基于案例與微課題驅(qū)動(dòng)的智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程建設(shè)

王占剛

（北京信息科技大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，北京 100101）

0 引 言

智慧城市的理念是整合城市資源，為公眾提供更加便捷、高效的社會(huì)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、智能管理城市的目標(biāo)。智慧城市充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，促進(jìn)城市創(chuàng)新和發(fā)展，對(duì)城市進(jìn)行重塑和再造，它強(qiáng)調(diào)通過(guò)技術(shù)、數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的融合，統(tǒng)籌利用城市發(fā)展中的信息、物質(zhì)和智力資源，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。

“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市特征的高度重合，證明了智慧城市為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了展示的舞臺(tái)，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合應(yīng)用的重要場(chǎng)景和示范工程。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器、傳感網(wǎng)、信息傳輸與應(yīng)用等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市管理各領(lǐng)域的生產(chǎn)、運(yùn)輸、加工及變化的感知、監(jiān)測(cè)和反饋控制，實(shí)時(shí)智能識(shí)別、立體感知城市運(yùn)行過(guò)程中各方面的狀態(tài)。

通過(guò)“智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)”課程的學(xué)習(xí)，使研究生在全面了解智慧城市理論概念、最新進(jìn)展、技術(shù)難點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景的基礎(chǔ)上，理解并掌握物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，很多新案例、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，初期的課程已無(wú)法滿足行業(yè)領(lǐng)域的要求，很難提高學(xué)生對(duì)于智慧城市復(fù)雜系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的能力，需要將新技術(shù)、新案例、新應(yīng)用融入到現(xiàn)有課程中。

1 課程建設(shè)的內(nèi)容

1.1 課程定位和設(shè)計(jì)理念

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解智慧城市的定義、模式、建設(shè)內(nèi)容與前景，熟悉大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等智慧城市涉及的關(guān)鍵技術(shù)，以及智慧城市系統(tǒng)中智慧環(huán)境、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)等系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容，理解并掌握物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。

通過(guò)本課程項(xiàng)目的建設(shè)，強(qiáng)調(diào)理論與應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生形成智慧城市建設(shè)的理念，通過(guò)多個(gè)應(yīng)用案例與行業(yè)實(shí)踐分析，使學(xué)生明晰智慧城市、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的概念與聯(lián)系，能夠針對(duì)具體領(lǐng)域、應(yīng)用完成系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

在項(xiàng)目研究成果基礎(chǔ)上，通過(guò)微課題驅(qū)動(dòng)使學(xué)生能夠在方案設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提出技術(shù)實(shí)現(xiàn)架構(gòu)，并具象到應(yīng)用產(chǎn)品，形成完整的產(chǎn)品解決方案，加深學(xué)生對(duì)智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)與理解，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)與架構(gòu)流程，從而提高研究生的科研創(chuàng)新與開(kāi)發(fā)能力。

1.2 課程建設(shè)內(nèi)容

（1）案例與微課題驅(qū)動(dòng)的課程整體設(shè)計(jì)

研究分析當(dāng)前智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程現(xiàn)狀，分析它與相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程之間的相關(guān)性。確定課程教學(xué)任務(wù)與基本要求，研究最新技術(shù)發(fā)展與新的教學(xué)方法，包括在線課程資源整合，結(jié)合智慧感知信息處理學(xué)科方向發(fā)展需求，研究本課程設(shè)置過(guò)程中需要完善的課程內(nèi)容，完成案例與微課題驅(qū)動(dòng)的課程整體設(shè)計(jì)。

以智慧城市、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)六大關(guān)鍵技術(shù)案例為依托，充實(shí)理論教學(xué)內(nèi)容；針對(duì)課程特點(diǎn)，精心為課程增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，利用微課題驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)從技術(shù)解決方案到產(chǎn)品研發(fā)的完善。

（2）課程教學(xué)資源建設(shè)

整合多維度教學(xué)資源，形成完備的課程教學(xué)大綱、課件、教材、案例庫(kù)、在線教學(xué)資源、習(xí)題、參考文獻(xiàn)教學(xué)資源體系，利用線上教學(xué)資源與在線平臺(tái)輔助線下教學(xué)方式，支持靈活而又科學(xué)的教學(xué)方式。

（3）案例庫(kù)建設(shè)

形成基于現(xiàn)實(shí)需求的、符合教學(xué)要求的高質(zhì)量課程案例，以智、物、云、大、移等關(guān)鍵技術(shù)為主線建立案例庫(kù)。

（4）課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

建設(shè)課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)，發(fā)揮各團(tuán)隊(duì)成員的教學(xué)與研發(fā)優(yōu)勢(shì)，提升團(tuán)隊(duì)成員的素質(zhì)與水平，研究應(yīng)用新的教學(xué)方法。

2 課程教學(xué)流程

課程教學(xué)流程分為4個(gè)步驟，分別是：教學(xué)準(zhǔn)備、知識(shí)講解、微課題實(shí)施、考核評(píng)價(jià)。課程實(shí)施流程如圖1所示。

圖1 課程實(shí)施流程

2.1 教學(xué)準(zhǔn)備

首先研究智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)體系以及不同知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)要求與目標(biāo)。搜集大量適合教學(xué)的案例素材，并將這些案例與知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)應(yīng)、融合。智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程的知識(shí)點(diǎn)按照智、物、云、大、移等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行組織，各部分的知識(shí)點(diǎn)相對(duì)獨(dú)立，同時(shí)具有相互聯(lián)系，因此在設(shè)計(jì)案例時(shí)，需用一個(gè)或幾個(gè)案例覆蓋和貫穿某一知識(shí)點(diǎn)，不同的案例之間又有所交叉，以體現(xiàn)智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程知識(shí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生局部與整體的設(shè)計(jì)意識(shí)。通過(guò)案例提出問(wèn)題，并用知識(shí)點(diǎn)的概念與原理分析并解釋問(wèn)題，提高學(xué)生對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

微課題設(shè)計(jì)是實(shí)施“基于案例與微課題驅(qū)動(dòng)課程建設(shè)”的關(guān)鍵所在。高質(zhì)量的微課題應(yīng)該具備較強(qiáng)的綜合性、實(shí)踐性、時(shí)效性、獨(dú)立性、完整性等，并且盡可能覆蓋所有知識(shí)點(diǎn)。微課題需涉及不同的領(lǐng)域，如智慧環(huán)境、智能教育、家庭農(nóng)業(yè)、智慧醫(yī)院等。將案例資料與微課題資料等通過(guò)在線課程系統(tǒng)發(fā)放給學(xué)生，便于學(xué)生隨時(shí)查閱相關(guān)資料。學(xué)生根據(jù)個(gè)人興趣和愛(ài)好成立學(xué)習(xí)小組（3～4人/組），選擇一個(gè)微課題。

2.2 知識(shí)詮釋

通過(guò)精心選擇典型的授課案例，根據(jù)智、物、云、大、移等關(guān)鍵技術(shù)的知識(shí)需求安排教學(xué)內(nèi)容。有針對(duì)性引入完整、易于理解、具有實(shí)際意義的案例，將復(fù)雜抽象的概念、原理通過(guò)生動(dòng)的案例進(jìn)行詮釋?zhuān)o學(xué)生以直觀、生動(dòng)的印象，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。

采用“線上線下講解+翻轉(zhuǎn)課堂”的方式，通過(guò)案例引出授課內(nèi)容講解案例，闡述相關(guān)概念與原理，引導(dǎo)學(xué)生討論，并利用翻轉(zhuǎn)課堂的形式鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)案例自學(xué)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中要注意案例與理論知識(shí)的合理穿插，通過(guò)翻轉(zhuǎn)課堂引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，主動(dòng)學(xué)習(xí)，獨(dú)立思考。

2.3 微課題實(shí)施

采用“討論+小組完成”項(xiàng)目式教學(xué)方式，學(xué)生根據(jù)個(gè)人喜好與興趣確定微課題題目，成立學(xué)習(xí)小組。微課題實(shí)施需要教師針對(duì)不同的微課題題目進(jìn)行布置與組織，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生在開(kāi)發(fā)階段對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析和討論，并在開(kāi)發(fā)過(guò)程中提出建議。

學(xué)生通過(guò)在線資料查找與自主探索性學(xué)習(xí)完成指定微課題。同學(xué)們利用在線視頻、開(kāi)源開(kāi)發(fā)工具和源代碼等，相互協(xié)作，解決實(shí)際問(wèn)題，將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索性學(xué)習(xí)，鍛煉研究生完成科研任務(wù)的能力，培養(yǎng)研究生進(jìn)行智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)所需要的各項(xiàng)綜合能力。

2.4 考核評(píng)價(jià)

智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程的考核評(píng)價(jià)分為兩部分，針對(duì)理論學(xué)習(xí)采用開(kāi)放式考核方式，主要考察學(xué)生對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)概念與原理的掌握，對(duì)知識(shí)應(yīng)用的理解和對(duì)未來(lái)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的看法。針對(duì)微課題的實(shí)施，根據(jù)各小組完成情況及個(gè)人承擔(dān)的角色，運(yùn)用小組自評(píng)、教師點(diǎn)評(píng)等方式對(duì)微課題成果進(jìn)行總結(jié)和評(píng)價(jià)，并給出評(píng)分。

最終的課程成績(jī)綜合理論考核分?jǐn)?shù)與微課題成果評(píng)分，按特定比例計(jì)算得到最終的考核評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù)，體現(xiàn)學(xué)生對(duì)理論和實(shí)踐掌握的總體情況。

在考核評(píng)價(jià)完成后，可以根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果完善、豐富案例和教學(xué)方法，進(jìn)一步深化微課題研究成果，提升智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程的整體教學(xué)效果。

3 課程建設(shè)的成果

3.1 整理并完成了智慧城市案例庫(kù)

案例庫(kù)共分為六大類(lèi)別：智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能。這六大類(lèi)別應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，現(xiàn)在共計(jì)整理了110個(gè)案例，部分案例信息見(jiàn)表1所列。

表1 部分智慧城市案例信息表

3.2 整合多維度教學(xué)資源

在網(wǎng)絡(luò)上建立了智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)資源。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源以自主錄制的速課資源為主，整合了網(wǎng)絡(luò)課程、參考書(shū)、電子書(shū)籍、作業(yè)、習(xí)題等，形成了“智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程”多維度教學(xué)資源，方便學(xué)生隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)。

3.3 形成驅(qū)動(dòng)課程教學(xué)的微課題

建立了驅(qū)動(dòng)智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)的微課題。以智慧環(huán)境或智慧家居等研究成果為例，通過(guò)微課題驅(qū)動(dòng)，學(xué)生按小組動(dòng)手實(shí)踐，深入感受智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)中涉及的相關(guān)系統(tǒng)與傳感器，掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)與架構(gòu)流程，加深學(xué)生對(duì)智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)識(shí)與理解。

4 結(jié) 語(yǔ)

加強(qiáng)研究生課程建設(shè)，緊密結(jié)合智慧感知信息處理學(xué)科，充實(shí)智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，系統(tǒng)化課程設(shè)計(jì)，提高研究生課程的整體學(xué)習(xí)效果；通過(guò)案例與微課題驅(qū)動(dòng)，將課程教學(xué)與科研項(xiàng)目、行業(yè)應(yīng)用等緊密結(jié)合，提升研究生科研創(chuàng)新與實(shí)踐能力。加強(qiáng)課程教學(xué)資源建設(shè)，形成完備的課程教學(xué)大綱、課件、教材、案例庫(kù)、在線教學(xué)資源、習(xí)題、參考文獻(xiàn)教學(xué)資源體系，利用線上教學(xué)資源與在線平臺(tái)輔助線下教學(xué)。將理論與應(yīng)用結(jié)合，形成基于現(xiàn)實(shí)需求的、符合教學(xué)要求的高質(zhì)量課程案例，建立案例庫(kù)。通過(guò)課程建設(shè)，加強(qiáng)教師團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)，建設(shè)一支既能從事教學(xué)，又能理論聯(lián)系實(shí)際的課程團(tuán)隊(duì)。