新工科物聯網工程專業的多元融合實踐教學探索

徐德剛 張其林 項東升

摘 ?要： 根據新工科建設育人要求，針對目前物聯網工程專業實踐教學中存在的問題，借鑒CDIO教育模式，結合學校的實際情況，從實踐課程體系、多元融合的授課模式、多元考評體系等幾個方面對多元融合的物聯網工程專業實踐教學體系進行探索研究，提出了一些新的改革措施和方法。實踐表明，此改革措施有助于充分激發學生學習的主觀能動性，有利于全面鍛煉與提升學生的實踐能力、創新能力以及工程綜合素質。

關鍵詞： 新工科; CDIO; 物聯網工程; 實踐教學; 多元融合

中圖分類號：G642 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1006-8228（2020）03-63-04

Exploration on multi-integration practical teaching of new

engineering IoT engineering specialty

Xu Degang， Zhang Qilin， Xiang Dongsheng

（School of Computer Engineering， Hubei University of Arts and Science， Xiangyang， Hubei 441053， China）

Abstract： According to the education requirements of new engineering construction， aiming at the existing problems in the practice teaching of IoT engineering， drawing lessons from CDIO education mode， combining with the actual situation of the school， this paper explores and studies the multi-integration practical teaching for IoT engineering specialty from the aspects of the practice curriculum system， the multi-integration teaching mode， and the multi-evaluation system， and proposes some new reform measures and methods. Practice shows that the reform measures are helpful to fully stimulate students' subjective initiative in learning， to comprehensively exercise and improve students' practice ability， innovation ability and comprehensive engineering quality.

Key words： new engineering; CDIO; IoT engineering; practical teaching; multi-integration

0 引言

物聯網被稱為世界信息產業的第三次浪潮，是IT產業的新興熱點。在我國，物聯網已上升為國家五大戰略性新興產業之一。為了滿足國家戰略性新興產業發展對高素質人才的迫切需求，在教育部相關文件的指導下，物聯網工程專業應運而生。

2020年5G將正式步入商用，隨著5G商用進程的逐步深入，物聯網產業將迎來爆發式增長，物聯網工程專業人才的需求將十分巨大，要求也會越來越高，高校作為物聯網人才的重要搖籃，其人才培養的實踐教學體系也應適應新時期的需要。如何建設好物聯網專業，為我國的物聯網戰略新興產業的發展培養高質量的人才成為廣大教育工作者關注的問題。實踐教學體系是實踐教學的整體規劃，是物聯網工程專業建設的核心內容之一。

“新工科”建設是教育部基于國家戰略發展新需求、國際競爭新形勢、立德樹人新要求而提出的我國工程教育改革方向[1]。CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[2]，強調以產業需求為導向，以學生為主體，通過項目驅動的方式實現工程實踐能力和綜合創新能力的培養，是“做中學”和“基于項目教學和學習”的集中概括和表達[3]。

本文將在新工科建設思想的指導下，從CDIO工程教育的視角，針對目前物聯網工程專業實踐教學中存在的問題，結合我校實際情況，對物聯網工程專業實踐教學體系進行研究探索。

1 物聯網工程專業實踐教學現狀分析

物聯網工程專業涵蓋計算機科學與技術、通信工程、電子科學與技術等多個學科領域，理論知識與實踐創新能力培養并重，要求學生能夠將所學的物聯網知識應用于日常生產、生活中，解決或優化一些實際問題。實踐教學體系在物聯網工程專業建設中的地位舉足輕重，但是目前物聯網工程專業的實踐教學還存在諸多問題。①重理論，輕實踐。學生很少有團隊開發項目的實際鍛煉機會，養成了“照書本做，不求甚解”的實驗習慣，被動按照實驗指導進行操作，缺乏主觀能動性，不利于綜合、設計、創新等實踐能力的培養。②實踐教學環節設置脫節于行業應用與技術發展，工程性不足[4]。實驗項目配套教學內容與行業發展脫節，未能跟蹤最新技術，滯后于物聯網應用模式及需求的迅速演變，工程化程度明顯不足。③有一部分學生認識模糊，學習積極性不高，做實驗敷衍應付，甚至不做實驗。④實驗規劃缺乏整體性、多學科交叉融合不夠。實驗項目設置割裂了實際應用項目的整體性和多學科知識應用的關聯與交叉融合，脫離了行業應用環境，以項目為驅動的工程化程度明顯不足，不利于學生對多個信息領域的技術進行綜合運用，限制了其分析、解決復雜問題的能力。

2 多元融合的物聯網工程專業實踐教學體系

針對當前物聯網工程實踐教學中的問題，依照當前國家新工科建設育人要求，運用CDIO教育模式方法，結合我校的實際情況，從實踐課程體系、多元融合的授課模式、多元考評體系等幾個方面對多元融合的物聯網工程專業實踐教學體系進行探索研究。

2.1 實踐課程體系

在我們的早期論文[5]中，按照“項目驅動、分層遞進”的原則，從基礎類實踐、專業類實踐、 綜合實踐和工程實踐四個層次給出了物聯網工程專業的實踐課程體系。通過基礎類實踐形成學生科學的學習方法和研究方法，培養學生計算思維能力及基本的編程能力;專業類實踐由淺入深、循序漸進分年級設置，通過第一學年末的專業認識實習，加深學生對物聯網專業前景的認識以提升學習興趣，從第二學年開始陸續開設計算機學科基礎和物聯網專業課程，通過課內實驗讓學生驗證已學的知識點，鞏固和加強有關知識內容，培養實驗操作能力和靈活運用所學知識解決實際問題的創新能力;綜合實踐通過獨立設課的編程語言（C與JAVA）課程設計、物聯網感知課程設計與嵌入式系統課程設計、6-8周的綜合實訓等鍛煉學生綜合運用所學的編程語言獨立開發小型系統及算法設計與應用的能力，訓練學生運用物聯網軟、硬件知識開發物聯網應用系統的能力。

經過幾屆學生的實踐教學檢驗，這套課程體系取得了一定的教學效果。同時也發現了一些問題，例如：物聯網感知課程設計要用到嵌入式系統原理與應用課程的知識，但在這套實踐課程體系中，物聯網感知課程設計卻安排在嵌入式系統原理與應用課程之前，不利于課程設計的開展，并且物聯網感知課程設計與嵌入式系統課程設計有內容與要求的重復。為了減少重復性的工作，使實踐教學更加合理，我們擬在新的物聯網人才培養方案中，將物聯網感知課程設計與嵌入式系統課程設計合并為物聯網系統開發課程設計，并將物聯網系統開發課程設計安排在單片機原理與應用、傳感器原理與應用、RFID 原理與應用、嵌入系統原理與應用等課程結課以后。

2.2 多元融合的授課模式

2.2.1 思政教育全貫穿

學習目標明確、態度端正，往往能取得事半功倍的學習效果。在教學中，我們發現有部分學生比較迷茫，不知道學啥和怎樣學，只是每天被動的上下課，還有的學生學習積極性不高，認為學習沒用，更有部分學生一點學習興趣都沒有，懶于學習，而且對待實踐實驗敷衍應付，甚至不做實驗。之所以出現這些問題，歸根結底還是學生的思想出了問題。為了解決這些問題，思想政治教育必須貫穿于整個課程的教學之中，特別是實踐教學，在知識講述的同時，結合與學習及國家行業發展相關的實踐，適時適度穿插一些思政教育，激發學生的愛國心與學習興趣，樹立志向，積極規劃自己的人生，明確目標，引導學生端正學習態度、求真、力行，激勵學生自主地刻苦學習，多讀書、深思考、善提問、勤實踐，認真努力搞好學習。

2.2.2 校企多元合作

校企合作是應用型人才培養的一種趨勢和共識。企業比較貼近產業發展的實際，能較好地把握當前及未來的產業發展方向，對產業需求、人才的崗位要求非常了解，有較強的工程技術能力，這些都是高校所欠缺的。校企合作培養物聯網工程專業人才，可以充分發揮企業的優勢，按照企業崗位需求來培養提高學生的工程技術能力，培養與就業對接，不僅為企業儲備人才，也解決了學生的就業，實現高校、企業、學生之間的互利共贏。為了使物聯網工程作這個新興專業的人才培養更貼近市場需求，切實提高學生的實踐動手能力，可以探索多元校企合作。①以企業實際課題作為實踐項目，將能力比較強的學生直接派到企業，參與企業項目開發，完成實踐課程，并由企業導師考核評定成績。②設立大學生創新基地，由企業工程師和校內教師聯合組成導師團隊，分工協作，共同指導，激發學生的創新創業熱情，培養團隊精神，提高團隊合作能力、溝通協調能力和創新創業能力。③在校內建設校企聯合實踐基地，為物聯網工程專業實踐提供良好的實驗平臺和環境，供學生自主研學。④采用實際工程項目的開發方式進行實踐課程教學，請企業派資深工程師或項目經理指導和管理，讓學生熟悉項目的具體開發流程，更好地把握工程實踐的具體進度及流程，與企業需求接軌。

2.2.3 創新創業、競賽驅動

為了提高學生的創新創業意識與能力，學科競賽指導教師分析研究近幾年相關的各類學科競賽的獲獎作品，結合當前產業界的最新動態，發動學生查閱文獻資料，積極思考并設計出有創意的課題作為競賽或創新創業訓練項目的題目，以大學生創新基地為依托和大學生創新創業訓練項目為載體，組建開發團隊，參加相關的各級各類學科競賽，以賽促練。對于競賽獲獎的學生，除了在評優、評獎學金有加分外，還可以按照獲獎等級分別給予對應的創新學分，以此激勵和鼓勵更多的學生參與競賽項目，主動學習，從而達到提高實踐動手能力和創新能力的目的。通過這些舉措，我們取得了一些成績。自2015年以來，湖北文理學院物聯網專業的學生取得了TI杯大學生物聯網競賽全國總決賽二等獎三項，全國高校移動互聯網大賽全國總決賽一等獎一項、二等獎一項，“中國軟件杯”大學生軟件設計大賽全國總決賽三等獎二項，互聯網+競賽省賽銅獎二項等多項具有含金量的學科競賽獎，并獲得了多項軟件著作權。

2.2.4 課程交叉融合，逐層遞階

在物聯網工程專業的課程體系中，RFID原理與應用、傳感器原理及應用、單片機原理與應用、嵌入式原理與應用、物聯網控制技術、物聯網數據處理、Android應用開發等課程是物聯網應用知識體系的核心組成部分，相互間銜接比較緊密，知識與應用交叉融合。在設計構建這些課程的實踐教學內容時，必須考慮到這些課程之間的交叉融合和實踐教學體系的有機整體性。基于此，我們提出了基于項目分解的實踐教學體系，即設計一個融合各相關課程的大項目，再分解成小的實驗項目，分散在各相關課程的實踐教學中，由易到難、由簡單到復雜、逐層遞階分階段完成項目任務。隨著各相關課程的結課，大項目的各個小項目都完成了，最后再經過集成整合，這個大的項目也就完成了。如此，學生既修完了課程，又做完了項目，積累了小項目和大項目的工程實戰經驗，實踐動手能力得到提升。

為了響應教育部2019年9月在關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見[6]中明確提出的要科學合理設置學分總量和課程數量，增加學生投入學習的時間，提高自主學習時間比例的新時期本科教育改革要求，我們可以步子邁的更大一些。以單片機原理與應用、Android應用開發課程為先導，將RFID原理與應用、傳感器原理及應用、嵌入式原理與應用、物聯網感知課程設計、嵌入式系統課程設計整合為物聯網系統開發一門課程，打破課程界限，注意各課程知識點的交叉銜接，刪減重復內容，從物聯網系統頂層設計重構課程的理論與實踐教學內容，重構課程實驗及課程設計內容，將RFID、傳感器、嵌入式系統有機融合，以項目為驅動設計課內實踐，組織實施實踐教學工作，并根據實際教學效果和學生的反饋，逐步調整完善。

2.3 多元考評體系

在物聯網工程專業實踐課程體系中，基礎類實踐、專業類實踐、 綜合實踐和工程實踐四個層次的要求各不一樣，應建立多元考評體系，制定考評標準時應考慮課程特點，突出課程的實踐能力、創新能力、分析問題與解決問題的綜合能力要求。同時，為了激勵學生踴躍參與創新創業、各級學科競賽活動，學生在這些活動中取得的成績也應納入實踐考評體系中，根據業績大小和獲獎等級給予相應的創新學分。專業認識實習考查學生對物聯網專業前景的認識能力，驗證型實驗項目著重實驗操作能力的考核，綜合型實驗項目考查學生運用所學知識的基本能力，設計型實驗考查學生靈活運用所學知識解決實際問題能力和創新能力，綜合實訓考查學生綜合運用軟硬件知識開發物聯網應用系統的能力，校企合作指導的實踐項目由教師和企業工程師共同按照培養目標和企業的產品或項目標準進行考評。

3 結束語

在新工科建設的背景下，針對物聯網工程專業實踐教學中發現的問題，借鑒CDIO教育模式，以綜合能力培養為目標，項目驅動，多元融合，改革優化實踐教學環節。通過思政教育全貫穿，激發學生的愛國心與學習興趣，明確目標，端正態度，主動學習。通過校企多元合作，與企業接軌，培養提高學生的工程技術能力、團隊合作能力、溝通協調能力和創新創業能力;通過課程交叉融合、逐層遞階，讓學生在做中學，積累大項目的工程實戰經驗，提升實踐綜合能力。通過能力為主要標準的多元考評，促進學生積極地學習。實踐表明，此改革措施有利于推動學生自主學習，全面鍛煉與提升學生實踐能力、創新能力和工程綜合素質。我們將在此基礎上，不斷總結經驗，優化實踐教學體系，提高人才培養質量。

參考文獻（References）：

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[2] 魏海蕊.基于CDIO 教育模式的工業工程專業實驗教學改革探索[J].高教學刊，2019.19：130-132

[3] 鄭貴省，馬文彬，郭強，王劍宇，闞媛.面向新工科的大學計算機CDIO教育模式及創客課堂案例[J].計算機教育，2019.2：103-106

[4] 焦金濤，余文森，阮星，王平.優化實踐教學體系__構建應用型物聯網工程專業人才培養模式[J].教育教學論壇，2018.47：150-151

[5] 張其林，袁磊，吳中博，徐德剛.地方高校物聯網工程應用型人才多元協同培養[J].計算機教育，2015.20：13-17

[6] 教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191011_402759.html？from=singlemessage&isappinstalled=0