案例導向的物聯網實踐教學方法探究

杜寧　車楠　楊慧晶

摘 要：物聯網是目前各高校建立的新興專業學科，具有多學科融合以及面向系統級工程應用的特點。文章從物聯網實踐教學的意義出發，分析了現有物聯網實踐教學存在的主要問題，并結合哈爾濱理工大學軟件學院物聯網實踐教學過程，提出了案例導向的物聯網實踐教學策略。

關鍵詞：物聯網；案例教學；實踐教學；教學方法

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2015）04-0048-02

物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮，在智能交通、公共安全、工業監測、環境監測、智能家居等各方面都有著廣泛的需求和應用前景。然而，國內高素質物聯網技術人才匱乏已成為制約物聯網產業發展的瓶頸，因此培養與國際接軌的物聯網技術人才成為亟待解決的問題。為此，各高校紛紛開設物聯網專業學科，將其作為教學和科研的新方向。但是，目前各高校物聯網教學體系和課程的設立仍然處于起步和探索階段，特別是現有的實踐教學手段無法適用于物聯網這樣一個多學科融合、面向系統級工程應用的學科，很難培養出具有工程能力、創新能力和設計能力的綜合型人才，遠遠不能滿足物聯網人才市場的需求，必須提出新的實踐教學方法來改變現狀。本文根據物聯網方向的工程特性，提出以案例為導向的物聯網實踐教學方法，通過搭建開放的實踐平臺，設計豐富的學習案例，讓學生從系統級層面來認識物聯網，激發學生的創造性。

一、物聯網實踐教學改革的意義

物聯網專業相比其他專業具有多學科融合的特點，由通信、計算機、電子等方向共同組成，是一門應用性強、信息技術集成的創新型工程應用學科。因此，學科體系建立應該遵循“物聯網專業跨學科知識的融合和貫通必須通過實踐來進行”這一原則，必須認識到實踐教學在物聯網人才培養過程中起著至關重要的作用。物聯網專業本科生培養基本思路應該是強化基礎、注重實踐。“重理論輕實踐”和“重實踐輕設計”的教學方法很難讓學生從工程角度認知物聯網，無法實現從微觀的階段性目標向宏觀的長遠目標轉移，在專業的建立和工程人才的培養兩方面存在不足，無法培養工程應用型人才。高度重視實踐環節，推進實踐模式的改革和創新是高校物聯網教學不斷完善的必由之路。

二、物聯網實踐教學存在的主要問題

目前各高校物聯網實踐教學尚處于摸索階段，在實際教學過程中存在著很多不足。具體存在以下主要問題。

（一）實踐教學環節薄弱

目前高校物聯網專業教學主要采用理論教學和實踐教學相結合的方式，然而實踐教學僅僅作為理論教學的補充和原理驗證，考核方式也以理論知識為主，導致教師和學生對實踐環節重視不足。同時，由于物聯網專業教學對教師水平要求比較高，加之現有物聯網實驗設備操作相對復雜、學習周期長，教師在開展實踐教學時會縮減一些難度較大的實驗，導致實踐教學環節在整個物聯網教學中相對薄弱。

（二）實踐教學方法單一

在物聯網相關課程的實踐教學中， 仍然采用傳統的教學方式，即教師以每門專業課程的知識點驗證為主線進行實踐教學。對于物聯網這個綜合性專業，這樣的教學方式已不能很好地適應新形勢下的教育體制。學生對物聯網認識的思路非常狹窄， 自主設計能力差， 不利于學生對課程體系的整體認識，無法提高學生思維能力、創新能力、獨立分析問題和解決問題的能力，最終導致學生對學習失去了興趣。

（三）實驗項目設置缺乏關聯性

物聯網課程實驗項目設置都以單一課程為單位，沒有兼顧整個課程體系之間的內部聯系，缺乏系統性、工程性的邏輯關聯關系。在這樣的實踐教學指導下，學生學習缺乏主動性，無法將理論和實踐融會貫通。高校開展物聯網實踐教學不能孤立地以單門課程為核心，應該重視物聯網專業課程之間存在的緊密的邏輯關聯關系，必須通過課程間的學習和關聯逐步建立起整個物聯網系統設計的概念。

（四）實驗平臺不完備

物聯網實驗設備缺乏統一的標準，主要以設備廠商生產和高校自制設備為主，受研發周期和研發能力的影響，水平參差不齊。實驗平臺相對復雜，教學難度提高。

三、物聯網案例教學的實施策略

通過對物聯網實踐教學所存在不足進行分析，最主要的問題是現有的實踐教學手段不能滿足物聯網方向對實踐型人才培養的需求，必須提出行之有效的教學方法來改變現狀。本文結合哈爾濱理工大學軟件學院物聯網方向實踐教學開展過程，根據物聯網專業特點，提出將案例教學方法切實運用到物聯網實踐教學中，在軟件學院自主研發的基于軟硬件開源的物聯網開發平臺上搭建教學案例。以案例為導向，突出軟件工程專業優勢，建立適應學科發展的實踐體系，提高教學效果，讓學生系統地認知物聯網，鍛煉動手能力，培養行業所需人才。

具體的實施方案如下。

（一）開發面向實際需求的實踐案例

物聯網在國際以及國內都是新興的戰略化產業，在工業制造和實際生活中都有廣泛的應用，在某些行業已經形成一套產業體系。參照成熟工業標準，軟件學院自主研發的基于軟硬件開源的物聯網開發平臺是將開源軟硬件Arduino平臺和Digi公司出品的物聯網XBee模塊產品線相結合的物聯網實驗儀器，具有與國際頂尖實驗教學水平相接軌的特點，在此平臺上所搭建的物聯網教學案例除了兼顧理論教學特點，同時參照行業標準，研發的項目模型具有實際應用價值，使教學與產業接軌，激發學生的興趣和創新能力，提高學生的實踐能力。

（二）設計覆蓋理論教學課程的實踐案例

物聯網實踐課程需要以專業基礎課程為基礎，面向真實完整的物聯網工程項目設計實踐內容。實踐環節課可設置在基礎理論課之后，在大二年級即可開始基礎的實踐課程教學，然后逐步進入到結合實際的物聯網項目實訓環節，在實訓環節中，通過引入企業實際物聯網項目對學生進行訓練。物聯網專業所設置的課程包含軟件開發、嵌入式、傳感器網絡、RFID以及系統移植等諸多方面，這些看似獨立的課程在物聯網系統的建立過程中交叉運用，相輔相成，形成一套完整的智能網絡控制系統，最終實現物物相連。所以案例設計要完成對所開課程的覆蓋，在自制設備所設置的實驗項目基礎上完成案例設計，點面結合，讓學生體會到物聯網理論體系與具體實踐的關系，讓教師在教學過程中有落腳點來直觀闡述問題。

（三）制定突出軟件工程專業特點的實踐教學案例設計方案

物聯網涉及通信、信息、電子、計算機、自動控制和傳感技術等多個專業，在案例教學過程中應處理好物聯網實踐教學與軟件工程基礎課程的關系，在涵蓋專業科目的基礎上，運用基礎學科理論知識。

（四）構建開放的物聯網體系架構與實訓模式

物聯網系統構建應該始終堅持開放的原則，與國際領先物聯網研究機構進行廣泛、充分的互動合作。在參考國際物聯網市場相關技術標準的同時，勇于創新，與國內外物聯網產業對接，了解系統架構的廣泛性，提高其可擴展性，為學生提供二次開發的學習機會。成熟的案例設計有助于學生在原有模式上完成創新項目，豐富實踐案例，最終形成產業化產品，為專業實訓模式的建立提供扎實的基礎。物聯網用途廣泛，遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全等多領域。在教學案例的選擇上要依據所開設實驗項目內容及學生的水平，設計難度適中并能引發學生興趣的案例，例如智能照明系統、智能家居和智能停車場等。

（五）確立完善的項目開發模式

物聯網是個綜合性學科，軟硬件結合，又可細分為系統架構、終端界面設計、網絡搭建和傳感器節點設計等方向。在實例研究和教學過程中，應參考公司項目開發模式，根據項目功能進行模塊劃分。讓學生在了解基本架構的基礎上，根據自身興趣針對某一方面進行深入學習和開發，加強專項人才培養力度。針對有創新想法的學生組建團隊，參與競賽或創新實驗等，提高學生自主開發的能力。

實際教學實踐過程表明，以案例為導向的實踐教學過程在物聯網教學過程中具有明顯的優勢，具體表現如下：1.通過設計全方位覆蓋物聯網方向專業課的實踐案例，讓學生體會到理論課程設置的關聯性和整體性，進一步強化理論和實踐教學；2.通過建立通用的工業級案例開發框架，為完成物聯網案例庫提供前期支持，同時為學生競賽、項目驅動、創新創業項目提供開放體系框架參考，提高學生的學習主動性，激發學生的自主創新意識；3.通過構建案例教學實踐體系，將項目實施作為主線貫穿于實踐教學的全過程，提高學生的工程實踐能力。

總之，物聯網案例實踐教學在自制設備設置實驗項目上進行綜合和強化，將理論和實驗相結合，輔助完成軟件學院物聯網方向的理論和實踐體系結構的建立。實踐證明，以案例為導向的實踐教學方法適用于物聯網實踐教學，同時也是物聯網實踐教學體系建立的必然需求。

參考文獻：

[1]錢紅燕，陳兵，燕雪峰.物聯網教學實踐體系研究[J].計算機教育，2011，（23）.

[2]秦磊化，石柯，甘早斌.基于CDIO的物聯網工程專業實踐教學體系[J].高等工程教育研究，2013，（5）.

[3]吳功宜.對物聯網工程專業教學體系建設的思考[J].計算機教育，2010，（21）.