地方師范院校物聯網工程專業(yè)學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究

余遠昱，王久江，魏麗君，秦雨萍，楊濟寧

摘? 要： 地方師范院校工科專業(yè)普遍存在師資薄弱，資源投入不足的問題，導致工科專業(yè)學生的動手實踐與創(chuàng)新能力不足，無法達到“新工科”專業(yè)建設的培養(yǎng)目標。針對此問題，結合內江師范院物聯網工程專業(yè)在辦學過程中遇到的問題，分別從優(yōu)化師資配置、校企合作共建課程、采用項目學習法教學、建立以解決問題為核心的評價標準等幾方面進行改革。通過方案實施，學生的動手實踐能力與創(chuàng)新能力得到了明顯提升。

關鍵詞： 師范院校; 物聯網工程; 創(chuàng)新能力; 校企合作; 項目學習法

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2022）06-127-03

Research on the cultivation method of innovation ability of students majoring

in Internet of things engineering in local normal universities

Yu Yuanyu， Wang Jiujiang， Wei Lijun， Qin Yuping， Yang Jining

（School of Artificial Intelligence， Neijiang Normal University， Neijiang， Sichuan 641100， China）

Abstract： Engineering majors in local normal universities generally suffer from weak teacher resources and insufficient resource investment， which lead to insufficient hands-on practice and creativity of students， and fail to achieve the goal of "New Engineering" major construction. Combined with the problems encountered by the Internet of Things Engineering major of Neijiang Normal University in the process of construction， several reform plans are proposed such as optimizing the allocation of teachers， co-constructing courses through school-enterprise cooperation， carrying out Project-Based Learning （PBL） teaching method， and establishing evaluation standards centered on problem solving. After the implementation of the plans， the students' practical ability and creativity have been significantly improved.

Key words： normal university; Internet of Things engineering; creativity; school-enterprise cooperation; PBL

0 引言

為了適應地方經濟發(fā)展需求，很多地方師范院校開設了非師范的工科專業(yè)，向當地輸送了大量的工程人才。但師范院校工科專業(yè)師資與實驗室設備投入不足，畢業(yè)生的就業(yè)競爭力較弱，就業(yè)不占優(yōu)勢[1]。

地產師范院校工科學生必須加強實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為此我們參照國家“新工科”建設的要求，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協調與共享為途徑，培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新能力強的多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[2-5]。

培養(yǎng)工程實踐與創(chuàng)新能力強的學生，是“新工科”建設的重要目標之一。但對于一些地方師范院校，因工科專業(yè)建設時間短、底子薄，專業(yè)轉型較慢，距離“新工科”建設目標還有一定的距離[6]。

我們根據內江師范學院物聯網工程專業(yè)在“新工科”建設時所遇到的問題進行分析，提出了相應的教學改革思路和實施方案。

1 物聯網工程專業(yè)建設現狀與分析

我校是較早開設物聯網工程專業(yè)的高校，于2012年起招收本科生。雖在專業(yè)建設方面已積累了一定的經驗，但距離“新工科”的建設目標依然有一段距離。兩年前，我校物聯網工程專業(yè)在學科建設中遇到一些困難，主要表現在以下幾個方面。

⑴ 師資隊伍建設與培訓滯后

物聯網工程專業(yè)主要是在計算機科學與技術、電子科學與技術、信息與通信工程這三門學科相互融合的基礎上發(fā)展起來的應用型學科。我校多數物聯網工程專業(yè)教師是來源于計算機科學與技術、軟件工程等專業(yè)，他們在硬件類課程的教學積累較薄弱，也缺少企業(yè)的工程開發(fā)經驗。此外，專業(yè)教師也較少參與硬件類課程的教學和實踐培訓。師資隊伍建設的不足使得我校物聯網工程專業(yè)學生在硬件方向的基礎較為薄弱。

⑵ 經費有限、教學硬件條件不足

雖然物聯網專業(yè)實驗室里配備了模擬電路、數字電路和單片機等課程的實驗機箱，但因使用年限久，不少配件已經損壞或丟失。廠家已不能夠提供維修或采購配件的業(yè)務。因而大部分實驗機箱處于年久失修狀態(tài)，無法滿足課程實驗教學需求。學校辦學經費有限，也無法將全部實驗機箱進行更換。折衷的辦法是使用Multisim、Proteus等軟件進行課程實驗教學。雖然通過仿真平臺能完成部分實驗任務，但學生不熟悉電子元器件實物，也無法進行硬件系統調試與查錯。這些因素導致學生在電路設計搭建、硬件系統調試等方面的能力較差。

⑶ 課程知識體系陳舊，教學方式單一

當前新知識的發(fā)展日新月異，各學科不斷相互融合，學術成果轉化為生產力的周期也大為縮短。但不少高校工科專業(yè)選用的教材內容陳舊，與社會需求脫節(jié)。雖然有一些高校已調整工科專業(yè)辦學方向，但步伐仍滯后于社會發(fā)展的求。

以我校為例，物聯網工程專業(yè)開設的專業(yè)課程以理論為主，實驗也以仿真為主。課程教學內容多側重于理論公式的推導或計算，對應用場景的介紹較少，導致一些學生因為過多的公式推導而失去對課程的學習興趣。此外，教師的講解中過于強調教材內容的邏輯性和完整性，而忽視學生對新知識的接受能力。課程教學的主體依然是教師，缺少學生的主動參與。這些因素使得學生對專業(yè)課程學習的積極性不高，僅是為了通過考試拿到學分。

綜上所述，我校物聯網工程專業(yè)建設所面臨的問題不利于培養(yǎng)學生動手實踐能力;不利于提高學生分析解決復雜工程問題的能力;也不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，十分有必要引入新的專業(yè)教學建設思路和教學方法。

2 建設思路及措施

2.1 建設思路

根據教育部“新工科”的建設目標，研究地方師范院校物聯網工程專業(yè)本科生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方案。以突出行業(yè)應用方向、完善專業(yè)課程體系、優(yōu)化課程設置為目標;建設以產業(yè)需求為導向、以學生為中心的協同育人培養(yǎng)模式;分別從師資配置、校企合作、教學方法與評價標準等四個方面進行了改革，如圖1所示。

2.2 建設方案

2.2.1 優(yōu)化師資配置

近二年來，物聯網工程教研室配合學校的人才計劃，引進了多名教師并形成了新的教學團隊。其中包括三名博士，三名擁有多年企業(yè)工作經驗的“雙師型”教師。這些教師主要面向二、三年級的學生開展專業(yè)課程教學工作。在教學中，教師們結合各自的行業(yè)開發(fā)經驗和科研課題講解課本上的理論知識。比如在“傳感器原理與應用”課程中，電容式傳感器的原理是電容極板在受到壓力的情況下，極板間距發(fā)生變化從而改變電容值，可用于壓力的測量。聲波能夠產生壓力，因此電容式傳感器可用于檢測聲音，這是電容式麥克風的原理。教師在講解該內容時，將知識拓展到超聲波（也是一種機械波），因此也能夠被電容式傳感器所接收。繼而將知識進一步拓展到一種新型超聲波傳感器-微機械電容式超聲傳感器，并引申介紹微機電傳感器的加工及應用等學術前沿知識。通過這種方式的講解，不僅將書本的知識拓展到學生身邊熟悉的應用場景，也讓學生了解到傳感器領域的學術前沿知識。類似的課程內容，通過舉一反三的案例講解，使學生了解書本上理論知識的應用場景，開闊了思維，也提高了學習興趣。

此外，物聯網工程教研室還會不定期地組織專業(yè)教師開展實踐教學經驗分享交流活動;安排教師去企業(yè)交流參觀和培訓。通過這些活動，逐步提高物聯網工程專業(yè)教師的師資隊伍水平。

2.2.2 校企合作共建課程

為了提高畢業(yè)生的動手實踐能力，能夠順利走上工作崗位，物聯網教研室根據合作企業(yè)對新員工專業(yè)技能、綜合素質方面的要求，在高年級開設了一些專業(yè)選修課程。在教學過程中，將企業(yè)崗位所需的專業(yè)知識技能融入課程教學的各環(huán)節(jié)中。課程的考核則參照企業(yè)對新員工培訓的要求，由每位學生動手操作完成。因此通過了課程考核的學生，就具備了企業(yè)職業(yè)崗位所需的基本技能，這也為企業(yè)提供了潛在的人才儲備。

通過與企業(yè)合作，我校物聯網工程專業(yè)開設了“工業(yè)物聯網開發(fā)”和“工業(yè)物聯網應用”兩門課，授課對象為2018級本科生。企業(yè)提供了基于Cortex-M3內核的工業(yè)物聯網芯片開發(fā)板用于課程教學，由校企共同制訂課程內容和教學方式。從芯片的通用輸入輸出（GPIO）接口模塊控制發(fā)光二極管、到攝像頭采集數據并在液晶屏上回放顯示，再到基于芯片內DSP模塊進行復雜數據處理，通過這種循序漸進的實驗任務，將芯片各關鍵模塊的功能進行講解。學生按照課程任務要求，完成硬件連接、交叉編譯、下載調試等各步驟操作。學生動手操作完成了課程的各項任務，不僅熟悉了芯片的內部結構與應用，也達到了企業(yè)對員工培訓的基本技能要求。

在辦學經費有限的情況下，通過“走出去”的方式，與企業(yè)合作共建課程。按照企業(yè)員工培訓內容開展教學，既解決了現有實驗機箱不齊全的問題，又提高了學生動手實踐能力。此外，也為企業(yè)提供了符合專業(yè)崗位要求的人才儲備，實現了校企雙方的共贏。

2.2.3 項目學習法教學方式

“新工科”建設的目的是培養(yǎng)各種層次和類型的卓越工程科技人才，因此必須建立起以學生為中心的教學理念，并將其貫穿于教學的全過程。在課堂教學環(huán)節(jié)中，為了提高學生的參與度，物聯網工程教研室引入了項目學習法（Project-Based Learning， PBL）[7]。PBL教學模式的特點是以學生自主學習為主，教師講授則為輔。根據課程要求，設計一些真實性任務，把學習任務設置到問題情景中，通過學生的自主探究和合作來解決問題，學習隱含在問題背后的科學知識，最終形成解決問題的技能和自主學習的能力[8]。

在“RFID原理與應用”課程教學中，教師在講解完教材的理論內容后，對學生分組，每組學生安排不同的RFID應用場景作為研究項目。組內同學分工合作完成系統的搭建，并做PPT上臺講解，回答教師和其他組里同學的問題。“工業(yè)物聯網應用”課程教學也是以學生分組完成項目的形式開展。在課程的教學過程中，教師提供指定項目的指標與完成要求、引導學生如何查找項目的學習資料、監(jiān)控整個學習過程并保障計劃的順利執(zhí)行。學生需要分工合作，完成系統電路設計、驅動程序編寫、系統聯合調試、撰寫報告和上臺答辯等任務。學生分工合作解決項目問題，培養(yǎng)了團隊協作精神、協助能力與溝通能力，也為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下基礎。

2.2.4 建立以解決問題為核心的評價標準

在前期教學過程中發(fā)現有一些學生對專業(yè)課的學習態(tài)度是為了拿學分。平時上課不認真聽講，考試前突擊復習，通過考試后就把課程知識丟掉了。最終學生不僅沒有掌握該課程的理論知識，也不能在教學過程中鍛煉創(chuàng)新思維能力。

為解決此問題，結合物聯網教研室?guī)熧Y現狀，對“傳感器原理與應用”和“物聯網控制技術及應用”課程的考核標準做了修訂，增加了提交研究報告的期末考核方式，適當地降低了期末閉卷理論考試的權重。“物聯網控制技術及應用”課程的期末成績由研究報告和閉卷考試兩部分組成，兩者權重比例為5：5。教師要求在一定期限內，由學生根據所學知識，自行查找資料，提交搭建智能家居、智能交通、智慧醫(yī)療或智慧農場等系統的研究報告。學生必須要對現有的智能系統進行調研分析，并說明自己設計系統的創(chuàng)新點。研究報告需要包含項目的背景分析、創(chuàng)新點分析、硬件系統選型依據、軟件實現流程等內容。每位學生都上臺講解，并回答教師的問題。

通過以上措施，將課程的考核由學生對教材知識點的記憶轉變?yōu)閷W生對課程主動學習能力與創(chuàng)新能力的評價。這種考核方式能夠引導學生進行自主、探究式的學習，不僅鍛煉了學生創(chuàng)新的能力，也培養(yǎng)了學生解決復雜工程問題的能力。

3 結束語

物聯網是繼計算機、互聯網和移動通信之后的又一次信息化技術浪潮，也是國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產業(yè)。隨著中國“新基建”的不斷推進，各行業(yè)對物聯網人才的需求和要求也不斷與日俱增。地方師范院校為所在地提供了大量的工程技術人才，需要與時俱進地按照“新工科”建設要求提高工程人才培養(yǎng)質量。

本文根據內江師范學院物聯網工程專業(yè)在“新工科”建設過程中所遇到的問題進行分析，介紹了我校在師資優(yōu)化、校企共建課程、教學方法和考核方式等方面所采取的改革方案。經過了近兩年的方案實施，我校物聯網工程專業(yè)學生的動手實踐和創(chuàng)新能力得到了明顯提升。這些改革思路和舉措對于我校智能科學與技術、計算機科學與技術等專業(yè)在培養(yǎng)學生動手實踐能力、創(chuàng)新能力方面有較好的借鑒作用。

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