新形势下的“物联网技术”课程教学改革探索

［摘 要］ 物联网技术与半导体技术紧密相关，针对微电子与集成电路专业背景进行“物联网技术”课程教学改革，在教学内容、教学模式、实践教学和考核体系等方面进行改革探索。通过针对性的课程设计和线上线下结合的教学模式，提高学生的学习效率，实现知识的融会贯通；以应用为目的、创新为导向，增加课程实践和企业实践教学，提高学生的创新实践能力；改变考核方式，实现多元一体化考核，从根本上激发学生主动学习的热情。通过一系列改革探索，提高微电子与集成电路专业背景学生“物联网技术”课程的学习效果，达到学科交叉融合，为国家培养创新实践型高技术人才。

［关键词］ 物联网；半导体技术；创新实践；多元化考核

［基金项目］ 2021年度教育部高等教育司第一批产学合作协同育人项目“半导体物理实验的教学体系改革与实践研究”（202101333015）；2021年度西安电子科技大学教育教学改革研究项目“微电子与集成电路专业生产实习教学实践改革探索”（C21123），“新形势下的‘物联网技术’课程建设与教学改革研究”（C21131）

［作者简介］ 段小玲（1988—），女，陕西西安人，工学博士，西安电子科技大学微电子学院副教授，主要从事宽禁带半导体材料与器件研究；任泽阳（1991—），男，山东枣庄人，工学博士，西安电子科技大学微电子学院副教授（通信作者），主要从事超宽禁带半导体研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）14-0053-04 ［收稿日期］ 2023-02-13

近年来物联网产业迅猛发展，而物联网发展的未来竞争核心主要集中在传感器、芯片、模组等方面［1］。物联网技术涉及半导体、传感器技术、识别技术、通信和网络安全、算法、软件开发等众多学科［2］，给教学带来了较大难度。面对庞大的教学体系、内容，有限的课时，不同专业背景学生的知识储备差异，教学实践环节薄弱，以及现有考核体系的单一化等一系列问题［3-4］，面向新形势下物联网发展需求，针对不同学科制订具体教学内容与建设方案显得极为迫切。

“物联网技术”课程的多学科交叉融合特性，决定了在教学过程中，需要针对学生专业教育背景做出相应的课程改革。以微电子与集成电路专业为例，微电子是信息领域的重要基础学科，以集成电路设计、制造与应用为代表，主要专业课程涉及集成电路、微电子系统设计、制造工艺和半导体器件等专业知识［5-6］。同时，微电子也是物联网技术的重要组成部分，物联网技术的应用和发展离不开微电子与集成电路技术的支撑，以及物联网与半导体技术的融合发展。微电子学科的学生具有扎实的半导体物理、集成电路设计与集成电路制造工艺等基础的特点。面向微电子与集成电路学科背景的学生，有必要针对物联网产业的应用需求，结合微电子学科的专业背景，对物联网课程的教学内容、教学模式、实践教学和考核体系等方面进行改革探索，使学科知识融会贯通，更好地服务产业发展需求。

一、课程教学遇到的问题

（一）教材内容涉及面较广，专业针对性弱

物联网涉及内容广，需要学生具备一定的专业基础知识，而不同专业背景的学生基础知识储备有所不同。目前的课程教学内容没有针对学生的专业背景进行相应的教学环节与内容设计，普适的方式方法缺乏对不同专业学生基础理论储备的考量，加之课程涉及内容广，仅有的课时里很多内容只能一带而过，讲解不透彻，学生一知半解，很难深入掌握学习内容。从学生的学科背景出发，抓住重点内容，主次分明，设计有针对性的物联网教学内容，采取线上线下结合的教学方式，再结合企事业单位的实际需求引入实践教学内容，真正培养出基础扎实、面向应用的新时代大学生。

（二）教师缺乏工程经验，学生实践能力不足

“物联网技术”课程具有内容广、实践性强的特点，但目前大部分物联网技术相关课程均以课堂教学为主，对学生实践能力的培养不足，且缺乏产教融合，和企业实践脱钩。加之教师大多无企业工作经验，虽然有科研项目加持，但工程应用经验不足，对企业需求掌握不到位。授课时侧重理论和基础知识讲解，描述性的内容居多，而实践教学环节缺乏或教学效果不佳。这一方面导致学生容易产生厌倦情绪，另一方面导致学生在校学习内容与企业脱钩，且解决实际问题的能力不强，不能灵活地将所学知识转化为实践技能，无法满足企业对人才能力的要求。

（三）考核方式单一，缺乏实践应用环节考核

目前的教学模式下，评价学生学习效果的直接手段还是考试。从许多高校“物联网技术”课程的考核来看，考核关注点还是基于理论知识的笔试，而忽略了实践能力的考核。这种缺乏创新及实践环节的考核无法准确评价学生对所学知识的综合应用能力、实践能力和创新思维，变相导致一部分学生采取突击考试、死记硬背等错误方式通过考试，轻视了实践能力和创新思维的养成。考核方式不全面不仅使学生的真实学习效果得不到确认，而且缺乏公平性，使得真正好好学习的学生对考核方法失望，也使得教师无法真实掌握学生的基本情况、及时进行教学调整、提高教学效果。

目前，该课程的考核形式仍为笔试，考核成绩满分为100分，其中平时成绩40%，考试成绩60%。平时成绩主要通过学生到课率及平时作业来评判，而学生课堂活动参与度、预习完成度、课程任务完成度等没有精准统计并反映在平时成绩的考核中。这种方式能够基本掌握学生的学习情况和基础知识掌握情况，但无法全面反映学生的学习效果，甚至在一定程度上对部分学生造成了错误的引导。

二、课程教学改革方案

针对上述背景，新形势下的“物联网技术”课程建设与改革势在必行。西安电子科技大学微电子学院课程团队从专业背景出发，进行针对性课程设计，增加实践内容，创新考核方法等。在课程教学内容和教学方法等方面进行了以下改革和创新。

（一）针对专业背景进行课程设计

“物联网技术”课程涉及内容广且课时有限，为避免蜻蜓点水式的教学模式，提高学生上课效率和效果，课题组对不同专业学生的理论知识储备进行考量，采取有针对性的课程内容设计和教学方法。

“物联网技术”课程虽然涉及内容广，但总体可分为传感网络、传输网络、处理网络和应用网络四大部分［2］。对于微电子和集成电路专业学生，可以半导体和集成电路为背景依托，从物联网与集成电路的联系为切入点，进行课堂导入和内容讲解。比如，在传感网络相关内容中举例介绍传感器芯片的技术现状及难点，从中挖掘物联网与微电子技术的内在联系，帮助学生将不同学科内容融会贯通。又如，在讲解应用网络相关内容时，详细讲解如何应用半导体技术和物联网技术通过手机、PC机等终端设备实现各种物联网应用。

为了使微电子与集成电路专业学生更好地学习“物联网技术”，并达到与所学专业知识融会贯通的效果，教师在讲解部分内容时要结合实际背景，重点引入物联网与半导体技术的融合和发展。例如，物联网传感器内容涉及检测特定物性的传感器本身，射频识别设备、近场通信（NFC）阅读器等遥测单元。这些硬件的实现必须依托微电子工艺技术，其中的联系就显而易见。对微电子和集成电路专业学生在知识上的融会贯通非常有利。

此外，针对微电子集成电路学生的知识储备，要求教师一方面在上课时对相关内容进行有针对性的补充。比如，在讲传输网络相关内容时，补充互联网、移动通信等专业基础内容；在讲授处理网络相关内容时，补充云计算、数据处理等基础内容。另一方面由于受到授课学时的限制，教师很难在有限的课时内对补充内容做到全面详细的讲解，需要选定合适的课前预习内容。这就要求我们在开课前通过对不同专业学生基础理论知识储备的考量选取课前预习内容，主要包括每个章节主要涉及的需要学生储备的基础理论知识。同时充分利用互联网学习系统，要求学生课前预习打卡，并在成绩考核中进行考虑。

（二）以互联网为依托构建混合教学模式

随着互联网的发展，教学模式发生了很大改变，微课、慕课等教学资源和网络资源越来越丰富，手机和电脑端的学习方式日渐成熟。为激发学生热情，培养学习主动性，“物联网技术”课程顺应时代发展潮流，采用线上线下结合的混合教学模式［7］，依托互联网建设线上学习资源，并实现师生的远程交互。

本课程组利用学校已有的智课平台，将“物联网技术”课程的视频等资料上传供学生学习。同时，充分利用互联网资源优势，采用优质网络课程资源和本课程组课程资源结合的方式，为学生课前学习和课后复习提供充足的学习资料保证。特别针对微电子与集成电路专业学生的学科基础，在智课平台建立学生预习任务模块，预习内容包括储备知识和该课程重点难点知识。教师可通过智课平台后台检查并评价学生的预习情况，学生也可针对预习中遇到的问题线上提问，通过线上问答互动加强师生间交流，教师对学生学习中遇到的问题进行针对性指导，为高质量的课堂学习效果做好充分准备工作。

此外，教师可借助智课平台进行课上互动。课前可设置好课堂提问环节的问题，课上通过智库平台手机端发送问题，学生抢答。借助智课平台问答，可精准统计每次课堂每位学生回答问题次数，方便教师掌握每位学生上课的参与度，以便采取针对性措施调动学生积极参与课堂活动，帮助学生培养学习主动性。课后作业通过平台发布，学生可随时查看，有问题可随时线上交流，学生之间也可在课程群中进行讨论，提高课程学习氛围。

（三）以应用为目的创新为导向提高学生创新实践能力

根据物联网技术产业发展需求，教师在提高教学内容系统性的前提下，结合微电子与集成电路的技术发展，探索实践和理论课程教学内容的最优结合，以应用为目的、以创新为导向构架课程框架，细化理论知识内容，并在课程实践中提升学生学习乐趣，深化知识掌握。课程内容总体应包括理论和实践两部分，在内容的设置上应结合本校特色和优势科研资源。通过调研学生基础和企业需求，进行合理的教学内容和实践项目设计。

1.加强实践应用教学内容。根据国家对物联网应用型技术人才的需求，结合“物联网技术”课程实践性强的特点，以现有课程条件为基础，进一步加强实践应用教学内容，增加设计性和研究性的课程实验。设计性实验要求学生根据实验目标自主完成实验方案设计，并根据课堂学习的知识逐步得到实验结果。研究性实验要求学生根据项目主题，结合所学理论知识，通过查阅文献和网络资源，自主设计实验目标、实验步骤，最终得到实验结果。研究性实验要求学生在实验过程中充分发挥主观能动性，激发新时代创造性思维，为培养创新型人才提供保障。

2.产教融合提高创新实践能力。面向国家创新型人才需求，提高人才和产业融合度，实现人才和产业发展双促进，要求我们在课堂教学与课程实验的基础上与企业合作，以聘请企业导师、征集企业课题、参与企业项目等方式实现产教融合发展，补齐教师工程实践较弱的短板。并鼓励学生参与创新创业项目，运用课程所学知识和专业背景优势，调研企业需求，自主选题，从项目研究背景、研究意义、研究方法、实施方案、可行性分析等方面查阅文献资料，组队探讨研究，撰写研究报告，充分锻炼学生知识灵活运用能力和创新思维能力。将学生创新实践能力的培养融入“物联网技术”课程的教学改革，确保课程建设贴合企业需求，以企业需求促进人才培养质量进一步提高。

（四）探索建立以实践为主体多元一体的考核体系

由于考核方式不全面，考核结果较为片面，无法准确反映学生真实水平和综合能力，导致学生在学习过程中只重视课本知识的学习，而忽视了实践能力和创新意识的养成。因此，为促进学生全面发展，提高学生综合素质，课题组构建多元一体的互联网技术课程考核体系，对学生进行全面客观评价。

课程考核成绩包括平时成绩、考试成绩和实践成绩三部分，各部分考核分数占比分别为平时成绩20%、考试成绩50%、实践成绩30%。平时成绩包括课前预习、课堂表现和课后作业完成情况，平时成绩的考核充分利用智课平台进行精准统计，包括课前预习完成度、预习时长、课堂回答问题次数、课后作业完成度和准确率等。通过详细的量化指标评定平时成绩，能够做到公平公正，从根本上激发学生主动学习的热情。实践成绩部分主要包括课程实验和企业实践两部分，各占实践考核的50%。课程实验反映学生的知识掌握情况，企业实践反映学生进一步的创新应用能力。通过改进的多元化考核方式，不仅能够反映学生对基本知识的掌握程度，也是对学生动手能力和实践能力的全面考查，能够真实地反映教学效果，便于教师掌握学生学习情况并及时调整教学方案，提升课程教学效果。