基于項目比賽的物聯網教學模式研究

劉尚旺　孫林　周蕾　汪曉勇　范夢洋

摘 要： 針對物聯網工程專業知識繁雜、課程枯燥等問題，提出基于項目比賽的物聯網教學模式。從項目比賽的動員，到項目比賽的課堂開展與課下研究，再到物聯網工程專業學生的綜合能力的提升，闡述各階段的經驗與觀點。這種實踐教學模式在專業建設、人才培養、師生交流和教學改革等方面具有良好的效果與作用。

關鍵詞： 物聯網； 項目比賽； 教學模式； 綜合能力； 實踐教學

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1006-8228（2015）04-52-03

Abstract： Aiming at the problems that it is too complicated and boring to learn the Internet of Things（IoT） well， this paper introduces a new IoT teaching model based on the project competition. From the mobilization， to the project competition carried out in class and after class， and then to the students' comprehensive strength promoted obviously， the experiences and viewpoints of all these stages are presented. It should be pointed out that this experiment curriculum proposed has a significant effect in major construction， talent cultivation， communication between teachers and students， teaching reform， and so on.

Key words： the internet of things（IoT）； project competition； teaching model； comprehensive strength； experiment curriculum

0 引言

物聯網作為下一個推動世界高速發展的“重要生產力”，是繼計算機發明、互聯網產生與發展之后的世界信息產業領域的第三次科技革命[1]。從國際上看，歐盟、美國、日韓等國都十分重視物聯網的發展，并且進行了形形色色的開發與應用工作。在我國，與前兩次世界信息產業革命截然不同，物聯網從一開始即受到了我國政府、科研、教育、產業界的高度關注；也就是說，我國與國外物聯網的發展處于同一起跑線上，甚至在基礎建設方面處于領先地位[2]。在教育界，隨著各院所高校對物聯網工程專業的愈加重視，如何有效進行物聯網工程專業的實踐教學這一問題顯得愈加嚴峻[3-5]。

物聯網工程專業主要傳授的是“集成創新型”技術，重點培養的是“工程應用型”人才[6]。就人才需求而言，對一個物聯網工程專業的畢業生，用人單位在看重其物聯網工程專業基礎知識的同時，更加看重的是畢業生的實際動手能力[7]。通過對物聯網工程專業的在校生問卷調查及畢業生的回訪反饋發現，傳統教學模式對本科物聯網工程專業的教學效果存在較大的制約性和局限性。為此，經過充分調研論證和初步實踐，提出基于項目比賽的物聯網教學模式，以使物聯網實踐教學具有創新性、科技性、專業性和可行性[8]。

1 物聯網工程專業特點分析

作為新興專業，通過調研與專業開設實踐，發現物聯網工程專業具有如下特點。

1.1 知識繁雜

物聯網專業多是近年批準設置的專業，專業課程的開設還不夠科學完善，教師對于物聯網教學模式的認識一定程度上也還處于探索階段[9]。按照教育部規定，我院物聯網工程專業開設的專業課程有：物聯網信息融合、物聯網感知技術及應用、物聯網體系與標準、物聯網中間件技術、TCP/IP協議分析、傳感器技術與應用、綜合布線技術、物聯網前沿技術講座、工程制圖、數學建模、無線局域網、NS2仿真、Web程序設計、物聯網應用程序設計、射頻技術與應用、電子商務、移動通信、數字圖像處理、視頻語音處理技術、物聯網系統綜合設計、網絡編程、高頻電子線路、嵌入式系統等。涵蓋了通訊工程、網絡工程和計算機科學與技術等眾多專業課程。這樣，就形成了物聯網工程專業知識繁雜的特點。

對物聯網工程專業的大學生而言，在校學習階段，難以梳理清楚課程學習的頭緒，難以把握好學習方向與重點，而且缺乏實踐動手能力的訓練。根據本校計算機與信息工程學院自身地方綜合性特點，以及所確定的物聯網工程專業人才培養方案，應加強大型綜合性實踐教學模式的研究。

1.2 課程枯燥

物聯網的應用無處不在，這樣的特點非常適合通過項目創新驅動這種綜合性的實踐教學方法來調動學生的興趣和積極性，從而達到學以致用的目的。然而目前的課程教學在這方面還是很欠缺，因而學生難免感覺課程枯燥。

本科教育是高等教育的基礎和主體，基于項目比賽的創新創業訓練有必要提到日程上來。在本科生中實施大學生基于項目比賽的創新創業訓練計劃，讓大學生在本科階段初步接觸實際項目開發與初步科研訓練，既有利于學校人才培養模式的轉變，也有利于學生創新、創業和科研能力的提高，從而使學生的綜合素質得以提升[3]。

1.3 缺乏實踐

目前，我院物聯網工程專業課程的開設還比較偏重理論教學，綜合實踐教學環節相對薄弱，缺乏一套與物聯網新興技術所對應的科學完善的實踐教學體系。這大大削弱了專業課程實踐及綜合實訓對學生素質培養的作用[5]，其弊端已有所體現。學生普遍反映所學有所限，特色不明顯。教學模式改革，已成必然。

對于物聯網工程專業以及與其相關的通信工程和計算機科學與技術專業的大學生，可通過項目比賽這種教學模式開展教學，促進其知識拓展，進一步提高其綜合運用知識的能力。

2 基于項目比賽的新型物聯網教學模式

基于項目比賽的物聯網教學模式其實踐方法是，學生在教師的指導下通過對一個項目進行需求分析、按照軟件工程思想或硬件開發流程實施并完成，并以此去參加項目比賽的過程。基于項目比賽的新型物聯網教學模式框架圖如圖1所示。

從圖1可以看出，基于項目比賽的新型物聯網教學模式是指圍繞著項目比賽，在實驗課程上，通過項目分析，把本學科的基礎理論基礎與專業課程知識充分應用到項目比賽的實施中，以取得較好的項目比賽成績，同時達到提升物聯網專業學生的綜合實力的目的。在該新型教學模式的具體實施過程中，關鍵步驟如下。

2.1 項目比賽動員

實踐教學是物聯網教學中的重要環節。針對物聯網工程專業所具有的普遍特點，以及其所造就的物聯網工程專業綜合實踐環節無處下手、學生實際動手能力難以有效提高的局面，這就要求改革教學來打破傳統教學模式，努力提高學生積極參與實踐教學的主觀能動性。以項目比賽為核心，貫徹落實理論與實踐相結合的這種教學新模式有望能夠實現這一目標。

這其中，至關重要的第一步就是如何調動學生積極參與到各項比賽中來。這要求領隊教師積極宣講競賽相關知識，開拓學生視野，引導學生自行組隊、科學選題、積極備賽。讓學生熟悉比賽流程，了解競賽需要的注意事項，以更好地融入到比賽中，將學生吸引到相關實驗和訓練中來。

2.2 項目比賽的策略與選題

針對大學生思想活躍、思維發散的特點，比賽賽項選擇的策略初步定為：以物聯網創意賽為重要突破口，爭取技能賽和挑戰賽隨之有所突破。這樣一來，項目比賽的選題是關鍵。在深入研究以往比賽獲獎作品的基礎上，積極引導參賽團隊選擇有實際應用意義、便于快速轉化為生產力的綜合性題目；另外，要求選題具有鮮明的物聯網特色，比如要盡量選擇能夠體現射頻識別技術（RFID）、無線傳感網絡（WSN）和移動互聯開發（M2M）等技術特點的綜合性題目。

2.3 項目比賽的課堂開展

參加各類比賽，需具備相應的專業基礎知識，課堂教學的開展必不可少。課堂上，可以根據比賽項目講授所需相關技術的專業知識，使學生主動接受知識，自覺、自主地去實現比賽作品，真正做到“教、學、做”的融會貫通、三位一體。首先，課堂教學可以根據項目比賽的相關知識，進行細致地講解，使得學生對于項目比賽所運用的方法和技術有充分的了解。其次，通過課堂上項目比賽的講解，不僅能夠調動大家學習專業知識的積極性，而且能夠調動學生積極參與實踐的熱情，進而全身心地投入到項目比賽研究實踐中去。最后，通過模擬比賽過程，進行中期考核和比賽前驗收，及時指出各組比賽中出現的問題，并提出整改方案。

2.4 項目比賽的課下研究

基于項目比賽的教學模式，不僅要求將“教、學、做”融合起來進行三位一體的課堂教學，還要重視課下的自主研究實踐，使得理論知識和實踐教學真正融會貫通。要求學生充分利用網絡和圖書館資源，課下自主查找學習新知識，獨立完成項目比賽創新作品和相關論文支撐材料的準備工作。

具體實施過程中，在硬件方面，我院建立有專門的大學生創新實驗室，全天候為大賽學生開放使用。在軟件方面，指導教師不定期地到創新實驗室檢查與指導，保證項目比賽按計劃有序地完成；比賽必要開支，學院給予報銷等。另外，建立完善激勵政策，項目比賽獲獎團隊，按照獲獎級別，在獎學金評定和保研政策方面都有相應的加分。

3 基于項目比賽的物聯網新型教學模式的效果與作用

通過基于項目比賽的物聯網教學模式的積極實施，對于物聯網工程專業的教學與實踐產生了明顯的效果與作用。

3.1 引用項目比賽的方式，對專業建設具有重大促進作用

利用項目比賽的方式，來深入有效地開展物聯網工程專業教育，能夠更加明確專業建設目的，并不斷地對其加以優化、改進、完善；圍繞項目比賽進行教學和科研還能夠切實提高教師和學生的主觀能動性，提高學生的參與意識和競爭意識，督促學生自主學習、發明創造，在實踐中感受成功的快樂和自信進而培養其競爭力與創新力。這些，對物聯網工程專業建設均有明顯的促進作用。

3.2 引用項目比賽的方式，對人才培養具有明顯的效果

在完成項目比賽的過程中，學生不僅可以更好地學習和掌握相關的知識與技能，還可以得到實質性的肯定，這可以有效地提高教學質量，提高學生的學習興趣和積極性。該方法的主體思想是以學生為中心，為主體；學生是知識的主動構建者，而不是被動的接受者。

融合RFID、WSN、M2M，其參賽作品的完成往往要求選手既具備有良好的物聯網知識理論基礎，又具有較強的綜合應用和實際動手能力。經過整個比賽流程之后，參賽大學生的綜合實力往往會有大幅度的提升。同時，教師的課上和課下指導也更具針對性和挑戰性。

3.3 引用項目比賽的方式，能夠有效地促進師生間的積極交流

物聯網工程專業以項目比賽為依托，師生面對面交流，手把手指導，能夠極大程度地引導學生在實踐中自主學習；通過指導學生解決項目過程中的各種問題，學生不僅體會到競賽的樂趣，更能感受到自身的不足，通過這種差距壓力驅動方法，可以使得參賽學生在教師的指導與關懷下不斷取得進步，增強師生感情與溝通交流。

3.4 引用項目比賽的方式，能夠幫助教師積極進行教學改革與探索

教學的目的應是授之以漁，而不是授之以魚，其關鍵是提升學生實踐能力。理論是基礎，實用是根本。強調實踐環節，以增強學生的實踐動手能力和畢業后對工作崗位的適應能力為宗旨，突出重點，強調實用。一個教師的教學方法無論多么優秀都難以做到使每個學生滿意，而基于項目比賽的物聯網教學方法卻可以很好地解決這一問題。學生自主積極學習，在一定程度上減輕了教師的負擔，提高了課堂效率，同時也讓學生學會了更好地獨立去解決問題的能力。

3.5 引用項目比賽的方式，取得的比賽成績容易形成不斷奮發進取的良性循環

比賽結果方面，在全國首屆物聯網大賽中，我校有6組隊員進入華中賽區創意賽的決賽，1組隊員進入挑戰賽的全國決賽；在第十屆博創杯嵌入式物聯網大賽中，我校隊員作品取得河南省賽區特等獎，進入全國決賽。這些成績，增強了參賽師生的信心，開闊了進一步研發的視野。

這些比賽成績的獲得，得到了學院領導的肯定與支持，教師與學生更有信心也更有能力取得下一屆比賽的優良成績。周而復始，就很容易形成一個不斷奮發進取的良性循環，使我院的物聯網專業建設更有特色、更快地發展壯大。

4 結論

物聯網作為新興技術已經受到了廣泛關注，未來必會帶動整個產業的發展，從而會產生更多的創新應用和服務需求。因此，如何有效培養物聯網工程專業人才成為目前多所高校面臨的問題。根據調研多所高校物聯網工程專業發展現狀和初步實踐，提出適合一般普通本科高校的基于項目比賽的物聯網工程專業教學模式，并對其框架構成、組織實施及其效果作用進行了詳細的闡述。簡言之，基于項目比賽的物聯網工程專業教學模式的總體思想是以理論為指導，以實踐創新應用來驅動和增強。下一步，結合我院物聯網工程專業實際開設情況與發展要求，進一步制訂、完善激勵師生參與項目比賽的制度方法，比如指導教師的相關課時量核定辦法、參賽師生更合理的獎勵辦法等，以及如何有效發揮高低年級學生之間的傳、幫、帶作用等，繼續深入探索基于項目比賽的物聯網工程專業教學新模式。

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