面向卓越工程師培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)改革

尚志會+李洪進(jìn)+羅旭+謝小芳+董利

摘 要： 針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用教學(xué)知識點(diǎn)瑣碎，理論與實(shí)際操作不能夠有效地相結(jié)合等問題，提出一種包括理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、第二課堂等相結(jié)合的教學(xué)模式。通過2015-2017年間的教學(xué)模式驗(yàn)證，教學(xué)效果明顯改善。實(shí)踐證明，該教學(xué)模式能有效提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞： 卓越工程師； 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)； 教學(xué)改革； 物聯(lián)網(wǎng)工程

中圖分類號：TP39 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）01-83-03

Teaching reform of Internet of Things technology for outstanding engineers training

Shang Zhihui， Li Hongjin， Luo Xu， Xie Xiaofang， Dong Li

（School of Medical Information Engineering， Zunyi Medical University， Zunyi， Guizhou， 563000， China）

Abstract： Aiming at the problems that the trivial knowledge point of the "Technology and Application of Internet of Things" teaching， and the theory and practical operation cannot be effectively combined and so on， Proposes a kind of teaching mode which includes the theory teaching， the practical teaching， and the integration of second classroom. Through the validation of teaching mode in 2015-2017， teaching effect has improved significantly. The practice has proved that the teaching mode can effectively improve the teaching quality of the "Technology and Application of Internet of Things" course.

Key words： outstanding engineers； Internet of things technology； teaching reform； Internet of Things engineering

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是近年來被人們所熟知的一個(gè)概念，它是繼計(jì)算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信后世界產(chǎn)業(yè)革命之后的又一個(gè)浪潮，被公認(rèn)為下一個(gè)萬億級產(chǎn)業(yè)。所以，它的市場前景可想而知，以后的發(fā)展必將成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會進(jìn)步和科技創(chuàng)新的重要設(shè)施保障，也必將改變?nèi)藗兊纳罘绞絒1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中發(fā)揮重要的地位，尤其物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)中的教學(xué)更為明顯。目前，很多國內(nèi)專家學(xué)者對該課程的教學(xué)研究進(jìn)行了深入地剖析與探討，并取得了明顯的效果。本文以卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃為指導(dǎo)，與我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)實(shí)踐想結(jié)合，并根據(jù)理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。實(shí)踐證明，物聯(lián)網(wǎng)理論教學(xué)過程中，根據(jù)實(shí)踐的第二課堂，更能有效地將物聯(lián)網(wǎng)理論系統(tǒng)與實(shí)踐相結(jié)合，提高了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用的教學(xué)質(zhì)量，提升了學(xué)生的實(shí)踐能力[2-4]。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用在教學(xué)中存在的問題

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程在教學(xué)中主要分為兩個(gè)部分：理論教學(xué)與實(shí)踐。而現(xiàn)在很多高校主要以理論教學(xué)為主，不能夠滿足學(xué)生實(shí)踐的需求。所以為了滿足國家培養(yǎng)卓越工程師的目標(biāo)，加強(qiáng)學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐中的培養(yǎng)，讓學(xué)生更好地去精通物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)踐的整個(gè)流程。所以，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)不僅僅是培養(yǎng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)的理論學(xué)習(xí)能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生有理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力，從而達(dá)到培養(yǎng)下一代卓越工程師的目標(biāo)要求。雖然，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用的教學(xué)在近幾年得到很大的提升，但仍然存在一些需要解決的問題[5]。

1.1 理論教學(xué)中的問題

傳統(tǒng)教學(xué)方式主要是根據(jù)課本知識進(jìn)行講解，而學(xué)生反映這樣會枯燥乏味，并且學(xué)生對互聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用方面沒有一個(gè)很好地認(rèn)識。所以，這種教學(xué)方式不僅讓學(xué)生聽課能力下降，更不能提升學(xué)生動手編程的操作能力。

另外，針對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用的理論教學(xué)內(nèi)容比較多，包括STM32W無線單片機(jī)、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、Wi-Fi協(xié)議原理與開發(fā)應(yīng)用、GPRS通信原理與應(yīng)用、傳感器原理等內(nèi)容，如果單純講解理論知識沒有實(shí)際操作，更讓學(xué)生感到力不從心。

1.2 實(shí)踐教學(xué)中的問題

首先，很多高校教師缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，尤其對于遵義醫(yī)學(xué)院而言，計(jì)算機(jī)專業(yè)是學(xué)校的非主流學(xué)科，更要加大對醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院教師的實(shí)踐培養(yǎng)能力，每年寒暑假能夠定期讓部分教師去軟件項(xiàng)目公司進(jìn)修培訓(xùn)。

其次，對于新開設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，學(xué)校的實(shí)踐設(shè)備還不夠完善，不能滿足教師與學(xué)生實(shí)踐課堂的需求，很多教師安排的實(shí)驗(yàn)是ppt演示或理論講解，缺少對學(xué)生實(shí)際操作能力的培養(yǎng)，所以，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教研中心設(shè)備需要進(jìn)一步完善。

最后，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用本身是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，則可以不定期組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)科競賽活動，提高學(xué)生實(shí)踐能力。

1.3 教學(xué)考核的問題

現(xiàn)在大多數(shù)高校學(xué)生的成績一般有考勤、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、短期培訓(xùn)、期末考試等組成，尤其對于遵義醫(yī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生，考核方式更加單一，由平時(shí)成績與期末考試兩部分組成，這種考核簡單的方式更難培養(yǎng)出動手能力及編程能力強(qiáng)的學(xué)生。endprint

2 改革方案

2.1 理論教學(xué)改革

在理論教學(xué)課堂上，我們探索了一種理論與實(shí)踐相結(jié)合的授課方式，具體實(shí)施辦法包括以下幾方面。

⑴ 授課方式

當(dāng)教師講解某一個(gè)系統(tǒng)接口的應(yīng)用時(shí)，通過實(shí)際操作讓學(xué)生更清楚了解接口的應(yīng)用。比如：ZigBee光照采集實(shí)現(xiàn)中，怎樣通過主控協(xié)調(diào)器建立起ZigBee協(xié)調(diào)器與光光傳感器節(jié)點(diǎn)之間的點(diǎn)對點(diǎn)通信。但如果教師實(shí)際操作一遍，學(xué)生記憶更加深刻，課下學(xué)生實(shí)踐興趣也大大提升，這種理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式往往更容易被學(xué)生所接受[6]。

⑵ 授課內(nèi)容

講課過程注重聯(lián)系實(shí)際項(xiàng)目，所以對于基本理論輕描淡寫一講而過足矣，重點(diǎn)講解物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例中有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)、通信與感知技術(shù)等模塊，讓學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)安全與理論等內(nèi)容有初步的了解就行。因?yàn)樵谝院蟮膶W(xué)習(xí)實(shí)踐中，物聯(lián)網(wǎng)安全等內(nèi)容確實(shí)用的很少，具體項(xiàng)目實(shí)施過程中物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、通信等功能實(shí)現(xiàn)很重要。

2.2 實(shí)踐教學(xué)改革

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是實(shí)踐性很強(qiáng)的一門課程，只有將理論與實(shí)踐相結(jié)合，才能提高學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)出大批卓越工程師。新的教學(xué)目標(biāo)讓學(xué)生通過物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)、感知通信技術(shù)、支撐技術(shù)等基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)開發(fā)和系統(tǒng)集成的能力，而傳統(tǒng)教學(xué)方式很難培養(yǎng)出高級工程師和網(wǎng)絡(luò)工程師，所以必須在實(shí)踐方面大規(guī)模改革[7]。

⑴ 在學(xué)校硬件環(huán)境滿足的情況下，實(shí)踐過程中，壓縮合并不必要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，主要講解項(xiàng)目模塊實(shí)現(xiàn)過程，以及各模塊集成的應(yīng)用，不再講解實(shí)踐細(xì)節(jié)，從而增加學(xué)生的實(shí)踐時(shí)間。

⑵ 提升學(xué)生課下實(shí)踐能力，課下實(shí)踐即第二課堂。主要給學(xué)生開設(shè)固定的硬件實(shí)驗(yàn)室，如網(wǎng)絡(luò)、開發(fā)平臺、打印、硬件實(shí)踐器材等設(shè)施。教師授課結(jié)束后，學(xué)生通過第二課堂培養(yǎng)實(shí)踐操作能力和同學(xué)之間有關(guān)項(xiàng)目問題的溝通交流能力。這樣不僅使學(xué)生獨(dú)立編程能力有所提升，更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

⑶ 如果教師有科研項(xiàng)目，應(yīng)盡量引導(dǎo)學(xué)生參與其中。通過實(shí)踐不僅鍛煉學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，還能夠開拓學(xué)生對該領(lǐng)域的視野，鍛煉學(xué)生理論與實(shí)踐相互轉(zhuǎn)化的能力。學(xué)生參與的項(xiàng)目如果獲獎(jiǎng)，還可以給學(xué)生記第二課堂學(xué)分，對于評定獎(jiǎng)學(xué)金有一定的幫助。

2.3 考核方式改革

傳統(tǒng)的考核方式主要是考勤、作業(yè)、期末考試相結(jié)合。為了考核實(shí)踐能力，我們可以把期末筆試改為上機(jī)操作形式；另外增加學(xué)院內(nèi)部創(chuàng)新項(xiàng)目競賽數(shù)量，并將其作為總成績考試的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

⑴ 除了考勤、作業(yè)、期末考試之外，我們可以對提交作業(yè)的質(zhì)量與效率也納入考核，期末考試由理論形式變?yōu)樯蠙C(jī)操作。在整個(gè)考核中考勤占總成績30%，提交作業(yè)質(zhì)量和效率占總成績30%，上機(jī)考試占總成績的40%。

⑵ 組織學(xué)生參與學(xué)院內(nèi)部創(chuàng)新項(xiàng)目，創(chuàng)新性項(xiàng)目主要包括：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、軟件設(shè)計(jì)競賽、多媒體競賽以及老師的科研項(xiàng)目，所以創(chuàng)新實(shí)踐主要培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)自編程的能力，如果在創(chuàng)新實(shí)踐中參與或獲獎(jiǎng)，則為第二課堂成績記入期末考核中。這樣，既可以提升實(shí)踐能力，為后期評優(yōu)評先打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，更有利于學(xué)校的學(xué)風(fēng)建設(shè)。

2.4 校企合作改革

⑴ 以往校企合作是聘請企業(yè)項(xiàng)目工程師來學(xué)校進(jìn)入我們的教學(xué)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，對學(xué)生進(jìn)行1-2周短期培訓(xùn)，他們能夠更好地在具體項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)上進(jìn)行傳授、授業(yè)、解惑。學(xué)生可以通過解決這些問題來提升對學(xué)習(xí)的積極性，增加自己的動手實(shí)踐能力，激發(fā)對物聯(lián)網(wǎng)編程的學(xué)習(xí)。同時(shí)，學(xué)生為學(xué)院每學(xué)期中組織的教學(xué)相長會提供寶貴的意見。下一步的改革是能夠讓學(xué)生在寒暑假進(jìn)入企業(yè)內(nèi)部進(jìn)行更長期的實(shí)習(xí)。

⑵ 在寒暑假教師帶領(lǐng)學(xué)生隊(duì)伍進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)，不僅能夠培養(yǎng)骨干教師隊(duì)伍，造就拔尖開發(fā)人才，更能為學(xué)院教師注入新的活力，對學(xué)校教師隊(duì)伍的發(fā)展有更好的幫助，提升教師綜合能力。

3 教學(xué)活動執(zhí)行情況與效果

在2015-2017年的教學(xué)實(shí)踐中，我們對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用的考核方式、理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行探索與改革，形成一套完整的教學(xué)體系。學(xué)生通過理論與實(shí)踐相結(jié)合，不僅提升個(gè)人編程能力，更提高了對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的學(xué)習(xí)興趣。每學(xué)年結(jié)束后，學(xué)院組織教師對所教課程的大綱作一個(gè)總結(jié)，針對大綱要求和教學(xué)計(jì)劃作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與修改，以確保后期教學(xué)能夠進(jìn)一步完善。

學(xué)生課下通過第二課堂和學(xué)習(xí)幫扶活動，不僅提高了學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)的積極性與主動性，也促進(jìn)了學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成應(yīng)用的掌握，為學(xué)生后期學(xué)習(xí)其他程序語言打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。調(diào)查結(jié)果顯示，不管在考勤、平時(shí)作業(yè)、期末考試上，學(xué)生們在考勤率、作業(yè)質(zhì)量與水平、期末考試不及格率都有明顯的改善。通過對一個(gè)50人的專業(yè)的出勤率、第二課堂參與率、期末考試通過率等人數(shù)驗(yàn)證，從驗(yàn)證結(jié)果看，與過去教學(xué)模式對比發(fā)現(xiàn)，改革后教學(xué)效果有明顯的提升。不同教學(xué)模式學(xué)生出勤率，第二課堂、期末考試通過率等人數(shù)對比圖，如圖1所示。

4 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)是我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特色專業(yè)，在近幾年的教學(xué)實(shí)踐中，以形成一種校內(nèi)外聯(lián)合培養(yǎng)卓越工程師的隊(duì)伍。通過院系實(shí)踐證明，結(jié)合學(xué)生反饋意見，文章提出的面向卓越工程師培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)改革的教學(xué)方案大大改善了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教學(xué)效果，為我校培養(yǎng)衛(wèi)生系統(tǒng)國家優(yōu)秀卓越工程師提供有力的參考價(jià)值。但是，目前對于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)改革的研究與探索還不夠深入，后期的教學(xué)改革在學(xué)生動手實(shí)踐方面還需要更大的提升。

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