基于CDIO物聯網專業創新人才培養方案改革

譚波　羅凱　簡毅飛　唐溢

摘 要：近年來，我國的物聯網產業崛起速度非常快，從而導致短期內人才供需矛盾集中爆發。為了適應行業發展需要，我院開設物聯網專業已經迫在眉睫。其中，人才培養方案的構建在保障人才培養質量上有著至關重要的作用。文章從現狀、培養目標、改革思路和改革內容建設等幾個方面對該專業的人才培養方案進行了闡述，并從教學方法與手段等方面提出了相應的解決方案。

一、物聯網專業的創新與特色

從智慧地球到感知中國，物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后的又一次信息產業浪潮。物聯網通過射頻識別、激光掃描、紅外感應器等信息傳感設備，按協議規范，把物品與物品之間以互聯網為基礎連接起來，進行信息交換資源共享，從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。在技術體系上物聯網融合了計算機科學、通信工程、微電子檢測、自動化等多門專業技術。如何將多門學科綜合起來，較好地運用于物聯網工程是掌握好這門專業的關鍵。物聯網作為典型交叉學科，涉及技術廣，因此在物聯網導論教學過程中必須貫穿以全局指導局部的思想，對教學內容進行整體優化，力求為后續的技術學習構建一個基本知識框架。

二、改革前的狀態

大學生在進入大學之前，絕大部分只是憑專業名稱或十分簡單的專業介紹對所學專業有一個直觀理解，對自己專業認識較少，甚至不知道所開設的課程對從事本專業工作有何作用，導致入學時找不到學習方向和目標，對專業課程的學習缺乏動力。而現有高校的教學計劃中，很少有學校開設引導類的課程，幫助學生全面了解所學專業，提高學習興趣。由于物聯網導論兼備理論性與實踐性，知識覆蓋面廣，加之學生認識偏差和學習方法等主觀問題，能夠讓學生很好地掌握課程知識點并非易事，因此，專業教師通過對CDIO工程教育的理論研究，根據物聯網導論課程教學的規律，制定一套適用于物聯網專業學生的導論課程非常必要。

三、改革的理念與思路

基于物聯網創新課程的改革并不是要淡化理論課程的學習，而是要改革教學方法，采取能激起學生興趣的教學方法，理論課程的教學不能采取傳統的“滿堂灌”的教學方式，而應采取基于問題的學習、師生互動主題研討、案例教學、論文研究、項目訓練等教學形式，著力培養學生的自主學習、發現問題、解決問題和創新思維能力。為了提高學生學習的主動性可以從以下幾個方面進行改革：

1.實施教學和研究互動、課內和課外互動、寓學于研的培養模式，設置基于課程的科研訓練項目和自主科研訓練項目兩類，資助學生開展研究工作。

基于課程的科研訓練項目由研究型教學課程責任教師組織課程教學團隊教師指導。自主科研訓練項目一般為學生進入高年級后，在導師的指導下自主選題，經學院審批后開展科研訓練工作，并以小組的形式參加創新設計大賽、機械設計競賽、力學競賽、挑戰杯等科技競賽活動。較好地完成科研訓練項目的學生可以取得實踐教學環節學分，鼓勵學生以科研訓練項目研究成果為內容撰寫畢業論文，完成畢業環節。

2.在知名企業建立學生實踐基地。

學生可優先獲得去該類企業實習的機會，并鼓勵其在企業中開展科研訓練項目的研究工作。 通過組織科研訓練團隊、社會工作等途徑培養學生的組織、溝通、協調等領導能力。

3.定期組織開展學術討論。

在導師的指導下對各自研究的課題，發表各自觀點，營造良好的學習交流氛圍，激發創造力，提高學生的表達和溝通能力。

4.教學過程中教師的自我完善。

物聯網工程作為新興的研究領域，面臨著涉及專業多、學科建設不成熟、課程體系有待完善和高校缺乏能夠全面掌握實踐教學的師資隊伍等問題，因此對這門學科的任課教師提出了更多要求。教師在授課之前必須充分備課，通過自學、參加培訓、教研探討、學術交流等多種方式擴充自身知識結構，不斷更新自我認知內容，并且要根據學生提問、師生交流、平時作業、考試等環節的反饋信息，及時調整教學內容，改進教學方法，保證教學質量。

四、改革的內容：理論和實踐

物聯網的課程內容豐富，各部分知識點要求程度并不相同，在教學過程中應注重系統性授課。首先突出重點，把握好內容難易程度適中，運用多樣化教學方式。例如，物聯網歷史、研究現狀、應用案例等內容可以作為一般性介紹，而在物聯網的技術基礎、信息處理與軟件服務等方面則要重點介紹。再則在講授新知識點時，應盡量避免過多使用專業詞匯。由于物聯網導論課程內容比較抽象，新生還不能掌握大多數專業詞匯，如果過多使用會增加學生理解的難度。最后在教材選擇上應避免使用過于簡單或過于復雜的教材。由于物聯網專業剛剛設立，在教材和參考資料上相對比較欠缺，所以教材選擇一定要根據學生的實際情況和教學效果綜合考慮，力求通俗易懂，比如一些專著，雖然內容、組織論證非常好，但作為一年級新生專業入門教材并不太適合，可以選擇一些具有引導作用的入門性優秀教材。

由于一年級學生知識掌握程度參差不齊，物聯網課程內容比較抽象，如果采用單一的授課方法，很難達到預期的教學效果，可能對學生的后續課程學習產生消極的負面影響，甚至會讓他們產生厭學情緒。因此，多樣化教學方式應該貫穿于整個授課過程。例如案例式教學，啟發式教學，交互式教學等等。再則可以采用多元化教學，構建課堂之外的教學環境，例如，精品課程網站、遠程輔導、網絡教室、網上討論輔導平臺bbs、電子圖書等網上教學資源，打破傳統課堂教學時間和空間受限的弊端，可以通過計算機、掌上電腦、手機等終端通信設備隨時隨地進行教學，為學生課余提供一個自主學習、思索、討論的開放空間。

物聯網工程作為實踐性很強的工科學科，實驗是教學中的必備環節。學生通過實驗操作的感性認識可以加深對理論知識的理解。在實驗教學過程中應該注意以下幾方面。

1.實驗內容應該豐富多樣。例如大部分物聯網專業學生都有自己的筆記本電腦，在講解物聯網中對等式網絡時，為加深學生對技術的認識，可讓學生開啟無線網卡，配置對等式模型，實現小型對等式無線局域網搭建實驗；在講解無線個人區域網時，可以讓學生運用手機中的藍牙通信功能進行數據傳輸，進一步了解無線個人區域網的特點，如10米內傳輸、傳輸速度、主從節點關系等；在講解物聯網安全知識時，可以演示一些趣味防御實例，調動學生的學習積極性和主動性。

2.在實驗環節設計時必須精心選題，突出專業特點。實驗題目應具有代表性，知識點覆蓋全面。例如在講解傳感器感知知識時，可以選擇圖像采集、鍵盤與顯示屏模擬感知等典型實驗。

3.可以組織小組互助。實驗前對學生進行分組，合理搭配小組成員，并選出組長。實驗過程中遇到問題時可以讓學生先在小組內討論，養成主動積極的學習態度。

4.組織豐富多彩的集趣味性、專業性于一體活動，讓學生在一起交流學習心得和方法，并可以去實習基地實踐，提高實際運用能力。

五、課程考核方式改革

根據CDIO教學大綱中對物聯網課程的教學要求，其教學內容和項目的設計建立在對學生的引導及激發學習興趣上，結合專業人才培養目標要求，堅持理論聯系實際、學以致用的原則，在學生入校時即對學生進行全方位的專業知識教育。圍繞物聯網教學創新這一教學劃分，也應該將課程考核方式進行改革：

1.理論教學部分的考核方式

理論部分的考核不再采用單一的卷面考試形式，學生可以結合10次講座所講授的內容，獨立查閱中英文文獻，開展市場調研，撰寫不少于5000字的調研報告或課程論文，并制作講授課件，參加課堂上模擬的“21世紀物聯網技術前沿國際論壇”，對調研報告或論文內容進行講授。教師可以根據學生調研報告或論文撰寫質量和課堂講授的表現，以及平時教學活動全部環節的表現，確定此部分的分數。

2.項目制作實踐部分的考核方式

（1）項目制作實踐的組織形式及成果提交。項目制作實踐時學生以4～6人為一個項目小組，每個小組配備一名指導教師。項目制作實踐以小組為單位，在理論課堂外執行；項目組內活動方式有：座談式交流研討，專題式講解介紹，邊做邊探討式互動，系統性總結等。組間活動主要采用總結介紹方式。項目完成后團隊需提交的成果資料可以為：電路圖，硬件實物，工作原理介紹，項目工作總結或課程論文等。

（2）項目制作實踐考評方式與標準。項目制作實踐的成績分為優（>90分）、良（80～89分）、中（70～79分）、及格（60～69分）、不及格（<60分）五檔。項目制作實踐總體評分由導師和教學組成員共同評定，采用團隊成員之間互評、團隊間互評及導師評定的考評方式。每個學生的成績取決于其所在團隊的最終成績和個人在團隊工作中的參與程度，參與程度由每個團隊成員之間互相打分。團隊的最終成績由團隊間互相打分及導師根據團隊成員綜合表現給分，評分時應綜合考慮各團隊在制作過程中的表現，主要觀察的方面有：成員之間是否分工合作，是否有詳細的工作計劃，項目總結答辯時的表現等。項目制作實踐總成績的組成：團隊的綜合成績50%，個人表現成績50%。在綜合成績中，項目工作總結或論文30%，答辯30%，團隊協作度20%。個人表現主要考核個人在團隊工作中的參與程度和個人在口頭表達能力、書面表達能力、溝通協作能力、工程創新能力、領導能力等方面的提高程度。

（3）課程總成績的評定。課程總成績由理論和項目制作實踐兩部分組成，其中理論成績占30%，項目制作實踐占70%，由此得出課程總成績。

結語

由于物聯網在技術體系上融合了計算機科學、通信工程、微電子檢測、自動化等多門專業技術。如何將多門學科綜合起來，較好地運用于物聯網工程是掌握好這門專業的關鍵。物聯網作為典型交叉學科，涉及技術廣，因此在物聯網導論教學過程中必須貫穿以全局指導局部的思想，對教學內容進行整體優化，力求為后續的課程教學構建一個基本知識框架。