孫飛顯

(河南財政金融學(xué)院(象湖校區(qū)) 信息工程系，河南 鄭州 451464)

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基于競賽驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革與實踐

孫飛顯

(河南財政金融學(xué)院(象湖校區(qū)) 信息工程系，河南 鄭州 451464)

為提升高職高專物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)內(nèi)涵建設(shè)，提出以項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動為主要形式，以學(xué)生參加專業(yè)技能競賽為檢驗手段，以培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力為目的，以提高學(xué)生就業(yè)率為最終目標的教學(xué)方法.三個學(xué)期的實踐結(jié)果表明，該方法能提高學(xué)生自主學(xué)習的積極性，可增強學(xué)生的團隊協(xié)作意識，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣，能促進物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實驗、實訓(xùn)室的建設(shè)并增進任課教師之間的交流、協(xié)作，達到了以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促建、以賽促用的目的，并在競賽中培養(yǎng)了教師、學(xué)生工程實踐、應(yīng)用的能力.為高職高專電子信息類、計算機類專業(yè)建設(shè)提供了借鑒.

競賽驅(qū)動；物聯(lián)網(wǎng)；應(yīng)用技術(shù)專業(yè)；教學(xué)改革；教學(xué)實踐

0　引言

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of things，IOT)應(yīng)用技術(shù)是普通高等學(xué)校高等職業(yè)教育(?？?專業(yè)目錄(2015年)的電子信息大類專業(yè).該專業(yè)是以計算機科學(xué)為基礎(chǔ)，同時融合電子學(xué)、自動化技術(shù)、軟件技術(shù)、嵌入式技術(shù)等的新型、實用、交叉學(xué)科.該專業(yè)的上述特點，使得高職高專院校的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)呈現(xiàn)如下現(xiàn)象：①教學(xué)部門多，專業(yè)定位不盡相同.據(jù)不完全統(tǒng)計，開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的教學(xué)部門包括計算機系、信息工程系、電子工程系、物流管理系、信息管理系等.因這些部門的學(xué)科優(yōu)勢不同，導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)定位的側(cè)重點不同，主要涵蓋電子技術(shù)、軟件開發(fā)、產(chǎn)品安裝使用與運維、工程施工使用和維護等，進而導(dǎo)致該專業(yè)的課程體系、教學(xué)計劃、實驗實訓(xùn)等方案差別較大[1-2].②師資力量相對薄弱，教學(xué)資源較為匱乏.由于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)是一個跨學(xué)科、涉及硬/軟件資源、理論性和實用性都很強的新興專業(yè)，相關(guān)教師的專業(yè)轉(zhuǎn)型相對困難，再加上生源較少、實驗設(shè)備品種多且價格昂貴等原因，導(dǎo)致該專業(yè)普遍存在師資短缺、軟硬件教學(xué)資源匱乏現(xiàn)象.③學(xué)生學(xué)習目標不明確，學(xué)習過程困惑多，就業(yè)前景不明確.鑒于任課教師的物聯(lián)網(wǎng)工程行業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗不足、學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)了解程度膚淺，甚至未能開設(shè)《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)導(dǎo)論》課程等原因，不少學(xué)生不清楚自己該學(xué)習什么，沒有掌握該熟知的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備及其用法，不知道物聯(lián)網(wǎng)實際應(yīng)用的典型行業(yè)，不了解自己畢業(yè)后可從事什么樣的工作.

筆者作為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)建設(shè)的負責人，結(jié)合河南財政金融學(xué)院的實際情況，從2015年春季學(xué)期開始，實施了以項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動為主要形式，以學(xué)生參加專業(yè)技能競賽[3-5]為檢驗手段，以培養(yǎng)學(xué)生實際動手能力為目的，以提高學(xué)生就業(yè)率為最終目標的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革.

1　基于競賽驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)改革方法

1.1物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)相關(guān)的競賽概述

為深化高職高專物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)人才培養(yǎng)模式及實踐教學(xué)改革，為提高大學(xué)生的實際動手能力、團隊協(xié)作精神和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識，由教育部職業(yè)教育與成人教育司、專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會、教育部科技發(fā)展中心、省市教育主管部門主辦，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的省級以上級別的賽項如表1所示.

表1　物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的賽項信息表

表1所列的賽項都包含物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的典型場景、實現(xiàn)方法、熱點應(yīng)用乃至發(fā)展動向等相關(guān)內(nèi)容，具有實用、競技、趣味、激勵等特點，競賽周期跨度較長(6～9個月)，可用于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高學(xué)生的工程實踐能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，進而為學(xué)生就業(yè)提供幫助.

1.2實施方案

1.2.1基于模塊化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)教學(xué)設(shè)計

按照定位于培養(yǎng)具有一定理論基礎(chǔ)、較強專業(yè)技能、服務(wù)一線生產(chǎn)、搭建工程環(huán)境、具備軟件開發(fā)等能力的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)高素質(zhì)、技能型專門人才的培養(yǎng)目標，參照全國職業(yè)院校技能大賽(高職組)“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用”賽項2012—2016年的相關(guān)考核內(nèi)容，筆者將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的教學(xué)模塊設(shè)計為：①物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用場景設(shè)計及相關(guān)設(shè)備安裝、部署與調(diào)測模塊；②物聯(lián)網(wǎng)感知層應(yīng)用、開發(fā)模塊；③物聯(lián)網(wǎng)PC端應(yīng)用、開發(fā)模塊；(4)物聯(lián)網(wǎng)移動端應(yīng)用、開發(fā)模塊.結(jié)合實驗、實訓(xùn)設(shè)備，并按圖1所示的智慧城市應(yīng)用場景組織上述四個模塊的教學(xué)內(nèi)容.

圖1　基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市應(yīng)用拓撲

1.2.2基于“項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動”的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)

按照上述高職高專物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)定位，按照“4+1+1”學(xué)期的培養(yǎng)周期，在各學(xué)期講授物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課過程中，通過引入具體的項目，采用任務(wù)驅(qū)動的方式進行教學(xué).因篇幅受限，作者從物聯(lián)網(wǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層(分為PC端和移動端)三個層面，以具體的實例說明“項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動”的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程教學(xué)方法.

1)物聯(lián)網(wǎng)感知層的“項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動”式課程教學(xué)實例.不難想象，物聯(lián)網(wǎng)感知層的主控端和受控端都包含單片機應(yīng)用技術(shù)，因此在講授單片機技術(shù)與應(yīng)用、C語言程序設(shè)計課程時，為提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生學(xué)習單片機的興趣，可借助目前流行且基于CC2530的開發(fā)評估板(又稱“協(xié)調(diào)板”、“協(xié)調(diào)器”，如FANTAI_Zigbee)，引入“模擬城市高樓外墻霓虹燈控制，設(shè)計并實現(xiàn)點燈/跑馬燈項目”.該項目的引入不僅可以將物聯(lián)網(wǎng)感知層的實際應(yīng)用場景引入到單片機技術(shù)與應(yīng)用課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣，而且能夠?qū)⑺鶎W(xué)的C語言程序設(shè)計知識運用于該項目的實現(xiàn).在項目的具體實施方面，可以將該項目任務(wù)進行分解，厘清知識點，將本項目的相關(guān)任務(wù)貫穿于單片機技術(shù)與應(yīng)用、C語言程序設(shè)計課程講授的全過程；此外，這兩門課程任課教師也要相互配合，相互協(xié)作，課程的考核建議要求學(xué)生用C語言編寫實現(xiàn)點燈/跑馬燈效果的程序.

2)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層的“項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動”式課程教學(xué)實例.物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層主要負責通信，單純從理論方面講解大都會引起高職高專學(xué)生的反感，但通過“項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動”方式進行教學(xué)會事半功倍.例如在講解網(wǎng)絡(luò)編程時，可以引入Web Service編程項目.首先給學(xué)生演示該項目的功能，厘清本項目的三端，即服務(wù)器端、Web端和PC客戶端，清楚三端之間的關(guān)系，了解三端之間的通信、交互的方式和流程，然后詳細講述中心服務(wù)器端登錄模塊接口、Web端登錄模塊、PC客戶端登錄模塊的開發(fā)方法、流程、注意事項等，要求學(xué)生模仿練習，最后要求學(xué)生獨立實現(xiàn).此外，通過引入“智能養(yǎng)老”項目并施以“無線智能定位開發(fā)板二次開發(fā)”任務(wù)，使學(xué)生掌握GPS定位、GPRS通信的基本原理和實現(xiàn)方法.

3)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層(PC端)的“項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動”式課程教學(xué)實例.高職高專物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的PC端編程語言主要包括C、C#和Java，本文以C#為例進行說明.從工程應(yīng)用角度看，《面向設(shè)備的C#程序設(shè)計基礎(chǔ)》屬于《傳感器技術(shù)與應(yīng)用》的前導(dǎo)課程，在講授傳感器技術(shù)及其應(yīng)用過程中，我們在Visual Studio 2012環(huán)境下，借助新大陸NLE-JS2000物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)，導(dǎo)入的項目是“基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市(PC端)”，驅(qū)動的任務(wù)是通過調(diào)用第三方提供的動態(tài)鏈接庫，完成的實訓(xùn)作業(yè)有：基于C#的LED顯示、基于C#的環(huán)境監(jiān)測、基于C#的人體紅外感知、基于C#的路燈控制、基于C#的視頻監(jiān)控、基于C#的超高頻讀/發(fā)卡等智慧城市模塊的設(shè)計和實現(xiàn).

4)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層(移動端)的“項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動”式課程教學(xué)實例.在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，培養(yǎng)高職高專計算機類相關(guān)專業(yè)學(xué)生移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件產(chǎn)品開發(fā)意識和用戶體驗設(shè)計能力，激發(fā)學(xué)生對移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件開發(fā)領(lǐng)域的學(xué)習和研究興趣，提高其軟件編程能力和職業(yè)素養(yǎng)并使學(xué)生順應(yīng)移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢，成為當今的必需.基于此，借助新大陸NLE-JS2000物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用實訓(xùn)系統(tǒng)，導(dǎo)入的項目是“基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧城市(Android端)”，要求學(xué)生學(xué)會創(chuàng)建Android應(yīng)用工程，利用新大陸提供的.jar、.so等接口文件及說明文檔，模擬實現(xiàn)“景區(qū)室外環(huán)境監(jiān)控、景區(qū)安防監(jiān)控”.具體任務(wù)包括：在實驗、實訓(xùn)系統(tǒng)上部署監(jiān)測景區(qū)的溫度、濕度、煙霧、火焰、PM10、PM2.5傳感器，以景區(qū)宣傳圖片作為Android APP背景新建工程，基于ZigBee[6]的景區(qū)溫度、濕度、煙霧、火焰、空氣質(zhì)量參數(shù)實時采集，溫度高于預(yù)定值時基于LED屏的高溫廣播報警，安防區(qū)域視頻錄像、攝像頭調(diào)整、視頻查閱、視頻轉(zhuǎn)存，景區(qū)照明路燈的手機端開關(guān)等模塊的設(shè)計和實現(xiàn).

1.2.3物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)技能競賽驅(qū)動的實施方法

針對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)，按照上述基于模塊化、基于“項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動”的課程教學(xué)理念，為達到以賽促教、以賽促學(xué)、以賽促建、以賽促用，并在競賽中培養(yǎng)教師、學(xué)生工程實踐、應(yīng)用能力等目標，我們采取學(xué)生在校的四個學(xué)期科技競賽不斷線的策略，具體如下：在第一學(xué)期結(jié)束時，舉辦校級的基于設(shè)備的C#程序設(shè)計大賽，在鍛煉學(xué)生認識物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的同時培養(yǎng)學(xué)生對編程的興趣；第二學(xué)期開學(xué)伊始，結(jié)合春季開始報名的全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽，鼓勵大學(xué)二年級學(xué)生帶領(lǐng)大學(xué)一年級學(xué)生參加“全國高校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽”，促使大學(xué)一年級的新生了解、發(fā)現(xiàn)和探索身邊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，如學(xué)生提出了“用于智能養(yǎng)老的無線定位與報警裝置”、“幫盲前行”(智能拐杖)等，期望培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)興趣、專業(yè)認同感，達到“以賽促學(xué)”目的.在大學(xué)二年級，隨著專業(yè)知識的不斷增加，要求物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的學(xué)生，在“全國職業(yè)院校技能大賽(高職組)省級選拔賽、全國職業(yè)院校技能大賽(高職組)、全國大學(xué)生智能互聯(lián)創(chuàng)新大賽、中國大學(xué)生iCAN創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽、“博創(chuàng)杯”全國大學(xué)生嵌入式設(shè)計大賽、全國高校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽、物聯(lián)網(wǎng)感智創(chuàng)新大賽”等賽項中必須選擇一個適合自己的賽項并積極準備，對獲獎的同學(xué)，給予校內(nèi)對應(yīng)的專業(yè)課程免考(成績優(yōu)秀)的獎勵.

1.2.4實踐效果

經(jīng)過2015春季、2015秋季、2016春季三個學(xué)期的實踐，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)代表隊先后獲得了2015年河南省高職技能競賽(信息安全管理與評估賽項)二等獎、2015年全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計競賽(華東賽區(qū))一等獎、2015年河南省電子設(shè)計大賽一等獎、2015年“奧派杯”全國職業(yè)院校移動商務(wù)技能大賽二等獎、2016年河南省高職技能競賽(物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)賽項)二等獎、2016年全國高校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽(華中賽區(qū))二等獎.實踐結(jié)果表明：通過競賽，教師積累了豐富的教學(xué)素材和經(jīng)驗，學(xué)生獲得了獎勵、開闊了視野、幫助了就業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)實驗、實訓(xùn)室建設(shè)更上一層樓.形成了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)學(xué)生團結(jié)協(xié)作、積極備賽、實驗實訓(xùn)室高效運轉(zhuǎn)的良好局面，為電子信息類、計算機類專業(yè)建設(shè)提供了借鑒.

2　結(jié)語

本文提出了以項目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動為形式，以學(xué)生參加技能競賽為手段，以培養(yǎng)學(xué)生動手能力為目的，以提高學(xué)生就業(yè)率為目標的教改方法.三個學(xué)期的實踐結(jié)果表明，該方法對提高學(xué)生自主學(xué)習積極性、增強學(xué)生團隊協(xié)作意識、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習興趣、提高學(xué)生工程實踐能力、促進實驗實訓(xùn)室、增進教師交流協(xié)作等，具有積極的理論意義和實用價值.

[1]柯強. 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程建設(shè)探討[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2012,2(1):80-81.

[2]唐敏,尚勇,林昕. 高職院校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)課程體系的探索與構(gòu)建[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2014,4(2):85-87.

[3]孫士明,劉新平,張曉東.競賽驅(qū)動的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系[J].計算機教育,2016(1):153-156.

[4]夏伏洋.基于項目化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)實踐教學(xué)改革探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2015,14(3):128-129.

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Teaching Reform and Practice of IOT Sepecialty Based on Competition Driven Method

SUN Feixian

(Department of Information Engineering, Henan Institute of Finance and Banking(Xiang Lake Campus),Zhengzhou451464,China)

In order to improve the connotation construction of the application technology of IOT in higher vocational colleges, competition driven based teaching reform method is proposed. Project and task import, competition driven are used in the presented method. The practice results during three semesters show that the proposed method can improve the students’ autonomous learning enthusiasm; it can enhance students’ cooperative consciousness, develop students’ interest in learning, and promote the construction of physical experiment of network application technology specialty and training rooms. Thus, it provides a reference for the construction of electronic information and computer specialty in higher vocational colleges.

competition driven; Internet of things; sepcialty of application technology; teaching reform; teaching practice

2016-03-12

河南省教師教育課程改革研究計劃項目(2014-JSJYZD-081)

孫飛顯(1970—)，男，河南寶豐人，河南財政金融學(xué)院(象湖校區(qū))信息工程系副教授，博士，主要研究方向：網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、智能計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用.

10.3969/j.issn.1007-0834.2016.03.017

G642.0；TP39

A

1007-0834(2016)03-0061-04