基于案例與微課題驅動的智慧城市與物聯網課程建設

王占剛

（北京信息科技大學 信息與通信工程學院，北京 100101）

0 引 言

智慧城市的理念是整合城市資源，為公眾提供更加便捷、高效的社會服務，實現科學、智能管理城市的目標。智慧城市充分應用物聯網、人工智能、云計算、大數據等新一代信息技術，促進城市創新和發展，對城市進行重塑和再造，它強調通過技術、數據與業務的融合，統籌利用城市發展中的信息、物質和智力資源，推動物聯網、人工智能、云計算、大數據等新一代信息技術的創新應用。

“物聯網”被稱為世界信息產業的第三次浪潮，物聯網與智慧城市特征的高度重合，證明了智慧城市為物聯網應用提供了展示的舞臺，也是物聯網技術綜合應用的重要場景和示范工程。運用物聯網中的傳感器、傳感網、信息傳輸與應用等技術，可以實現對城市管理各領域的生產、運輸、加工及變化的感知、監測和反饋控制，實時智能識別、立體感知城市運行過程中各方面的狀態。

通過“智慧城市與物聯網”課程的學習，使研究生在全面了解智慧城市理論概念、最新進展、技術難點、應用領域和發展前景的基礎上，理解并掌握物聯網的體系架構和關鍵技術。但隨著信息技術的發展，很多新案例、新應用不斷涌現，初期的課程已無法滿足行業領域的要求，很難提高學生對于智慧城市復雜系統分析與設計的能力，需要將新技術、新案例、新應用融入到現有課程中。

1 課程建設的內容

1.1 課程定位和設計理念

通過本課程的學習，要求學生了解智慧城市的定義、模式、建設內容與前景，熟悉大數據、人工智能、云計算、物聯網、移動互聯網等智慧城市涉及的關鍵技術，以及智慧城市系統中智慧環境、智慧醫療、智慧農業等系統建設內容，理解并掌握物聯網的體系架構和關鍵技術。

通過本課程項目的建設，強調理論與應用有機結合，使學生形成智慧城市建設的理念，通過多個應用案例與行業實踐分析，使學生明晰智慧城市、人工智能、物聯網、大數據、云計算和移動互聯網等先進技術的概念與聯系，能夠針對具體領域、應用完成系統架構設計。

在項目研究成果基礎上，通過微課題驅動使學生能夠在方案設計基礎上提出技術實現架構，并具象到應用產品，形成完整的產品解決方案，加深學生對智慧城市與物聯網的認識與理解，掌握系統設計與架構流程，從而提高研究生的科研創新與開發能力。

1.2 課程建設內容

（1）案例與微課題驅動的課程整體設計

研究分析當前智慧城市與物聯網課程現狀，分析它與相關專業課程之間的相關性。確定課程教學任務與基本要求，研究最新技術發展與新的教學方法，包括在線課程資源整合，結合智慧感知信息處理學科方向發展需求，研究本課程設置過程中需要完善的課程內容，完成案例與微課題驅動的課程整體設計。

以智慧城市、人工智能、物聯網、云計算、大數據、移動互聯網六大關鍵技術案例為依托，充實理論教學內容；針對課程特點，精心為課程增加實驗環節，利用微課題驅動，實現從技術解決方案到產品研發的完善。

（2）課程教學資源建設

整合多維度教學資源，形成完備的課程教學大綱、課件、教材、案例庫、在線教學資源、習題、參考文獻教學資源體系，利用線上教學資源與在線平臺輔助線下教學方式，支持靈活而又科學的教學方式。

（3）案例庫建設

形成基于現實需求的、符合教學要求的高質量課程案例，以智、物、云、大、移等關鍵技術為主線建立案例庫。

（4）課程教學團隊建設

建設課程教學團隊，發揮各團隊成員的教學與研發優勢，提升團隊成員的素質與水平，研究應用新的教學方法。

2 課程教學流程

課程教學流程分為4個步驟，分別是：教學準備、知識講解、微課題實施、考核評價。課程實施流程如圖1所示。

圖1 課程實施流程

2.1 教學準備

首先研究智慧城市與物聯網課程各章節教學內容的知識體系以及不同知識點的教學要求與目標。搜集大量適合教學的案例素材，并將這些案例與知識點進行對應、融合。智慧城市與物聯網課程的知識點按照智、物、云、大、移等關鍵技術進行組織，各部分的知識點相對獨立，同時具有相互聯系，因此在設計案例時，需用一個或幾個案例覆蓋和貫穿某一知識點，不同的案例之間又有所交叉，以體現智慧城市與物聯網課程知識結構的特點，培養學生局部與整體的設計意識。通過案例提出問題，并用知識點的概念與原理分析并解釋問題，提高學生對各知識點的掌握程度。

微課題設計是實施“基于案例與微課題驅動課程建設”的關鍵所在。高質量的微課題應該具備較強的綜合性、實踐性、時效性、獨立性、完整性等，并且盡可能覆蓋所有知識點。微課題需涉及不同的領域，如智慧環境、智能教育、家庭農業、智慧醫院等。將案例資料與微課題資料等通過在線課程系統發放給學生，便于學生隨時查閱相關資料。學生根據個人興趣和愛好成立學習小組（3～4人/組），選擇一個微課題。

2.2 知識詮釋

通過精心選擇典型的授課案例，根據智、物、云、大、移等關鍵技術的知識需求安排教學內容。有針對性引入完整、易于理解、具有實際意義的案例，將復雜抽象的概念、原理通過生動的案例進行詮釋，給學生以直觀、生動的印象，從而激發學生的求知欲，調動其學習積極性和主動性。

采用“線上線下講解+翻轉課堂”的方式，通過案例引出授課內容講解案例，闡述相關概念與原理，引導學生討論，并利用翻轉課堂的形式鼓勵學生通過案例自學相關知識點。在教學過程中要注意案例與理論知識的合理穿插，通過翻轉課堂引導學生發散思維，主動學習，獨立思考。

2.3 微課題實施

采用“討論+小組完成”項目式教學方式，學生根據個人喜好與興趣確定微課題題目，成立學習小組。微課題實施需要教師針對不同的微課題題目進行布置與組織，并對學生進行指導，引導學生在開發階段對相關問題進行分析和討論，并在開發過程中提出建議。

學生通過在線資料查找與自主探索性學習完成指定微課題。同學們利用在線視頻、開源開發工具和源代碼等，相互協作，解決實際問題，將理論知識應用于實踐，實現主動學習和探索性學習，鍛煉研究生完成科研任務的能力，培養研究生進行智慧城市與物聯網項目開發所需要的各項綜合能力。

2.4 考核評價

智慧城市與物聯網課程的考核評價分為兩部分，針對理論學習采用開放式考核方式，主要考察學生對不同知識點概念與原理的掌握，對知識應用的理解和對未來技術發展趨勢的看法。針對微課題的實施，根據各小組完成情況及個人承擔的角色，運用小組自評、教師點評等方式對微課題成果進行總結和評價，并給出評分。

最終的課程成績綜合理論考核分數與微課題成果評分，按特定比例計算得到最終的考核評價分數，體現學生對理論和實踐掌握的總體情況。

在考核評價完成后，可以根據評價結果完善、豐富案例和教學方法，進一步深化微課題研究成果，提升智慧城市與物聯網課程的整體教學效果。

3 課程建設的成果

3.1 整理并完成了智慧城市案例庫

案例庫共分為六大類別：智慧城市、物聯網、云計算、大數據、移動互聯網、人工智能。這六大類別應用在不同的領域，現在共計整理了110個案例，部分案例信息見表1所列。

表1 部分智慧城市案例信息表

3.2 整合多維度教學資源

在網絡上建立了智慧城市與物聯網課程教學資源。網絡教學資源以自主錄制的速課資源為主，整合了網絡課程、參考書、電子書籍、作業、習題等，形成了“智慧城市與物聯網課程”多維度教學資源，方便學生隨時隨地學習。

3.3 形成驅動課程教學的微課題

建立了驅動智慧城市與物聯網課程教學的微課題。以智慧環境或智慧家居等研究成果為例，通過微課題驅動，學生按小組動手實踐，深入感受智慧城市與物聯網中涉及的相關系統與傳感器，掌握系統設計與架構流程，加深學生對智慧城市與物聯網的認識與理解。

4 結 語

加強研究生課程建設，緊密結合智慧感知信息處理學科，充實智慧城市與物聯網課程內容，改進教學方法，系統化課程設計，提高研究生課程的整體學習效果；通過案例與微課題驅動，將課程教學與科研項目、行業應用等緊密結合，提升研究生科研創新與實踐能力。加強課程教學資源建設，形成完備的課程教學大綱、課件、教材、案例庫、在線教學資源、習題、參考文獻教學資源體系，利用線上教學資源與在線平臺輔助線下教學。將理論與應用結合，形成基于現實需求的、符合教學要求的高質量課程案例，建立案例庫。通過課程建設，加強教師團隊培養，建設一支既能從事教學，又能理論聯系實際的課程團隊。