基于物联网的软件设计课程实训教学管理模式构建

潘翔

【摘 要】分析软件设计课程实训教学存在的问题，提出通过引入物联网技术，从重构实训环节、建立感知教学体系、改进实训教学评价方式和搭建物联网实训管理平台入手，构建软件设计课程实训教学管理模式。

【关键词】物联网 软件设计课程 实训教学管理模式 构建

【中图分类号】 G 【文献标识码】 A

【文章编号】0450-9889（2014）10C-0064-03

物联网作为新一代信息技术，正日益深入改变人们的生活，其物物相连的特性也改变着人们的思维和各种活动方式。在教学领域，物联网除了作为一门新兴的学科受到诸多教师和学生的青睐，更可以作为一种技术手段改变传统的教学方式，提高教学质量。软件设计课程是一门具有鲜明实践特性的计算机专业课程，涵盖了数据库开发、程序语言编程、算法设计和数据结构等多门课程。此类课程的教学目标是让学生掌握软件开发的一整套流程，并能够独立设计和开发出具体的软件系统，以胜任软件公司程序员的岗位。然而，传统教学模式中实训教学管理落后，导致学生的软件设计动手能力差，教学质量低下。为此，可结合物联网技术对软件设计课程的实训教学管理模式进行重构，从实训环节、感知教学、实训管理平台和实训教学质量评价等多方面改进教学管理，使学生从实训中真正掌握软件设计与开发技术，具备实战能力，从而顺利走上工作岗位。

一、软件设计课程实训教学存在的问题

传统的软件设计课程教学分为理论教学与实训教学，理论教学着重讲解基本概念、基本语法和基本用法，需要学生记忆的内容较多；实训教学着重培养学生动手实践的能力，是理论教学的验证和升华。学生在经过一至两个学期的学习后，理应达到教学目标所规定的能力要求。而实际情况是，只有少数学生能够真正进行软件设计与开发，大部分学生还停留在照着书本敲代码的阶段，包括在理论考试中获得高分的学生。究其原因，有以下几方面：一是实训教学手段落后，教师除了讲解、演示外别无他法，而学生往往在教师讲解时不注意听，这导致实训时茫然无措；二是实训过程难于监控，教师在巡视过程中，往往为了解决一个学生的问题而忽略了其他学生，无法全面掌控实训进度；三是缺乏实训反馈途径，软件设计讲究环环相扣，一个环节的卡壳会直接影响到后续的开发，学生遇到问题后若无法及时反馈给教师，教师会忽略问题的存在而进入到下一个环节，持续的问题积累导致学生无法完成实训，甚至影响学习积极性。

解决上述问题的思路在于建立起有效的实训管理模式，既能把教师从繁重的讲解、演示过程中解放出来，又能全面监控学生的学习状态，及时反馈实训中遇到的问题和调整实训进度。应用物联网技术构建实训教学管理模式，能够达到此效果。

二、物联网实训教学管理模式构建

基于物联网的实训教学管理模式将物联网的感知技术、物物相连的网络技术等融入教学活动和管理中。首先，对实训环节进行重构，使其适应物联网管理模式；其次，建立感知教学体系，使学生—教师—实训项目三者之间实现互相感知，教师能轻易掌握学生的学习状态和进度，学生能体验到个性化的教学策略，更好更快地完成实训项目；再次，搭建物联网实训管理平台，将前两个步骤都纳入整个平台之下，使管理真正落到实处，有可操作性；最后，改进实训教学评价方式，将传统的重结果转变为重过程的教学评价，杜绝学生互相抄袭复制的现象。

（一）重构实训环节。传统的实训环节中，实训计划和实训内容是相对固定的，即同一个班级的同一门课程，每次实训的时间、地点和内容都一致，这样固然方便了管理，却没有考虑到学生的个体差异。同一个实训内容，基础不同的学生所需的完成时间不尽相同。能让每个学生在有限的实训时间里真正掌握到技能，是实训教学改革的目的之一。重构的实训环节如图1所示。

图1 重构的实训环节

1.制订详细的实训计划。鉴于物联网管理模式能够很细致地管理到实训的每一个细节，可以把实训计划分为三个档次。最高级别是针对尖子生，学习速度快，学习效果好，此时实训计划要安排得紧凑，每一个知识点的实训周期最短，尽可能地安排更多、更有难度的实训内容；中间级是针对普通学生，可以按照原有的实训教学大纲进度安排实训计划，循序渐进完成实训内容；最低级别是针对基础较差的学生，目的是使其掌握基本的软件设计技能，每一个知识点所用的实训周期应该最长。

2.制定每一次实训的具体实训内容。实训内容包括基础部分和实战部分，基础部分即课本中的案例、练习题和实验题，目的是让学生尽快熟悉基本语法与概念，往往没有任何实际开发意义；实战部分应是真实的软件设计和开发案例，可从软件企业中获得，这是学生真正掌握软件设计与开发技能的核心部分。制定实训内容的关键在于合理拆分项目，既要包含一定数量的知识点，又要符合学生在一个实训周期的工作量。针对三个层次的实训计划，应制定对应的实训内容。

3.实训过程记录。实训报告是记录实训过程的有效手段，传统方式是采用纸质报告或电子文档报告，由学生课堂填写或课后填写再上交给教师。课堂填写会导致学生实训速度变慢，占据宝贵的实训时间，课后填写又会由于时间的关系导致实训过程记录不完整或与真实情况有出入。采用物联网信息化管理手段，把人为填写的实训报告改为系统自动生成。系统可根据学生的每一个操作步骤生成标准的实训报告，学生只需要填写一些特殊情况或个人遇到的问题即可。极大地减少了学生的工作量，使其能够专注实验，且实训结束后自动提交报告，减少了教师催交报告的工作量。

4.实训成果评价。以往教师在实训结束后的大量工作在于对学生的实训成果进行评价，由于软件设计课程的特殊性，实训成果一般是源代码程序，需要教师依次运行查看结果是否正确，耗费大量时间。这样的重复工作可以通过物联网实训管理平台来完成，系统通过批处理的方式自动运行各个学生的实训成果，并根据运行结果自动给出评价结果，教师只在必要的环节进行干预即可。在成果管理方面，为了方便查询，可以按“课程—学生—实训内容—实训成果”的方式进行存储，便于教师在使用某个成果作为案例讲解时能快速查找到对应的成果。endprint

（二）建立感知教学体系。感知教学体系是物联网实训教学管理的重要板块，其内涵包括以下三个方面：一是教师感知学生，通过各种物联网技术手段全面及时掌握学生的状态；二是学生感知实训内容，了解要实现该实训目标所需要完成的各个步骤；三是学生感知教师，明白教师的意图并努力实现之；四是实训管理平台对教师、学生和实训项目的全面感知和记录。物联网软件设计课程感知教学体系如图2所示。

图2 物联网软件设计课程感知教学体系

教师感知学生主要通过学习情绪认知模块来实现。学习情绪认知模块通过物联网的感知终端，定期获取学生的面部图像信息，并从中提取出与表情相关的各项特征数据，经过预先建立好的情绪模型分类，得到与学习相关的情绪，如兴奋、烦躁、厌恶等，作为判断当前学生学习状态的辅助参考依据。教师可以根据不同的学习情绪，调整当前的实训教学策略，如学生状态很好则可以增加实训强度，巩固实训效果，若状态不佳则需要减少实训内容，缓解学生的不良情绪。

学生方面的感知包含两个方面：一是对教师的感知，二是对实训内容的感知。对教师的感知是通过教师讲解、演示、答疑、互动等活动充分了解教师的意图，也可以通过实训管理平台查看教师发布的各项实训指令，及时获得教师的帮助等。对实训内容的感知是通过各种媒介来完成的，如多媒体课件、程序代码演示、实训要求和操作步骤等，帮助学生顺利完成实训。

物联网实训管理平台是实现新的教学管理模式的主要手段和载体，其作为一个关键的部分，也要能够感知教师和学生，并将感知到的信息进行分析处理，转换为对方需要的信息并显示出来。为此需要配置若干感知设备和输入输出设备。

（三）改进实训教学评价方式。传统的实训教学评价方式与理论教学评价方式区别不大，一般是让学生对教师直接进行评价，这样的方式带有明显的主观色彩。尤其是某些学生逃课、上课开小差，对教师的授课方式、指导方式没有任何印象，做出的评价自然无法准确。针对这一现象，引入第三方评价，包括教研室、系部、督导和企业等。教研室是专业和教师的直接管理机构，理应进行评价。系部和督导通过日常课程的不定期巡视，也在一定程度上了解实训的开展情况，有评价的依据。企业则是最终检验学生是否学有所成的权威，通过对实训成果水平高低的判断，可以评价实训教学的好坏。每个评价方所得的评价结果，通过不同的权重分配综合计算，最终得出本课程的实训教学总体评价。

（四）搭建物联网实训管理平台。物联网实训管理平台用于对软件设计课程实训教学过程进行全方位管理，包括实训环节的构建、实训过程的管理和实训成果的评价，对整个感知教学体系的运行管理和进行实训教学评价。

实训计划构建模块提供新建实训计划界面，可以自定义各个环节的课时、实训内容、操作要点，等等。实训内容设置模块负责将整个课程的实训内容划分为小单元，供每一次实训计划选用。实训记录管理模块主要是自动生成实训报告，首先根据实训计划和实训内容生成报告的公共部分，再根据学生在平台上的每一步具体操作生成报告的个性化部分，最后根据调试结果生成报告的结论部分，学生也可在此基础上填写自己的心得体会或遇到的问题，等等。实训成果评价模块是方便教师对平台自动提交的实训成果进行评价，提供自动调试、自动评分的功能，教师可以在系统评分的基础上进行修正。

感知教学管理模块负责感知体系的启动、关闭、信息获取和分析、反馈等，其中关键的部分在于情绪认知模型，利用图像处理技术、人工智能技术、物联网技术等建立人脸识别和表情识别模型，最终实现学习情绪的识别。教学评价模块提供学生评教、教研室评教、系部评教、督导评教和企业评教等五个评教接口，在评教前由系统提供学生各个实训阶段表现的特征数据供评教人员参考，避免因不了解实际情况而乱评的情况。

三、实训教学改革成效分析

为了验证新的实训教学管理模式是否适用，选取不同班级同一门课程的实训环节进行实验，一个班级采用传统的实训教学管理模式，另一个班级采用物联网实训教学管理模式，实训结束后采用新的教学评价方式进行评价，然后对实训过程中的各项数据指标以及最终的评价结果进行对比分析。

选取的课程是“JSP高级程序设计”，通过实训计划制定情况、实训目标完成情况、实训成果评价情况等方面进行全面比较。具体指标与对比结果如表1所示。

表1 JSP高级程序设计课程实训教学管理实施指标对比

从表1可以看出，所有6项指标的对比均以物联网实训教学管理模式占优，原因在于新的管理模式能够尊重学生的个体差异，无论是实训计划的制订还是感知体系的应用，都体现了以学生为本的教学思想。同时通过管理平台减少了教师的工作量，使教师能更关注于学生的接受程度和认知过程。整个实训过程中“教—学—做”形成了一体化的良性循环，实训效果也得到了保障。

物联网技术在教学中的应用仍处于起步和探索阶段，但其感知技术和对事物的广泛连接性已被证实适用于教学活动的很多方面。应用物联网技术对软件设计课程的实训教学环节进行管理，是一种新的尝试。通过重构实训过程的各个环节，包括实训计划的制订、实训内容的选择和划分、实训过程的记录以及实训成果的评价管理，能够使实训从设计到实施既符合学生的个体需求，又适应物联网管理需要。建立了感知教学体系，使教师、学生和实训内容之间建立起有效的沟通渠道，及时掌握实训状况并可随时调整实训安排。实训教学评价方式也进行了改进，从原来的单一评价方式转变为多模评价。物联网实训教学管理平台的搭建很好地管控了上述所有实训流程，对此教学管理模式的改革实施进行了成效对比分析，结果表明新的实训教学管理模式可操作性强，管理效果良好。

【参考文献】

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[2]周为民，王玉林.大实践视野下地方本科院校实践教学管理模式及运行机制的重构[J].中国科技信息，2014（9）

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[5]梁永文.高职院校实训教学管理系统的设计与实现[D].北京：电子科技大学，2013

[6]李为民.多媒体网络环境下高职实训教学评价初探[J].教育教学论坛，2011（7）

【基金项目】广西高等教育教学改革工程项目（2013JGB287）；广西高等教育教学改革工程重点项目（2014JGZ154）；广西高等教育教学改革工程重点项目（2012JGZ160）

【作者简介】潘 翔（1981- ），广西南宁人，广西经济管理干部学院高级工程师。

（责编 黎 原）endprint