吳志剛++張書欽++王海龍
摘 要:鑒于社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用型人才的巨大需求,文中對(duì)基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)改革進(jìn)行了系統(tǒng)、深入的探索。以工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為核心,并分別從綜合實(shí)訓(xùn)的前提條件、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、課程考核和教學(xué)保障等方面進(jìn)行了分析與論述。五年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,工程化的綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)能夠達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。
關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);嵌入式系統(tǒng);工程實(shí)踐能力;綜合實(shí)訓(xùn);教學(xué)模式
中圖分類號(hào):TP399;G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):2095-1302(2017)10-0-03
0 引 言
作為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等多個(gè)領(lǐng)域,但目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的技術(shù)人才十分匱乏。作為一門處于初創(chuàng)期的學(xué)科,物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式、課程體系建設(shè)、教學(xué)模式等方面都在不斷嘗試和探索[1,2];在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域,企業(yè)需要從業(yè)者具有深厚的理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力和一定的經(jīng)驗(yàn)積累[3]。實(shí)訓(xùn)作為實(shí)踐教學(xué)體系中的重要一環(huán),在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)中起著至關(guān)重要的作用。通過(guò)實(shí)訓(xùn),學(xué)生將所學(xué)的理論知識(shí)與社會(huì)實(shí)際需求結(jié)合起來(lái),真正做到學(xué)以致用。中原工學(xué)院在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)模式、課程體系建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)等方面經(jīng)過(guò)多年研究,摸索了一套基于工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式。
1 綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式實(shí)施的前提條件
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于典型的多領(lǐng)域交叉學(xué)科,涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)、電路與電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)與通信工程等多門專業(yè)的核心知識(shí)[4],物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)涉及十幾門課程,若采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式,教學(xué)內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少,執(zhí)行難度大。為此,教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次調(diào)研,反復(fù)論證,從全局考慮,從以下幾方面入手,進(jìn)行學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的進(jìn)階訓(xùn)練,為有效落實(shí)綜合實(shí)訓(xùn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.1 開(kāi)放綜合實(shí)訓(xùn)成果展示室,以學(xué)生帶動(dòng)學(xué)生,激發(fā)學(xué)生的求知欲和探索激情
“興趣是最好的老師”,一個(gè)人一旦對(duì)某事物產(chǎn)生了濃厚的興趣,就會(huì)主動(dòng)求知、探索、實(shí)踐,并在求知、探索、實(shí)踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗(yàn),從而激發(fā)學(xué)生的潛力和創(chuàng)造力,讓學(xué)習(xí)持續(xù)進(jìn)行。因此,教學(xué)團(tuán)隊(duì)為了讓學(xué)生盡快了解、認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn),我院專門設(shè)置了歷屆學(xué)生軟硬件實(shí)訓(xùn)成果展示室,并對(duì)外開(kāi)放。每件成果都清晰標(biāo)明成果簡(jiǎn)介、設(shè)計(jì)理念和團(tuán)隊(duì)成員、成果參賽所獲獎(jiǎng)項(xiàng)和獲獎(jiǎng)感言等,并安排團(tuán)隊(duì)成員負(fù)責(zé)咨詢與解說(shuō),以激發(fā)學(xué)生的探索激情。借助實(shí)物,其效果遠(yuǎn)好于集中給學(xué)生做動(dòng)員工作。
1.2 從一年級(jí)著手學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、算法設(shè)計(jì)與編程能力和實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)
綜合實(shí)訓(xùn)的很多課程都無(wú)法在課堂上系統(tǒng)學(xué)習(xí),需要學(xué)生課下自主學(xué)習(xí)。顯然,學(xué)生的主動(dòng)性、自主學(xué)習(xí)能力和動(dòng)手能力是影響其學(xué)習(xí)效果的關(guān)鍵因素[5]。為此,針對(duì)我校學(xué)生特點(diǎn),采用如下措施培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、算法設(shè)計(jì)與編程能力和實(shí)踐動(dòng)手能力:
(1)從一年級(jí)新生入學(xué)開(kāi)始就教育、引導(dǎo)學(xué)生訓(xùn)練自主學(xué)習(xí)能力和實(shí)踐能力。
(2)積極主動(dòng)參加各層次的學(xué)科競(jìng)賽或大學(xué)生科技創(chuàng)新活動(dòng),并以此來(lái)檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果,然后進(jìn)一步提高興趣、促進(jìn)自主學(xué)習(xí)。
在準(zhǔn)備競(jìng)賽或參與科技創(chuàng)新活動(dòng)的過(guò)程中,學(xué)生或獨(dú)立或團(tuán)隊(duì)協(xié)作訓(xùn)練邏輯思維能力、算法設(shè)計(jì)與編程能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力以及分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的實(shí)踐動(dòng)手能力,為綜合實(shí)訓(xùn)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
2 綜合實(shí)訓(xùn)的教學(xué)模式
我校物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)是在學(xué)生完成主要專業(yè)課程的理論學(xué)習(xí)和主要技能實(shí)訓(xùn)后,綜合運(yùn)用本專業(yè)的主要知識(shí)和技能在校或?qū)嵱?xùn)基地集中完成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)的綜合性、整體性、系統(tǒng)化訓(xùn)練的教學(xué)過(guò)程。其主要目標(biāo)是以“學(xué)以致用”為基本原則,以能力培養(yǎng)為核心,通過(guò)項(xiàng)目化的綜合實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)、方法和工具,培養(yǎng)能勝任物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)規(guī)劃、分析、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、部署、運(yùn)行維護(hù)等工作,提升學(xué)生技術(shù)應(yīng)用能力和初步職業(yè)能力等,以便學(xué)生能利用較短的時(shí)間適應(yīng)社會(huì)和企業(yè)要求。通過(guò)近5年的沉淀與積累,綜合實(shí)訓(xùn)已形成穩(wěn)定、可操作的實(shí)踐教學(xué)模式,這種教學(xué)模式包括三個(gè)階段,即準(zhǔn)備階段、執(zhí)行階段和考核與總結(jié)階段,其中每個(gè)階段又涵蓋多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),如圖1所示。
2.1 綜合實(shí)訓(xùn)準(zhǔn)備階段
準(zhǔn)備階段一般在第5學(xué)期期末,主要完成與實(shí)訓(xùn)相關(guān)的開(kāi)發(fā)技術(shù)培訓(xùn)、實(shí)訓(xùn)開(kāi)展方式和學(xué)生選題與分組說(shuō)明,目的是讓學(xué)生對(duì)綜合實(shí)訓(xùn)所涉及的相關(guān)技術(shù)、開(kāi)發(fā)工具、實(shí)訓(xùn)題目、學(xué)時(shí)分配、實(shí)訓(xùn)管理制度以及階段性的檢查內(nèi)容和考核方式有一個(gè)較為清晰的了解和認(rèn)識(shí)。
關(guān)于實(shí)訓(xùn)選題的設(shè)計(jì)。綜合實(shí)訓(xùn)旨在培養(yǎng)學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)和研發(fā)的工程實(shí)踐能力。因此,實(shí)訓(xùn)教學(xué)采取以項(xiàng)目為核心的組織方式,精心設(shè)計(jì)的綜合項(xiàng)目以物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)為核心,覆蓋典型感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)技術(shù)等典型專業(yè)知識(shí)點(diǎn)。為進(jìn)行針對(duì)性訓(xùn)練,我們將實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目按其涵蓋知識(shí)內(nèi)容歸納為無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)三大類。在每一大類中選擇5~7個(gè)不同類型的實(shí)訓(xùn)題目,這些課題主要來(lái)自于指導(dǎo)老師的科研項(xiàng)目,或者企業(yè)實(shí)際需求,抑或是社會(huì)服務(wù)項(xiàng)目。每屆也會(huì)適時(shí)增加一些緊跟技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的新項(xiàng)目、舍去部分舊題目,以擴(kuò)充、完善實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目資源庫(kù)。
在準(zhǔn)備階段,學(xué)生選題與分組對(duì)整個(gè)實(shí)訓(xùn)的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量將產(chǎn)生重要影響。為避免學(xué)生在自愿選擇項(xiàng)目組時(shí),動(dòng)手能力強(qiáng)或弱的學(xué)生過(guò)度集中在某個(gè)項(xiàng)目組,導(dǎo)致實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目無(wú)法正常進(jìn)行,我們約定每個(gè)項(xiàng)目組分配4~6名學(xué)生,動(dòng)手能力強(qiáng)弱的學(xué)生均衡搭配。由指導(dǎo)教師選擇本組1名動(dòng)手能力和組織協(xié)調(diào)能力較強(qiáng)的學(xué)生作為組長(zhǎng),并由組長(zhǎng)根據(jù)學(xué)生能力均衡原則,選擇本組項(xiàng)目成員,未被選擇的學(xué)生需重新選擇或等待二次分配。
項(xiàng)目組長(zhǎng)作為本組項(xiàng)目經(jīng)理,在指導(dǎo)教師的領(lǐng)導(dǎo)下,全權(quán)負(fù)責(zé)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)進(jìn)度、總體規(guī)劃、成員的角色分配,主持召開(kāi)每周項(xiàng)目例會(huì),負(fù)責(zé)項(xiàng)目組師生之間的溝通與協(xié)調(diào),以及項(xiàng)目組成員的考核。endprint
2.2 綜合實(shí)訓(xùn)執(zhí)行階段
執(zhí)行階段是整個(gè)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的重點(diǎn),直接決定實(shí)訓(xùn)的教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。在該階段,學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下,嚴(yán)格按照物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目展開(kāi),涵蓋項(xiàng)目需求分析、方案設(shè)計(jì)與實(shí)施及項(xiàng)目管理等環(huán)節(jié),由組長(zhǎng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員按照項(xiàng)目進(jìn)度和項(xiàng)目分工,分步完成實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)任務(wù)。指導(dǎo)教師僅在項(xiàng)目的技術(shù)線路和關(guān)鍵技術(shù)等方面給予及時(shí)引導(dǎo),旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的項(xiàng)目規(guī)劃與工程實(shí)施能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及自主學(xué)習(xí)能力。
為解決綜合實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)不足問(wèn)題,實(shí)訓(xùn)時(shí)間采用分散與集中相結(jié)合的模式。由于第6學(xué)期學(xué)生還有理論課的學(xué)習(xí),而1~10周主要利用課余時(shí)間分散進(jìn)行,學(xué)生自主學(xué)習(xí),因此項(xiàng)目組長(zhǎng)應(yīng)主持每周項(xiàng)目例會(huì)、布置階段任務(wù),組織成員匯報(bào)、討論項(xiàng)目方案和撰寫相關(guān)階段性技術(shù)文檔,并隨時(shí)與指導(dǎo)教師交流,及時(shí)解決存在的問(wèn)題。集中實(shí)訓(xùn)安排在11~14周,集中進(jìn)行項(xiàng)目完善、驗(yàn)收和撰寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。
由于實(shí)訓(xùn)大部分時(shí)間都在課外,需要執(zhí)行實(shí)訓(xùn)過(guò)程監(jiān)管、嚴(yán)格監(jiān)督才能保證實(shí)訓(xùn)任務(wù)順利完成。為此,學(xué)院設(shè)置一名專職的實(shí)訓(xùn)督導(dǎo)教師,負(fù)責(zé)實(shí)訓(xùn)的日常管理,實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)訓(xùn)教學(xué)的執(zhí)行過(guò)程,及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決學(xué)生在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題。
2.3 綜合實(shí)訓(xùn)考核與總結(jié)階段
考核與總結(jié)是實(shí)訓(xùn)教學(xué)的最后階段,在該階段,每個(gè)項(xiàng)目組需提交系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔和系統(tǒng)源代碼。每一位成員需提交給指導(dǎo)老師一份符合規(guī)范的實(shí)訓(xùn)報(bào)告,并由指導(dǎo)教師結(jié)合每位學(xué)生的出勤、階段表現(xiàn)和實(shí)訓(xùn)成果給予相應(yīng)的考核成績(jī),然后統(tǒng)一參加實(shí)訓(xùn)答辯組的系統(tǒng)驗(yàn)收和答辯。答辯組對(duì)每名學(xué)生的實(shí)訓(xùn)成果進(jìn)行驗(yàn)收和答辯,并參考指導(dǎo)教師給出的成績(jī)對(duì)該名學(xué)生給出實(shí)訓(xùn)總評(píng)成績(jī)。
實(shí)訓(xùn)結(jié)束后,每位指導(dǎo)教師組需要完成一份實(shí)訓(xùn)總結(jié)匯報(bào),對(duì)本次實(shí)訓(xùn)中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和反思,總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn),以便改進(jìn)。為了全面評(píng)價(jià)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果,在實(shí)訓(xùn)結(jié)束后一周內(nèi),我們會(huì)組織學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)效果和教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),包括指導(dǎo)教師的責(zé)任心、教學(xué)水平、指導(dǎo)質(zhì)量、學(xué)術(shù)水平以及實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、個(gè)人在本次實(shí)訓(xùn)中知識(shí)和能力方面的收獲等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)綜合評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,查找不足,及時(shí)改進(jìn)。
3 綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的保障條件
再好的教學(xué)模式如果沒(méi)有完備的保障體系來(lái)支撐也無(wú)法實(shí)施。因此,我們從實(shí)驗(yàn)室、師資、教學(xué)監(jiān)督與評(píng)價(jià)和師生管理等方面建立有效的保障體系。
3.1 整合原有硬件實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)和經(jīng)驗(yàn),構(gòu)建滿足不同需求的綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)
從2009年始,學(xué)校陸續(xù)購(gòu)買了一批應(yīng)用廣泛的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)設(shè)備和3G移動(dòng)互聯(lián)終端開(kāi)發(fā)設(shè)備,在整合原有嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、EDA實(shí)驗(yàn)室等基礎(chǔ)上,新建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室、物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室等,實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的硬件綜合實(shí)踐平臺(tái)和綜合應(yīng)用實(shí)踐平臺(tái)全覆蓋,可搭建包括傳感器、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和RFID的完整物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。目前基本滿足學(xué)生的課程實(shí)驗(yàn)和各類實(shí)訓(xùn)需求。
3.2 建立結(jié)構(gòu)合理的指導(dǎo)教師隊(duì)伍
為保障綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)的順利實(shí)施,我們廣泛吸收了具有實(shí)際應(yīng)用背景的教師參與到物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中來(lái),并聘請(qǐng)2名實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的企業(yè)技術(shù)人員組成教學(xué)團(tuán)隊(duì),該團(tuán)隊(duì)中教授占7%,副教授占26%,講師占56%,助教占11%,其中擁有雙師素質(zhì)的人才占89%,碩士占83%。對(duì)現(xiàn)有教師通過(guò)課程培訓(xùn)和下廠實(shí)踐鍛煉,以滿足其理論知識(shí)和實(shí)踐技能教學(xué)需要。
3.3 建立完善的管理制度
為保障綜合實(shí)訓(xùn)的各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)有序推進(jìn),學(xué)院制定多項(xiàng)政策予以支持,主要體現(xiàn)在以下幾方面:
(1)物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置有6個(gè)學(xué)分,并制定計(jì)算機(jī)學(xué)院“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)”學(xué)生考勤辦法和學(xué)生成績(jī)考核辦法,要求學(xué)生足夠重視這門課,認(rèn)真按照要求完成綜合實(shí)訓(xùn)任務(wù)。
(2)制定計(jì)算機(jī)學(xué)院“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)”選題與評(píng)審管理辦法,要求所有的選題必須符合綜合實(shí)訓(xùn)的選題要求,并且通過(guò)選題評(píng)審小組答辯,才能正式確定為實(shí)訓(xùn)題目。
(3)制定計(jì)算機(jī)學(xué)院“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)”指導(dǎo)教師管理與考核方法,設(shè)置一名實(shí)訓(xùn)督導(dǎo)教師,專門負(fù)責(zé)實(shí)訓(xùn)的日常管理、實(shí)訓(xùn)教學(xué)安排和指導(dǎo)教師考核等。
(4)制定計(jì)算機(jī)學(xué)院“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)”教學(xué)評(píng)價(jià)辦法和信息反饋機(jī)制,組織學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),多渠道及時(shí)反饋存在的問(wèn)題,監(jiān)督指導(dǎo)老師認(rèn)真履行職責(zé)。
4 結(jié) 語(yǔ)
我校物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實(shí)訓(xùn)從2010級(jí)開(kāi)始,至今已執(zhí)行完5屆。從歷屆學(xué)生到校外實(shí)習(xí)和就業(yè)情況看,越來(lái)越多的學(xué)生選擇到北京、上海、廣州、杭州和南京等大城市從事本專業(yè)的研發(fā)工作,說(shuō)明學(xué)生對(duì)專業(yè)能力更加自信,就業(yè)面更寬,敢于挑戰(zhàn)的勇氣源于學(xué)生自身扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)、熟練的技能以及較強(qiáng)的綜合實(shí)踐能力和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。后續(xù)需要對(duì)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式進(jìn)行深入研究,給學(xué)生提供更多的社會(huì)實(shí)踐機(jī)會(huì),使我們的綜合實(shí)訓(xùn)更接近企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際,在強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力的同時(shí),積累寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),以便盡快適應(yīng)工作。
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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)2017年10期