物聯網綜合實訓教學模式探索

張書欽+王海龍+吳志剛

摘 要：針對社會對物聯網人才使用要求的日益提高，根據本學校的定位，進行應用型人才培養的實訓教學探索與實踐，建立體現多知識領域相融合的綜合實訓課程，探究了應用型專業課程“物聯網與嵌入式綜合實訓”的教學設計理念、教學內容、教學實施等方面的內容，實踐面向工程實踐的新型教學模式。實踐表明，綜合實訓課程能有效調動學生學習的積極性和創造性，側重以能力培養為目標，以學生創新型學習為主體，達到了應用型人才培養的要求。

關鍵詞：物聯網綜合實訓；實踐教學；教學改革

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

Abstract：In view of the increasing requirements of IOT （Internet Of Things） talents，the paper carries out the exploration and practice of practice teaching of applied talent cultivation，constructs the multi-domain knowledge integrated practical training course，explores the teaching design，the teaching content and the teaching implementation of IOT and embedded system integrated practical training，and implements the new engineering practice oriented teaching mode.Practice results show that this course can effectively arouse students' enthusiasm and creativity of learning with the objective of ability cultivation and the focus of innovative learning，which meets the requirements of applied talent cultivation.

Keywords：IOT integrated practical training；practical teaching；teaching reform

1 引言（Introduction）

物聯網（Internet Of Things）指的是將無處不在的末端設備和設施通過各種無線和/或有線的信息系統。物聯網技術可廣泛地應用于工業、農業、醫療、環保、軍事等領域，未來的發展前景十分廣闊。物聯網是一個復雜大系統，涵蓋了多領域的技術與知識，而工程性和實踐性是物聯網人才培養的突出特點。物聯網的人才培養模式仍處于探索階段。如何培養出真正適用于物聯網產業的創新復合型人才是物聯網教學的重點。

實訓作為實踐教學體系中的重要一環，在物聯網專業的人才培養中起著至關重要的作用。通過實訓，學生將所學的理論知識與實際需求結合起來，真正做到學以致用，實現創造性思維和能力的培養，提升整個教學體系的教學質量。

2 物聯網實踐教學現狀（Practice teaching situation

of IOT）

物聯網技術涉及計算機、電子等相關的學科，具有知識結構復雜、系統等特點。物聯網是一門工程性和應用性都很強的綜合學科，相比傳統專業更注重專業實踐環節，需要構建實驗、課程設計、實習、實訓分層次的實踐教學體系。而以項目開發為主的物聯網實訓是實踐教學體系中一個重要的環節，提供了極好的應用能力培養途徑，創新物聯網實訓教學模式與方法也成為物聯網專業建設的重要工作。

目前，許多本科院校的課程教學基本上仍舊遺留了應試教育的教學模式，有許多不適應應用型人才培養的弊端，主要表現在幾個方面[1，2]：

（1）實訓場地和設備陳舊或匱乏。雖然近些年來各本科院校都強調了實訓教學環節對應用型人才的培養的重要性，卻沒有及時的增加和更新對學生有真正訓練作用的教學設備和教具，無法實現教學與企業應用的有效對接。因此，應該把有限的資金重點用于教學型設備和教具的添置、更新上，以改變教學型設備和教具量少質弱的狀況。

（2）缺乏綜合實訓教學環節。綜合實訓是一個專業的綜合實踐環節，具有綜合性與實踐性相結合的特點。通過綜合實訓使學生能夠綜合應用本專業的設計、開發、操作、維護等方面的相關知識與技能，解決生產中的實際問題，進一步培養學生獨立分析問題和解決問題的能力，提高學生的綜合素質。

（3）實訓教學亟須科學的實施方式。綜合實訓一般需要較長的時間，需要統籌教師素質、組織形式、管理方法、技術信息、規章制度、紀律等要素，尤其要以本專業應用場景來構建實訓軟環境，不僅有利于學生專業技能的快速掌握，更有助于培養學生的職業操守。

物聯網專業課程具有非常強的實踐性特征，目前物聯網實踐教學中存在的問題是：

（1）課內安排的實驗更多的是為了配合課內理論教學的內容，學生在基于開發板的實驗平臺上進行一個一個模塊的實驗，缺乏系統性，往往造成課程結束后，學生還是沒有建立完整的系統概念。

（2）課內學時有限，僅僅依靠課內實驗的教學是遠遠不夠的，因為管理方面的原因，實驗室除了課內實驗外，平時不對學生開放。

（3）現有的實驗教學平臺所配的實驗，更多的是要求學生按照實驗指導書的步驟一步一步按部就班地驗證實驗內容，缺乏創新性。

我校的物聯網專業的理論課程體系是在原來的嵌入式系統專業的基礎上發展起來的，直接采用了原有課程，例如程序設計、數據結構、操作系統等，并在原有課程基礎上精簡了硬件原理類的課程，著重讓學生理解其原理，側重于硬件的應用；三是根據物聯網系統的特點，強化了無線傳感器網絡、RFID等課程。課程安排上主要遵循了以下思路：了解感知層硬件的工作原理，能為各類具體應用環境選擇合適的硬件；掌握網絡層中各類通信方式和原理；側重應用處理層中的數據處理、存儲、管理、可視等。endprint

針對現有物聯網實踐教學體系中存在的問題，我們決定設置物聯網專業綜合實訓課程。物聯網專業綜合實訓課程是指學生在完成主要專業課程的理論學習和主要技能實訓后，綜合運用本專業的主要知識和技能在校集中完成物聯網技術開發的綜合性、整體性、系統化的訓練。綜合實訓可以實現的目的是要培養學生基本掌握本專業的核心能力和關鍵能力。為畢業實習，以及畢業設計做好準備，最大限度地增強對就業市場的適應性。

綜合實訓作為物聯網專業實踐體系中的重心，可以對學生的專業技能、進行綜合訓練等，以及面向應用領域的綜合訓練。我們在傳統嵌入式系統教學的基礎上，強化對物聯網技術的綜合運用能力，通過項目開發，系統地提高學生物聯網與嵌入式系統的設計、開發能力，培養學生的物聯網專業知識及應用能力、職業能力等。

3 物聯網綜合實訓教學模式（The teaching content

of IOT integrated practical training）

根據應用型人才培養的要求，我們在原有嵌入式系統教學基礎上，整合校內現有的實訓教學資源，形成了專業針對性強，緊跟技術發展與應用趨勢的物聯網技術綜合實訓教學模式。

3.1 綜合實訓教學模式

物聯網綜合實訓課程設置在程序設計、網絡通信、嵌入式應用系統等一系列課程之后。在此基礎上，通過項目化的綜合實訓可以使學生能夠綜合運用物聯網應用系統的開發技術、方法、工具，提升技術應用能力，開展智能交通、智能電網、智能家居、環境檢測等行業的物聯網應用系統開發。

由于物聯網系統具有非常豐富的應用形態，可以根據條件設置多個實訓項目供學生選擇，并且在項目內大家分工合作共同完成系統的開發。項目內的各學生承擔不同的任務，但通過相互交流都能夠對其他部分有深入的體會，對物聯網相關的嵌入式系統、分布式系統原理有深入的理解。針對每一個實訓項目都要設置指導教師，教師一方面對實訓項目的開發過程進行管理，另一方面要及時解決學生遇到的各類問題。為了對實訓過程進行監督管理，設置專職的實訓督導教師負責實訓的日常管理，包括實訓學生管理、實訓教學安排、指導教師考核等[3-5]。

專業綜合實訓時間安排在第六學期，時間跨度為一個學期。這樣安排可以總結前面五個學期所學的比較零散的專業知識，又為第七和第八學期畢業實習和畢業設計做準備，還可以避免對考研學生的備考造成影響。

實訓時間采用集中與分散相結合模式。主要利用課余時間進行實訓開發，項目指導教師需要定期與學生交流，進行指導、檢查和答疑，每一次活動要有記錄以備檢查和考核。在第六學期的期末階段集中四周時間進行項目集中開發和實訓驗收，這四周時間里，不再安排其他課程的學習，專門用于實訓項目的完善和驗收。

綜合實訓和畢業設計相比，專業綜合實訓的特點開展的時機更早，在大三下學期實施，減少與部分學生備考研究生入學考試的沖突；實訓內容更貼合專業教學內容，且在實訓教程中還需要進行其他課程教學，因此必須在校內完成。綜合實訓和課程設計也有本質的區別，綜合實訓是針對專業的綜合性訓練，具有綜合、復雜，工作量大的特點。

3.2 綜合實訓教學的設備保障條件

學校陸續投入近一百多萬資金購買了一批應用廣泛的無線傳感器網絡開發設備和3G移動互聯終端開發設備，在整合原有的嵌入式系統實驗室、EDA實驗室、計算機網絡實驗室等基礎上，新建無線傳感器網絡實驗室、物聯網綜合應用實驗室等，實現物聯網系統的硬件綜合實踐平臺、軟件綜合實踐平臺和綜合應用實踐平臺全覆蓋，可搭建包括傳感器、無線傳感網絡、RFID、網絡傳輸節點、數據處理和控制節點的完整物聯網系統。

目前基本上建成了涵蓋了典型物聯網應用系統的技術設備要求物聯網綜合實訓平臺。相關專業設備能夠成體系，成系統，可實現多種物聯網構架，并且提供了眾多實驗例程，便于學生熟悉和掌握物聯網的構成及實際應用。通過設備方便學生學習，開發更加接近實際使用的產品系統。

4 物聯網綜合實訓教學內容設計（The teaching

content of IOT integrated practical training ）

物聯網綜合實訓是在程序語言設計、無線網絡、RFID、嵌入式系統等為前導課程的基礎上開展的綜合性實踐環節。實訓教學采取以項目為核心的組織方式，通過精心設計綜合性項目系統可以覆蓋典型的專業知識點[6，7]。

4.1 教學知識點分析

實訓內容必須與課程內容一致，保證理論教學與實訓內容脫節的情況。以物聯網體系結構為核心，物聯網專業教學知識點可以分為感知層、網絡層和應用層的設計及開發技術。結合培養計劃和課程體系的特點，對實訓所覆蓋的教學知識點的教學目標、教學內容等進行分析見表1。

4.2 實訓項目設計

實訓的物聯網應用系統主要向相關教師征集，有教師自立項目也有企業合作科研項目，都具有典型的代表性，能夠體現物聯網專業課程教學內容。我們將實訓項目按著其涵蓋知識內容進行粗略歸類為幾類：

（1）無線物聯網：基于無線傳感器網絡技術的應用系統。

（2）嵌入式物聯網：基于嵌入式設備的遠程信息采集和處理系統。

（3）移動互聯網：基于移動終端的Android/IOS應用系統。

我們通過集體討論分析各實訓項目特點，要求每一個項目都能夠自成系統，都要能覆蓋到感知層、網絡層、應用層三方面的技能要點。最終依據設計性、綜合性、系統性、真實性和新穎性選擇了10個不同類型的實訓項目，使兩個班共60名學生都能夠根據自己的興趣和能力選擇到合適的實訓項目。

5 物聯網綜合實訓教學實施（The teaching

implementation of IOT integrated practicalendprint

training）

我們突出自身的教學資源和特色，認真籌劃，認真組織，創新物聯網實訓教學的模式與方法，強化和完善綜合實訓教學模式。

為保證實訓工作順利進行，實訓開始前制定了實訓管理規范，規范的主要內容包括實訓管理模式、實訓紀律及制度、考核與評定方式等。實訓教學的過程分為三個階段：準備階段、實訓執行階段和總結驗收階段。

（1）準備階段

準備階段在實訓教學開始前進行。一般在第5學期期末。主要完成三方面的培訓：實訓相關的開發技術、實訓開展方式、學生選題分組。開發技術培訓主要有以下的主題：

a.物聯網與嵌入式應用系統典型特征

b.無線傳感器網絡開發方法

c.物聯網網關（嵌入式Linux及Qt）開發方法

d.移動終端（Android）開發方法

詳細講解實訓的開展方式，并向學生進行宣講各個實訓項目的具體內容，主要包括實訓的學時分配、實訓管理制度、以及階段性的檢查內容和考核方式。

為了讓學生對各個實訓項目系統有一個較為清晰的了解和認識，需要向學生講解每個項目的特點和實現方式。

（2）執行階段

實訓執行階段是整個實訓教學的重點，直接決定實訓的效果。在這個階段，學生在教師的指導下實現最終的實訓項目設計與開發任務。由于實訓主要在課外時間，需要嚴格督促，認真管理才能保證實訓任務的順利完成。

實訓過程中項目指導教師需要加強對本項目學生的指導和交流，解決學生在實訓過程中遇到的各種各樣的問題，并引導學生去查資料，相互交流、討論來獲取相關的知識，使得學生在一個相對輕松的氛圍中學習進步。指導教師要經常整理出使學生易懂，易操作的技術文檔，幫助學生掌握技術細節，有效推進實訓項目的開發。

（3）驗收階段

驗收階段在實訓教學最后階段進行。每個項目需提交項目系統設計文檔、項目系統源代碼，每名學生需提交一份實訓報告，實訓報告的要求和包含的內容由指導教師具體部署。指導教師結合每位學生的出勤、紀律和其他表現給出相應的考核成績（報告）。實訓指導教師組并對每名學生的實訓報告進行答辯，并參考指導教師給出的成績對該名學生給出實訓總評成績。

6 結論（Conclusion）

本文在分析物聯網人才培養模式的基礎上，強調推進物聯網實踐教學的改革，緊抓最為關鍵的綜合實訓課程建設，摸索了一套物聯網綜合實訓教學模式。物聯網綜合實訓設置于第六學期，是在程序語言設計、無線網絡、RFID、嵌入式系統等為前導課程的基礎上開展的綜合性實踐環節。實訓教學采取以項目為核心的組織方式，通過精心設計的綜合性項目系統可以覆蓋典型的專業知識點。為了對保證實訓教學質量，強化對實訓教學的管理和監督，專設了一名實訓督導教師專門負責對實訓的日常管理，并在教學工作量方面給予傾斜。通過物聯網項目實踐的模式，拓展了專業知識的學習和訓練，進一步提高了學習興趣，培養了合作精神，切實拓展了知識面和動手能力。經過兩屆的實踐證明，經過綜合實訓的學生對專業能力更加自信，就業面更寬[8]。

通過實訓指導工作，我們也更真實地體會到物聯網技術的實踐知識點，可以更精準地改善以應用為目標的理論教學，精簡理論教學內容，并拓寬知識面。今年我們也從企業拉一些贊助設置物聯網與嵌入式大賽，對優秀的學生作品進行獎勵。同時，也鼓勵學生攜帶優秀的項目作品參加各類的科技活動競賽，這樣也能鼓勵學生參與實訓的積極性，激發學生的創新能力。

參考文獻（References）

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[7] 吳賀俊，吳迪，左金芳.校企合作的物聯網實踐教學模式探索[J].教學研究，2014，37（4）：103-108.

[8] 張玉靜，柳炳祥，胡開華.獨立學院計算機課程綜合實訓教學模式研究[J].現代計算機，2012（7）：34-36.

作者簡介：

張書欽（1978-），男，博士，副教授.研究領域：物聯網技術.

王海龍（1978-），男，碩士，副教授.研究領域：物聯網技術，嵌入式系統.

吳志剛（1973-），男，碩士，副教授.研究領域：算法理論，網絡安全.endprint