高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“點面一體化”實踐教學體系的構建
——以晉中信息學院為例

呂淑芳，蔚晨月，王 瑾

（晉中信息學院 信息工程學院，山西 晉中 030800）

0 前言

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）是一門由多學科穿插交融的信息傳遞產(chǎn)業(yè)，被稱作繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，已被我國列為重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。其涉及計算機、自動化等學科知識，理論知識深奧難懂。為了使晦澀難懂的知識淺顯易懂，本文從物聯(lián)網(wǎng)三層體系架構，即感知層、網(wǎng)絡層、應用層構建晉中信息學院（以下簡稱“我?！保┪锫?lián)網(wǎng)工程專業(yè)“點面一體化”實踐教學體系，以教學與具體行業(yè)應用為切入點，開設相應實踐課程，循序漸進地引導和鼓勵學生動手，幫助學生理解理論知識，提高學生的實操能力，使學生更加明確該專業(yè)的定位，培養(yǎng)該專業(yè)學生物聯(lián)網(wǎng)軟硬件設計開發(fā)能力，使其能夠從事物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構建、運維、技術支持等工作。

1 晉中信息學院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學存在的問題

新工科建設是我國高等工程教育改革的方向。近年來，CDIO 工程教育模式已成為國際工程教育改革的最新教育模式，CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），強調(diào)以滿足產(chǎn)業(yè)需求為導向，實現(xiàn)課堂翻轉，使學生從被動學習轉為積極主動學習，通過項目案例驅動的方式來培養(yǎng)學生工程實踐能力和綜合創(chuàng)新能力。實踐教學體系在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設中至關重要，且實踐教學還存在諸多問題。

1.1 輕實踐重理論

由于我校學生和教師沒有形成項目梯隊，學生在實驗教學中，基本上是照抄書本步驟來顯示實驗結果，學生知其然而不知所以然，學生被動按照事先設定好的實驗程序進行下一步操作，缺乏主動思考，僅僅只是驗證了理論知識的實驗結果。教師缺乏對學生規(guī)劃、設計、部署、創(chuàng)新等實踐能力的培養(yǎng)。

1.2 實踐教學項目陳舊

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是新興專業(yè)，由于技術發(fā)展日新月異，校內(nèi)開設的實踐教學項目內(nèi)容落后于行業(yè)發(fā)展，沒能及時跟上前沿技術的發(fā)展，滯后于物聯(lián)網(wǎng)應用模式和需求的迅速演變，工程化程度明顯不足。

1.3 學生主觀能動性差

學生對于專業(yè)定位不清楚，不了解專業(yè)知識體系結構，對本專業(yè)就業(yè)前景期待值低，加之課程本身難度不小，部分學生產(chǎn)生了退縮心理，積極性較差，實踐教學課堂參與度低，甚至敷衍應付。

1.4 實踐教學零碎，沒有形成整體規(guī)劃

學科跨度大，知識難理解，每門課程只是針對本門理論知識點設置了相應的驗證實驗項目，缺乏對實踐教學的整體規(guī)劃，學科穿插交融度不夠，導致實際應用項目的整體性與多學科知識應用的關聯(lián)與穿插交融產(chǎn)生了斷裂，以項目案例為驅動的工程教育化程度較弱，學生對感知層、網(wǎng)絡層、應用層知識點的大型集成整合項目的綜合運用能力不足，不利于提升學生分析、解決復雜問題的能力。

2 晉中信息學院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“點面一體化”實踐教學體系的構建

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系的設置應與物聯(lián)網(wǎng)三層體系結構相對應，寬基礎、重應用。感知層、網(wǎng)絡層、應用層的理論課程讓學生了解物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)體系架構：在感知層開設的課程主要是信息的采集、轉換和收集；網(wǎng)絡層開設的課程主要是信息傳遞和處理；應用層開設的課程則是管理和處理數(shù)據(jù)。

“點面一體化”實踐教學體系通過按照“項目驅動、逐層遞階”的原則，由點及面、面中有點、統(tǒng)籌規(guī)劃安排實踐教學體系，讓學生切實參與其中，并展示實踐成果，獲得成就感，培養(yǎng)學生對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的學習興趣，調(diào)動學習的積極性和主觀能動性，增強學生對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的就業(yè)信心。

2.1 建立實踐課程體系

從基礎驗證型實驗、專業(yè)類課程設計、綜合型實踐和工程項目實踐4 個層次逐層遞進建立物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的“點面一體化”實踐課程體系，從而體現(xiàn)知識的高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度。

第一學期開設專業(yè)認知理論課，教師解讀學生手冊、闡述培養(yǎng)方案、開展前沿講座，領新生進入萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)世界中。第二學期開設專業(yè)基礎課：電子技術基礎、C 語言程序設計；同時開設實踐課，包括C 語言程序設計課程設計、認知實習（專業(yè)認知實踐）。學校通過認知實習讓學生去參觀物聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在社會中的產(chǎn)出，明白其應用價值；通過C 語言程序設計課程設計學生學習的面向過程的編程，為將來物聯(lián)網(wǎng)應用打基礎。第三學期開設專業(yè)基礎理論課：數(shù)據(jù)結構與算法、面向對象程序設計。第四學期開設專業(yè)技術課程，包括數(shù)據(jù)庫應用技術、軟件工程、微機原理與接口技術（單片機）、射頻識別（Radio Frequency IDentification，RFID）原理及應用；實踐課開設綜合軟件類課程設計、物聯(lián)網(wǎng)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)實踐；專業(yè)類課程設計為感知層的信息采集技術作準備。第五學期開設專業(yè)技術理論課，包括操作系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、傳感器原理及應用；實踐課開設有無線傳感器應用開發(fā)實踐；專業(yè)類課程設計為網(wǎng)絡層協(xié)議作準備。第六學期開設計算機組成原理、物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)設計等專業(yè)技術理論課；選修課開設物聯(lián)網(wǎng)通信技術、多傳感器數(shù)據(jù)融合技術與應用；實踐課開設物聯(lián)網(wǎng)綜合應用開發(fā)實踐，為應用層作準備。第七學期開設物聯(lián)網(wǎng)信息安全專業(yè)技術理論課；選修課有文獻檢索和論文寫作；實踐課開設物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實踐，工程實踐為學生畢業(yè)就業(yè)打基礎。

2.2 全方位構建“點面一體化”教學模式

2.2.1 實現(xiàn)全方位育人

在由點及面的實踐教學過程中，關鍵在于激發(fā)學生學習主觀能動性，尤其是激發(fā)學生對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程學習的認同感和參與感，讓學生在學習過程中產(chǎn)生成就感，從而變被動敷衍學習為積極主動學習，進而引導學生主動思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)最終的實踐教學是復雜而龐大的工程類項目，在實踐教學過程，教師不僅要教會學生如何運用知識，培養(yǎng)學生良好的學習習慣，更要通過以身作則、嚴謹治學、精益求精、勤奮上進的教學態(tài)度影響學生為人處世，實現(xiàn)全方位育人。

2.2.2 全方位開展校企合作，實現(xiàn)協(xié)同育人

高校教育教學內(nèi)容相對滯后于社會需求，為了使高校教育盡可能滿足社會對該專業(yè)人才的需求，高校已經(jīng)把校企合作作為人才培養(yǎng)的一種重要途徑。我校應該充分利用企業(yè)優(yōu)勢，在人才培養(yǎng)過程中、在課程設置時充分考慮企業(yè)對未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向的敏感度、對相關產(chǎn)業(yè)人才的需求、對崗位職責的清晰要求等，通過校企合作，實現(xiàn)與企業(yè)對接，實現(xiàn)學生、學校、企業(yè)之間的互利共贏。為了切實提高學生的實踐能力，我?？梢酝ㄟ^多種方式實現(xiàn)協(xié)同育人。

（1）學生進入企業(yè)，參與企業(yè)項目課題。學校選派能力出眾、品學兼優(yōu)的學生參與企業(yè)項目研究開發(fā)，完成實踐課程，并由企業(yè)導師考核和評定成績。（2）企業(yè)指派工程師到學校參與實踐教學，企業(yè)工程師采用實際工程項目的開發(fā)方式進行實踐課程教學，讓學生在真實項目的開發(fā)中理解理論知識，將理論升華，同時應用于實際案例，學生能盡早熟悉企業(yè)工程實踐項目的開發(fā)流程和所需技能。（3）設立大學生實踐基地，實行企業(yè)工程師和學校專職教師雙導師制，利用企業(yè)工程師的實際項目經(jīng)驗和學校專職教師的教學經(jīng)驗聯(lián)合培養(yǎng)指導學生實踐，進一步激發(fā)學生對本專業(yè)學習的熱情，達到事半功倍的教學效果。

2.2.3 鼓勵學生參加學科競賽

將學科競賽納入人才培養(yǎng)方案中，每個學期根據(jù)學生學習情況、課程開展情況選擇合適的競賽項目，提高學生實操能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)意識與能力，以達到學生早就業(yè)、高就業(yè)的目的。我校可配備有經(jīng)驗的專業(yè)教師負責指導學科競賽，由教師開展講座傳播理念，增強物聯(lián)網(wǎng)嵌入式比賽的意識；由參加過競賽且獲獎的高年級學生帶隊，幫扶低年級學生，同時開展一些經(jīng)驗分享交流會。學?？梢龑Ч膭顚W生主動思考并探索設計有創(chuàng)意的課題，鼓勵學生參與學科競賽，并給予獲獎者一定獎勵，以此來激勵學生主動積極參與學科競賽，挖掘學生的潛能。

2.2.4 穿插交融、逐層遞階

在“點面一體化”實踐教學體系構建過程中，為了使學生對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的就業(yè)前景有清晰的認識，對專業(yè)知識有整體把握，我校可采用自上而下逐步分解的方法進行頂層設計，構建“點面一體化”實踐教學體系，即從感知層、網(wǎng)絡層、應用層整體考慮設計一個能夠融合各相關課程知識點的較大項目，再將大項目按照感知層、網(wǎng)絡層、應用層知識點進行模塊分解，分解為對應各層開設課程的實驗項目，融入每個課程的實踐教學中。學生在完成每個學期每門課程的實驗項目后，在第七學期完成一個集成整合項目。小項目涉及的各課程知識點穿插交融，項目從局部到整體集成，實現(xiàn)逐層遞階，在完成由小到大實踐項目過程中，達到理論與實踐相結合的目的?！包c面一體化”實踐教學體系的構建將復雜問題逐步分解，使學生能夠通過完成每一個小的實驗項目，進而完成整個工程類項目。這樣可以極大增強學生的成就感和獲得感，從而提高教學效果。

2.3 建立全過程多元化考評機制

“點面一體化”實踐教學體系構建需采用全過程多元化考評機制，如實踐任務采用小組合作分工的方式，將任務責任分解到人，考核包括平時出勤情況、實踐課堂表現(xiàn)、個人實踐報告，實踐報告主要呈現(xiàn)實踐成果，同時以小組為單位進行集體答辯，最終得出實踐報告的成績。

在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐課程體系中，基礎驗證型實驗、專業(yè)類課程設計、綜合型實踐和工程項目實踐4 個層次的要求各不一樣，因此在建立多元化考評機制的過程中需要充分考慮各層次課程的特點，制定出符合實際課程教學目標的考核標準。專業(yè)認知實習課程考查學生對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)前景的認知能力；基礎驗證型實驗考查學生實操能力；專業(yè)類課程設計考查學生運用專業(yè)所學知識舉一反三、融會貫通的基本能力；綜合型實踐則注重考查學生靈活運用物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識解決實際問題的能力和創(chuàng)新能力；工程項目實踐著重考查學生綜合運用物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)軟硬件知識開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的能力。

3 結語

物聯(lián)網(wǎng)工程作為一個新興專業(yè)，其人才培養(yǎng)模式和課程體系都在不斷完善中。“點面一體化”實踐教學體系旨在通過基礎驗證型實驗、專業(yè)類課程設計、綜合型實踐和工程項目實踐4 個遞進式層次，培養(yǎng)學生物聯(lián)網(wǎng)工程項目軟硬件規(guī)劃、設計、開發(fā)的能力。建立全過程多元化考評機制能激勵學生主動探索學習。我校在今后“點面一體化”實踐教學體系實施過程中應及時發(fā)現(xiàn)問題、反思問題，不斷總結經(jīng)驗，再將經(jīng)驗應用到實踐教學中，從而優(yōu)化實踐教學體系，提高人才培養(yǎng)質量。