以此啟發其他同學。這樣做，不僅可以使已解決問題的學生加深對已掌握知識的理解，還可以提高自身的成就感和自信心。②依托當前信息資源共享的時代特征，引導學生利用網絡資源探索解決途徑，而后交流匯報。③對于學生無法解決的問題，教師只需給出指導意見或解決問題的方法。例如，在實驗過程中，仿真器可能由于某些原因無法工作，這時，教師可以告訴學生通過修復使仿真器重新工作，但學生需要自己去尋求修復的辦法。

3.3 應用和拓展

學生掌握了知識、技能和方法后，還需要對其進行鞏固、應用和合理的拓展。教師可以鼓勵并指導學生參加一些國家或者學校舉行的比賽。學校每年都會舉辦大學生挑戰杯大賽，難度不大，而且與學生學習的知識比較相關。學生可以自愿結隊，在教師的指導下選擇參賽的題目，在完成任務的過程中，當遇到無法解決的問題時，可以咨詢指導老師或者請教其他同學。針對物理網工程專業的學生，從2013年開始，舉辦了全國高校物聯網應用創新大賽；2015年，舉辦了首屆“互聯網+”大學生創新創業大賽。這些比賽都非常適合物聯網工程專業的學生。學生可以拓展自己的想象力和創新能力，將已經掌握的《物聯網通信技術》課程的知識應用到具體領域。例如，對啤酒發酵過程的無線監控、空調的遠程控制等。另一方面，這些比賽會以獎金或榮譽證書的形式獎勵優秀的同學，這不僅讓學生有了成就感和榮譽感，而且在他們畢業找工作時會增加一些優勢。因此，這些獎勵增加了學生參賽的動力和熱情。

在比賽時，通過交流，學生能了解其他團隊的研究成果，掌握更多物聯網的應用。通過參加比賽，學生可以了解國家在物聯網應用上新的研究方向，增加與其他學校的學生交流的機會。另外，參加比賽能夠大大提高學生的自主學習能力、責任心和創新能力，從而進一步提高《物聯網通信技術》課程教學改革的成效。

3.4 評價

對學生完成的任務或問題質量的評價，主要是通過學生的學習成績體現出來的。《物聯網通信技術》課程的成績組成包括三部分，即平時成績、實驗成績和期末成績。

平時成績是根據教師課堂上布置的任務或問題提交的紙質作業所獲得的成績，占總成績的20%.平時成績既要與《物聯網通信技術》課程的知識緊密相關，又要與實際應用結合，從而提高學生探究問題的興趣。例如，當網絡帶寬為100 Mb/s時，學生在宿舍使用有線和無線2種方式接入互聯網時，最高的網速分別能達到多少？手機及時注銷后，盜竊者無法使用的原理是什么？

實驗成績是根據學生的答辯結果給出的，占總成績的20%.學生需要講解解決問題的思路、代碼、遇到的問題。其他學生在聽取匯報時，既可以了解完成相同任務時其他同學的思路，也可以掌握由于分工不同而未實現的功能或任務的解決方法。例如，在完成2個傳感器節點之間的通信時，一個學生負責發送端，包括從鍵盤讀取數據、選擇信道、設置發射功率等任務，而另一個學生只負責接收端，即對接收信息的顯示。通過答辯，完成發送端任務的學生可以掌握接收端的實現方法，同樣，完成接收端任務的學生可以掌握發送端的實現方法。

期末成績是期末考試試卷的成績，占總成績的60%.教學改革是為了提高學生學習的團隊合作精神和創新能力，因此，卷面成績占的比例越來越少。期末考試采用開卷考試的形式，考試內容要與實際情況相結合，且具有開放性，不設置標準答案，只設計參考答案。例如，在沙漠中布置使用Zigbee協議的無線傳感器網絡來監測溫度的變化時，如何合理選擇節點設備、網關設備和網關的接入方式？考試時，學生選做部分試題，例如，設計題包含8個問題，學生可以選做其中的4個。

4 總結

根據物聯網專業的培養目標和社會發展需要，本文主要研究了探究式教學模式在《物聯網通信技術》課程中的應用，主要涉及問題情境的創建、情境問題的解決、應用與拓展和評價四方面的教學設計。通過問題探究式的教學改革，可以使課程培養目標朝著創新型、主動型、合作型方面進行有益的探索。另外，本文的研究成果對物聯網工程專業其他課程的教學有較大的借鑒意義。

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〔編輯：白潔〕