實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式研究

邵星 王翠香 劉其明 項(xiàng)慧慧 孟海濤

摘 要：針對《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》課程特點(diǎn)，提出采用實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動模式組織教學(xué)，并闡述了實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)的含義以及具體實(shí)施過程。實(shí)踐證明，實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)模式在提升學(xué)生動手實(shí)踐能力和團(tuán)隊協(xié)作能力方面有很大成效，在學(xué)科競賽等方面取得一定成果，對實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生動手能力提高具有實(shí)際意義，同時對其它實(shí)踐課程教學(xué)具有一定借鑒意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；綜合實(shí)訓(xùn)；實(shí)踐創(chuàng)新；項(xiàng)目驅(qū)動

DOI：10.11907/rjdk.173243

中圖分類號：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）006-0224-03

Abstract：According to the characteristics of the course Comprehensive Training of Internet of Things，this paper proposes the teaching mode driven by practical innovation projects in the teaching，and elaborates its meaning and implementation process.The teaching practice has proved that the teaching model driven by practical innovation project has a great effect on raising students' practical ability and team cooperation ability，and has significance on the improvement of teaching quality and practical ability of students.Besides，certain achievements have been made in the academic competition.And the teaching mode driven by practical innovation projects is also of certain reference significance to other practical courses.

Key Words：Internet of Things； integrated practical training； practical innovation； project-driven

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)工程是一門涉及計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)工程、電子信息工程等多個專業(yè)的綜合性、交叉性新興學(xué)科[1，2]。作為一門工科專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)著重培養(yǎng)學(xué)生綜合利用理論知識設(shè)計與實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的工程實(shí)踐能力及工程創(chuàng)新能力[3，4]。而學(xué)生工程實(shí)踐能力與工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升，必須通過大量實(shí)踐類課程的開設(shè)和實(shí)施實(shí)現(xiàn)[5]。

《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生在學(xué)習(xí)完相關(guān)專業(yè)課程后必修的一門綜合性實(shí)踐課程[6]，其目的是通過設(shè)計、開發(fā)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用系統(tǒng)，讓學(xué)生掌握利用相關(guān)理論知識進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計原理和編程實(shí)現(xiàn)方法，加深對物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵理論知識和典型應(yīng)用的理解，培養(yǎng)和強(qiáng)化學(xué)生設(shè)計實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的動手實(shí)踐能力。

因此，如何改進(jìn)《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》課程的教學(xué)模式和教學(xué)方法、強(qiáng)化課程教學(xué)效果，對培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的動手實(shí)踐能力、實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[7]。

1 《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》課程教學(xué)模式

《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的高年級綜合實(shí)踐課程，目標(biāo)是著重培養(yǎng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計能力和開發(fā)實(shí)現(xiàn)能力[8-10]。如何在時間有限的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性，最大程度地提升學(xué)生的實(shí)踐動手能力，是實(shí)現(xiàn)《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》課程目標(biāo)的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)模式多為驗(yàn)證型模式[11，12]。教師布置實(shí)踐任務(wù)，學(xué)生依據(jù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的詳細(xì)內(nèi)容，按部就班地完成開發(fā)任務(wù)。學(xué)生在整個過程中，更多是被動接受實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的設(shè)計方案，過分依賴實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書的步驟和內(nèi)容，缺乏對實(shí)訓(xùn)任務(wù)的思考、分析、理解、設(shè)計。大部分學(xué)生對實(shí)訓(xùn)任務(wù)雖能完成，但不能掌握關(guān)鍵設(shè)計思想和開發(fā)方法。當(dāng)學(xué)生遇到新的應(yīng)用系統(tǒng)需求、新的應(yīng)用場景下系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)時，往往不能靈活運(yùn)用所學(xué)知識，舉一反三地解決新問題，影響了設(shè)計能力、創(chuàng)新能力的發(fā)展和培養(yǎng)，不利于綜合實(shí)踐能力的提升。此外，目前實(shí)際的企業(yè)級項(xiàng)目，往往需求繁雜、功能點(diǎn)較多，需要較多成員組成團(tuán)隊協(xié)作完成。而在傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)課程開展中，往往每個學(xué)生完成單個任務(wù)，學(xué)生之間交流較少，不利于學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力[13-15]的培養(yǎng)。

針對傳統(tǒng)實(shí)踐類課程教學(xué)存在的問題以及《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》課程特點(diǎn)，本文提出實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)模式，并將其應(yīng)用于《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》的整個教學(xué)過程中。

具體來說，實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動模式以學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)為核心，以驅(qū)動項(xiàng)目為載體，結(jié)合工程設(shè)計思想，以培養(yǎng)學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計能力、開發(fā)實(shí)現(xiàn)能力、創(chuàng)新能力、溝通能力、團(tuán)隊協(xié)作能力為主線。通過具有應(yīng)用場景的實(shí)際工程項(xiàng)目任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性、主動性，組織學(xué)生組成團(tuán)隊、分工協(xié)作，引導(dǎo)學(xué)生自主思考系統(tǒng)設(shè)計方案和開發(fā)方法，并充分利用各種成熟的系統(tǒng)開發(fā)流程模型，督促學(xué)生不斷完善系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)。從而讓學(xué)生在一個從項(xiàng)目設(shè)計、開發(fā)到測試的全流程完整實(shí)踐中，掌握工業(yè)級項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和開發(fā)流程，加深對理論知識的理解與掌握，著重培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力、開發(fā)能力。更為重要的是，讓學(xué)生掌握系統(tǒng)設(shè)計方法，具備舉一反三靈活運(yùn)用的能力及一定程度的創(chuàng)新能力，既要讓學(xué)生獲得“魚”，更要讓學(xué)生掌握“漁”。

實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)模式應(yīng)用于《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》的路線如圖1所示。實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目的來源可以是學(xué)科競賽、教師科研項(xiàng)目、學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目或?qū)W生自擬題目，而項(xiàng)目選擇則要結(jié)合項(xiàng)目的難易程度、知識點(diǎn)覆蓋范圍等進(jìn)行綜合考量。整個教學(xué)過程分為項(xiàng)目選擇、學(xué)生分組、設(shè)計與開發(fā)、報告撰寫、過程與結(jié)果考評等階段，著力培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力與溝通能力、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)能力、書面總結(jié)能力等。同時通過實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動的教學(xué)模式，在培養(yǎng)學(xué)生相關(guān)能力后，有力促進(jìn)學(xué)生在學(xué)科競賽等方面的工作與成果。

2 實(shí)施步驟

基于實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)踐教學(xué)模式，全過程以實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目為主線，通過項(xiàng)目選擇、學(xué)生分組、設(shè)計與開發(fā)、報告撰寫、過程結(jié)果考評、反饋與促進(jìn)等步驟實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式的具體實(shí)施，在實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目開發(fā)過程中，培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)能力。

2.1 項(xiàng)目選擇

實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目是整個教學(xué)模式的載體，直接影響實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)成效。項(xiàng)目來源于學(xué)科競賽、教師科研項(xiàng)目、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目、自擬課題。

項(xiàng)目選擇要堅持項(xiàng)目的典型性、完整性、應(yīng)用性、差異性。①典型性，是指項(xiàng)目應(yīng)屬于典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，如智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療、智能家居等，堅持項(xiàng)目的物聯(lián)系統(tǒng)屬性，不偏離課程培養(yǎng)目標(biāo)；②完整性，是指項(xiàng)目應(yīng)包括物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的4個層次，即感知識別、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、管理服務(wù)、綜合應(yīng)用。只有通過完整性的項(xiàng)目實(shí)施，才能夠鍛煉學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)4層次的完整開發(fā)能力，培養(yǎng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的全局整體觀念；③應(yīng)用性，是指項(xiàng)目應(yīng)有具體應(yīng)用場景，貼近學(xué)生學(xué)習(xí)和生活，開發(fā)完成后的項(xiàng)目看得見、摸得著、用得到，諸如環(huán)境監(jiān)測、智能家居、智慧醫(yī)療、基于RFID的圖書管理等物聯(lián)網(wǎng)重要經(jīng)典應(yīng)用，避免選擇需要較強(qiáng)專業(yè)背景、業(yè)務(wù)邏輯復(fù)雜的應(yīng)用；④差異性，是指針對學(xué)生的實(shí)際能力，設(shè)置不同的難度等級和每個等級對應(yīng)的功能點(diǎn)需求，做到因材施教，同時鼓勵學(xué)生充分發(fā)揮主觀能動性，挑戰(zhàn)難度大的等級。

2.2 學(xué)生分組

項(xiàng)目選定后，鼓勵學(xué)生自由組合組建團(tuán)隊，每組4～6人。每個小組成立后，由組員選舉1名同學(xué)擔(dān)任組長，并實(shí)行組長負(fù)責(zé)制。小組成員按照項(xiàng)目任務(wù)量和功能點(diǎn)，結(jié)合小組成員的特長、能力、經(jīng)驗(yàn)等因素，協(xié)商進(jìn)行任務(wù)劃分。任務(wù)劃分確定后，小組組長負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、調(diào)度小組的整體設(shè)計和項(xiàng)目進(jìn)度。鼓勵小組成員之間的交流和溝通，鼓勵每個小組全程跟蹤每位同學(xué)在項(xiàng)目組中的工作情況，定期進(jìn)行記錄和考評。

2.3 設(shè)計與開發(fā)

選定的項(xiàng)目是具體的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)，教師就各小組項(xiàng)目所用共性技術(shù)、原理、難點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講解。小組成員按照工業(yè)級系統(tǒng)工程思想，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)設(shè)計5個階段，即需求分析、規(guī)格說明、體系結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟硬件構(gòu)建設(shè)計、系統(tǒng)集成5個步驟，對系統(tǒng)進(jìn)行分階段、分模塊設(shè)計與劃分，每位小組成員負(fù)責(zé)相應(yīng)的任務(wù)和功能，并制定相應(yīng)的設(shè)計開發(fā)時間表。在項(xiàng)目設(shè)計和開發(fā)過程中，鼓勵小組成員之間多交流溝通，就各個模塊之間、各個流程與步驟之間的銜接、接口對接等問題進(jìn)行及時溝通和協(xié)調(diào)，確保系統(tǒng)進(jìn)度按照時間表開展。在設(shè)計開發(fā)過程中，鼓勵小組成員獨(dú)立解決遇到的問題和困難，鍛煉學(xué)生的獨(dú)立工作能力和問題分析能力。對出現(xiàn)的重大失誤及時指出，避免出現(xiàn)方向性錯誤問題。每個學(xué)生通過對分配任務(wù)的設(shè)計開發(fā)工作，鍛煉設(shè)計開發(fā)能力；小組成員之間就項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)行溝通交流，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力。

2.4 報告撰寫

在項(xiàng)目設(shè)計開發(fā)過程中，鼓勵學(xué)生及時將過程記錄下來，形成文字記錄，為設(shè)計文檔的總結(jié)和撰寫積累素材。項(xiàng)目開展過程中，要求學(xué)生按照系統(tǒng)工程思想，形成一系列相關(guān)文檔，包括需求分析報告、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計說明書、軟硬件構(gòu)建設(shè)計說明書、系統(tǒng)集成說明書、系統(tǒng)集成與測試說明書、系統(tǒng)設(shè)計報告等。鼓勵學(xué)生在文檔中完整記錄設(shè)計開發(fā)流程，并對自己的認(rèn)識、見解進(jìn)行說明，更多體現(xiàn)自己的設(shè)計開發(fā)思路，培養(yǎng)學(xué)生撰寫技術(shù)文檔的能力。

2.5 過程與結(jié)果考評

在整個項(xiàng)目開發(fā)過程中，實(shí)行全過程考評。在設(shè)計的每個階段，教師對每個學(xué)生的任務(wù)完成情況、工作態(tài)度和考勤等各方面進(jìn)行相應(yīng)評價。對難度較大、完成質(zhì)量較高的項(xiàng)目課題，適當(dāng)考慮加分。在課程結(jié)束時，安排學(xué)生以小組為單位進(jìn)行小組答辯，每個小組向全班同學(xué)匯報設(shè)計方案、關(guān)鍵問題、成果、收獲和不足等內(nèi)容。教師現(xiàn)場提問，根據(jù)答辯情況、作品完成情況進(jìn)行考評，提出明確意見和建議并評分。

2.6 反饋與促進(jìn)

實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動的《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》教學(xué)模式，促進(jìn)了學(xué)生在團(tuán)隊協(xié)作能力、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)能力等方面綜合素質(zhì)的提升。而學(xué)生綜合能力的提升，對參加學(xué)科競賽、開展實(shí)施創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目等具有促進(jìn)作用。

近3年來，通過實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》教學(xué)模式的研究與實(shí)施，鹽城工學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程系學(xué)生獲中國大學(xué)生計算機(jī)設(shè)計大賽全國總決賽一等獎1項(xiàng)和省級一等獎1項(xiàng)、TI杯物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽省級特等獎1項(xiàng)和全國二等獎1項(xiàng)、博創(chuàng)杯嵌入式設(shè)計大賽全國一等獎1項(xiàng)、賽佰特杯物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計大賽全國一等獎1項(xiàng)和二等獎1項(xiàng)。實(shí)現(xiàn)了《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》教學(xué)模式改革與學(xué)生素質(zhì)能力提升的良性循環(huán)，取得了良好的教學(xué)效果。

3 結(jié)語

實(shí)踐表明，實(shí)踐創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)模式在《物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)》實(shí)踐教學(xué)中取得了較好的教學(xué)效果。通過項(xiàng)目驅(qū)動的實(shí)施，能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生的實(shí)踐能力和團(tuán)隊合作能力也都得到了明顯提高，同時有力促進(jìn)了學(xué)生在學(xué)科競賽等方面獲得成果。為了能更好地提高學(xué)生實(shí)踐能力，還需要在今后的實(shí)踐教學(xué)中繼續(xù)開拓與探索，以期達(dá)到更好的實(shí)踐效果。

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（責(zé)任編輯：何 麗）