物聯網專業導論課程的教學研究與實踐

張會芝 劉艷芳

摘要：針對物聯網專業物聯網導論課程教學中存在的問題，分析物聯網學科特點，學生、教師現狀等方面問題存在的根源，提出以興趣為出發點，以學生為中心，多重教學形式并存的教學理念，以及增強與交叉學科教師合作的嘗試。

關鍵詞：物聯網導論；教學；興趣；交叉學科

1物聯網導論教學現狀

1.1新興的物聯網交叉學科

物聯網專業是一個新興的專業，屬于交叉學科，涉及計算機、通信、電子、自動化等多個學科，涵蓋內容極為豐富。

物聯網是在互聯網、移動通信網等通信網絡的基礎上，針對不同應用領域的需求，利用具有感知、通信與計算能力的智能物體，自動獲取物理世界的各種信息，將所有能夠獨立尋址的物理對象互聯起來，實現全面感知、可靠傳輸、智能處理，構建人與物、物與物互聯的智能信息服務系統。物聯網系統結構復雜，不同物聯網應用系統的功能、規模差異很大，但是它們必然存在著很多內在的共性特征。借鑒成熟的計算機網絡體系結構模型的研究方法，物聯網分為感知層、網絡層和應用層，每層包含不同的關鍵技術。支撐物聯網系統的關鍵技術有：自動感知技術、嵌入式技術、計算機網絡技術、移動通信技術、智能數據處理技術、智能控制技術、位置服務技術、信息安全技術，涉及的學科大多屬于電子計算機領域，包括電子技術、計算機技術、網絡通信、信息處理等。圖1是物聯網體系結構及關鍵技術。除此之外，物聯網在應用領域還會涉及其他特定的學科，如物聯網在視頻溯源上的應用會涉及食品與物流學科，在智能家居中的應用會涉及土木建筑學科，在智能農業中的應用涉及農業及種植學科等。

1.2充滿憧憬與迷茫的大學新生

大多數學生經過以“填鴨式”和“題海戰術”為特征的高中教育，通過高考拼殺進入大學，從那一刻起，他們都抱著美好的憧憬，希望自己所做的選擇能夠鋪就實現未來夢想的平坦之路。然而，由于大學管理的“自由性”，不少學生因此產生了一定程度的迷茫。加之在經歷一年的大學生活之后，會受到以下因素的影響：大學日常學習的自由性、自發性與高中學習明確性、壓迫性之間的區別；對大學教師的期望與實際教學效果之間的差異；同班或同寢室同學之間的學風影響；由于高考專業的“被選擇”而導致的抵觸情緒。新環境下滋生的迷茫導致大學新生無所適從。

1.3有限的師資力量

高校申辦物聯網專業的困境主要是師資缺乏。雖然目前全國已有300多所高校開辦了物--聯網工程專業，但是，大多數高校都面臨著物聯網工程專業師資缺乏的嚴重問題。解決該問題的有效方法有：相近專業教師的遷移；對教師專業技能的培訓；引進物聯網專業的博士畢業生；通過校企合作，聘請企業高技能人才參與教學。

因為物聯網工程專業是交叉學科，因此很難有現成的教師能夠完全勝任物聯網工程專業所有專業課程的教學工作，而事實上也不需要一個教師去教授一個專業的所有專業課程。所以，可以采用相近專業教師遷移的方法，引進擅長計算機、通信或網絡等專業的教師，以從事物聯網工程專業相關課程的教學工作，這是最便捷、最快速、最行之有效的一種解決物聯網師資缺乏問題的方法。這種方法的缺點是，由于相近專業教師不熟悉物聯網工程專業的核心課程，因此不能有效地融會貫通交叉學科知識。在這種情況下，可以通過第二種方法對遷移教師進行專業技能培訓。此外，還可以直接引進物聯網專業畢業的博士生作為物聯網工程專業的教師，這樣既能有效解決物聯網工程專業的師資問題，也提升了院系的師資水平。最后，還可以聘請企業的高技能人才從事物聯網工程專業的教學工作，他們既有扎實的理論知識，又有豐富的實踐經驗，非常適合物聯網工程這樣應用型專業的教學。

河南師范大學計算機與信息工程學院同樣面臨著物聯網工程專業師資缺乏的問題。學校原有的專業教師主要從事計算機科學與技術專業、通信工程專業和計算機網絡專業的教學和科研工作，沒有哪位教師完全熟悉物聯網專業。重新招聘新的物聯網專業教師？時間上不允許。在現有的教師中，選調哪位教師到物聯網專業成了一個問題。最后以自愿的方式，幾位對物聯網專業感興趣的老師（包括筆者）轉到了物聯網工程專業。這些老師有通信專業的，有網絡專業的，還有物理系相關專業的。后來為我們建設物聯網工程實驗室的廠家對學校物聯網工程專業的教師進行了培訓，增強了教師對物聯網專業的宏觀認識和對核心課程的深入理解。近幾年來，學院引進了一批從事物聯網相關方向研究的博士，充實了物聯網專業的師資力量。目前，物聯網專業教師由部分來自其他專業的教師和新引進的博士構成，雖然人員有限，經驗不足，但他們是一批敢拼能闖的青年教師。

2物聯網導論教學實踐

筆者通過對教學過程中存在的課程、學生、教師等問題進行深入思考，針對性地給出解決方案，并用于自己的實踐教學中，得到學生的良好反饋。

2.1激發學生的專業熱情

物聯網技術導論是物聯網專業的第一門專業基礎課，是學生邁入物聯網大門的敲門磚，在整個專業課程的學習中起著舉足輕重的作用。因此，上好這門課，甚至可以說上好這門課的第一節課非常重要。筆者認真設計物聯網技術導論的第一節課，主要用來調動學生的學習興趣。在第一節課中，筆者主要從以下幾個方面展開：展現物聯網來認識我們的生活應該是什么樣子的。通過由學生代表朗讀《大話物聯網》中“2020年6月16日郎先生的一天”，為學生呈現物聯網時代的生活全貌，讓學生去體會物聯網給人類生活帶來的便利，啟發學生的學習熱情；分析學生現狀，使其充分認識自己的強勢和不足，認識大學四年在人生中的關鍵作用，是人生的第二次充電，他們要努力克服現有的迷茫，過一個充實而有意義的大學生活；提出如何在以后的學習過程中維持一個較高的學習興趣，向有經驗的教師請教，志同道合的同學之間的交流，對網上物聯網技術的關注，還有參加物聯網技術競賽等。

2.2為學生提供價值較高的閱讀資料

首先，給他們推薦或提供經典資料；授之以“魚”。教師要深知物聯網導論教學的特點，為了不使自己的知識老化，必須要不斷地擴充自己的專業知識。在教學過程中，時刻關注物聯網發展的趨勢和新技術、新應用，遇到不錯的資料會第一時間收集起來，這些資料有網上的新聞、視頻，還有一些經典的電子書等。在講課的過程中，教師要實時準確地向同學們推薦這些資料，例如：在講物聯網發展的社會背景時，向同學們推薦閱讀比爾·蓋茨的《未來之路》；講云計算的時候，向同學們推薦美國著名作家尼古拉斯·卡爾的著作《IT不再重要——互聯網大轉換的制高點：云計算》；講物聯網海量數據存儲的時候向同學們推薦Google發布的《The Datacenter as a Computer》；講物聯網安全問題時向學生推薦美國著名的密碼學專家BruceSchneier的經典著作《Applied Cryptography》和《Secrets and Lies：Digital Security in a NetworkedWorld》。

其次，教給他們獲取信息的方法，授之以“漁”。使用最多，也是主動性、目的性最強的一種方法就是使用百度等搜索引擎，在搜索引擎的文本框中輸入關鍵詞“物聯網”或包含在物聯網范疇內的關鍵詞“無線傳感網”“RFID標簽”“云計算”等，然后在搜索結果中點擊查看自己感興趣的內容。另一種渠道就是關注微信公眾號，比如“物聯網頭條”“物聯網智庫”，每天這些公眾號都會有四五條關于物聯網的原創觀點或最新資訊，同學們可以利用茶余飯后等一些零碎的時間，瀏覽物聯網相關的觀點，既開闊了眼界，又增加了對物聯網專業學習的興趣。

2.3給學生自由學習的空間

在課程教學中，筆者有針對性地選擇一些物聯網專題，提前給學生布置下去，要求他們查閱資料做成課件，并在課堂上進行講解、分享，目的是為學生營造自由的學習空間，培養學生自主的學習能力和演講能力。比如，我們圍繞“可穿戴計算”“位置服務”“云計算”等專題開展自由學習活動，學習結果非常理想。從剛開始學生對“可穿戴計算”等概念的一無所知，或略有耳聞，到最后演講時的頭頭是道，簡直就是質的變化。

2.4參加物聯網創新大賽

一方面，因為物聯網專業的應用特性，不能讓學生僅僅停留在理論的學習上，一定要告訴學生，在實踐中學習。另外，依托我院良好的大環境，學院領導特別支持大學生創新，為學生提供經濟和政策支持。因此在大二的時候，就有意引導、鼓勵學生參加物聯網創新大賽。經過大賽的洗禮，可以激發學生的創新思維，培養其動手能力，也能使其認識物聯網行業的應用領域，以及自己在知識掌握上的不足，使其在以后的學習中更加有目的性和方向性。

2.5增強交叉學科的教師合作

前面幾個方面都是針對學生的方案，物聯網專業的教師也需要提升。教師自我的提升很重要，可以通過閱讀來實現，比如對相關教材、相關科研文獻或是網上物聯網資訊的閱讀，但更重要的是增強交叉學科的教師合作。基于物聯網專業的交叉學科特點，物聯網專業的教師也應該與時俱進，不能只在自己的小天地單打獨斗，要勇于、善于與其他學科的教師合作，開展長期的科學研究，最好能夠形成一個長期持久穩定的合作關系，使得教師間的知識得以融合，這樣在教師開展教學的時候才能游刃有余，觸類旁通。

3結語

物聯網導論課程是物聯網專業的導人性課程，教好這門課對物聯網專業的學生來說至關重要。通過三年的教學實踐，筆者認真總結物聯網學科特點，學生、教師現狀，針對性地給出解決方案，圍繞學生，立足學生，以學生為中心，培養學生的學習興趣，展開多種教學模式并存的教學活動，教學效果良好；而教師要有意識地提升自我理論水平和實踐能力，并能夠通過與交叉學科教師的長期合作，實現對物聯網知識的深入認知。