采用问题解决方法开展物联网活动：面向新生工程学生的建议

中文论文标题：采用问题解决方法开展物联网活动：面向新生工程学生的建议

英文论文标题：Developing IoT Activities Using the Problem-Solving Method: Proposal for Novice Engineering Students

作者信息：

• Ronald Paucar-Curasma1*，Roberto Florentino Unsihuay Tovar2，Sergio Carlos Andrés Villavicencio Jiménez2，Nolan Jara Jara2，Sara Hermelinda Gonzales Agama1，Juan Humberto Quijada-Villegas3
• 1 秘鲁帕姆帕斯09156，国立自治大学塔亚卡哈丹尼尔·埃尔南德斯·莫里略分校，通识教育部
• 2 秘鲁利马15081，圣马科斯国立大学，电子工程系
• 3 秘鲁万卡约12006，中央秘鲁国立大学，系统工程系
• 通讯作者邮箱：rpaucarc@unat.edu.pe

论文出处：Mathematical Modelling of Engineering Problems, Vol. 11, No. 11, November, 2024, pp. 3161-3172

主要内容：

1. 引言： 近几十年来，全球高等教育机构的主要目标之一是发展学生的认知技能，培养个体清晰表达观点、批判性评估他人论点以及将科学推理应用于课程中的任何主题。对于工程学生而言，应用适当的教学方法发展问题解决技能尤为重要，否则可能导致学生拒绝需要更高认知能力的任务，如编程、应用开发和逻辑决策等。

2. 相关工作：

   • 物联网（IoT）技术连接物理对象，如湿度、温度和气体传感器，传输数据以提高各行业的生产力和效率。
   • IoT在教育中的潜力巨大，可以支持教育管理、教学过程和与IoT相关的培训项目。
   • 问题解决是一个认知过程，涉及规划、批判性思维和基于个人论点的决策能力。

3. 方法论：

   • 研究采用了准实验设计，包括前测和后测，以及与样本大小成比例的有意非概率抽样。
   • 73名秘鲁国立自治大学塔亚卡哈丹尼尔·埃尔南德斯分校的工业工程一年级学生参与了研究。
   • 研究开发了一个工具，用于评估新入学学生的问题解决能力，该工具基于Polya的问题解决阶段。

1. IoT活动提案及技术资源使用：

   • 提出了一个名为“监控秘鲁潘帕斯市环境参数”的IoT活动，旨在监测关键环境变量，如温度、湿度、大气压、空气质量和海拔。
   • 活动使用了BME680传感器、Arduino Nano板和ESP12F WiFi无线模块等技术解决方案，并通过mBlock软件进行基于块的编程。

2. 遵循问题解决方法开展IoT活动：

   • 项目遵循四阶段问题解决方法：理解问题、制定计划、执行计划和解决方案审查。
   • 在理解问题阶段，学生查找与项目相关的科学信息，并准备一份总结问题的核心问题的文档。
   • 在制定计划阶段，学生寻找类似活动或项目作为先例，并列出计划执行的任务。
   • 在执行计划阶段，学生设计IoT场景，设置电路，并在mBlock中创建编程例程。
   • 在解决方案审查阶段，评估使用BME680传感器进行数据采集的IoT场景的实施情况。

3. 结果：

   • 描述性统计分析显示，在干预后所有评估技能均有提高。
   • 通过对73名学生进行Kolmogorov-Smirnov正态性检验，确定使用Wilcoxon检验来分析前后测试样本的关系。
   • Wilcoxon检验结果显示，参与IoT活动的学生在问题理解、计划制定、计划执行和解决方案审查方面均有显著提高。

4. 讨论：

   • 基于块的编程和电子设备是学生简单直观地执行活动的优秀工具，有助于加强认知能力。
   • 四阶段问题解决方法是一种教学方法，允许学生在问题理解、计划制定、计划执行和解决方案审查方面生成技能。

5. 结论：

   • 问题解决是个体一生中至关重要的技能，从大学甚至基础教育阶段开始培养这项能力，可以让学生面对学术环境、日常活动、研究等挑战。
   • 通过将IoT活动整合到大学课堂中，加强了学生对科学、技术、工程和数学（STEM）实践的理解。
   • 学生在所有问题解决技能方面均显示出显著提高，尤其是在执行计划技能方面。