CDIO理念在物聯網專業課程開放式教學中的實踐研究

崔智勇，邱曉紅，凌 云

（江西理工大學 軟件工程學院，江西 南昌 330013）

一、引言

繼網絡與通信技術產生之后，物聯網已成為推動世界工程技術飛速發展的一個重要生產力，為未來新興產業的發展提供著無限產能，是我國重點培育的五大新興產業技術之一。物聯網通過物品與物品間或人與物品間相互聯系的方式實現了萬物間的信息交互，改變著現代生活的同時帶動了微電子、傳感器、圖像識別系統等一系列產業技術的發展。因此，培養出適合國家經濟發展戰略且符合行業發展特色的物聯網專業人才已成為高等院校的教學目標。自2012年教育部設置物聯網專業以來，很多高校已在物聯網工程專業的教學體系建設、教學方式改革、教學實踐環節等方面做出了大量的探索與嘗試，本文以先進的CDIO工程教育理念為指導，全面系統地探討了物聯網工程類課程開放式教學體系的改革，以適應培養高素質新工科人才的目標，逐步提高物聯網專業的教學質量。

二、CDIO教學改革理念在物聯網專業的教學模型

自2004年國際合作組織CDIO成立以來，組織專注于研究國際工程教育改革與推廣，提出以Conceive（構想）、Design（設計）、Implement（落實）、Operate（運作）四個元素為核心的CDIO工程教育改革理念，具體大綱內容逐級細化為3級、70條、300款。該理念強調對學生系統工程能力的培養，培養團隊合作意識及個人自主發展意識，注重工程系統實踐能力與工程基礎知識，同時注重開拓創新結合普遍適應的人才培養模式，推動了新工科背景下創業創意創新教育的發展，受到眾多高等院校新工科專業的關注。其最終愿景是培養出滿足現代產業發展所需的具有系統CDIO過程教育背景的工程型人才。

我們參考CDIO理念構思了物聯網專業的開放式教學模型，如圖1所示，系統地將學生必須具備的工程技術知識、團隊合作能力、個人技能與整個CDIO構思、設計、實施和運行有機結合并表達出來，使得教育改革方向明確、系統框架易于實施，也符合開放式實踐教學理念，從而更適應物聯網技術人才的培養。

圖1 CDIO理念在物聯網專業的開放式教學模型

三、“設計與落實”物聯網專業的課程體系建設

物聯網技術主要包含外部感知、信息傳輸、消息處理與反饋控制等四個部分，另外智能技術也貫穿其中，同時，它還涉及計算機軟件工程、網絡通信和電子信息等多個學科的融合。為培養能夠系統掌握物聯網相關技能的復合型高級工程人才，課程體系應盡可能多地涵蓋信息領域寬廣的知識點，包含信息從感知、傳輸到處理反饋的各個環節，設置課程體系應包括通識教育、專業基礎課、專業核心課和創新實踐課四個部分，如圖2所示。

圖2 物聯網專業課程體系框架圖

專業課程的設置依據考研深造和就業方向不同分為三大類：以微電子與感知為方向，主要課程包括傳感器、RFID、單片機、嵌入式系統和物聯網控制等課程；以網絡與通信為方向，主要課程包括通信原理、數字信號處理、交換技術、綜合布線、信息安全與無線傳輸定位等課程；以軟件與測試為方向，主要課程包括數據結構、數據庫、云存儲和數據融合等課程。本科四年學習中，學生在第一年鞏固通識基礎課，為大四考研深造奠定基礎。通過第二年的學習，學生能夠構建出物聯網體系框架，并接觸專業基礎課，從而專業方向更加明確。第三年逐步開設專業核心課程并大量引入實驗課，鍛煉實踐操作能力，同時提供了相關學科競賽的機會。第四年學生綜合運用所學知識進企業參與畢業實習，并從中完成畢業設計選題。

四、“運作”物聯網工程專業的教學實踐

CDIO理念強調培養學生工程系統實踐結合基礎知識，所以除完成基本課程實驗外，還應促進建立開放式實驗教學環境。依托我院最新建設的物聯網綜合實驗室，將部分專業核心課程安排在實驗室授課，使得學生在聽課之余能夠多接觸實驗設備，促進學生的實踐能力培養，正符合CDIO教育改革所倡導的工程實踐理念。

以專業核心課程《RFID原理及應用》在2018—2019第一學期的教學情況為例，本課程是旨在培養學生掌握與射頻技術、身份識別系統設計及優化等相關科學技術而設立的重要理論與應用型課程。教學內容既包含工程工作所需的數學、電磁場方面知識，又包含工程基本理論與基本專業技能，同時利用CDIO理念進行頂層構想。結合授課章節內容，設計了不同射頻頻率的車庫RFID道閘和RFID智能門鎖、LED屏幕控制和ETC通道模擬等系統案例實驗，提高學生將理論知識與工程實踐相結合的解決實際問題的能力，極大地激發學生的學習興趣。因此本課程在期末學生從教學準備、教學過程等8項教學評價中，第7條教學中是否注重啟迪思維、激發興趣、聯系實際、培養能力這一項滿意度最高，達到93.7%。在日常教學落實中，利用教學場地現有實驗條件將課程中的工程知識點與課程實驗相結合，依托先進的移動教學平臺增強師生間教學互動，同時利用平臺資源查閱、答題和討論等評價方法運作教學過程，統計到平時成績人均89.1分。從46名學生的百分制評教結果來看，綜合評分為93.52分，大部分同學給出各項良好以上評價，表現出學生對課程教學效果的肯定。

五、結語

物聯網作為一門新興學科，通過感知、識別、信息處理及反饋等技術，廣泛應用于信息化時代的各個方面。對物聯網人才的培養模式也要突破傳統，著重加強工程實踐能力和創新能力的培養。本文將構想、設計、落實、運作四個元素融入物聯網專業實踐教學過程中，建立結合CDIO理念的物聯網專業課程開放式教學模型。并在《RFID原理及應用》課程的教學過程中引入CDIO理念進行了一些有益實踐，教學效果反應較好，尤其是學生利用理論知識處理工程問題的能力得到提高，提升了學生自主學習的興趣。