新媒體視域下物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程教學(xué)體系改革實(shí)踐
——以“智慧生活”系統(tǒng)為案例＊

湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院信息工程學(xué)院 張莉 屠郡

目前基于在新媒體視域下高校學(xué)生培養(yǎng)與行業(yè)需求存在一定的“脫節(jié)”現(xiàn)象，需建立混合教學(xué)體系。以《物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》和《傳感器原理與應(yīng)用》兩大課程體系融合為例，打破課程界限，摒棄傳統(tǒng)教學(xué)體系弊端、解決實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絾我坏葐栴}。以“智慧生活”系統(tǒng)為案例，使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)感知層、云端、移動(dòng)應(yīng)用程序技術(shù)之間的關(guān)系。同時(shí)通過校企聯(lián)合的教學(xué)方式清楚企業(yè)對(duì)高校人才素養(yǎng)與技能的要求，更好的將專業(yè)課程內(nèi)容融入到企業(yè)生產(chǎn)中，創(chuàng)新市場需求的教學(xué)體系，培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才。

“十二五”期間，物聯(lián)網(wǎng)的提出，成為全球物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展最活躍的技術(shù)之一。“十三五”期間，大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才已經(jīng)成為了國家長期發(fā)展戰(zhàn)略。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為擴(kuò)大專業(yè)人才隊(duì)伍，構(gòu)建以高校信息專業(yè)人才培養(yǎng)體系，需推進(jìn)訂單式人才培養(yǎng)，建立信息化人才培養(yǎng)基地。支持與海外高水平機(jī)構(gòu)的聯(lián)合人才培訓(xùn)[1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為大數(shù)據(jù)和人工智能的基礎(chǔ)技術(shù)。在新媒體視域下，學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生與行業(yè)需求存在一定的“脫節(jié)”現(xiàn)象，主要原因其一是教學(xué)內(nèi)容和課程體系結(jié)構(gòu)不符合行業(yè)發(fā)展的需求；其二是沒有把企業(yè)的需求融入到教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)過程中。如何在物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)中融入創(chuàng)新元素，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式教學(xué)體系，把新鮮的教學(xué)內(nèi)容融入課堂，培養(yǎng)出符合目前市場需要的物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新型人才，已經(jīng)成為許多高校教學(xué)體系改革的重要方向。

本研究以具體項(xiàng)目為開發(fā)實(shí)例，結(jié)合具體項(xiàng)目，解決物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系中由于教學(xué)體系落后帶來的技能訓(xùn)練不全、學(xué)生無法結(jié)合實(shí)際實(shí)現(xiàn)具體開發(fā)等問題。以任務(wù)競爭及創(chuàng)新項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程教學(xué)新體系，加強(qiáng)在專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)下的實(shí)踐活動(dòng)，加強(qiáng)校企雙向互動(dòng)合作，實(shí)現(xiàn)從新媒體角度培養(yǎng)符合要求的高素質(zhì)創(chuàng)新型物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才。

1 目前物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)核心課程包括各類軟件和硬件技術(shù)，內(nèi)容多且雜，傳統(tǒng)的教學(xué)方式依賴于課堂理論教學(xué)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不同課程界限分明，因此學(xué)生往往理論知識(shí)掌握片面，無法把重點(diǎn)學(xué)科知識(shí)串聯(lián)起來用于實(shí)際開發(fā)[2]。

在實(shí)驗(yàn)課程部分，目前學(xué)校配套的實(shí)驗(yàn)環(huán)境主要以傳統(tǒng)的嵌入式課程實(shí)驗(yàn)箱套件為主，陳舊且不全面，實(shí)驗(yàn)與理論邏輯不合理，沒有緊跟技術(shù)發(fā)展應(yīng)用前沿而動(dòng)態(tài)調(diào)整課程內(nèi)容，造成脫節(jié)。同時(shí)學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)施不配套，實(shí)驗(yàn)比例低，并且很多是傳統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備拼湊合并或簡單升級(jí)，實(shí)驗(yàn)環(huán)境不成體系，不重視設(shè)備更新和調(diào)整；另一方面，受到教學(xué)體系不成熟的影響，學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)過程中做過的實(shí)驗(yàn)，參與的產(chǎn)品設(shè)計(jì)少之又少。很多學(xué)校對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐培養(yǎng)僅僅是紙上談兵。

高校培養(yǎng)體系實(shí)驗(yàn)室條件有局限，學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì)比較少。知識(shí)是學(xué)來的，能力是練出來的，智慧是思考出來的，缺少鍛煉機(jī)會(huì)，能力很難提高，智慧很難再上一個(gè)臺(tái)階，學(xué)校輸出人才也與企業(yè)需求不匹配，復(fù)合型應(yīng)用型專業(yè)人才緊缺，行業(yè)里無統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

在智慧城市（智能交通、智能農(nóng)業(yè)、智慧物流等九大智慧城市領(lǐng)域）、物聯(lián)網(wǎng)示范工程等龐大的項(xiàng)目方案面前，一般的其他計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)畢業(yè)生可以說只能是一知半解，或者只對(duì)自己專業(yè)涉及的領(lǐng)域有所認(rèn)知。要最大化發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)人才的優(yōu)勢，就必須讓物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生全面了解這些項(xiàng)目方案。

因此本課程體系改革目標(biāo)在新媒體視域下創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容與課程體系，強(qiáng)調(diào)知識(shí)模塊的實(shí)用性。以服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展為主旨，培養(yǎng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，采用混合教學(xué)模式及校企合作優(yōu)化人才培養(yǎng)方案，構(gòu)建適合企業(yè)需求的課程體系結(jié)構(gòu)，共建專業(yè)，創(chuàng)新實(shí)踐教育水平。

2 以“智慧生活”系統(tǒng)為案例的混合式課程融合教學(xué)

教學(xué)體系改革內(nèi)容以項(xiàng)目案例為引導(dǎo)，將涉及到各知識(shí)模塊融入到教學(xué)的各個(gè)層面中，提高大學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。結(jié)合各級(jí)學(xué)科競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，打造具有物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)特色創(chuàng)新教學(xué)模式，并把此模式融入課程體系中。具體的做法以《物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》和《傳感器原理與應(yīng)用》為例，將兩大課程體系知識(shí)模塊分階段重新進(jìn)行整合，以“智慧生活”系統(tǒng)案例為導(dǎo)向找準(zhǔn)聯(lián)系不同課程的知識(shí)點(diǎn)，提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新思維與綜合應(yīng)用能力。

物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、ZigBee、M2M 技術(shù)、RFID 技術(shù)、NFC 技術(shù)、低能耗藍(lán)牙技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括三層體系結(jié)構(gòu)，底層是用來感知數(shù)據(jù)的感知層，第二層是數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)層，最上層是應(yīng)用層，如圖1 所示。因此物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)從各種傳感器原理實(shí)現(xiàn)，到數(shù)據(jù)傳輸原理分析；從傳感器數(shù)據(jù)收集聚類，到軟件后臺(tái)數(shù)據(jù)處理；從分布式微服務(wù)的實(shí)現(xiàn)，到安卓/Java應(yīng)用設(shè)計(jì)[3]。近乎涉及了從硬件編程到軟件設(shè)計(jì)，從計(jì)算機(jī)原理到近場/互聯(lián)網(wǎng)通信所有知識(shí)領(lǐng)域。部分還涉及電氣工程和建筑工程（比如智能交通/汽車和智能家居等）。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)Fig.1 Three tier architecture of the Internet of Things

《物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課，通過該課程的學(xué)習(xí)了解Android 平臺(tái)相關(guān)知識(shí)，以及各類移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)框架和開發(fā)軟件的使用，旨在讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何進(jìn)行移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)，為后續(xù)開發(fā)相關(guān)App 系統(tǒng)打好基礎(chǔ)[4]。“智慧生活”監(jiān)控App 完成移動(dòng)端對(duì)相關(guān)場景的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化和設(shè)備遠(yuǎn)程控制，如將數(shù)據(jù)庫庫中存儲(chǔ)的場景內(nèi)溫度、濕度、光照等環(huán)境數(shù)據(jù)展示在App上，同時(shí)還可以App 向服務(wù)器發(fā)送指令傳入下位機(jī)，通過各類設(shè)備系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)的控制來設(shè)置閾值來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)場景內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)，監(jiān)控是否有人闖入，實(shí)現(xiàn)查看報(bào)警信息、攝像監(jiān)控等功能。

《傳感器原理與應(yīng)用》課程使學(xué)生了解各類數(shù)據(jù)采集相關(guān)傳感器相關(guān)原理及應(yīng)用環(huán)境，實(shí)現(xiàn)傳感器對(duì)現(xiàn)實(shí)世界真實(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)信息輔助管理者做出決策。數(shù)據(jù)采集又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種無線模塊傳感器，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。《傳感器原理與應(yīng)用》在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中的重要性毋庸置疑。

而在傳統(tǒng)教育模式中，這兩門課程是相互分割分開講授的，使得學(xué)生很難將兩門課程內(nèi)容進(jìn)行融會(huì)貫通，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)知識(shí)掌握片面，無法達(dá)到熟練的開發(fā)整套系統(tǒng)的狀況，學(xué)生僅對(duì)數(shù)據(jù)采集或App 開發(fā)熟練，無法將兩者連聯(lián)在一起，而在實(shí)際工作中，這兩種知識(shí)體系之間又存在著密不可分的聯(lián)系。

因此通過“智慧生活”實(shí)例將兩門課程進(jìn)行混合教學(xué)，《傳感器原理與應(yīng)用課程》課程主要結(jié)合“智慧生活”實(shí)例進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集知識(shí)點(diǎn)講解，同時(shí)結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)傳感器采集室內(nèi)氣體濃度并傳輸?shù)椒?wù)器數(shù)據(jù)庫；《物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》課程則以“智慧生活”系統(tǒng)為例子講授App 開發(fā)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生結(jié)合知識(shí)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)App 調(diào)取傳感器采集傳入數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，將采集到的空氣數(shù)據(jù)以圖表的形式展示在App 界面上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)展示、短信提示、閾值報(bào)警等功能。該系統(tǒng)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，前端設(shè)備通過控制按鈕向下位機(jī)發(fā)送指令，終端接收指令后接通指定養(yǎng)殖設(shè)備的繼電器，繼電器通電打開設(shè)備，繼電器斷開關(guān)閉設(shè)備，管理員使用App 即可操作控制按鈕遠(yuǎn)程操控各種設(shè)備，如圖2 所示。該項(xiàng)目以實(shí)際生活出發(fā)，將《物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》課程與《傳感器原理與應(yīng)用課程》主要技術(shù)結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，將教學(xué)內(nèi)容變?yōu)檎闲哉n程，打破相關(guān)聯(lián)課程之間的界限。

圖2 智慧生活監(jiān)控流程簡圖Fig.2 Smart life monitoring process diagram

具體教學(xué)方法為在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程《物聯(lián)傳感技術(shù)與移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》中，前部分課時(shí)《物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》課程與《傳感器原理與應(yīng)用課程》課程知識(shí)結(jié)構(gòu)分開講授，后部分內(nèi)容由兩門課程授課教師根據(jù)各自教學(xué)重點(diǎn)整合出實(shí)例設(shè)計(jì)的要求與標(biāo)準(zhǔn)，而后由學(xué)生自由組隊(duì)對(duì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)過程中涉及的課程連接體系內(nèi)容由授課老師共同設(shè)計(jì)講授，學(xué)生團(tuán)隊(duì)可自由討論相互學(xué)習(xí)，同時(shí)允許學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)資源查詢相關(guān)知識(shí)，最終共同完成系統(tǒng)開發(fā)。

在此混合教學(xué)模式中，有意識(shí)的把相關(guān)聯(lián)課程所授課程領(lǐng)域和其他的課程領(lǐng)域知識(shí)模板建立聯(lián)系。授課教師通過介紹項(xiàng)目案例所涉及知識(shí)及其基本設(shè)計(jì)思路，將兩門課程基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行連接，鼓勵(lì)學(xué)生在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，二次開發(fā)，設(shè)計(jì)出優(yōu)化版本的產(chǎn)品。本次課程整合的教學(xué)改革內(nèi)容并非完全以課程為單位，而是以案例連通不同課程的知識(shí)點(diǎn)，打破課程與課程之間的界限，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合解決生活中存在的實(shí)際問題。

3 以學(xué)生應(yīng)用能力為重點(diǎn)的校企合作教學(xué)

以往傳統(tǒng)高校教育模式一是受實(shí)驗(yàn)條件的限制重理論而輕實(shí)踐，培養(yǎng)的人才動(dòng)手不強(qiáng)而難適應(yīng)社會(huì)需求；二是忽視人文教育，注重成績考評(píng)，學(xué)生考評(píng)缺乏綜合性；三是教學(xué)內(nèi)容與時(shí)代發(fā)展有一定脫節(jié)，導(dǎo)致大學(xué)生所使用的教材，實(shí)際上都是落后于當(dāng)前很多行業(yè)的技術(shù)水平的。為了解決以上問題，各高校不斷創(chuàng)新傳統(tǒng)教育模式，高校教育采取產(chǎn)教融合的教育方式，既重視學(xué)生技能的培養(yǎng)，又關(guān)注學(xué)生的素質(zhì)教育，因材施教，教師以主導(dǎo)學(xué)生為中心，校企合作教育的新模式。

本校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)目前與多個(gè)企業(yè)已建立校企合作教學(xué)模式，企業(yè)派遣工程師入校進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，與在校老師共同完成專業(yè)教學(xué)。校企協(xié)同育人，企業(yè)能及時(shí)反饋社會(huì)人才需求，學(xué)校以市場導(dǎo)向，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐技能。校企協(xié)同育人，學(xué)校和企業(yè)共享資源，企業(yè)為學(xué)校提供設(shè)備，學(xué)校為企業(yè)提供訓(xùn)練場地，讓學(xué)生在學(xué)校的學(xué)習(xí)和企業(yè)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，學(xué)校育人與企業(yè)設(shè)備、技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，節(jié)約教育和企業(yè)的成本，實(shí)現(xiàn)“雙贏”模式。產(chǎn)教融合，有利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行正確的引導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)與學(xué)生之間的雙向了解，以達(dá)到社會(huì)需求與學(xué)生個(gè)體發(fā)展的統(tǒng)一。

產(chǎn)教研一體化，產(chǎn)業(yè)、研究和教育對(duì)接，能夠?yàn)榻逃瞬殴┙o產(chǎn)業(yè)需求，學(xué)校積累產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)揮企業(yè)沒有的研究能力，研究先進(jìn)技術(shù)反饋產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，最良性循環(huán)形成閉環(huán)。從學(xué)校而言與企業(yè)的合作，能夠促進(jìn)科研成果盡快轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，能夠?yàn)榻虒W(xué)提供實(shí)踐平臺(tái)，能夠?yàn)閷W(xué)生提供實(shí)習(xí)和就業(yè)機(jī)會(huì)。從企業(yè)而言校企合作能夠發(fā)揮學(xué)校科研和教學(xué)能力，助力企業(yè)發(fā)展，同時(shí)在發(fā)現(xiàn)人才，培養(yǎng)適合企業(yè)需求人才方面有積極的作用。從學(xué)生而言校企合作解決了從課堂到實(shí)踐的問題，提升了學(xué)生的競爭力，也讓學(xué)生能夠更好地明確自身定位。校企合作形式也趨于多樣化，例如企業(yè)實(shí)戰(zhàn)案例進(jìn)課堂，建立實(shí)踐教學(xué)基地，企業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金設(shè)立，豐富教育資源，創(chuàng)新人才培養(yǎng)策略和構(gòu)建符合企業(yè)需求的專業(yè)群與課程體系。

校企協(xié)同育人是將企業(yè)崗位需求與專業(yè)課程相融合，保證課程內(nèi)容的設(shè)定與行業(yè)發(fā)展同步，共同開發(fā)適合市場發(fā)展需求的精品課程。學(xué)校專業(yè)人才培養(yǎng)方案目標(biāo)與企業(yè)崗位需求相匹配，深入企業(yè)一線進(jìn)行調(diào)研，了解企業(yè)對(duì)人才技能和素養(yǎng)的要求，將企業(yè)崗位融入專業(yè)課程內(nèi)容中，以行業(yè)崗位人員的職業(yè)要求作為教育的目標(biāo)，基于具體的工作過程、項(xiàng)目和任務(wù)構(gòu)建具有實(shí)效性的課程內(nèi)容，從而對(duì)校企合作和崗位課程資源進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，形成人才培養(yǎng)目標(biāo)和企業(yè)培養(yǎng)要求的統(tǒng)一[5]。

4 結(jié)語

本文以“智慧生活”系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目為例，把該項(xiàng)目案例核心技術(shù)分為硬件開發(fā)與軟件開發(fā)兩部分，貫穿到多門課程內(nèi)容教學(xué)中，并進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)與實(shí)踐練習(xí)，最終把軟件部分與硬件部分結(jié)合實(shí)現(xiàn)整體實(shí)例系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)混合教學(xué)方式，打破課程界限。同時(shí)結(jié)合行業(yè)企業(yè)的需求，引進(jìn)產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目，探索培養(yǎng)學(xué)生從事物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)開發(fā)、設(shè)計(jì)及其相關(guān)工作應(yīng)用能力的教學(xué)體系。

引用

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