傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)課程教學(xué)改革與實(shí)踐探究

周茉

［摘 要］物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展繁榮需要大量精通物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的專業(yè)人才。對(duì)此，高職院校應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，抓住物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇，適時(shí)調(diào)整電子信息類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，做好電子信息類專業(yè)課程建設(shè)，爭(zhēng)取為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。文章以武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)課程為例，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，提出重構(gòu)人才培養(yǎng)模式、探索多元化教學(xué)方法、建立多層次的實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)、多途徑加強(qiáng)師資培訓(xùn)等人才培養(yǎng)策略。

［關(guān)鍵詞］傳感網(wǎng)；電子信息；教學(xué)改革

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.18.078

［中圖分類號(hào)］G712；TP212.9［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1673-0194（2023）18-0239-03

0? ? ?引 言

“物聯(lián)網(wǎng)概念”是利用信息傳感設(shè)備，將任意物體與網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行信息交換和通信的一種網(wǎng)絡(luò)概念。物聯(lián)網(wǎng)概念的問世，打破了人們的傳統(tǒng)思維，伴隨其近年來的快速發(fā)展，已經(jīng)逐漸成為新一代信息技術(shù)的重要組成部分，被世界公認(rèn)為是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)之后的世界信息產(chǎn)業(yè)第三次浪潮。2021年，人力資源社會(huì)保障部發(fā)布的《新職業(yè)——物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)員就業(yè)景氣現(xiàn)狀分析報(bào)告》顯示，未來5年物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)人才需求缺口總量超過1 600萬人［1］。為了抓住這一機(jī)遇，滿足物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要，許多本科及職業(yè)院校都加大了專業(yè)建設(shè)投入，開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)。

目前，武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院還沒有開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，為了滿足行業(yè)發(fā)展需要，可依托現(xiàn)有的電子信息類專業(yè)開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才培養(yǎng)工作。以下將以武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息技術(shù)專業(yè)中的傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)課程為例，結(jié)合現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)探究教學(xué)改革措施，希望能為物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展培養(yǎng)更多電子信息專業(yè)人才提供參考。

1? ? ?課程教學(xué)存在的問題

1.1? ?學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)

高職階段學(xué)生的學(xué)習(xí)節(jié)奏與高中有所不同，高中學(xué)習(xí)多是教師講解，學(xué)生通過反復(fù)練習(xí)加深知識(shí)記憶；高職院校則大多是大班授課，需要學(xué)生能夠在理解理論知識(shí)基礎(chǔ)上，在課下自主學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)技能知識(shí)。然而，剛經(jīng)過高考洗禮的高職學(xué)生面對(duì)高職“輕松”的課堂學(xué)習(xí)氛圍，難免會(huì)有所放松，加之信息時(shí)代智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用，課堂上常會(huì)出現(xiàn)學(xué)生玩手機(jī)不認(rèn)真聽講的現(xiàn)象，而傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)課程技術(shù)性、專業(yè)性較強(qiáng)，理解掌握上確實(shí)存在一定難度，若課上不認(rèn)真聽講，課下練習(xí)則會(huì)步履維艱，長(zhǎng)此以往，學(xué)生在專業(yè)課學(xué)習(xí)上會(huì)產(chǎn)生厭煩、畏難情緒，會(huì)對(duì)學(xué)習(xí)缺乏積極主動(dòng)性［2］。

1.2? ?課程內(nèi)容多且復(fù)雜

以傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)課程內(nèi)容為例，該課程涉及多種綜合技術(shù)，如傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、嵌入式技術(shù)、通信技術(shù)等，理論涵蓋方向多且技術(shù)內(nèi)容龐雜，學(xué)生學(xué)習(xí)起來難度較大，教學(xué)難度較高。

2? ? ?課程教學(xué)改革

針對(duì)以上教學(xué)中存在的問題，筆者從以下幾個(gè)方面著手提出改革方案，希望能夠幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)這門專業(yè)課程。

2.1? ?根據(jù)市場(chǎng)需求，調(diào)整課程體系

職業(yè)院校的教學(xué)內(nèi)容和進(jìn)度一般是根據(jù)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)按照既定內(nèi)容開展的，而物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用前景日新月異，為了使學(xué)生所學(xué)專業(yè)技能符合市場(chǎng)需求，職業(yè)院校應(yīng)結(jié)合區(qū)域內(nèi)行業(yè)發(fā)展對(duì)人才的需求，及時(shí)調(diào)整人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建與之對(duì)應(yīng)的課程教學(xué)體系和內(nèi)容。武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息專業(yè)每年年末會(huì)邀請(qǐng)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)工程師到學(xué)校來一起探討專業(yè)培養(yǎng)方案。針對(duì)每年企業(yè)對(duì)人才的不同需求，優(yōu)化課程標(biāo)準(zhǔn)，更新專業(yè)課程，調(diào)整新學(xué)年的課程體系和教學(xué)內(nèi)容，確保課程教學(xué)和實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)課緊跟新技術(shù)發(fā)展步伐［3］，讓學(xué)生學(xué)習(xí)的專業(yè)技能有用武之地。

2.2? ?課堂教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法

2.2.1? ?結(jié)合案例開展教學(xué)

傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)課程理論難度較大，教師在教學(xué)中不能只注重理論分析，還要重點(diǎn)講授基于傳感技術(shù)搭建的系統(tǒng)應(yīng)用，結(jié)合實(shí)例幫助學(xué)生理解物理概念和工程概念。例如，教師在講授數(shù)據(jù)采集時(shí)，可以選用智能家居設(shè)備作為交互場(chǎng)景來解釋傳感網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)合。要實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的萬物互聯(lián)目標(biāo)，需要對(duì)家居內(nèi)的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及處理，在此可以給學(xué)生設(shè)置“需要用到哪些類型的傳感設(shè)備”等問題，幫助學(xué)生理解并記憶相關(guān)知識(shí)點(diǎn)；在講授Wi-Fi通信的3種工作模式——station、soft-AP和station+soft-AP時(shí)，僅灌輸概念，學(xué)生難以理解，若讓學(xué)生自己使用手機(jī)連接Wi-Fi上網(wǎng)，依次分析3種工作狀態(tài)，則會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。通過這些深入淺出的例子，加深學(xué)生對(duì)概念的理解。另外，為開闊學(xué)生的視野，課堂教學(xué)案例不應(yīng)局限于電子工程問題，應(yīng)輻射到生物、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等各學(xué)科領(lǐng)域。

2.2.2? ?采用多元化教學(xué)手段

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，傳統(tǒng)的“填鴨式”“滿堂灌”的教學(xué)方式已不再適用，應(yīng)結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”，采用多元化的教學(xué)手段調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。教師可以充分利用多媒體播放實(shí)拍的傳感網(wǎng)應(yīng)用實(shí)例，如基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)（Controller Area Network，CAN）線的汽車工業(yè)生產(chǎn)線、基于485總線的智能安防系統(tǒng)；還可以將枯燥、難懂的專業(yè)知識(shí)編輯成5～10分鐘的視頻短片，幫助學(xué)生理解有難度的專業(yè)知識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的了解，增強(qiáng)學(xué)科自信，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)。例如，在課堂上播放物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于船舶生產(chǎn)到運(yùn)營(yíng)的視頻：物聯(lián)網(wǎng)在船舶行業(yè)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)處理，從船舶生產(chǎn)角度來講，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用優(yōu)化了生產(chǎn)流程，提高了產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率；從船舶運(yùn)營(yíng)角度來看，在船舶的關(guān)鍵設(shè)備上按照物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)要求嵌入傳感器，實(shí)現(xiàn)了船舶的智能化處理，利用全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、衛(wèi)星通信、自動(dòng)雷達(dá)標(biāo)繪儀（Automatic Radar Plotting Aids，ARPA）、電子海圖顯示等技術(shù)，使基地管理人員能在線對(duì)整船或者某一關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控［4］。通過現(xiàn)實(shí)案例的講解，學(xué)生能深入了解物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)可，提高學(xué)科自信。

課堂教學(xué)中可以將灌注式教學(xué)改為啟發(fā)式教學(xué)，打破教材內(nèi)容的局限，將與專業(yè)相關(guān)的最新技術(shù)、工藝、設(shè)備內(nèi)容引入課堂，圍繞專題，采用提問、討論等方式，激發(fā)學(xué)生的即興思維；借助科普視頻、提問搶答、學(xué)生自主演講等方式豐富課堂教學(xué)形式，提高課堂教學(xué)效果；利用線上線下相結(jié)合的方式，打造“互聯(lián)網(wǎng)+”網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化、終身化學(xué)習(xí)形態(tài)。2021—2022學(xué)年第一學(xué)期，傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)課程在實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行，在課程組負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)下，教研室全員上陣，以學(xué)習(xí)通為平臺(tái)，組建線上學(xué)習(xí)資源庫(kù)，內(nèi)容涵蓋課程所需微課、PPT、數(shù)字化教材、習(xí)題庫(kù)、仿真軟件和實(shí)操視頻等，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)情況調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，拓展了學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間。

2.3? ?建立層次化的實(shí)訓(xùn)實(shí)踐平臺(tái)

2021年武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院和唯眾物聯(lián)網(wǎng)公司合作投資建設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)訓(xùn)室，實(shí)訓(xùn)環(huán)境大大改善，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活豐富，有效提升了學(xué)生的編程能力和工程綜合能力。實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)為兩個(gè)層次，分別為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與創(chuàng)新性實(shí)踐平臺(tái)?；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)致力于鞏固學(xué)生課堂專業(yè)理論知識(shí)，多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新性實(shí)踐平臺(tái)致力于培養(yǎng)學(xué)生的工程創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)的興趣，多為項(xiàng)目開發(fā)型實(shí)驗(yàn)。

2.3.1? ?基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)訓(xùn)內(nèi)容按照自下而上的內(nèi)容設(shè)計(jì)思路，從單片機(jī)、傳感器、無線傳感網(wǎng)三方面覆蓋物聯(lián)網(wǎng)嵌入式開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)。利用物聯(lián)網(wǎng)融合平臺(tái)創(chuàng)建一個(gè)可體驗(yàn)的應(yīng)用場(chǎng)景，加深初學(xué)者對(duì)物聯(lián)網(wǎng)感知、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用的三層體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)技術(shù)的認(rèn)知和理解。通過一個(gè)簡(jiǎn)單工程的創(chuàng)建、編譯、下載過程，學(xué)生可以掌握目前傳感層開發(fā)環(huán)境主流軟件的安裝、配置、操作方法。另外，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容還包含圖像化編輯工具及物聯(lián)網(wǎng)融合云平臺(tái)。對(duì)于零編程基礎(chǔ)或編程較弱的學(xué)生來說，可以通過圖像化編輯工具去理解程序語(yǔ)言。這種編程環(huán)境是學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)較有利的工具，解決了絕大多數(shù)學(xué)生編程語(yǔ)法入門難的痛點(diǎn)。

在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課堂上采用分組式項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)推進(jìn)教學(xué)實(shí)施。所有項(xiàng)目中，學(xué)生任務(wù)分工明確，需要根據(jù)教師設(shè)定的步驟，循序漸進(jìn)地完成電路原理分析、軟件調(diào)試、硬件實(shí)物連接及故障檢測(cè)等。同時(shí)，小組內(nèi)和小組間引入競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，激發(fā)學(xué)生的進(jìn)取意識(shí)和集體榮譽(yù)感。

2.3.2? ?創(chuàng)新性實(shí)踐平臺(tái)

創(chuàng)新性實(shí)踐平臺(tái)形式多種多樣：①利用教師的科研與學(xué)術(shù)活動(dòng)，開闊學(xué)生的視野，拓展學(xué)生的思維空間，擴(kuò)大信息交換來源。在教師指導(dǎo)下，參加不同層次的科學(xué)研究項(xiàng)目，在實(shí)踐中得到鍛煉。②鼓勵(lì)學(xué)生參加學(xué)術(shù)研討會(huì)和學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，增加知識(shí)深度，增加對(duì)行業(yè)的了解。③建設(shè)學(xué)生工作室，實(shí)行開放式管理，吸引學(xué)生在課外實(shí)驗(yàn)室選做實(shí)驗(yàn)或自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)。創(chuàng)新性實(shí)踐平臺(tái)的建立既可以為學(xué)科競(jìng)賽活動(dòng)儲(chǔ)備生力軍，又可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)、融合知識(shí)、創(chuàng)新知識(shí)的綜合能力，有利于提升學(xué)院信息類專業(yè)畢業(yè)生的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.4? ?加強(qiáng)師資培訓(xùn)

職業(yè)教育目標(biāo)是培養(yǎng)具有一定技術(shù)技能和基礎(chǔ)文化知識(shí)的勞動(dòng)者，職業(yè)教育側(cè)重于實(shí)踐技能和實(shí)際工作能力的培養(yǎng)。國(guó)內(nèi)大部分職業(yè)院校的教師來自更偏重專業(yè)知識(shí)的高校畢業(yè)生，而擁有扎實(shí)技術(shù)實(shí)操能力的“藍(lán)領(lǐng)”教師較為稀缺。對(duì)此，應(yīng)鼓勵(lì)教師參加職業(yè)院校素質(zhì)提高計(jì)劃及專業(yè)職業(yè)核心能力培訓(xùn)，打造職業(yè)院?！半p師型”教師隊(duì)伍，選派教師與校外優(yōu)質(zhì)單位交流合作，利用假期和業(yè)余時(shí)間到企業(yè)中去，讓專業(yè)教師真正走到一線了解具體工程項(xiàng)目，更好地促進(jìn)教產(chǎn)相長(zhǎng)，提高教師的實(shí)際操作能力。

此外，教師可以積極參與職業(yè)技能等級(jí)證書培訓(xùn)及開發(fā)，把行業(yè)、企業(yè)所需的最新知識(shí)、技術(shù)技能融入人才培養(yǎng)方案；利用課余時(shí)間，用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室、自己的科研團(tuán)隊(duì)等為行業(yè)企業(yè)提供技術(shù)支持，這樣既能實(shí)現(xiàn)學(xué)校和企業(yè)共同育人、合作雙贏，又能提高自身業(yè)務(wù)能力［5］。

2.5? ?建立“1+X”證書制度培訓(xùn)體系

“1+X”證書制度中的“X”證書是與區(qū)域、行業(yè)、產(chǎn)業(yè)及時(shí)代特征緊密相連的，可以組織行業(yè)內(nèi)的專家以及專任教師梳理相關(guān)職業(yè)技能等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與專業(yè)課程的關(guān)系，以“1+X”職業(yè)資格證書為標(biāo)準(zhǔn)，仔細(xì)分析相關(guān)“X”證書（傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)職業(yè)技能證書）所需要的崗位職業(yè)能力、工作內(nèi)容及需要具備的相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)，將行業(yè)新技術(shù)、新規(guī)范等融入已有的課程內(nèi)容；利用模塊化組織課程內(nèi)容中的知識(shí)點(diǎn)，便于以后靈活組合相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)來適應(yīng)未來不斷變化的新形勢(shì)［6］。如傳感網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)職業(yè)技能等級(jí)證書，該證書主要考核的知識(shí)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)采集，有線組網(wǎng)通信中的總線通信開發(fā)技術(shù)和短距離無線通信，通信協(xié)議開發(fā)中的讀寫配置參數(shù)指令開發(fā)和控制設(shè)備指令的開發(fā)等。該證書注重的是理論和實(shí)際的結(jié)合，主張學(xué)有所用，以實(shí)際的職業(yè)素養(yǎng)為導(dǎo)向，考查學(xué)生在實(shí)際工作過程中是否擁有專業(yè)技術(shù)技能水平［7］。

3? ? ?課程實(shí)施改革后的效果

課程改革實(shí)施面向電子信息技術(shù)及通信技術(shù)專業(yè)兩個(gè)年級(jí)8個(gè)班的課程內(nèi)容，在此方案的指導(dǎo)下，教師的主導(dǎo)性和學(xué)生積極性都得到了明顯改善。教學(xué)過程中貫徹以學(xué)生為本的理念，教學(xué)內(nèi)容從原理、仿真、實(shí)物制作到課后網(wǎng)上層層拓展，逐步破解教學(xué)重難點(diǎn)；實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)分組分工機(jī)制充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，絕大部分學(xué)生在課上會(huì)主動(dòng)完成角色分工任務(wù)，學(xué)生之間逐漸形成互學(xué)互助、合作共贏的良好氛圍。結(jié)合目前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展及省賽、國(guó)賽中知識(shí)技能點(diǎn)，學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)軟件搭建及設(shè)備，掌握了軟件拖曳組合方法和代碼上傳運(yùn)行調(diào)試過程，也了解了單片機(jī)軟件控制電子器件的基本方法。對(duì)于學(xué)有余力的學(xué)生，鼓勵(lì)其著手實(shí)施拓展任務(wù)，嘗試探索物聯(lián)網(wǎng)典型應(yīng)用開發(fā)。課程考核評(píng)價(jià)貫穿教學(xué)全過程，實(shí)時(shí)反饋考評(píng)結(jié)果，學(xué)生能第一時(shí)間感受到努力付出帶來的成就感和集體榮譽(yù)感，同時(shí)能及時(shí)彌補(bǔ)學(xué)習(xí)中的不足。

4? ? ?結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息類人才培養(yǎng)定位，結(jié)合區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)高級(jí)技術(shù)應(yīng)用型人才的需求，通過學(xué)校與企業(yè)合作，探索與目前市場(chǎng)人才需求相對(duì)應(yīng)的課程教學(xué)體系，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)作出了積極有效的嘗試，力求促進(jìn)武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息類專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)課程建設(shè)和學(xué)生職業(yè)能力的培養(yǎng)，真正為技術(shù)性應(yīng)用型人才培養(yǎng)服務(wù)。

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