李仲生?黃同成?劉錦江

摘要：針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)內(nèi)容覆蓋面太寬、內(nèi)容綜合性很強等難點，考慮到學(xué)生特別是地方本科院校學(xué)生的基礎(chǔ)現(xiàn)狀，吸取CDIO國際工程教育改革成果的教學(xué)理念，提出了一種“起承轉(zhuǎn)合”式實踐教學(xué)模型。模型以讓教師教得輕松、學(xué)生學(xué)得明白為宗旨，可用于明確物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)思路和精化實踐教學(xué)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；CDIO；實踐教學(xué)；精化

作者簡介：李仲生（1967-），男，湖南邵陽人，邵陽學(xué)院信息工程系，副教授；黃同成（1964-），男，湖南邵陽人，邵陽學(xué)院信息工程系，教授。（湖南 邵陽 422000）

基金項目：本文系邵陽學(xué)院教改項目（項目編號：2013JG28）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0124-02

物聯(lián)網(wǎng)被稱為第三次信息化產(chǎn)業(yè)革命性發(fā)展的浪潮。胡錦濤同志在中國科學(xué)院第十五次院士大會、中國工程院第十次院士大會上發(fā)表重要講話，指出“要抓住新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的機遇，創(chuàng)新信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，以信息化帶動工業(yè)化，發(fā)展和普及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加快發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”。[1]為此，作為新興產(chǎn)業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)急需大量專業(yè)人才，有著巨大的人才缺口。這種缺口，既體現(xiàn)在對物聯(lián)網(wǎng)理論研究的精英的需求上，更體現(xiàn)在對有一定理論基礎(chǔ)、動手能力強的工程型的物聯(lián)網(wǎng)人才的需求上。從當前的實際就業(yè)形勢看，大學(xué)培養(yǎng)的、可用得上的工程型的物聯(lián)網(wǎng)人才遠遠滿足不了物聯(lián)網(wǎng)業(yè)的需求。造成這種情況的原因主要有兩個：一是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的勢頭太猛，各大學(xué)都是自2010年起才開始上物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，被物聯(lián)網(wǎng)大潮沖了個措手不及；二是物聯(lián)網(wǎng)所覆蓋的知識面廣，形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如何將呈網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的知識傳授給學(xué)生，讓學(xué)生學(xué)有所獲，特別是讓學(xué)生擁有動手能力，是個大難題。

面對這個難題，不同的學(xué)校采取了不同的對策，于是有了五花八門的理論和實踐教學(xué)計劃，目前依舊處在百花齊放的狀態(tài)中。[2]面對這個難題，眾多的研究者各抒已見，從不同角度做了各有見地的探索。有研究者根據(jù)數(shù)據(jù)自底向上的流向，將成網(wǎng)狀幾乎無所不包的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)做了層次化，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層，有效地簡化了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模型，為物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的開展提供了方向性的指引。[3]有研究者參照CDIO（conceive構(gòu)思，design設(shè)計，implement實現(xiàn)，operate動作）國際工程教育改革成果，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程，以此指導(dǎo)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學(xué)，這些研究者高屋建瓴，從宏觀上把握住了物聯(lián)網(wǎng)工程的實踐教學(xué)。[1]為了增強物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)的可操作性，此處以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)的具體實施為著眼點，以知識的復(fù)雜度及學(xué)生的興趣、感受、參與力等為主要考察指標，以實驗項目的內(nèi)在關(guān)聯(lián)做線，讓各項目有機地形成一種“起承轉(zhuǎn)合”結(jié)構(gòu)，探索一種能讓學(xué)生潛移默化地參與進來的實踐教學(xué)路子。

一、物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)所面對的問題

第一，將面對有限的財力、時間和近于無限的實踐教學(xué)內(nèi)容之間的矛盾。物聯(lián)網(wǎng)有以下定義：將有自我標示、感知和智能的物理實體基于標準的通信協(xié)議連接，構(gòu)成信息空間和物理世界之間融合的信息系統(tǒng)。這個定義的外延是：兩個空間融合形成的信息系統(tǒng)。再看定義的內(nèi)涵：基于標準的通信協(xié)議；被連接的物理實體有自我標示、感知和智能能力。定義的外延和內(nèi)涵展示出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)覆蓋的廣度和內(nèi)容的深度。圖1依據(jù)文[3]所述的三層模型和物聯(lián)網(wǎng)定義，將網(wǎng)絡(luò)層細化為傳輸和支撐技術(shù)兩層，給出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的體系描述。

圖1展示出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合性和幾乎無處不在性，這給物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的理論教學(xué)和實踐教學(xué)帶來了近于無窮的選擇。為了約束物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)，《高等學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范》將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識單元分成核心知識、基礎(chǔ)知識和領(lǐng)域應(yīng)用知識三大類，有指導(dǎo)意義，但三大類中依舊有著眾多選擇可能，相應(yīng)實驗內(nèi)容五花八門，要完全覆蓋是不可能的。要大致覆蓋一方面需要學(xué)校投入巨量資金，另一方面需要學(xué)生投入遠超過四年的時間，這都是不現(xiàn)實的。

第二，將面對學(xué)生的有限基礎(chǔ)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高度綜合性之間的矛盾。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及的是有自我標示、感知和智能能力的物理實體，這些物理實體還得基于標準的通信協(xié)議互聯(lián)起來，這一層層疊加，給物聯(lián)網(wǎng)的幾乎每一個技術(shù)點都帶來了高度的綜合性。以Zigbee感知實驗為例，有以下基本步驟：串行接口連線、網(wǎng)絡(luò)接口連線、系統(tǒng)初始化、虛擬機的安裝和設(shè)置、程序編寫、不同平臺間數(shù)據(jù)的傳遞。涉及的主要知識點有：計算機硬件知識；網(wǎng)絡(luò)知識；傳感器知識；虛擬技術(shù)；軟件開發(fā)知識。如此強的綜合性，要讓基礎(chǔ)有限的學(xué)生理解并接受，是件十分繁瑣又艱難的事，對地方本科院校，這種艱難更加突出。

第三，將面對非專業(yè)師資與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)的強專業(yè)性之間的矛盾。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)自2010年起在我國開設(shè)，現(xiàn)在加入物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)行列的師資中并沒有正式物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)畢業(yè)的本科生、碩士生、博士生，而是來自物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)相近的專業(yè)。面對專業(yè)性強的物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教學(xué)，他們還需要摸索，需要積累。

第四，將面對理論教學(xué)的分散性和實踐教學(xué)的綜合性的矛盾。物聯(lián)網(wǎng)的廣泛覆蓋性使得物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)有著高度的綜合性，如前已述及，單純一個實驗就可能涉及到傳感器知識、網(wǎng)絡(luò)知識、電子技術(shù)、軟件編程知識等。這些知識分別由不同的課程完成傳授，課程分散在不同的學(xué)期，或者是在同一個學(xué)期但由不同的教師分別教學(xué)，這種課程分散性給學(xué)生綜合運用知識、知其然且知其所以然地完成實踐教學(xué)帶來了困難。

第五，將面對學(xué)校教學(xué)強調(diào)消化理論與實際應(yīng)用強調(diào)效益的矛盾。從課時分配看，學(xué)校教學(xué)以理論為主。比如：“ZigBee技術(shù)及應(yīng)用”課程教學(xué)40個課時，其中理論32節(jié)，實驗8節(jié)；“物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)”課程教學(xué)54個課時，理論46節(jié)，實驗8節(jié)；“M2M技術(shù)”56個課時，理論48節(jié)，實驗8節(jié)。等等。以上數(shù)字是通過對前幾批開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的大學(xué)教學(xué)計劃做平均得到的，課時分配體現(xiàn)出了大學(xué)以理論教學(xué)為目標的特點。但作為一門新興技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)根植于實踐，強調(diào)對技術(shù)的綜合運用、產(chǎn)生效益，與大學(xué)教學(xué)的目標并不一致。如何協(xié)調(diào)好這種不一致，將直接關(guān)系到學(xué)生動手能力的培養(yǎng)。

二、“起承轉(zhuǎn)合”式實踐教學(xué)結(jié)構(gòu)

在物聯(lián)聯(lián)實踐教學(xué)的眾多矛盾中，主要矛盾就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)容近于無限而學(xué)校財力、學(xué)生學(xué)習(xí)時間都是有限的，解決了這個主要矛盾，其他矛盾也將迎刃而解。利用有限財力、在有限時間內(nèi)能否學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而有所收獲？答案是肯定的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如同一座寬闊、巍峨的書山，“書山有路勤為徑”，目標是山頂，教學(xué)者不必帶著學(xué)生走遍整個書山，只要帶著學(xué)生們找到一條上山的路走到山頂即可。那么，怎樣找到這條路？如果這種路存在許多條（物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的情況就是如此，可參見圖1），哪一條是捷徑？經(jīng)過教學(xué)實踐摸索，為了讓“教師講得輕松，學(xué)生學(xué)得明白”，我們認為可采用以下“起承轉(zhuǎn)合”模式精選教學(xué)內(nèi)容、實施教學(xué)，尋找抵達物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之頂?shù)慕輳健?/p>

起。一遍文章的“起”很重要，開個好頭，設(shè)下懸念，讀者才有興趣看下去。物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)的“起”更重要，是學(xué)生興趣的源頭、思考的標的、奮斗的目標。如何才能“起”得好？有諺語云：“我聽到的會忘掉，我看到的能記住，我做過的才真正明白”。語言相對來講是抽象的，現(xiàn)實場景對人的感受來說，自然深刻一些，如果是一些很特殊的場景，就有可能讓人一見難忘。物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)若是在學(xué)生一入校時，給學(xué)生提供一些特殊的場景（比如各類現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的演示）見識一下，就能有助于學(xué)生明白“到大學(xué)為的是什么”，為后續(xù)相對枯燥的基礎(chǔ)課程助力。當然，這種演示是有選擇性的，具體的選擇標準是：所在學(xué)校準備讓學(xué)生沿著哪一個方向（或哪一個行業(yè)）登上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)這座山的峰。

承。沿著所選擇的方向組織基礎(chǔ)課程的實驗教學(xué)?！俺小币瓿傻墓ぷ魇牵涸凇捌稹币饘W(xué)生們的興趣后，讓學(xué)生明白“起”所展示的一切是怎么取得的，也就是說，從相應(yīng)的技術(shù)點上設(shè)計實驗項目，消化所學(xué)的基礎(chǔ)課程，為后期綜合性較強的物聯(lián)網(wǎng)實驗項目做預(yù)備。這一個階段的內(nèi)容選擇是個難點：忌多，忌泛，在滿足后續(xù)實驗支撐需求的情況下，盡量簡化，最大限度地讓老師教起來輕松、學(xué)生學(xué)起來大部分人能明白。老師們有這么個共識：學(xué)生能不能學(xué)下去，關(guān)鍵在于他當前能不能明白，有過幾次不明白的時候后，學(xué)生的興趣就會蕩然無存。

轉(zhuǎn)。在有足夠、適用的基礎(chǔ)實驗支撐后，進入第三個階段——“轉(zhuǎn)”。這一階段的內(nèi)容就是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗項目，綜合性較強。在選擇教學(xué)內(nèi)容時，一般應(yīng)遵循以下原則：視學(xué)生情況定實驗難度，重基礎(chǔ)，重有仿照內(nèi)容的。為了讓老師的表述更清晰、學(xué)生的興趣不受到打擊，內(nèi)容切忌過繁、過深。在譚浩強老師的C語言書中，存在眾多復(fù)雜的C語言知識提都沒提，學(xué)生學(xué)了后照樣可編寫程序，這一點，值得物聯(lián)網(wǎng)實驗設(shè)計時借鑒。

合。如同寫一遍文章時的首尾呼應(yīng)，“合”做的工作是，讓學(xué)生們部分或全部地實現(xiàn)在“起”階段所看到的工程，也就是說，將“承”“轉(zhuǎn)”兩個階段所得到的知識用于工程實踐。如果起、承、轉(zhuǎn)三個階段的內(nèi)容選擇方向明確、難易適度，到達“合”階段后，學(xué)生的興趣就會很高?！拔易鲞^的才真正明白”，學(xué)生若能獨立完成工程項目，從學(xué)校教學(xué)角度而言，學(xué)生就到達了教學(xué)要求的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)這座“山”的頂點，教學(xué)也就實現(xiàn)了它的目標。

總而言之，以上“起承轉(zhuǎn)合”結(jié)構(gòu)的核心是去繁取精，定方向找捷徑，讓教師輕松學(xué)生學(xué)得明白。

三、“起承轉(zhuǎn)合”式實踐教學(xué)組織示例

一方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著廣泛的技術(shù)覆蓋，這為教學(xué)內(nèi)容選擇帶來了難度。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究的最終成果以工程項目的形式體現(xiàn)，這為探究簡化教學(xué)模式提供了依據(jù)和方向。不同的方向選擇將體現(xiàn)出不同學(xué)校的教學(xué)特色，圖2是以物聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)作為突破方向的一種物聯(lián)網(wǎng)實驗教學(xué)起承轉(zhuǎn)合模式的扼要介紹。

以上教學(xué)模式實施要成功，關(guān)鍵在于內(nèi)容的選擇精簡，切忌讓學(xué)生走馬觀花、眼花繚亂。在有限的時間內(nèi)講千個問題學(xué)生一個都沒懂不如講十個問題讓學(xué)生懂上六七個。顯然，基礎(chǔ)課程實驗在各個方向上有著幾乎一致的共性，如果學(xué)生真正從物聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)找到了突破口學(xué)明白了，要轉(zhuǎn)到其他物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用工程或科研領(lǐng)域，也是有基礎(chǔ)的。

四、結(jié)語

以讓教師講得輕松、學(xué)生尤其是地方本科院?；A(chǔ)相對較弱的學(xué)生學(xué)得明白為目標，為簡化、高效化物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學(xué)，本文引出了一種“起承轉(zhuǎn)合”式物聯(lián)網(wǎng)實踐教學(xué)模式。為使這種教學(xué)模式高效實施，現(xiàn)在急需與之配套的實驗設(shè)備、實驗教材，我們將為之努力，也盼望得到教師同行和企業(yè)工程師們的支持。

參考文獻：

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[2]李仲生，唐杰，黃同成，等.地方本科院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)探討[J].考試周刊，2013，（67）：136-138.

[3]吳功宜.對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)的思考[J].計算機教育，2010，（21）：26-29.

（責(zé)任編輯：劉輝）