徐德剛 張其林 項東升

摘 ?要： 根據(jù)新工科建設(shè)育人要求，針對目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)中存在的問題，借鑒CDIO教育模式，結(jié)合學(xué)校的實際情況，從實踐課程體系、多元融合的授課模式、多元考評體系等幾個方面對多元融合的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系進行探索研究，提出了一些新的改革措施和方法。實踐表明，此改革措施有助于充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，有利于全面鍛煉與提升學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力以及工程綜合素質(zhì)。

關(guān)鍵詞： 新工科; CDIO; 物聯(lián)網(wǎng)工程; 實踐教學(xué); 多元融合

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2020）03-63-04

Exploration on multi-integration practical teaching of new

engineering IoT engineering specialty

Xu Degang， Zhang Qilin， Xiang Dongsheng

（School of Computer Engineering， Hubei University of Arts and Science， Xiangyang， Hubei 441053， China）

Abstract： According to the education requirements of new engineering construction， aiming at the existing problems in the practice teaching of IoT engineering， drawing lessons from CDIO education mode， combining with the actual situation of the school， this paper explores and studies the multi-integration practical teaching for IoT engineering specialty from the aspects of the practice curriculum system， the multi-integration teaching mode， and the multi-evaluation system， and proposes some new reform measures and methods. Practice shows that the reform measures are helpful to fully stimulate students' subjective initiative in learning， to comprehensively exercise and improve students' practice ability， innovation ability and comprehensive engineering quality.

Key words： new engineering; CDIO; IoT engineering; practical teaching; multi-integration

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)被稱為世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，是IT產(chǎn)業(yè)的新興熱點。在我國，物聯(lián)網(wǎng)已上升為國家五大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。為了滿足國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展對高素質(zhì)人才的迫切需求，在教育部相關(guān)文件的指導(dǎo)下，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應(yīng)運而生。

2020年5G將正式步入商用，隨著5G商用進程的逐步深入，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)將迎來爆發(fā)式增長，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的需求將十分巨大，要求也會越來越高，高校作為物聯(lián)網(wǎng)人才的重要搖籃，其人才培養(yǎng)的實踐教學(xué)體系也應(yīng)適應(yīng)新時期的需要。如何建設(shè)好物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)，為我國的物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培養(yǎng)高質(zhì)量的人才成為廣大教育工作者關(guān)注的問題。實踐教學(xué)體系是實踐教學(xué)的整體規(guī)劃，是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)的核心內(nèi)容之一。

“新工科”建設(shè)是教育部基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向[1]。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[2]，強調(diào)以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，通過項目驅(qū)動的方式實現(xiàn)工程實踐能力和綜合創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，是“做中學(xué)”和“基于項目教學(xué)和學(xué)習(xí)”的集中概括和表達[3]。

本文將在新工科建設(shè)思想的指導(dǎo)下，從CDIO工程教育的視角，針對目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)中存在的問題，結(jié)合我校實際情況，對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系進行研究探索。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)涵蓋計算機科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)等多個學(xué)科領(lǐng)域，理論知識與實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)并重，要求學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)的物聯(lián)網(wǎng)知識應(yīng)用于日常生產(chǎn)、生活中，解決或優(yōu)化一些實際問題。實踐教學(xué)體系在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)中的地位舉足輕重，但是目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學(xué)還存在諸多問題。①重理論，輕實踐。學(xué)生很少有團隊開發(fā)項目的實際鍛煉機會，養(yǎng)成了“照書本做，不求甚解”的實驗習(xí)慣，被動按照實驗指導(dǎo)進行操作，缺乏主觀能動性，不利于綜合、設(shè)計、創(chuàng)新等實踐能力的培養(yǎng)。②實踐教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置脫節(jié)于行業(yè)應(yīng)用與技術(shù)發(fā)展，工程性不足[4]。實驗項目配套教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展脫節(jié)，未能跟蹤最新技術(shù)，滯后于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式及需求的迅速演變，工程化程度明顯不足。③有一部分學(xué)生認識模糊，學(xué)習(xí)積極性不高，做實驗敷衍應(yīng)付，甚至不做實驗。④實驗規(guī)劃缺乏整體性、多學(xué)科交叉融合不夠。實驗項目設(shè)置割裂了實際應(yīng)用項目的整體性和多學(xué)科知識應(yīng)用的關(guān)聯(lián)與交叉融合，脫離了行業(yè)應(yīng)用環(huán)境，以項目為驅(qū)動的工程化程度明顯不足，不利于學(xué)生對多個信息領(lǐng)域的技術(shù)進行綜合運用，限制了其分析、解決復(fù)雜問題的能力。

2 多元融合的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系

針對當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教學(xué)中的問題，依照當(dāng)前國家新工科建設(shè)育人要求，運用CDIO教育模式方法，結(jié)合我校的實際情況，從實踐課程體系、多元融合的授課模式、多元考評體系等幾個方面對多元融合的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系進行探索研究。

2.1 實踐課程體系

在我們的早期論文[5]中，按照“項目驅(qū)動、分層遞進”的原則，從基礎(chǔ)類實踐、專業(yè)類實踐、 綜合實踐和工程實踐四個層次給出了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐課程體系。通過基礎(chǔ)類實踐形成學(xué)生科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和研究方法，培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力及基本的編程能力;專業(yè)類實踐由淺入深、循序漸進分年級設(shè)置，通過第一學(xué)年末的專業(yè)認識實習(xí)，加深學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)前景的認識以提升學(xué)習(xí)興趣，從第二學(xué)年開始陸續(xù)開設(shè)計算機學(xué)科基礎(chǔ)和物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程，通過課內(nèi)實驗讓學(xué)生驗證已學(xué)的知識點，鞏固和加強有關(guān)知識內(nèi)容，培養(yǎng)實驗操作能力和靈活運用所學(xué)知識解決實際問題的創(chuàng)新能力;綜合實踐通過獨立設(shè)課的編程語言（C與JAVA）課程設(shè)計、物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計與嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計、6-8周的綜合實訓(xùn)等鍛煉學(xué)生綜合運用所學(xué)的編程語言獨立開發(fā)小型系統(tǒng)及算法設(shè)計與應(yīng)用的能力，訓(xùn)練學(xué)生運用物聯(lián)網(wǎng)軟、硬件知識開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的能力。

經(jīng)過幾屆學(xué)生的實踐教學(xué)檢驗，這套課程體系取得了一定的教學(xué)效果。同時也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如：物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計要用到嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程的知識，但在這套實踐課程體系中，物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計卻安排在嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用課程之前，不利于課程設(shè)計的開展，并且物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計與嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計有內(nèi)容與要求的重復(fù)。為了減少重復(fù)性的工作，使實踐教學(xué)更加合理，我們擬在新的物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)方案中，將物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計與嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計合并為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)課程設(shè)計，并將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)課程設(shè)計安排在單片機原理與應(yīng)用、傳感器原理與應(yīng)用、RFID 原理與應(yīng)用、嵌入系統(tǒng)原理與應(yīng)用等課程結(jié)課以后。

2.2 多元融合的授課模式

2.2.1 思政教育全貫穿

學(xué)習(xí)目標明確、態(tài)度端正，往往能取得事半功倍的學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)有部分學(xué)生比較迷茫，不知道學(xué)啥和怎樣學(xué)，只是每天被動的上下課，還有的學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高，認為學(xué)習(xí)沒用，更有部分學(xué)生一點學(xué)習(xí)興趣都沒有，懶于學(xué)習(xí)，而且對待實踐實驗敷衍應(yīng)付，甚至不做實驗。之所以出現(xiàn)這些問題，歸根結(jié)底還是學(xué)生的思想出了問題。為了解決這些問題，思想政治教育必須貫穿于整個課程的教學(xué)之中，特別是實踐教學(xué)，在知識講述的同時，結(jié)合與學(xué)習(xí)及國家行業(yè)發(fā)展相關(guān)的實踐，適時適度穿插一些思政教育，激發(fā)學(xué)生的愛國心與學(xué)習(xí)興趣，樹立志向，積極規(guī)劃自己的人生，明確目標，引導(dǎo)學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度、求真、力行，激勵學(xué)生自主地刻苦學(xué)習(xí)，多讀書、深思考、善提問、勤實踐，認真努力搞好學(xué)習(xí)。

2.2.2 校企多元合作

校企合作是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一種趨勢和共識。企業(yè)比較貼近產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際，能較好地把握當(dāng)前及未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，對產(chǎn)業(yè)需求、人才的崗位要求非常了解，有較強的工程技術(shù)能力，這些都是高校所欠缺的。校企合作培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才，可以充分發(fā)揮企業(yè)的優(yōu)勢，按照企業(yè)崗位需求來培養(yǎng)提高學(xué)生的工程技術(shù)能力，培養(yǎng)與就業(yè)對接，不僅為企業(yè)儲備人才，也解決了學(xué)生的就業(yè)，實現(xiàn)高校、企業(yè)、學(xué)生之間的互利共贏。為了使物聯(lián)網(wǎng)工程作這個新興專業(yè)的人才培養(yǎng)更貼近市場需求，切實提高學(xué)生的實踐動手能力，可以探索多元校企合作。①以企業(yè)實際課題作為實踐項目，將能力比較強的學(xué)生直接派到企業(yè)，參與企業(yè)項目開發(fā)，完成實踐課程，并由企業(yè)導(dǎo)師考核評定成績。②設(shè)立大學(xué)生創(chuàng)新基地，由企業(yè)工程師和校內(nèi)教師聯(lián)合組成導(dǎo)師團隊，分工協(xié)作，共同指導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情，培養(yǎng)團隊精神，提高團隊合作能力、溝通協(xié)調(diào)能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。③在校內(nèi)建設(shè)校企聯(lián)合實踐基地，為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐提供良好的實驗平臺和環(huán)境，供學(xué)生自主研學(xué)。④采用實際工程項目的開發(fā)方式進行實踐課程教學(xué)，請企業(yè)派資深工程師或項目經(jīng)理指導(dǎo)和管理，讓學(xué)生熟悉項目的具體開發(fā)流程，更好地把握工程實踐的具體進度及流程，與企業(yè)需求接軌。

2.2.3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、競賽驅(qū)動

為了提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識與能力，學(xué)科競賽指導(dǎo)教師分析研究近幾年相關(guān)的各類學(xué)科競賽的獲獎作品，結(jié)合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界的最新動態(tài)，發(fā)動學(xué)生查閱文獻資料，積極思考并設(shè)計出有創(chuàng)意的課題作為競賽或創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目的題目，以大學(xué)生創(chuàng)新基地為依托和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目為載體，組建開發(fā)團隊，參加相關(guān)的各級各類學(xué)科競賽，以賽促練。對于競賽獲獎的學(xué)生，除了在評優(yōu)、評獎學(xué)金有加分外，還可以按照獲獎等級分別給予對應(yīng)的創(chuàng)新學(xué)分，以此激勵和鼓勵更多的學(xué)生參與競賽項目，主動學(xué)習(xí)，從而達到提高實踐動手能力和創(chuàng)新能力的目的。通過這些舉措，我們?nèi)〉昧艘恍┏煽?。?015年以來，湖北文理學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)生取得了TI杯大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)競賽全國總決賽二等獎三項，全國高校移動互聯(lián)網(wǎng)大賽全國總決賽一等獎一項、二等獎一項，“中國軟件杯”大學(xué)生軟件設(shè)計大賽全國總決賽三等獎二項，互聯(lián)網(wǎng)+競賽省賽銅獎二項等多項具有含金量的學(xué)科競賽獎，并獲得了多項軟件著作權(quán)。

2.2.4 課程交叉融合，逐層遞階

在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系中，RFID原理與應(yīng)用、傳感器原理及應(yīng)用、單片機原理與應(yīng)用、嵌入式原理與應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理、Android應(yīng)用開發(fā)等課程是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用知識體系的核心組成部分，相互間銜接比較緊密，知識與應(yīng)用交叉融合。在設(shè)計構(gòu)建這些課程的實踐教學(xué)內(nèi)容時，必須考慮到這些課程之間的交叉融合和實踐教學(xué)體系的有機整體性。基于此，我們提出了基于項目分解的實踐教學(xué)體系，即設(shè)計一個融合各相關(guān)課程的大項目，再分解成小的實驗項目，分散在各相關(guān)課程的實踐教學(xué)中，由易到難、由簡單到復(fù)雜、逐層遞階分階段完成項目任務(wù)。隨著各相關(guān)課程的結(jié)課，大項目的各個小項目都完成了，最后再經(jīng)過集成整合，這個大的項目也就完成了。如此，學(xué)生既修完了課程，又做完了項目，積累了小項目和大項目的工程實戰(zhàn)經(jīng)驗，實踐動手能力得到提升。

為了響應(yīng)教育部2019年9月在關(guān)于深化本科教育教學(xué)改革全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的意見[6]中明確提出的要科學(xué)合理設(shè)置學(xué)分總量和課程數(shù)量，增加學(xué)生投入學(xué)習(xí)的時間，提高自主學(xué)習(xí)時間比例的新時期本科教育改革要求，我們可以步子邁的更大一些。以單片機原理與應(yīng)用、Android應(yīng)用開發(fā)課程為先導(dǎo)，將RFID原理與應(yīng)用、傳感器原理及應(yīng)用、嵌入式原理與應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)感知課程設(shè)計、嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計整合為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)一門課程，打破課程界限，注意各課程知識點的交叉銜接，刪減重復(fù)內(nèi)容，從物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)頂層設(shè)計重構(gòu)課程的理論與實踐教學(xué)內(nèi)容，重構(gòu)課程實驗及課程設(shè)計內(nèi)容，將RFID、傳感器、嵌入式系統(tǒng)有機融合，以項目為驅(qū)動設(shè)計課內(nèi)實踐，組織實施實踐教學(xué)工作，并根據(jù)實際教學(xué)效果和學(xué)生的反饋，逐步調(diào)整完善。

2.3 多元考評體系

在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐課程體系中，基礎(chǔ)類實踐、專業(yè)類實踐、 綜合實踐和工程實踐四個層次的要求各不一樣，應(yīng)建立多元考評體系，制定考評標準時應(yīng)考慮課程特點，突出課程的實踐能力、創(chuàng)新能力、分析問題與解決問題的綜合能力要求。同時，為了激勵學(xué)生踴躍參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、各級學(xué)科競賽活動，學(xué)生在這些活動中取得的成績也應(yīng)納入實踐考評體系中，根據(jù)業(yè)績大小和獲獎等級給予相應(yīng)的創(chuàng)新學(xué)分。專業(yè)認識實習(xí)考查學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)前景的認識能力，驗證型實驗項目著重實驗操作能力的考核，綜合型實驗項目考查學(xué)生運用所學(xué)知識的基本能力，設(shè)計型實驗考查學(xué)生靈活運用所學(xué)知識解決實際問題能力和創(chuàng)新能力，綜合實訓(xùn)考查學(xué)生綜合運用軟硬件知識開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的能力，校企合作指導(dǎo)的實踐項目由教師和企業(yè)工程師共同按照培養(yǎng)目標和企業(yè)的產(chǎn)品或項目標準進行考評。

3 結(jié)束語

在新工科建設(shè)的背景下，針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的問題，借鑒CDIO教育模式，以綜合能力培養(yǎng)為目標，項目驅(qū)動，多元融合，改革優(yōu)化實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。通過思政教育全貫穿，激發(fā)學(xué)生的愛國心與學(xué)習(xí)興趣，明確目標，端正態(tài)度，主動學(xué)習(xí)。通過校企多元合作，與企業(yè)接軌，培養(yǎng)提高學(xué)生的工程技術(shù)能力、團隊合作能力、溝通協(xié)調(diào)能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力;通過課程交叉融合、逐層遞階，讓學(xué)生在做中學(xué)，積累大項目的工程實戰(zhàn)經(jīng)驗，提升實踐綜合能力。通過能力為主要標準的多元考評，促進學(xué)生積極地學(xué)習(xí)。實踐表明，此改革措施有利于推動學(xué)生自主學(xué)習(xí)，全面鍛煉與提升學(xué)生實踐能力、創(chuàng)新能力和工程綜合素質(zhì)。我們將在此基礎(chǔ)上，不斷總結(jié)經(jīng)驗，優(yōu)化實踐教學(xué)體系，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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