物聯網專業學生創新實踐能力培養的探索

朱俊嶺　邵平　王俊波　田慶

摘要：物聯網專業的人才培養計劃中，創新實踐是必不可少的環節，本文在分析計算機專業實踐教學過程、物聯網專業需求的基礎上，提出了一種學生能力培養的組織模式，對開放實驗平臺的建立、教師與學生團隊的建設、創新項目的選題及組織等內容進行了探索。經驗表明，該實踐教學方案與課堂教學相互補充，能在課程設計、畢業論文、學生競賽等各個方面發揮重要作用，著力于培養學生的創新實踐能力，取得了較好的人才培養效果及專業的可持續發展。

關鍵詞：物聯網；實踐教學；創新團隊；培養方案

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）08-0152-02

一、引言

物聯網是一個基于互聯網、電信網等信息傳輸載體，將所有能被尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡，它可以將現實世界數字化，是當今社會最具潛力的產業之一，并能引發人類生產生活方式的重要變革，因此使具有理論知識與實踐能力的人才培養迫在眉睫。在物聯網專業的建設過程中，研究并建立包括創新教育、實踐教學、教學方法和管理機制等在內的人才培養體系就顯得非常重要了[1]。

從當前的發展趨勢來看，物聯網應用系統涉及電子技術、計算機技術、互聯網技術、通信技術、自動控制技術等多種信息技術，作為個體很難完全掌握所有需要的知識[2]。物聯網的應用必須建立在一個團隊的基礎上，因此在學生創新實踐教學的建設過程中團隊建設就顯得非常重要了。另外，技術上的創新一般是大公司、大企業所推動的，物聯網應用系統更多的是利用現有的成熟技術進行應用創新，在學生創新實踐教學中對現有技術的原理及應用要有深入的理解。結合物聯網應用系統中所涉及到的技術及學生創新實踐的需要[3]，對實踐教學的培養計劃和實施方案進行建設是物聯網專業建設中的一項緊迫任務。

學生創新實踐教學的建設離不開開放的實驗平臺、教師團隊、學生團隊以及合理的制度建設。以開放的實驗平臺作為學生創新的實踐中心，以教師團隊作為學生創新的技術支撐及指導，以學生團隊構建學生創新實踐的主體，以合理的制度建設作為創新實踐教學的保障。

二、開放實驗平臺的建立

物聯網專業的建設必須結合計算機學科的專業情況與特點，對學生的主要培養目標是培養應用人才，因此學生創新實踐應該放在物聯網平臺及相關軟件設計這一部分。在物聯網學生實踐教學環境中，學生必須具備的基本技能包括程序設計、CPU體系結構、物聯網操作系統、網絡通信與協議四個方面，因此在學生創新實踐中必須建立四個開放實驗平臺，開放實驗平臺的建立如圖1所示。

1.程序設計開放實驗平臺，這一平臺可以和計算機學院的ACM/ICPC競賽平臺相結合，讓學生進行充分的程序設計訓練，從而具有較好的c/c++、java程序設計能力，這一平臺以大一學生為主，可在學院組織程序設計大賽，較好的學生進入ACM集訓隊，參與ACM/ICPC競賽或者省一級的java程序員競賽等比賽項目，以項目帶動學生的積極性。

2.CPU體系結構開放實驗平臺。讓學生掌握一兩種主流的物聯網開發平臺，其中包括ARM系列（STM32）、msp430系列、cc2530/2540等soc，為了更好地掌握理解開發平臺，把匯編語言程序設計的主要教學內容從8086調整到了ARM體系結構及其匯編語言，目標是為了與學生創新實踐相結合，打下很好的硬件設計基礎。提供相應開放實驗平臺，學生在學習單片機課程之后，就可以進入CPU開放實驗室了解和學習這些開發平臺，在這些平臺上完成常規的實驗以及項目實訓。這一平臺以提升學生的動手能力操作為主，主要項目可參與嵌入式系統大賽或者電子設計大賽等競賽項目。

3.OS開放實驗平臺，讓學生掌握物聯網環境下的一兩種主流的操作系統。學生在嵌入式操作系統課程中系統學習了UCOSII，LINUX等，并完成了相關課程設計，在開放實驗室中，學生可以了解和學習Android、TinyOS、Conitki等物聯網平臺的操作系統，并完成相應的常規實驗，對操作系統的基本構成、工作機制、系統移植剪裁和實時任務調度、協議棧的研究等內容進行針對性實驗。這一平臺主要培養學生團隊，以創新項目為主體，以實踐培養能力為目標。

4.網絡通信與協議開放實驗平臺。讓學生掌握一兩種主流的物聯網通信方式，包括zigbee、bluetooth、6LoWPAN、wifi等，對于協議棧的原理、代碼、移植等進行實驗。這一平臺主要培養創新創業能力，以物聯網創新創業大賽為競賽項目，結合物聯網應用，包括智能家居、智能交通、智能設施、智能服務等應用環境，提高學生項目分析與系統實施的能力，為以后就業與創業打下良好基礎。

三、團隊建設與項目實施

創新實踐教學的實施離不開教師團隊與學生團隊，聯系教師與學生的關鍵在于基礎實驗以及創新項目，構建教師團隊及學生團隊，進行合理的創新項目的選題及實施有著非常重要的作用。

1.教師團隊的建設。物聯網內容涉及多學科、多課程知識的結合，作為個體很難掌握全部所需的知識與細節，因此團隊建設是學生創新實踐中必不可少的內容。結合實際情況，把計算機科學與技術、軟件工程、網絡工程等各專業的方向特色相結合，以教師和實踐教學條件為基礎進行學生開放實驗平臺的建設，把各系部所有教師的專業及相關課程緊密結合起來，由各專業課教師根據總體目標和重要性精心安排并負責各個開放實驗平臺的基礎實驗及創新實驗，提供多條技術路線，讓學生發現自己的興趣點和特長，形成指導教師的團隊，這個團隊是學生創新實踐的后盾與基礎。

2.學生團隊的建設。學生以創新實驗平臺為實踐基地，學生在完成基礎實驗之后可以根據自己的興趣與專長選擇相應創新實驗，然后可以由指導教師選拔或者學生自由組隊，與指導教師在相互自愿雙向選擇的基礎上形成創新團隊，創新團隊由導師負責，可以由多名教師聯合指導，導師負責課題的可行性研究、任務分配、開題、指導、中期檢查、課題的流程控制等，以創新課題申報的方式向學院申報，學術委員會對創新課題進行審核及任務布置與下達。

3.創新項目的選題與實施。創新項目的選題主要有兩個來源：一個是來自于教師的科研項目，任務分解之后可以選擇相應的學生團隊來完成實施；另一個的主要來源是學生的自主選題，根據學生在實際學習、生活中發現的問題，提出選題，申請項目，但是學生往往由于知識的積累和認識的局限性，選題有一定的限制，這時需要結合教師團隊進行聯合申報，教師對整個選題進行適度指導及建議，完成可行性分析，向學院提交申報書。

四、能力培養與成果體現

提供開放實驗平臺，可以把枯燥的理論教學貫穿于學生實踐活動中，教學模式由傳統的教師講授轉化成學生自學、小組討論、專題研究等多種教學模式，學生在項目實施過程中，培養資料查找、需求分析、方案設計、軟硬件平臺搭建、軟件測試等全過程，培養學生的獨立性和自主性，另外還可以培養學生的團隊精神、組織協調能力等，真正以學生為主體，使之得到全面發展。

物聯網專業培養的是能以現有技術實現實際應用的專門人才，需要強調學生的應用創新能力和工程創新能力，因此在專業的建設過程中，要重視建設配合理論教學、提高學生動手能力的實踐教學環境和環節。本科教育的傳統課程更注重理論教學，培養應用型人才必須把理論知識應用在實踐中，在學生創新平臺的基礎上，設計相關課程、學生的畢業論文、參加各種大學生競賽的題目等，這些都可以在創新平臺上完成。經驗表明，這對學生應用能力的培養至關重要，鼓勵學生完成學生論文，同時讓學生參與競賽也能更好地促進課堂教育，對教師和學生都可以起到相互促進的作用。

參考文獻：

[1]桂小林.物聯網技術專業課程體系探索[J].計算機教育，2010，（16）：1-3.

[2]吳韶波，蘇中，周金和.依托競賽促進物聯網工程教學與實踐[J].計算機教育，2012，（21）：29-32.

[3]王勇.理工類高校物聯網專業創新工程型人才培養方案研究與建設[J].計算機教育，2013，（8）：15-18.endprint