基于物聯網虛擬仿真軟件項目驅動式教學模式在“物聯網安卓客戶端的設計與開發”課程中的應用

劉燕娜 陳銳

一、引言

近年來，物聯網技術快速發展，物聯網專業學生不斷增加。但是物聯網實訓編程課作為物聯網專業的核心課程，普遍存在實驗設備不足、基礎知識點編程偏多的情況，導致課堂教學效果不理想。“物聯網安卓客戶端的設計與開發”課程基于物聯網虛擬仿真模擬實訓平臺軟件進行項目驅動式教學，能有效解決上述問題，激發學生的學習興趣和主動性，使學生所學知識得到有效應用，提升學生的專業技能以及綜合素養。

二、物聯網實訓編程課存在的問題

物聯網實訓編程課是針對設備的控制編程課。課程可有效培養學生的創新精神和物聯網應用能力。“物聯網安卓客戶端設計與開發實訓教程”是物聯網實訓編程課中的核心課程。課程目標旨在培養物聯網移動客戶端軟件技術人才。學校需要購買對應的實訓平臺才能開設該課程。但是現實中，由于設備昂貴，后期的維護和升級也需要投入大量的費用，學校一般只能購買兩三臺設備給學生輪流使用進行學習，很難辦到為每一位學生配備一臺設備。這樣就導致在有限的課堂時間內，有些學生根本沒機會使用設備操作。而且硬件實訓設備受到放置的場地、課程的時間限制，學生課堂上沒完成的學習，也不能在課后繼續，學習受到很大的限制。因缺乏設備，課程也只能設計成基礎知識點偏多的教學，難以激發起學生學習的興趣與主動性，也難以全面培養學生的創新精神和專業能力，以致教學效果不理想。

三、物聯網虛擬仿真模擬實訓平臺軟件與物聯網實訓編程課的融合點

中共中央辦公廳、國務院辦公廳《關于推動現代職業教育高質量發展的意見》明確提出：“普遍開展項目教學、情境教學、模塊化教學，推動現代信息技術與教育教學深度融合，提高課堂教學質量。”物聯網實訓編程課應以實訓設備為基礎，以崗位職業能力的要求整合成項目開展教學。可是實訓設備缺乏，教師也是“巧婦難為無米之炊”，不得不進行紙上談兵式基礎知識點的教學。面對匱乏的資源，充分使用現代信息技術構建教學實訓平臺是課程首要解決的問題。近年來虛擬仿真技術異軍突起，把該技術應用到教育教學當中是教育改革熱點之一，成為許多學科課程實驗難的解決方案。使用虛擬仿真技術結合編程語言開發相應的軟件“物聯網實訓模擬軟件”替代真實的硬件設備。模擬軟件與硬件設備相比有明顯的優勢。首先，只要電腦上安裝了模擬軟件就是一套模擬設備。學校不必花大成本購買硬件設備。其次，軟件升級維護方便，基本不需成本，還可根據需要改進擴展。再次，硬件設備受空間限制，只能存放在實訓室內，下課后，學生就不能再使用了。而軟件不受空間限制，學生只要安裝到自己的電腦中就隨時可學，突破時空的限制。正是因為虛擬仿真模擬軟件有這樣的優勢，填補了真實實訓設備的缺陷。把該軟件融入到課程中，課程教學能得到有效的提升，也是信息技術深度融合到課程當中的有效體現。

四、基于物聯網虛擬仿真模擬實訓軟件項目驅動式教學設計模式

（一）基于物聯網虛擬仿真模擬實訓軟件整合教學項目

“物聯網安卓客戶端的設計與開發”課程基礎知識點分散，而項目式教學的優點是可動態組合課程中不同的知識點來組成項目進行教學。根據工作崗位技能及素養要求，將課程設計成十個不同層次的項目。項目由簡單到復雜，單一到綜合，符合學生的認知特點。“物聯網實訓模擬軟件”根據課程項目開發了六大基礎模塊：模擬智能開關模塊、模擬紅外伴侶模塊、模擬RFID模塊、模擬數據采集模塊、模擬ZigBee模塊、模擬飛行模塊。通過六大基礎模塊，可以設計出多個物聯網技術項目。基于軟件可設計出簡單的項目：智能開關模塊之燈光控制、紅外模塊控制等項目；根據基礎模塊可設計出綜合項目：智能家居系統項目、智能安防系統項目、溫室大棚系統等項目。

根據每個項目內容劃分由易到難的具體工作任務，由工作任務驅動學生學習。層層遞進的任務像打游戲通關一樣，使學生產生持續的學習興趣，體驗到成功的喜悅。同時學生在完成任務過程中自主構建知識體系，提高崗位工作能力。

項目驅動式教學模式改變了傳統以教師為主，學生為輔的教學模式，真正實現了以學生為中心，圍繞工作項目的“做中學”。

（二）結合學習資源平臺系統組織教學項目

為適應互聯網環境下的移動學習，可結合學習資源平臺系統組織教學項目。有三個方面的優點：第一，有利于整合課程各方面的教學資源。課程中配套的微課視頻、課件、工作頁等均可上傳到平臺系統供師生共享下載觀看。第二，方便教師備課、上課以及與學生交流。通過資源平臺系統，教師不用常帶著課本備課。上課時也不用帶各種資料，只要登錄平臺就可方便觀看各種資料。平臺中設有師生交流欄，學生課外學習遇到問題可在此留言。通過留言，教師能及時了解學生學習情況，同時保留師生交流痕跡。第三，學生不受時空限制隨時隨地進行學習。上網學習娛樂成為了現代人學習的一種方式。現在的學生人手一臺智能手機。只要手機能上網，打開資源平臺系統，就可不受時空限制提前預習和復習。學習資源平臺正好可以成為項目驅動式教學的載體，為學生的移動學習和自主學習提供了快捷的方式。

（三）信息技術助力教學考核，全面評價學習效果

應用信息技術開發課程實操考核評價系統可更全面更實時評價學生的學習。課程中每個學習項目都有相應的項目評價表。評分表的每一行評價內容對應一種職業能力，不同的能力賦于不同的分值。學生每學完一個項目，教師就可通過系統的評價表對學生的項目完成情況進行評分。通過系統自動統計和分析，既可生成學生每個項目的詳細評價數據，也可生成學生職業能力雷達圖。雷達圖能更全面直觀體現學生學習效果和職業能力。

這種動態評價改變傳統的以總結性評價為主的評價模式，有助于提高中職生的學習信心，也更利于培養學生的職業能力。

五、基于物聯網虛擬仿真模擬軟件的教學案例分析

（一）模擬溫室大棚項目概述

模擬溫室大棚項目主要通過編程實現模擬溫室大棚的功能：全天候光合作用，以及控制溫度和濕度在指定的范圍內。項目需要通過編程組合“物聯網實訓模擬軟件”上的基礎模塊才能完成。因此學習該項目，需要掌握上一個項目的內容：掌握6個狀態傳感器值的編程方法和實現自動光感應功能的編程方法。項目中設計了五個學習任務項目，每個學習任務根據難度安排不同課時。

（二）模擬溫室大棚教學設計

1.課前預習，了解項目

教師課前布置少量的預習任務，學生使用線上學習資源庫系統“精品課程系統”了解項目概述、學習目標及學習任務，還可以下載教學視頻提前學習。家里有電腦，已經安裝了“物聯網實訓模擬軟件”的學生也可跟著教學視頻提前做實驗。學生在預習中遇到的問題可以在系統討論模塊留言，教師就可提前了解學生的學困點。

2.課堂上學生合作探索，教師解答疑難

學生學完上一個項目數據采集模塊后有了一定的基礎，因此本項目的課堂主要圍繞著項目，以學生小組合作探索學習為主，教師解答疑難為輔進行課堂教學。每個學生都有一臺安裝了“物聯網實訓模擬軟件”的電腦，相當于有了一套實訓設備。因此課堂上學生在實驗操作時，每個學生首先把會的部分做出來，做到新知識點時再組成小組合作探索。在合作探索中，每個人都能在自己的“物聯網實訓模擬軟件”上實現自己的想法與同伴商討，為合作探索學習節省了反復重敲代碼的時間。教師在課堂上主要做學生共性問題的講解與個別學生的答疑輔導。正是使用“物聯網實訓模擬軟件”，保證了每個學生都有實訓設備，為他們自學、合作學習提供了設備上支持。更重要的是使用了虛擬仿真模擬軟件，學生更加大膽主動探索求證，學生不用擔心設備容易出現問題或者損壞。他們可以反復進行操作，反復試錯。由此就可以更好地培養學生的創新能力和探索能力。

3.全面評價學習，培養各種職業能力

學生完成一個項目就是完成一個工作，教師及時進行項目評價，反饋學習效果，學生才能及時了解自己的學習情況。教師驗收學生完成的項目時，使用“項目課程實操考核評價系統”的評分表對學生進行評分。從九個所占比例不同的職業能力進行評價打分。它們分別是專業認知、專業操作技能、職業態度、分析判斷、5S素養、書面表達、思維結構、信息處理、合作探索。然后由系統統計分析，得到每個學生的詳細評價數據，同時也可生成雷達圖，更為直觀展示出學生所具備的職業能力，如圖1所示。

六、結束語

隨著虛擬仿真技術的發展與應用，虛擬仿真模擬軟件擴展升級容易、成本低，更適合不斷發展變化的物聯網專業課程。把虛擬仿真模擬軟件應用到教學中，開展項目式教學，是推進現代信息技術與教學深度融合的有效模式，也為如何提高物聯網專業課程教學效果開辟了一條可行之路。

[本文是2023年廣東省中小學教育科學規劃重點課題“融合網聯化虛擬仿真技術的物聯網程序設計項目課程開發的實踐性研究”（編號：2023ZQJK018）的階段性研究成果。]

責任編輯 魏家堅