面向新工科建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課設(shè)改革思路

王秀娟 鄭康鋒 張佳玥 方娟 梁毅

[摘 要] 新工科建設(shè)對(duì)人才培養(yǎng)模式提出了要求，需要開展深化產(chǎn)教融合、校企合作的體制機(jī)制和人才培養(yǎng)模式改革研究和實(shí)踐;物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)，對(duì)本專業(yè)的人才培養(yǎng)有著極為重要的作用，因此本文圍繞專業(yè)育人目標(biāo)，課程目標(biāo)等，提出了課程的改革思路，以適應(yīng)新工科建設(shè)的需求。

[關(guān)鍵詞] 新工科;物聯(lián)網(wǎng)工程;實(shí)踐課設(shè);教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究課題（ER2018C020308，ER2020B003）;北京工業(yè)大學(xué)19內(nèi)涵發(fā)展定額教材建設(shè)立項(xiàng)（040000514119547 ， 040000514119550）;華為產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目（40007013202001）

[作者簡(jiǎn)介] 王秀娟（1979—），女，山東人，博士，北京工業(yè)大學(xué)信息學(xué)部計(jì)算機(jī)學(xué)院講師，研究方向?yàn)闄C(jī)器學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)安全;鄭康鋒（1975—），男，山東人，博士，北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院教授，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)安全;張佳玥（1986—），女，遼寧人，博士，北京工業(yè)大學(xué)信息學(xué)部計(jì)算機(jī)學(xué)院講師，研究方向?yàn)槿斯ぶ悄堋?/p>

[中圖分類號(hào)] G642 ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ?[文章編號(hào)] 1674-9324（2020）43-0186-03 ? ?[收稿日期] 2020-03-23

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)IoT（The Internet of things）的概念自1999年提出的以來，其定義和范圍不斷變化，能夠基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等，將物品通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議進(jìn)行信息交換和共享，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。經(jīng)過20多年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的概念，而是深入到我們的身邊，共享單車，智能物流，實(shí)時(shí)路況地圖，自動(dòng)駕駛等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，都給人類的生活帶來了極大的便利。5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，需要物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中加入5G網(wǎng)絡(luò)，這就進(jìn)一步促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)落地[1]，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為能夠推動(dòng)生產(chǎn)力飛躍的重要技術(shù)之一。相應(yīng)地，物聯(lián)網(wǎng)方向的人才需求日益增長[2]。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)自2011年獲批招生，成為國家重點(diǎn)發(fā)展的新興學(xué)科。

教育部高教司于2017年推出了新工科建設(shè)計(jì)劃，并先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”“北京指南”等指導(dǎo)性文件[3]。新工科專業(yè)主要指針對(duì)新興產(chǎn)業(yè)的專業(yè)，以互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)智能為核心，包括大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈、虛擬現(xiàn)實(shí)、智能科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)工科專業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是新工科專業(yè)的重要一員，新工科建設(shè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的建設(shè)發(fā)展提供了指導(dǎo)和要求。

物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)是北京工業(yè)大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)踐環(huán)節(jié)必修課，為專業(yè)的多個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)提供支持，因此，在本門課程中以新工科建設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)的課程改革將對(duì)本專業(yè)建設(shè)發(fā)揮重要作用。本文將從新工科的建設(shè)內(nèi)容出發(fā)，分析物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的培養(yǎng)目標(biāo)，并對(duì)課程改革思路進(jìn)行探討。

二、新工科內(nèi)容與課程目標(biāo)分析

新工科研究和實(shí)踐圍繞工程教育改革的新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系開展[4]。具體到課程，需要著重關(guān)注工程教育的新理念，提出工程教育改革創(chuàng)新的理念和思路;開發(fā)人才培養(yǎng)的新模式，開展深化產(chǎn)教融合、校企合作的機(jī)制和人才培養(yǎng)模式改革研究和實(shí)踐;同時(shí)，應(yīng)重視教育教學(xué)的新質(zhì)量，開展多維度的教育教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等。

物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)是為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生單獨(dú)開設(shè)的一門以動(dòng)手實(shí)踐為主的課程，其目的是使學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念、以物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)為核心，從基本的感知層，到網(wǎng)絡(luò)層，到應(yīng)用層;從物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建，到物聯(lián)網(wǎng)的管理，到物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)整體的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)與管理，讓學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)際技能和綜合能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生在系統(tǒng)級(jí)上再認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，培養(yǎng)其程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、算法設(shè)計(jì)與分析、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)三大專業(yè)基本能力，提高學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)應(yīng)用方面具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)和一定的創(chuàng)新能力。

課程目標(biāo)中涵蓋了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，基本符合新工科建設(shè)的要求，在具體實(shí)施中，需要在培養(yǎng)方式、實(shí)踐具體內(nèi)容、教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)等方面進(jìn)一步細(xì)化，以貼合新工科建設(shè)的需要。

三、課程改革

基于新工科建設(shè)內(nèi)容及課程目標(biāo)的分析，我們擬圍繞課程目標(biāo)，從企業(yè)導(dǎo)向、環(huán)境支持、內(nèi)容設(shè)計(jì)、課程思政、效果反饋五個(gè)方面進(jìn)行課程改革，如圖1所示：

企業(yè)導(dǎo)向：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的社會(huì)用人需求極大，高校在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的建設(shè)上應(yīng)當(dāng)契合社會(huì)的需求[5]，以企業(yè)需求為導(dǎo)向進(jìn)行建設(shè)，梳理總結(jié)企業(yè)需求中涉及到的技術(shù)，映射到物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容中。除了課設(shè)內(nèi)容，企業(yè)導(dǎo)向也應(yīng)當(dāng)映射到物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)的師資力量培養(yǎng)，通過參與產(chǎn)學(xué)研協(xié)同育人計(jì)劃項(xiàng)目，切實(shí)提高教師水平，為課設(shè)的順利進(jìn)行提供基礎(chǔ)。

內(nèi)容設(shè)計(jì)：選取典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，例如，目前廣為熟知的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用包括智能家居、智能物流、共享單車、實(shí)時(shí)路況等，其中涉及到低功耗廣域網(wǎng)、衛(wèi)星定位、二維碼技術(shù)、RFID、無線數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)傳輸、云路口攝像頭檢測(cè)、大數(shù)據(jù)挖掘、云存儲(chǔ)等技術(shù)。課設(shè)內(nèi)容可以在覆蓋大部分技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行凝練剪裁，在綜合實(shí)踐課程中進(jìn)行架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。除此之外，系統(tǒng)安全問題也是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，在課設(shè)內(nèi)容中融入安全要素。物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展日新月異，同時(shí)出于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的考慮，課設(shè)的應(yīng)用系統(tǒng)不唯一，應(yīng)當(dāng)根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的發(fā)展和社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)人才需求的動(dòng)態(tài)變化，或者盡最大可能滿足學(xué)生的創(chuàng)意進(jìn)行靈活調(diào)整、擴(kuò)展和升級(jí)。

除了技術(shù)層面的培養(yǎng)，團(tuán)隊(duì)合作、溝通表達(dá)也是本課程的培養(yǎng)目標(biāo)之一，因此，課設(shè)內(nèi)容可以加入答辯環(huán)節(jié)，讓學(xué)生走上講臺(tái)，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，通過對(duì)課設(shè)內(nèi)容的總結(jié)與陳述，也有利于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的反芻，培養(yǎng)學(xué)生的思考學(xué)習(xí)能力。

環(huán)境支持：基于課設(shè)內(nèi)容設(shè)計(jì)，需對(duì)環(huán)境支持進(jìn)行建設(shè)，從系統(tǒng)及軟件開發(fā)、硬件支持等方面為課設(shè)順利開展奠定基礎(chǔ)。如前所述，典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中涉及到了低功耗廣域網(wǎng)、衛(wèi)星定位、二維碼技術(shù)、RFID、無線數(shù)據(jù)采集、無線數(shù)據(jù)傳輸、路口攝像頭檢測(cè)、大數(shù)據(jù)挖掘、云存儲(chǔ)、應(yīng)用程序開發(fā)等技術(shù)，因此，課設(shè)需要提供常用的軟件開發(fā)平臺(tái)，如Visual C++，Java，Python等。在硬件支持方面，課設(shè)可提供完備的硬件設(shè)備以滿足基本技術(shù)層面功能以及學(xué)生創(chuàng)新性應(yīng)用功能的需求。無線數(shù)據(jù)采集涉及到RFID高頻卡、讀卡器、各類傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等;無線數(shù)據(jù)傳輸可涉及藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)組件、低功耗WIFI網(wǎng)絡(luò)組件、網(wǎng)絡(luò)攝像頭等;衛(wèi)星定位技術(shù)涉及到GPS定位模塊等;程序開發(fā)則包括了用戶界面設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)通信、協(xié)議解析、數(shù)據(jù)處理算法實(shí)現(xiàn)等;云存儲(chǔ)則可以借用已有的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，如表1所示：

課程思政：三全育人，即全員育人、全程育人、全方位育人，是中共中央、國務(wù)院在《關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)新形勢(shì)下高校思想政治工作的意見》中提出的，是對(duì)當(dāng)下和長遠(yuǎn)育人的綜合思路。以此為指導(dǎo)，高校應(yīng)當(dāng)把立德樹人作為根本任務(wù)，將思想價(jià)值引領(lǐng)貫穿到教育教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)是重要的實(shí)踐課程，需要深入挖掘思政元素，助力教書育人、實(shí)踐育人。

本門課程的課程思政育人目標(biāo)可以圍繞愛國主義教育、職業(yè)道德修養(yǎng)、人生價(jià)值觀等來展開。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在我國開展范圍廣，影響大，走在了世界前列，中國物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的企業(yè)在世界范圍內(nèi)也聲名鵲起。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，可以結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展情況與愛國主義教育、和熱點(diǎn)新聞相結(jié)合?？萍枷騺硎前央p刃劍，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更是如此，因此，需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行潛在的職業(yè)道德修養(yǎng)引領(lǐng)，讓學(xué)生意識(shí)到良好職業(yè)素養(yǎng)的必要性。此外，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要學(xué)生具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，課設(shè)分組進(jìn)行可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，在硬件、軟件調(diào)試過程中對(duì)實(shí)際問題的解決，都可以培養(yǎng)學(xué)生勇于實(shí)踐、直面挫折的人生價(jià)值觀。

效果反饋：教學(xué)效果反饋是有效教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)如何改進(jìn)教學(xué)活動(dòng)具有重要的指導(dǎo)作用[6]，有助于形成教育環(huán)節(jié)的閉環(huán)。效果反饋可以分為學(xué)生反饋與用人單位反饋兩類。學(xué)生是課程的主體，因此，學(xué)生的教學(xué)反饋是最直接，也最有效的。通過在課程中、課設(shè)驗(yàn)收結(jié)束后分別對(duì)學(xué)生展開問卷調(diào)查，可形成對(duì)本門課程的學(xué)生短時(shí)反饋;學(xué)生畢業(yè)后走上工作崗位之后，會(huì)對(duì)課程有更多的體會(huì)，因此，可以再次回訪，形成學(xué)生長效反饋;用人單位在更高層面會(huì)對(duì)學(xué)生的整體素養(yǎng)形成用人單位反饋，這也將對(duì)本門課程的教學(xué)活動(dòng)提供指導(dǎo)。

四、結(jié)論

綜上所述，新工科建設(shè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐課程設(shè)計(jì)的教學(xué)提供了方向指引，本文分析了課程目標(biāo)與新工科建設(shè)的需求，并提出了課程改革思路，為本門課程的進(jìn)一步課程建設(shè)提供了建議，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的建設(shè)也具有一定的積極作用。

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