項目小組驅動教學模式在物聯網工程專業中的應用

曹 領，劉 海

（安陽工學院 計算機科學與信息工程學院，河南 安陽 45000）

0 引 言

物聯網產業作為國家重點發展的戰略性新興產業近幾年來得到蓬勃發展，智能家居、智慧交通、智能制造、智慧農業等諸多領域的物聯網相關技術和產品不斷涌現，深入影響到我們工作和生活的方方面面。為解決物聯網產業發展過程中的人才需求問題，物聯網工程本科專業也應運而生，自2010年批準設立以來，已有4屆畢業生踏上物聯網行業各個崗位，成為物聯網技術與產業發展的中堅力量。物聯網工程專業成立之初，其知識體系、培養目標、培養計劃和培養模式基本上是空白的[1]。由于物聯網相關知識涵蓋面廣，多屬于交叉學科，人才崗位需求也不像傳統行業那樣清晰明確，這就導致在教學過程中，教師與學生的教與學的過程目標不明晰。大多數學校現有專業與物聯網工程的技術體系、知識體系、理論體系和應用體系大不相同，所以物聯網工程專業的教學可以借鑒但不能照搬現有專業的教學模式[2]。項目小組驅動教學模式將更貼近實際工作場景的項目團隊的形式引入教學過程，以項目小組活動的形式組織教學和考核，可以適應物聯網工程相關課程的特點，能夠激發學生的學習積極性和創造性，取得更好的教學效果，提高學生的就業競爭力。

1 物聯網工程專業教學面臨的困境

1.1 培養方案尚不成熟

物聯網產業不像其他傳統產業那樣有清晰的產業結構和發展脈絡，還處在飛速發展和不斷優化的過程中。物聯網工程專業成立和發展的時間還比較短，高校在制定物聯網工程專業人才培養方案時對產業發展中的人才需求無法很好地把握。不同的院校在制定人才培養方案時，多根據自己對物聯網產業人才發展需求的理解以及學校原有的相關專業培養經驗來制定培養方案。這難免會造成高校的人才培養計劃與人才市場的需求脫節，培養方案滯后無法及時滿足物聯網產業發展對人才的需求。

1.2 課程體系不完善

課程體系是支撐高校完成人才培養目標，保障專業知識學習效果的重要因素。鑒于物聯網工程專業成立時間尚短，各類高校在設置自己的課程體系時也不盡相同。985、211等重點高校多將課程重點放在理論性強、基礎知識要求高的課程上，一般高校和高職院校在借鑒優秀院校課程體系的基礎上，偏重設置一些應用性強的課程，著重鍛煉學生的實踐動手能力。雖然側重點有所不同，但大體上均是從計算機科學與技術、網絡工程、通信工程、軟件工程等專業中抽出核心理論課程組成物聯網工程專業的課程體系。這就出現了開設課程不固定、課程之間的銜接缺乏系統性、無法體現物聯網工程專業特色、理論與實踐之間的配合不夠緊密等諸多實際問題。

1.3 實踐教學環節不深入

經過近幾年的發展，很多高校及教學儀器企業推出了一系列的實驗方案及實驗設備，但這些實驗還多為單片機、嵌入式系統、傳感器原理等的實驗或其延伸，沒有深入探索物聯網工程3層架構下，感知層、網絡層、應用層之間的有機聯系，物聯網技術發展中一些深層次的問題沒有觸及，物聯網工程專業特色挖掘不深。

2 物聯網專業人才需求分析

物聯網產業的發展已被提升到國家發展戰略的高度，當前以及將來物聯網各個細分領域不同層次的人才需求量巨大。物聯網產業涉及行業廣、橫跨專業領域多、實踐性強、發展速度快等特點決定了物聯網行業人才必須滿足知識面廣、動手能力強、接受新事物快等素質要求。從用人單位的角度看，一些行業領軍企業，如華為、中興、阿里巴巴等，都已經設立了專門的物聯網事業部門，設置了物聯網相關的各類崗位進行物聯網產品的市場調研、產品研發及市場推廣，同時注重人才儲備，有一定的前瞻性；而一些中小型的、創新型的企業沒有實力實現完備的部門設置，崗位的設置也是按照產品開發需求或是項目需求來進行的。各級別高校中所培養的物聯網工程專業人才大多數將要進入的是這些中小型的、創新型公司。這些需求特點給高校物聯網工程專業的人才培養帶來巨大的挑戰和機遇。

3 項目小組驅動教學模式方案設計

項目教學法基于群體學習理論、建構主義學習理論和多元智力理論，強調緊扣教學目標和要求，倡導學生以小組合作方式完成項目和交流展示成果[3]。采用項目小組驅動教學的模式使教師的教學過程和學生的學習過程更加有的放矢，可以彌補當前物聯網工程專業人才培養存在的培養方案不成熟、課程體系不完善、實踐教學不深入等問題，使學生可以更早地接觸崗位角色，使高校的人才培養更好地滿足行業需求。

3.1 項目小組的組建

3.1.1 項目小組的生命周期

項目小組的生命周期可以分為萌芽期、形成期和成熟期3個階段，與物聯網工程專業本科4年的培養周期的對應關系如圖1所示。

圖1 項目小組生命周期與本科培養周期對應關系

大一、大二是專業基礎課的學習階段，專業基礎課包括物聯網導論、程序設計基礎、電子技術基礎、計算機組成原理、數據結構、單片機原理、信號系統與通訊原理等課程，學生在此期間逐漸建立對專業發展方向的認識并學習相關基礎知識。此時組建的項目小組，功能類似于學習小組或興趣發展小組，學生在教師的引導下自由組合形成學習小組，在學習中取長補短共同進步，激發組員樹立在專業發展方面的共同目標。

大三是核心專業課的學習階段，核心專業課包括Zigbee原理與應用、傳感器技術、無線傳感網技術、射頻識別技術及應用、無線網絡技術等課程。學生在此階段已經對物聯網行業所涉領域有了一定了解，逐漸形成自己的崗位角色意向，在教師的引導下可以同自己的學習小組成員組建成崗位角色相對完整的項目小組，并在共同完成課程考核、課程設計，組隊申報科創項目及參加大學生各類競賽等活動過程中不斷磨合，提高專業知識掌握水平，培養團隊配合意識。

大四是專業拓展課程的學習階段，專業拓展課程包括安卓系統應用開發、HTML5技術、嵌入式系統編程、無線傳感網操作系統、云計算等。進入大四的學生，已經逐漸形成就業意向，開始為進入相關行業領域或崗位角色做準備，此時項目小組在經歷了若干項目的磨煉之后，各成員之間的角色配合關系逐漸明晰，在實習和畢業設計過程中可以進一步磨合，提高團隊配合解決較復雜的實際問題的能力，為將來就業或創業打下基礎。

3.1.2 項目小組成員及教師的角色劃分

項目小組成員及教師的角色劃分是一個動態的過程，伴隨著項目小組不同的生命周期發展變化，具體劃分如圖2所示。

圖2 項目小組及教師角色劃分

項目小組成員之間在項目小組的萌芽期是學習伙伴的關系，學習過程中互幫互助、共同進步。在項目小組的形成期，根據各成員在知識基礎、性格愛好、就業意向等方面的不同在小組內部會形成不同的角色劃分，這為學生在將來走向人才市場填寫簡歷的崗位意向提供了路演的機會。根據市場調研及一些企業或機構發布的物聯網行業崗位需求，當前所需的崗位大致包括物聯網產品開發工程師、物聯網項目管理工程師、物聯網項目集成與測試工程師、物聯網項目實施技術支持與服務工程師等。在進入項目小組的成熟期后，項目小組內部角色基本明確，可以完成一個小型開發項目從提出到實施的各項任務，形成一個小型創業團隊的雛形。項目小組成員及角色是動態的，根據學習進度的變化、專業發展方向的選擇及具體項目的需求可以進行項目小組成員的調整和人員的增刪。

教師在項目小組中的角色是動態、多樣的。在萌芽期，教師的角色更多的是教學的指導者，學習興趣培養的引導者。在形成期，教師除了作為教學的指導者外，還增加了項目經理、模擬用戶、項目組成員等多種角色。在項目小組的成熟期，學生的自學能力、自我管理能力進一步加強，教師的角色更多的是問題的提出者或是疑難問題的解答者。

3.1.3 項目小組的選題

在項目小組的萌芽階段，學生主要處于基礎知識的學習階段，項目選題主要來自教師指定的學習目標任務及一些課程實訓課題。在項目小組形成階段，學生正在學習物聯網專業的核心專業課，各個學生根據自身特點必然會出現不同的專業發展意向，如基于Windows、IOS、安卓等平臺的互聯網應用開發，基于單片機及嵌入式設備的智能硬件的開發，基于某一具體需求的集成項目開發等。此時的選題可由老師根據自己的研究方向指定，或在小組討論的基礎上根據學生的興趣愛好確定題目。在項目小組的成熟階段，學生具備相當的專業知識基礎，對行業發展有了一定的了解，此階段可以拓展選修課程的學習、參加各類比賽為載體，自選物聯網、互聯網+、工業4.0等相關題目，以相對穩定的小組成員構成作為一個團隊完成相對復雜的設計開發任務，并最終能孵化出一些有價值的創新創業項目。

3.2 項目小組驅動教學活動及考核方式

3.2.1 項目小組驅動理論課教學活動

由項目小組驅動的理論課教學模式將打破按照教材從頭到尾的按部就班的理論課教學過程，將傳統的老師講學生聽的教學活動轉變為專題講座、小組討論及答疑，將教學大綱所要求掌握的知識點融入到這些教學活動中。根據不同階段各項目小組所要完成的學習任務或項目任務，針對各項目小組中出現的共性問題，開展專題講座，解決一些重點難點的理論知識點。除開展專題講座外，教師還要參與各項目小組的專題討論會，作為旁聽者或是項目參與者為小組的項目實施提出建議，對小組遇到的疑難問題進行答疑。必要的時候教師要針對項目小組中的某一類角色進行指導，或是同某一位同學進行面對面的交流，這樣能讓學生更好地了解角色分工，掌握理論知識要點，保障項目實施的技術可能性。

3.2.2 項目小組驅動實踐教學活動

項目小組驅動的實踐教學活動是在項目小組驅動理論教學活動的基礎上，根據各小組項目的實際需求、相關課程的實踐教學大綱規定的教學任務來進行的。項目導向的實驗教學方法要以學生為主體，讓學生進入項目任務的情景中，使學生發揮主觀能動性，能綜合應用所學知識完成項目任務，教師起引導和指導作用[4]。項目小組驅動實踐教學活動可以在實驗室進行，也可以在實訓實習基地或實際項目所需要的實踐場景中進行，學生根據指定或自選的學習任務或設計項目，按照自己所負責的任務角色分組完成實踐任務。這種實踐教學模式改變了原有的按照實驗指導書驗證實驗效果的做法，增加了實驗項目的多樣性和試驗場景的豐富性，充分調動了每一位學生的積極性。

3.2.3 項目小組驅動教學的考核方式

適當的考核方式不僅可以檢驗學生的學習效果，而且可以激發學生的學習積極性，引導學生更好地完成理論及實踐課程學習任務，獲得較好的項目實施效果。傳統的卷面考試只能靜態考察學生理論知識的掌握情況，對學生解決實際問題的能力考核不夠全面。物聯網工程專業的相關課程具有實踐性強、涉及面廣等特點，若采用傳統的卷面考試形式，不僅考核效果不好，還會打擊學生的學習積極性。項目小組驅動教學的考核以項目小組為單位，按照項目完成情況，各人在小組的角色分工，以小組討論的參與度、項目的完成度、項目文檔及項目答辯情況為依據進行考核，對完成在校級及以上各類大學生科技競賽中獲獎項目的小組成員也可以給予免試獎勵。

4 教學效果

項目小組驅動教學模式在安陽工學院物聯網工程專業的單片機原理及應用、Zigbee技術、嵌入式系統編程等課程中進行了試驗，覆蓋了大二到大四3個年級，每班人數在70人左右。從萌芽期的每10人一個項目小組，到形成期成熟期的3～5人一個小組。教學形式和考核形式的改革極大地激發了學生的學習興趣，崗位角色的定位讓學生學習更有目標和動力，項目小組的團隊活動培養了學生的團隊協作意識，具備了解決一定規模復雜問題的能力。各項目小組申報的各級科技創新項目20余項，大三及大四的項目小組在參加全國大學生藍橋杯大賽、Intel物聯網大賽、河南省機器人大賽等競賽中獲得了較好成績。項目小組完成的智能滅火小車、基于BLE的室內定位、智能農田灌溉等項目不僅成為大四學生的畢業設計課題，還成為了他們開展后續的創業項目的基礎。

5 結 語

基于項目小組驅動教學模式在物聯網專業中的實施還面臨著很多實際問題，比如同原有培養方案課程體系的銜接問題、項目選題與課程教學的匹配問題、各任課教師之間的協作問題、項目小組活動的場地問題等。同時，這種教學模式也對教師提出了更高的要求，教師必須對所授課程特點進行深入研究，把握課程知識點和實驗實踐方法，指導學生完成分組、選題、小組活動等工作，最終達到教學相長的目標。

[1] 胡成全, 魏曉輝, 鐘麗鴻, 等. 物聯網工程專業課程設置與實踐教學體系設計[J]. 計算機教育, 2015(9): 12-15.

[2] 馮云霞. 物聯網專業實訓教學模式探討: 以青島科技大學物聯網專業為例[J]. 計算機教育, 2012(21): 13-18.

[3] 張蘭芳. 基于“項目教學法”的計算機基礎教學及其評價[J]. 西南師范大學學報(自然科學版), 2012, 37(6): 245-248.

[4] 張璞.“案例驅動+項目導向”的Java程序設計課程教學模式研究[J]. 計算機教育, 2017(2): 58-61, 67.