新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例建設(shè)

王毅 張滬寅 黃建忠 彭紅梅 何承達(dá)

摘 要：為了使物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)過(guò)程符合其課程體系建設(shè)發(fā)展需要，滿(mǎn)足新工科背景下人才培養(yǎng)需求，緊跟日新月異的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展走向，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)授課的形式、內(nèi)容、方法進(jìn)行全面歸納總結(jié)，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行升級(jí)改造。武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院為解決“通用性不足”、“難以跨專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)”、“課程資源不足”3個(gè)問(wèn)題，提出了“四環(huán)節(jié)六類(lèi)型”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系連通實(shí)驗(yàn)課程間的案例資源;以案例資源模塊化方式實(shí)現(xiàn)跨專(zhuān)業(yè)教學(xué);利用競(jìng)賽、云計(jì)算等課程外動(dòng)力補(bǔ)足課程資源、提高開(kāi)放效能，有效提升了物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)效果。

關(guān)鍵詞：新工科;物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué);實(shí)驗(yàn)案例

DOI：10. 11907/rjdk. 182216

中圖分類(lèi)號(hào)：G436文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-7800（2019）002-0182-04

Abstract：In order to make the experimental teaching and training process of Internet of Things specialty meet the development needs of the curriculum system construction of Internet of Things specialty， and to meet the training needs of talents under the background of new subjects， as well as to keep abreast of the rapid development trend of Internet of Things technology，it is necessary to summarize the forms， contents and methods of the experiment teaching，and upgradation and reform are conducted aiming at the experimental teaching characteristics of Internet of Things specialty. In order to solve the three problems of insufficient generality， difficult cross-specialty training and insufficient curriculum resources，school of computer science，Wuhan? University has put forward four links and six types experimental teaching system to connect case resources between experimental courses， modularized the case resources to satisfy the realization of cross-specialty teaching，as well as made use of extracurricular power such as competition and cloud computing to supplement curriculum resources and improve open efficiency. These measures have effectively improved the training effect of Internet of Things experimental teaching.

Key Words：new engineering and technical disciplines;the experimental teaching of IOT;experimental case

0 引言

根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟ITU發(fā)布的2005年報(bào)定義，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）主要解決物到物（Thing to Thing， T2T）、人到物（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之間的互聯(lián)[1-2]。教育部2010年正式設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)后，眾多高校在如何建設(shè)符合物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)特色的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、完善物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)案例資源方面進(jìn)行了許多有益嘗試，并總結(jié)了許多有效的教學(xué)理念和實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)方法[3-7]。但是，誠(chéng)如哈佛大學(xué)前任校長(zhǎng)德里克·博克所言，一個(gè)課程體系的壽命不會(huì)超過(guò)20年，所以作為新工科支柱產(chǎn)業(yè)之一的物聯(lián)網(wǎng)，其課程體系建設(shè)必須圍繞行業(yè)自身規(guī)律及社會(huì)需求不斷發(fā)展革新。在具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，如何確保實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、模式、理念始終符合課程體系建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與人才培養(yǎng)實(shí)際需求，是一個(gè)值得探討與研究的問(wèn)題。同時(shí)，考慮到教育資源有限，如何以最低成本、最大效果解決以上問(wèn)題，從軟硬件整合角度進(jìn)行深入探索和改進(jìn)，對(duì)提高高校物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)建設(shè)水平，夯實(shí)國(guó)家戰(zhàn)略具有積極意義[8]。

1 可能存在的問(wèn)題

武漢大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)是全國(guó)首批獲得教育部審批開(kāi)設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)之一，于2014年申請(qǐng)獲批國(guó)家級(jí)改善辦學(xué)條件專(zhuān)項(xiàng)（物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)項(xiàng)目）資金200萬(wàn)元，陸續(xù)建設(shè)了“RFID綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)”、“傳感網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)”、“物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)踐平臺(tái)”三大實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，目前可開(kāi)設(shè)10門(mén)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，共143個(gè)實(shí)驗(yàn)案例。雖然其在物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)建設(shè)方面取得了一定成果，但由于經(jīng)驗(yàn)、資金和人員等多方面原因，在實(shí)驗(yàn)案例資源建設(shè)過(guò)程中還存在一些問(wèn)題。

1.1 部分實(shí)驗(yàn)案例資源碎片化，無(wú)法跨課程使用，缺乏通用性

目前工科院校課程結(jié)構(gòu)缺位錯(cuò)位現(xiàn)象普遍，由于學(xué)科與學(xué)科、課程與課程沒(méi)能建立有效關(guān)聯(lián)，造成課程分布“碎片化”，使得現(xiàn)有課程體系與“中國(guó)制造2025”發(fā)展路徑之間出現(xiàn)“分離化”現(xiàn)象[9]。由于物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)時(shí)間較短，初期建設(shè)實(shí)驗(yàn)案例時(shí)只做到滿(mǎn)足單一實(shí)驗(yàn)課程的具體教學(xué)需求，而忽視了課群建設(shè)中課程間的內(nèi)在聯(lián)系，因此導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)案例資源碎片化。

以RFID相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程為例，面向物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)、卓越工程師班開(kāi)設(shè)了RFID原理及應(yīng)用（含18學(xué)時(shí)課間實(shí)驗(yàn)）、面向物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了RFID綜合設(shè)計(jì)（1學(xué)分，72學(xué)時(shí)）共2門(mén)課程。RFID相關(guān)實(shí)驗(yàn)案例包含基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)、綜合3類(lèi)共21個(gè)，較好地滿(mǎn)足了RFID相關(guān)課程的教學(xué)需求。但后續(xù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于教學(xué)設(shè)備在硬件數(shù)據(jù)接口及軟件API方面存在使用限制，僅能在PC上的vs2010環(huán)境中運(yùn)行，導(dǎo)致卓越工程師班學(xué)生在嵌入式系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)（1學(xué)分，72學(xué)時(shí)）中，物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)（1學(xué)分，72學(xué)時(shí)）中無(wú)法直接使用RFID相關(guān)案例資源，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1.2 技術(shù)迭代迅速，但標(biāo)準(zhǔn)化教學(xué)資源較少，難以打造跨專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

美國(guó)權(quán)威咨詢(xún)機(jī)構(gòu)Forester預(yù)測(cè)，到2020年，世界上物物互聯(lián)的業(yè)務(wù)，跟人與人通信的業(yè)務(wù)相比，將達(dá)到30∶1，因此“物聯(lián)網(wǎng)”被稱(chēng)為是下一個(gè)萬(wàn)億級(jí)通信業(yè)務(wù)[10]。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)迅猛發(fā)展導(dǎo)致相關(guān)技術(shù)更新?lián)Q代，而部分實(shí)驗(yàn)課程的案例資源卻因?yàn)檐浻布拗茻o(wú)法升級(jí)，進(jìn)而無(wú)法跟上技術(shù)發(fā)展。如2011年學(xué)院計(jì)劃為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)課程（1學(xué)分，72學(xué)時(shí)）配置以ZigBee為主要通信模式的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)并沒(méi)有教學(xué)設(shè)備公司生產(chǎn)基于z-stack協(xié)議?；駿mber協(xié)議棧教學(xué)設(shè)備，定制開(kāi)發(fā)也缺乏足夠人力支持，最終只能采用工業(yè)界已較少應(yīng)用的TinyOS系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，其復(fù)雜的協(xié)議架構(gòu)及高昂的課前學(xué)習(xí)時(shí)間成本，限制了該類(lèi)資源面向非聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)放。

1.3 課程內(nèi)資源不足，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)效果

2014年通過(guò)國(guó)家項(xiàng)目資助方式陸續(xù)建設(shè)了3大實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，雖然較好滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，但在后續(xù)日常教學(xué)過(guò)程中，仍然有許多值得改進(jìn)之處。主要矛盾點(diǎn)在于課程案例資源的制作成本與日常維護(hù)成本較高，而物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展迅速，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)中無(wú)法體現(xiàn)行業(yè)技術(shù)的發(fā)展走向，降低了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐對(duì)復(fù)合型人才培養(yǎng)的主動(dòng)效能。

案例資源制作成本較高，主要是因?yàn)槌跗诮ㄔO(shè)相關(guān)平臺(tái)時(shí)，案例資源均由設(shè)備供應(yīng)商隨教學(xué)設(shè)備提供，設(shè)備采購(gòu)、人員培訓(xùn)、案例講解、技術(shù)交流均不由實(shí)驗(yàn)中心掌握，單一案例平均成本較高，限制了實(shí)驗(yàn)案例資源數(shù)量。

日常維護(hù)成本較高，主要是因?yàn)槌跗诓少?gòu)均以實(shí)驗(yàn)箱和實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整套件設(shè)備為主，實(shí)驗(yàn)授課時(shí)難以根據(jù)課程具體情況進(jìn)行調(diào)整，設(shè)備相關(guān)配件及耗材僅能購(gòu)買(mǎi)設(shè)備供應(yīng)商提供的類(lèi)型，人為提高了使用成本，也限制了實(shí)驗(yàn)案例資源整體質(zhì)量。

因課程實(shí)驗(yàn)資源不足造成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不足，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：①實(shí)驗(yàn)案例專(zhuān)業(yè)性太強(qiáng)，無(wú)法整體向非物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)放;②實(shí)驗(yàn)案例缺乏實(shí)時(shí)性，跨課程使用有較高的學(xué)習(xí)成本;③實(shí)驗(yàn)案例資源多基于實(shí)驗(yàn)箱硬件，缺乏有效開(kāi)放手段與模式。

2 整體思路

據(jù)2012年全國(guó)教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，“全國(guó)各類(lèi)高等教育總規(guī)模達(dá)到 3 325萬(wàn)人，高等教育毛入學(xué)率達(dá)到30%”[11]。我國(guó)已經(jīng)成為世界上高等教育第一大國(guó)，但是數(shù)據(jù)背后的實(shí)際效能轉(zhuǎn)化率沒(méi)有達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，還不是世界上高等教育第一強(qiáng)國(guó)[9]。因此，為了實(shí)現(xiàn)教育大國(guó)向教育強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)換，在新工科背景下，相關(guān)課程體系建設(shè)應(yīng)以跨行業(yè)人才培養(yǎng)需求為第一考量點(diǎn)，人才培養(yǎng)模式要突破傳統(tǒng)單一學(xué)科、單一專(zhuān)業(yè)的固有框架，以“廣基礎(chǔ)、泛專(zhuān)業(yè)”的教學(xué)體系建設(shè)方向?yàn)榍腥朦c(diǎn)，積極采用以虛擬仿真為代表的信息化新技術(shù)，以課程群建設(shè)為核心，以競(jìng)賽、開(kāi)放項(xiàng)目為助推動(dòng)力。

2.1 將實(shí)驗(yàn)案例建設(shè)融入課群建設(shè)中，提升實(shí)驗(yàn)案例通用性，避免碎片化

我國(guó)大多數(shù)高校人才培養(yǎng)實(shí)施的仍是專(zhuān)業(yè)加學(xué)年學(xué)分制，雖然不少高校創(chuàng)辦了拔尖人才培養(yǎng)班、綜合人才培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)班、雙學(xué)位班等特色人才培養(yǎng)班，突出寬口徑培養(yǎng)，但受益學(xué)生較少，專(zhuān)業(yè)口徑過(guò)窄嚴(yán)重影響了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力[12]。因此，在實(shí)驗(yàn)案例建設(shè)過(guò)程中，基礎(chǔ)部分應(yīng)做到案例資料詳實(shí)詳盡，即便非物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生也可在閱讀案例指導(dǎo)書(shū)后理解其實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)而進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。在綜合設(shè)計(jì)部分，應(yīng)突出對(duì)學(xué)生創(chuàng)意性設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，盡量拓展學(xué)生的項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路。同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)案例按照基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)、綜合、科研創(chuàng)新4環(huán)節(jié)分層次后，與其它實(shí)驗(yàn)課程的相關(guān)環(huán)節(jié)相互串聯(lián)，提升實(shí)驗(yàn)課程間的聯(lián)動(dòng)性，形成課群效果。

2.2 注重“廣基礎(chǔ)、泛專(zhuān)業(yè)”教學(xué)方式，建設(shè)模塊化實(shí)驗(yàn)資源庫(kù)，提高跨專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)能力

卓越課程體系來(lái)源于精準(zhǔn)頂層設(shè)計(jì)，跨學(xué)科課程體系頂層設(shè)計(jì)要充分體現(xiàn)交叉性、前沿性、實(shí)踐性和研究性[13]。新工科背景下的人才培養(yǎng)需求主要表現(xiàn)為“廣基礎(chǔ)、泛專(zhuān)業(yè)”，物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)課程必須在夯實(shí)學(xué)生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力的同時(shí)，培養(yǎng)具有跨專(zhuān)業(yè)、跨學(xué)科能力的復(fù)合型人才，所以相關(guān)實(shí)驗(yàn)案例和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容必須體現(xiàn)以上特點(diǎn)，要符合不斷變化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)革新速度。因此，可將實(shí)驗(yàn)案例按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、硬件接口、軟件環(huán)境逐一分類(lèi)后，分解并重新組合為模塊化的實(shí)驗(yàn)資源案例庫(kù)，以有效規(guī)避在硬件設(shè)備、軟件環(huán)境、通信接口等多方面阻礙實(shí)驗(yàn)案例資源建設(shè)與升級(jí)的具體難題。

2.3 以競(jìng)賽、項(xiàng)目、新技術(shù)等為外部動(dòng)力，提升實(shí)驗(yàn)案例教學(xué)效能

可在具體實(shí)驗(yàn)課程中增加競(jìng)賽及各類(lèi)教師項(xiàng)目的引導(dǎo)動(dòng)力，進(jìn)而拓展相關(guān)實(shí)驗(yàn)案例資源使用群體，更好地培養(yǎng)不同專(zhuān)業(yè)學(xué)生工程設(shè)計(jì)、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、運(yùn)營(yíng)管理等方面的復(fù)合型能力，提升其就業(yè)后動(dòng)手實(shí)操能力及跨專(zhuān)業(yè)視野。

信息技術(shù)發(fā)展是具有革命性的，對(duì)社會(huì)生產(chǎn)、生活各個(gè)方面都產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響，對(duì)大學(xué)教育過(guò)程也已產(chǎn)生巨大沖擊[14]。因此可以利用物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步浪潮，為學(xué)生提供更多采用新技術(shù)的案例資源支持，為實(shí)驗(yàn)案例資源的跨課程使用鋪平道路。

在具體實(shí)驗(yàn)課程之外，也可采用互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)（如云計(jì)算）面向全體師生開(kāi)放各環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)案例資源，培養(yǎng)學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，開(kāi)闊學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維與視野，提升學(xué)生創(chuàng)新能力，更好地滿(mǎn)足新工科背景下的人才培養(yǎng)需要。

3 具體方案

工科院校作為培養(yǎng)工科人才的主力軍，應(yīng)高度認(rèn)識(shí)“中國(guó)制造2025”對(duì)實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重大意義，勇于承擔(dān)推進(jìn)“中國(guó)制造2025”戰(zhàn)略應(yīng)盡的社會(huì)責(zé)任[15]。優(yōu)化新工科背景下的人才培養(yǎng)方式，完善相應(yīng)專(zhuān)業(yè)的課程體系建設(shè)，完善具體實(shí)驗(yàn)課程的案例建設(shè)，就是對(duì)國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展和“中國(guó)制造2025”等重大戰(zhàn)略實(shí)施的有力支撐。

3.1 建設(shè)“四類(lèi)型六環(huán)節(jié)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，以課群建設(shè)思維提高實(shí)驗(yàn)案例通用性

物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)3層次（感知、傳輸、應(yīng)用）間的知識(shí)點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)必須以課群建設(shè)為核心，按照“四類(lèi)型六環(huán)節(jié)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系建設(shè)方向（如圖1所示），將各門(mén)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)案例劃分為：認(rèn)知環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的專(zhuān)業(yè)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)與綜合實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的綜合性實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)與科研競(jìng)賽環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的科研創(chuàng)新實(shí)踐，各環(huán)節(jié)間可通過(guò)學(xué)生課堂項(xiàng)目的方式相互聯(lián)動(dòng)，大幅提升實(shí)驗(yàn)課程間知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，提升現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)案例資源對(duì)人才培養(yǎng)效果的支撐能力。

3.2 建設(shè)模塊化實(shí)驗(yàn)案例資源，以積木拼接方式組建案例資源庫(kù)，提升跨專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)效果

如果已有課程形式、課程結(jié)構(gòu)難以改變，就選擇新的課程形式，在新課程形式中施行新的教學(xué)方式，便是推動(dòng)課程改革的可選途徑之一[16]。交叉復(fù)合型人才培養(yǎng)拓寬了學(xué)生的知識(shí)面，使學(xué)生知識(shí)運(yùn)用能力強(qiáng)，具有科學(xué)創(chuàng)新精神[17]。在新工科人才培養(yǎng)需求下，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)案例建設(shè)過(guò)程中可以按照物聯(lián)網(wǎng)3層次劃分方式，將不同課程的實(shí)驗(yàn)案例以技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、硬件接口、軟件環(huán)境等方式分類(lèi)后，抽取單個(gè)案例中的核心資源（軟硬件均可）作為其模塊化資源。

例如，將屬于感知層的RFID基礎(chǔ)類(lèi)實(shí)驗(yàn)案例，按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分為ISO14443協(xié)議、ISO15693協(xié)議、ISO18000-C協(xié)議共3種常見(jiàn)的RFID模塊，其分別對(duì)應(yīng)3種不同應(yīng)用場(chǎng)景的RFID讀卡器硬件，也分別對(duì)應(yīng)3類(lèi)不同案例軟件資源（Windows下的讀卡協(xié)議API、MCU環(huán)境下的串口封裝協(xié)議等）。進(jìn)行RFID相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，模塊化的實(shí)驗(yàn)資源可組合為基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)、綜合3類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，而面向非物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)放相關(guān)實(shí)驗(yàn)案例資源時(shí)，學(xué)生僅需分析其課程或競(jìng)賽項(xiàng)目中需要的RFID應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)應(yīng)3類(lèi)硬件模塊特性，選擇最適合的一款后，采用積木式拼接思路即可完成其項(xiàng)目設(shè)計(jì)。

模塊化物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)案例建設(shè)，既提升了案例資源建設(shè)效率（僅定制少量對(duì)應(yīng)類(lèi)型的模塊，無(wú)需采購(gòu)整體化的全功能實(shí)驗(yàn)箱，低成本解決了案例資源不同課程間無(wú)法通用的難題），又提升了跨學(xué)科培養(yǎng)效率（無(wú)需整體化升級(jí)，僅需針對(duì)不符合課程需求部分進(jìn)行替換）。

嵌入式系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)課程在使用物聯(lián)網(wǎng)模塊化案例資源庫(kù)后，可為卓越工程師班及計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供多類(lèi)型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)案例，圖2為采用物聯(lián)網(wǎng)模塊化案例庫(kù)（RFID模塊案例、傳感器模塊案例、通信模塊案例）的課程題目：智能環(huán)境感知與監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.3 利用競(jìng)賽、項(xiàng)目、新技術(shù)等課程外驅(qū)動(dòng)力，提升案例資源教學(xué)效能

教學(xué)就是使人成其為人的活動(dòng)，“成人”的教學(xué)要求突出教學(xué)的人本性[18]。以人為本才能發(fā)揮出教育的最大效能，通過(guò)競(jìng)賽、教師項(xiàng)目、新技術(shù)等方式引導(dǎo)與激勵(lì)學(xué)生，可以調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，從更廣闊的角度思考項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施方式，同時(shí)也能為學(xué)生提供更豐富的實(shí)驗(yàn)資源，滿(mǎn)足新工科對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)復(fù)合型人才培養(yǎng)的現(xiàn)實(shí)需求。

（1）加強(qiáng)競(jìng)賽、項(xiàng)目的引導(dǎo)，擴(kuò)大案例資源使用群體。引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)案例轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)性課程作業(yè)項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生將其細(xì)化為可參加競(jìng)賽或教師項(xiàng)目的相關(guān)課題資源，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)案例在課程外的使用群體，提升案例資源的教學(xué)效能。

（2）利用物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)新技術(shù)發(fā)展浪潮，為學(xué)生提供更多模塊化案例資源。通過(guò)項(xiàng)目資助方式采購(gòu)模塊化的新技術(shù)模塊，如NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)），可通過(guò)購(gòu)買(mǎi)基礎(chǔ)NB-IoT模塊及包月SIM卡的方式，為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)（1學(xué)分，72學(xué)時(shí)）、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)（1學(xué)分，72學(xué)時(shí)）等多門(mén)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)綜合設(shè)計(jì)性課程提供更豐富的實(shí)驗(yàn)案例資源，提升實(shí)驗(yàn)案例資源的跨課程兼容性，最終提高實(shí)驗(yàn)案例的教學(xué)效能。

（3）利用互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)，探索更多類(lèi)型計(jì)劃內(nèi)、外開(kāi)放模式。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)和非物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生，設(shè)計(jì)兩套不同實(shí)驗(yàn)資源網(wǎng)絡(luò)共享模式，即SPOC、MOOC。

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)，主要采用“案例硬件模塊+串口通信模塊+云服務(wù)平臺(tái)”的SPOC小規(guī)模限制性在線(xiàn)課程開(kāi)放模式。RFID案例資源的具體開(kāi)放流程如圖3所示。同時(shí)，該平臺(tái)目前也得到部分升級(jí)，可面對(duì)卓越工程師班（非物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)）在課外小規(guī)模使用。

針對(duì)非物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)，主要依托于學(xué)院國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放平臺(tái)，用于競(jìng)賽培訓(xùn)、計(jì)劃外教學(xué)等，采用MOOC大型開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)課程模式。開(kāi)放流程如圖4所示。平臺(tái)內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)案例資源包含完整源代碼、設(shè)計(jì)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、操作視頻、案例環(huán)境搭建與實(shí)操說(shuō)明文檔等。除3大物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)包含的各類(lèi)案例外，部分設(shè)計(jì)性案例資源來(lái)自原教師項(xiàng)目成果或?qū)W生課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化。采用MOOC開(kāi)放模式，極大地提升了物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)設(shè)備的使用人時(shí)數(shù)及使用效率，提高了實(shí)驗(yàn)案例資源的教學(xué)效能。

4 結(jié)語(yǔ)

目前地方高校學(xué)生高分低能現(xiàn)象較為普遍，解決實(shí)際問(wèn)題的能力有待提高，主要原因是現(xiàn)行計(jì)算機(jī)課程教學(xué)體系普遍缺少對(duì)學(xué)生工程能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[4]。為了避免高分低能人才培養(yǎng)困局，物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)案例建設(shè)必須順應(yīng)新工科人才培養(yǎng)潮流，即復(fù)合型實(shí)踐人才培養(yǎng)。因此，采用新的案例建設(shè)思維模式，更新授課內(nèi)容、方法和形式，大膽使用新技術(shù)是極有必要的。注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)計(jì)中的課群建設(shè);以模塊化方式解構(gòu)原有實(shí)驗(yàn)案例并建設(shè)積木拼接式的案例資源庫(kù);利用競(jìng)賽、項(xiàng)目與新技術(shù)等課程外動(dòng)力的引導(dǎo)推動(dòng)，都可以有效提升物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的跨專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)能力，擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)案例開(kāi)放水平，提高課內(nèi)課外實(shí)驗(yàn)效能，并最終提升物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)在新工科背景下的跨專(zhuān)業(yè)、跨學(xué)科培養(yǎng)能力。

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（責(zé)任編輯：何 麗）