新工科背景下混合式教學法在物聯網專業本科教學中的實踐探索

摘 要：在新工科背景下，物聯網專業的本科教學中，混合式教學法得到了廣泛的應用和實踐探索。混合式教學法以其靈活性、個性化學習路徑和多樣化的學習資源等特點，為物聯網專業的學生提供了一個創新的教學模式。通過結合傳統的面對面教學和在線學習平臺，學生可以自主選擇學習方式和時間，并通過虛擬實驗等技術手段進行實踐操作和實驗模擬。教師在混合式教學中的角色轉變為學習指導者，引導學生思考和解決問題，并通過在線討論和項目實踐等形式促進學生之間的合作與交流。

關鍵詞：新工科 物聯網 混合式教學 主觀能動性

在當今全球化與科技迅猛發展的時代，信息產業特別是物聯網，在5G商業化推動下實現了快速增長。5G的高速率、低延遲和大容量特性，使物聯網設備連接更穩定高效，應用場景大幅度拓展。這一趨勢導致物聯網專業人才需求激增，不僅數量上需要大量人才，質量上也要求更高，包括實踐能力、創新思維和跨學科知識體系。為此，教育部推動“新工科”建設，旨在培養創新型人才，應對科技發展挑戰。混合式教學法成為新工科人才培養的關鍵，它結合線上優質課程和線下教學方式，融合多種教學資源，全方位培養學生的專業能力和創新能力。在物聯網專業教育領域，混合式教學法為教育者提供了新思路，有效解決了課程設置和人才培養的問題，使教育更能適應物聯網技術的快速發展，為國家的科技進步和產業升級提供堅實的人才保障。

一、物聯網專業本科教學存在的問題

（一）課程結構松散

物聯網專業作為一個典型的多學科交叉融合的專業，其涵蓋的知識領域廣泛，涉及計算機科學、電子工程、通信工程等諸多重要領域。這種多學科的融合特性使得物聯網專業在知識體系構建方面面臨著獨特的挑戰。在課程設置這一關鍵環節上有著明顯的不足。許多高校往往只是采用一種較為簡單粗暴的方式，即將計算機科學、電子工程、通信工程等各個學科中的相關課程進行機械性的拼湊，以此來構建物聯網專業的課程體系。這種拼湊式的課程設置方式，嚴重缺乏內在邏輯的連貫性。以一些高校的物聯網專業課程體系為例，其中的計算機網絡課程、傳感器原理課程以及嵌入式系統課程之間未能建立有機的聯系。計算機網絡課程側重于網絡架構、協議以及數據傳輸等方面的知識傳授；傳感器原理課程聚焦于傳感器的工作原理、類型以及性能等內容；嵌入式系統課程則著重講解嵌入式系統的硬件結構、軟件設計等知識。然而，在實際的教學過程中，這三門課程各自為政，沒有相互關聯的教學內容或者相關教學環節的設計。這就導致學生難以將學到的不同知識整合起來，從而無法在腦海中構建出一個完整的物聯網系統概念，難以形成對物聯網系統全面、深入的理解。這對于培養能夠適應物聯網行業復雜需求的專業人才來說，是一個亟待解決的重要問題。

（二）理論與實踐課程比例失調

物聯網的本質在于將各種設備通過網絡連接起來，實現智能化的信息交互與控制，這一目標的達成離不開大量的實踐操作與項目經驗積累。然而，當前的教育現狀卻令人擔憂。在眾多本科院校的物聯網專業課程體系規劃里，理論課程所占的課時比重極大，嚴重擠壓了實踐教學的空間，單一的教學方式無法調動學生的積極性。［1］以傳感器技術課程為例，這門課程本應是理論與實踐緊密結合的典型代表。在實際教學過程中，學生卻不得不將大量的時間花費在學習傳感器的理論原理上。他們需要深入理解光電效應，探究光與物質相互作用時產生的光電轉換現象，包括光子如何激發電子從而產生電流等微觀機制；同時，還要鉆研壓阻效應，了解當半導體材料受到應力作用時其電阻發生變化的原理以及相關的物理和化學過程。這些理論知識固然是深入理解傳感器工作機制的基礎，但是，與之形成鮮明對比的是，用于實際操作傳感器、構建傳感器網絡等實踐環節的課時卻少得可憐。學生在有限的實踐課時里，只能倉促地接觸傳感器設備，簡單地進行一些基本操作，對于如何根據實際需求選擇合適的傳感器、如何將多個傳感器進行組網并實現數據的有效傳輸和處理等實際問題，缺乏足夠的時間去深入探索和練習。這種理論與實踐課程課時嚴重失衡的狀況，帶來了一系列不良后果。學生盡管通過大量的理論學習掌握了一定的知識，如能夠熟練背誦傳感器的各種原理公式，可一旦進入實際應用場景，就會陷入迷茫狀態。在實際的物聯網項目開發中，他們不知道如何將所學的理論知識與實際的項目需求相結合，無法準確地運用傳感器技術來構建一個完整的物聯網系統，難以將腦海中的理論知識轉化為實際的項目開發能力，這對于物聯網專業人才的培養是一個巨大的阻礙。

（三）缺乏跨學科教學方法的應用

物聯網專業具有顯著的跨學科特性，它融合了計算機科學、電子工程、通信工程、自動化、數據分析等多學科的知識與技術。然而，在當前的物聯網專業本科教學中，缺乏跨學科教學方法的有效應用成為一個突出的問題。從課程教學的實際情況來看，各個學科的知識往往是獨立傳授的。例如，在物聯網安全課程中，物聯網安全涉及多個層面的知識，包括計算機網絡安全中的防火墻設置、入侵檢測等技術，密碼學中的加密算法、數字簽名等知識，以及嵌入式系統安全里的硬件加密、固件安全等內容。但是在教學過程中，教師通常按照傳統的學科界限進行教學。計算機網絡安全部分僅僅從網絡架構和協議的角度講解安全防范措施，密碼學部分單獨講解算法原理，嵌入式系統安全部分則側重于硬件相關的安全機制，缺乏將這些跨學科知識有機融合起來的教學環節。這種缺乏跨學科教學方法應用的情況，使得學生難以從整體的、跨學科的視角去理解物聯網系統中的復雜問題。在面對實際的物聯網項目時，如設計一個智能家居系統的安全架構，由于學生沒有接受跨學科的綜合訓練，他們可能會孤立地看待網絡安全、數據加密和設備安全等問題，無法構建一個全面的、協同的安全解決方案。

二、混合式教學法在物聯網專業教學中的應用策略

（一）構建物聯網一體化課程體系

教師應以物聯網系統架構為藍本構建課程框架。例如，將物聯網分為感知層、網絡層和應用層，圍繞這三個層次設置相關課程。在感知層相關課程中，將傳感器原理、射頻識別技術等課程進行整合，強調它們在感知物理世界信息方面的協同作用；在網絡層課程中，整合計算機網絡、無線傳感器網絡等課程，注重網絡協議、拓撲結構等知識在物聯網數據傳輸中的應用；在應用層課程中，將物聯網應用開發、大數據分析與物聯網等課程結合，讓學生明白如何將采集到的數據進行處理和應用。教師還應在課程之間設置專門的銜接課程或教學環節。比如，在傳感器原理課程和嵌入式系統課程之間設置“傳感器與嵌入式系統接口”課程，講解傳感器是如何與嵌入式系統進行連接、數據如何在兩者之間傳輸和交互的等內容，使學生能夠順利地從傳感器知識過渡到嵌入式系統知識的學習，從而加強課程之間的連貫性。

（二）增加實踐課程比重

教師應構建完善的物聯網實踐課程體系。除傳統的實驗課程外，增加課程設計、實習、畢業設計等實踐環節。例如，要求學生在傳感器技術課程中根據給定的應用場景設計傳感器網絡，包括傳感器選型、網絡拓撲結構設計、數據采集與傳輸等內容；在物聯網專業的實習環節，安排學生到物聯網企業進行實習，參與實際的物聯網項目開發，了解企業的開發流程和行業需求。明確規定理論課程與實踐課程的課時比例。例如，將物聯網專業課程的實踐課時比例提高到總課時的40%—50%。在每門課程的教學大綱中，詳細規劃實踐課時的分配，確保實踐教學有足夠的時間來開展，讓學生有充分的時間進行實際操作和項目開發，全面培養學生的創新思維與實踐能力。［2］

（三）進行跨學科課程設計

教師應積極整合跨學科課程模塊。在物聯網專業課程設計中，將計算機科學、電子工程、通信工程等學科中的相關課程模塊進行整合。例如，在物聯網系統集成課程中，整合計算機科學中的操作系統、數據庫管理等模塊，電子工程中的電路設計、傳感器接口等模塊，通信工程中的無線通信協議、網絡拓撲等模塊，形成一個跨學科的課程模塊，讓學生在一門課程中學習到多學科的知識內容，提高學生的跨學科綜合應用能力。教師可以采用跨學科案例教學，收集和編寫物聯網行業中的跨學科實際案例，如智能交通系統案例，其中涉及電子工程中的車輛傳感器技術、通信工程中的車聯網通信技術、計算機科學中的交通數據處理與智能決策技術等多學科知識。在教學過程中，教師以這些案例為載體，引導學生分析案例中涉及的多學科問題，提出解決方案，通過案例分析和解決過程，讓學生掌握跨學科知識的綜合應用方法。

（四）設計具體模塊的混合式教學方案

教師在設計具體模塊的混合式教學方案時，首先需要明確該模塊的教學目標，確定學生應達到的預期結果。其次，根據課程內容和教學目標，選擇適合的在線學習資源和面對面教學活動，并將二者有機結合，形成有序的教學流程。再次，設計不同類型的學習活動，如在線課堂討論、實驗模擬、小組項目等，以激發學生的參與和學習興趣。最后，考慮評估方式，確保評估方法與教學目標相匹配，建議采用測驗、作業、項目展示等形式評估學生的學習效果。

例如，針對物聯網專業中的一個模塊“傳感器技術”，教師可以設計混合式教學方案如下：在線學習階段，教師將課程內容采用慕課（MOOC）、小規模限制性在線課程（SPOC）模式的教學資源鏈接發布到班級群內［3］，學生通過觀看教學視頻學習傳感器的基本原理和種類，并參與在線討論，提出問題和觀點［4］；在實驗室環節，學生進行傳感器模擬實驗，掌握傳感器的實際應用和調試方法；在面對面教學中，教師主持討論會，引導學生分析傳感器技術在物聯網中的重要性和挑戰，并展示自己的項目成果。在評估環節中，教師可以通過線上測驗考查學生對傳感器技術的理解程度，通過小組項目和報告評估他們的實踐能力和團隊協作能力。［5］這樣的混合式教學方案充分結合了在線學習和實踐教學，在豐富學生的理論知識和提高學生的實踐能力的同時，也激發了學生的興趣和參與度，為物聯網專業教學提供了一個全面有效的教學模式。

（五）利用在線平臺、虛擬實驗等技術手段支持教學

利用在線平臺、虛擬實驗等技術手段支持教學已成為混合式教學法中的重要組成部分。在線平臺如網絡課堂、教育平臺和學習管理系統等為教師和學生提供了便捷的學習交流和資源共享渠道。通過在線平臺，學生可以隨時訪問課程資料、參與討論、提交作業，實現學習內容的靈活獲取和互動交流。同時，虛擬實驗為學生提供了在實驗室中進行實驗操作的機會，且不受時間和空間限制，有效彌補傳統實驗教學的局限性。借助虛擬實驗，學生能夠進行模擬實驗操作，觀察實驗現象，收集數據并進行分析，從而提高了他們的實踐能力和科學思維。通過在線平臺和虛擬實驗的綜合應用，教師可以更好地設計個性化教學方案，激發學生的學習興趣，提升教學效果，進而推動混合式教學法在現代教育中的應用。

三、結語

混合式教學法在新工科背景下的物聯網專業本科教學中具有重要的應用價值和實踐意義。通過創新的教學模式和多樣化的學習資源，混合式教學法能夠滿足學生個性化的學習需求，培養學生綜合素質和實踐能力。教師在混合式教學中轉變為學習指導者，進一步推動了學生自主學習和探究能力的培養。當然，教師仍需不斷改進教學內容、教學設計和評估方式等方面，提高混合式教學的效果和質量，以培養適應快速變化的信息化社會所需求的優秀人才。

參考文獻

［1］談莉斌，汪永明，張海娟.新工科背景下工程圖學混合式教學創新實踐［J］.洛陽理工學院學報（自然科學版），2022（4）：93-96．

［2］孫彩玉，宋志偉，潘宇，等.新工科背景下水污染控制工程混合式教學［J］.高師理科學刊，2022（9）：100-104，110．

［3］符丹丹，宮強，孫曉菲，等.混合式教學在新工科背景下“基因工程”教學改革中的應用［J］.生物化工，2022（5）：134-136．

［4］和思銘，鄭文，曲諾亞，等.新工科院校“微電網技術”課程的混合式教學設計［J］.長春工程學院學報（社會科學版），2022（2）：143-147．

［5］宋慧杰.基于混合式教學法的中職《金融認知》課程教學研究［J］.廣東經濟，2024（18）：82-84．

基金項目：鄭州大學校級教改項目“新工科背景下混合式教學法在物聯網專業本科教學中的應用及實踐探索”（2022ZZUJG249）。