“物聯網創新綜合實踐”課程教學改革研究

汪小威　黃榜益　黃其釗

[摘 要]物聯網是下一個萬億級的通信產業，各國都高度重視物聯網的發展，其發展的關鍵在于物聯網專業人才的培養。物聯網創新綜合實踐教學是整個物聯網專業培養體系的關鍵，目的是培養具有高素質的創新實踐能力的物聯網人才。文章以物聯網工程專業核心賽事為依托，以競賽能力培養為目標，融入相關崗位能力要求，依據“物聯網創新綜合實踐”課程教學中存在的問題，提出了賽訓結合的課程改革新思路，并給出了具體的實際案例，建立以賽促學、以賽促教、以賽促建的課程教學新模式，促提學生專業競賽能力的同時，進一步提高其綜合運用知識的能力、工程實踐能力和創新思維能力。

[關鍵詞]物聯網創新綜合實踐；任務驅動；賽訓結合

一、研究背景

隨著全球數字化進程的加速和物聯網技術的廣泛應用，智慧家居、智慧交通、智慧城市等便利了人們的生活，在人們生活和工作中起著不可或缺的作用。在新一輪科技革命與產業變革背景下，物聯網產業的發展尤為重要，大力推動物聯網產業的創新發展對于增強產業的國際競爭力具有重大作用。作為物聯網相關人才培養的高校，如何培養具有創新思維和社會核心競爭力的物聯網技術人才值得深思。廣大教育工作者和研究者一直致力于物聯網專業課程的改革，以提升學生的專業知識應用能力和創新思維能力。“物聯網創新綜合實踐”作為學生一門綜合性實踐課程，如何設計明確的教學目標，優化教學內容，變革教學方式，促進學生的工程實踐能力和社會競爭力培養，對課程教學至關重要。

物聯網作為新興技術產業，在各行各業都具有廣泛的應用前景。由于對人才需求缺口較大，物聯網相關技術人才的培養在社會上廣受關注。在教育界，各院所高校對物聯網工程專業愈加重視，物聯網專業涉及計算機科學與技術、電子科學與技術、信息與通信工程等多學科的融合，因此具有獨特的專業特性。具體如下：

（一）知識面廣、知識繁雜

物聯網專業的跨學科性決定了課程的知識面廣、復雜等問題。絕大多數同學對自己的專業發展和定位不明確，專業能力突顯不夠，造成在專業技能競賽、課程學習和就業等方面壓力較大，學習內容泛而廣，但是都不精通。

（二）教學目標不明確

很多高校物聯網專業課程教學定位不能夠與行業企業實際崗位進行銜接，導致課程在教學過程中無法達到預期的教學目標，加上部分教師教學能力和水平有限，課程與課程之間的銜接不夠等問題，使得學生對課程學習找不準方向，久而久之，便失去了對課程的學習興趣。

（三）設備資源匱缺，缺乏應用實踐創新

目前，筆者所在的南寧學院信息工程學院物聯網工程專業具有一套與物聯網新興技術所對應的科學完善的實踐教學體系。但在實施過程中，實踐教學受到教師、學生、課時、設備等多方面因素的影響，使得實踐教學目標達成度較差，未能按照預期要求培養學生的工程實踐能力，很大程度上限制了學生的物聯網工程實踐能力的培養和專業競爭能力的

提升[1]。

因此，如何有效進行物聯網工程專業的實踐教學這一問題顯得愈加嚴峻。本文以物聯網工程專業核心賽事為依托，以競賽能力培養為目標，融入相關崗位能力要求，提出“物聯網創新綜合實踐”課程的賽訓融合課程教學改革方案，采用以賽促學、以賽促教、以賽促建的課程教學新模式，促進學生專業競賽能力的同時，進一步提高其綜合運用知識的能力和工程實踐能力。

二、改革思路

針對以上教學過程中遇到的實際問題，本文將以物聯網工程人才培養方案為根本，立足行業企業，以崗位需求為導向，按實踐知識應用邏輯、產業與社會發展的最新技術和“以學為中心”的思路重構課程內容，著重進行學生應用能力的培養，真正實現以教為中心轉向以學為中心、以知識輸入課堂向能力產出課堂、封閉課堂向開放課堂轉變，讓學生真學真做掌握真本領。具體改革思路如下：

（一）個案研究法

以南寧學院信息工程學院與中興通訊股份有限公司合作辦學的中興通信工程學院校企合作物聯網工程專業“物聯網綜合實踐”賽訓融合課程教學改革為依托和研究載體。

（二）文獻研究法

查閱國內外“物聯網綜合實踐”課程教學相關文獻，了解和掌握賽訓結合教學模式在物聯網課程中的研究動向。

（三）調查研究法

運用調查法研究其他學校物聯網工程專業賽訓融合課程改革，為“物聯網綜合實踐”課程改革提供依據。

（四）經驗總結法

對其他學校物聯網工程專業賽訓融合課程改革的問題進行分析總結，較全面、深入地揭示經驗的實質，構建適合本校的“物聯網創新綜合實踐”賽訓融合課程教學改革，融入以賽促學、以賽促教、以賽促建的課程教學新模式，促進學生的物聯網專業知識和專業技能的提升，加強學生的工程實踐能力培養，進一步提高其綜合運用知識的能力[2]。

三、改革舉措

（一）依照競賽要求，重新確定“物聯網創新綜合實踐”課程教學目標和標準。根據藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽與廣西大學生人工智能設計大賽兩項賽事的要求，重新定位“物聯網創新綜合實踐”的課程目標和標準，實現“賽、學、教”的有機結合。

（二）對“物聯網創新綜合實踐”課程內容進行優化設計、重構，提高學生對知識技能的掌握水平。根據課程教學目標定位，對課程內容進行解構，將零散的知識點按照賽事知識模塊劃分進行重構，形成基于學科競賽的物聯網項目，完成整個教學，實現以賽促學，以學促賽。

（三）促進實踐教學資源建設和課程建設，提高學生的工程實踐能力和參與度。根據課程定位和課程項目要求，按照賽事要求，完成教學資源平臺、教學材料、設備、耗材材料等的建設，以支撐課程教學和競賽。

（四）完善課程教學質量評價體系，實現多元評價。探究課程考評、項目考評、教師評價、學生評價、競賽評價等在內的多方面評價機制。

四、以LoRa的溫度采集系統為例的教學案例設計

以第十一屆藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽的物聯網設計與開發賽道賽題為例，該賽題為設計一個基于LoRa的溫度采集系統。通過對項目的分析，進行知識點分解，然后讓學生利用相應功能，并按學生的完成度、創新性、小組互評和課堂表現進行評價，最后總得分即為該學生本門課程的考核成績。

（一）項目簡介

系統由兩個LoRa終端組成，終端A由主控芯片STM32L071、溫度傳感器、OLED顯示屏組成，終端B由主控芯片STM32L071、鍵盤模塊、OLED顯示屏組成。學生需自行編寫程序完成賽題要求的功能。

（二）項目要求

終端A功能要求：

1.采集溫度傳感器上的溫度值，并將溫度值顯示在OLED上。

2.通過User按鍵，切換選擇溫度顯示界面或參數顯示界面。

3.通過微控制器USART2完成串口通信功能（通信波特率9600），可以通過PC，按照以下命令格式要求設置溫度參數。

4.根據當前溫度與濕度上限、下限參數的關系，控制繼電器工作狀態。

終端B功能要求：

1.按下矩陣鍵盤上的B1按鍵，終端B通過通信模塊向終端A發出查詢溫度指令，查詢一次當前終端A采集到的溫度數據，并將查詢到的結果顯示在OLED上。

2.按下矩陣鍵盤上的B2按鍵，終端B通過通信模塊向終端A發出查詢溫度參數指令，查詢一次當前終端A設置的溫度參數，并將查詢到的結果顯示在OLED上。

3.按下矩陣鍵盤上的B4按鍵，終端B通過通信模塊向終端A發出查詢K1狀態指令，1表示當前終端A繼電器K1吸合，0表示當前終端A繼電器K1斷開。

4.按下矩陣鍵盤上的B5按鍵，終端B通過通信模塊向終端A發出查詢K2狀態指令，1表示當前終端A繼電器K2吸合，0表示當前終端A繼電器K2斷開。

（三）教學設計

首先，進行教學導入，問題引入：如何實現無線傳感器采集系統？然后引導學生進行思考。教師根據學生的回答引入本次課的項目，講解無線傳感器采集系統的組成框架、子系統的組成以及LoRa的通信原理。

任務發布：學生掌握相關基礎知識后，教師發布本次課的任務：完成一個基于LoRa的溫度采集系統。

任務實施：學生自行分組進行小組內工作任務劃分，討論并完成相關的設計工作，具體包括傳感器數據讀取、LoRa通信、OLED顯示驅動、按鍵掃描等。教師觀察學生的完成情況，解決學生實踐過程中遇到的問題。待學生完成任務之后，選擇2-3組學生進行成果分享，教師點評。

任務總結：教師根據學生做的過程中遇到的各種問題和分享情況，對整個任務的實現過程進行總結，強調注意事項和關鍵性的知識點內容，例如，傳感器數據讀取、數據通信協議設計、OLED顯示等。通過本次課程的教學，學生實現了一個基于LoRa的溫度采集系統，能夠獨立編程實現整個系統的各個功能。通過項目的學習和實操，學生掌握了溫度傳感器驅動的編程、LoRa通信的編程、OLED編程、按鍵驅動編程及一些設備的控制[3]。

項目考核：每個項目的考核分為：功能完成度占60%，功能創新占20%，小組互評占10%，課堂表現占10%。功能完成度以競賽題目的評價標準為依據，根據每個功能的完成度給分，同時在原有的功能上如果能夠創新會給予一定的創新分。

五、教學保障

（一）物聯網創新型實踐平臺

構建物聯網創新性實踐平臺，促進學生專業競賽能力培養。以南寧學院眾創空間實驗室平臺為基礎，并以藍橋杯、中國大學生計算機設計大賽、全國電子設計大賽等賽事為常規賽事，為學生提供競賽所需設備資源、耗材資源、學生團隊資源和教師團隊資源，引導學生以競賽為手段，加強專業知識和技能的學習，促進物聯網工程專業學生的綜合能力培養。

（二）課程資源建設

依托南寧學院教育部ICT產教融合創新基地，促進物聯網創新綜合實踐課程資源建設。依托ICT產教融合創新基地下智慧交通實驗室平臺支撐“教、學、做、評”四位一體的教學模式。以項目驅動+工程案例引入的教學方式，使學生更容易接受知識。ICT智慧交通實驗室平臺擁有教材、教學視頻、課件PPT、題庫、微課、實驗指導手冊、工程案例、素材、工具包、二維碼資源等多種教學資源。

（三）一課雙師

以“一課雙師”授課模式（即一門課程由一位企業工程師和一位高校教師聯合教學）為牽引，推進“雙師雙能”型教師隊伍建設。以課程對應崗位的能力進行分析，明確課程在物聯網領域內的定位，針對崗位技能要求，實施“一課雙師”授課模式，共同設計并實施整個教學過程。高校教師和企業工程師共同討論確定課程教學相關指導文件和教學內容，高校教師負責基礎理論知識的教學，培養學生的專業基礎能力、學習習慣和規范；企業工程師負責課程實踐教學環節，在課程實驗中融入企業真實項目，培養學生的工程實踐能力、競賽能力和專業競爭力。通過開展“一課雙師”工作，推進“雙師雙能”型教師隊伍建設，深化課程教學內容改革，提高學生實踐動手能力。

六、改革成效

提高學生的學習積極性和學科素養：學科競賽通過比賽的形式，激發學生對學科知識的學習興趣和求知欲望，提高學生的學習積極性和參與度。同時，學科競賽也可以引導學生深度思考、分析和解決問題，提升學生的思辨能力和學科素養。

深度挖掘學生的實踐能力，拓寬知識視野：學科競賽可以讓學生接觸到更廣泛的知識領域和實踐活動，拓展學生的知識面和實踐能力。在競賽過程中，學生需要進行研究、探究、創新等活動，助推學生發掘個人潛能，提高實踐能力。

促進教學質量和教師教學水平的提高：將學科競賽融入課程教學改革中，可以促進教師的教學質量和教學水平的提高。教師需要研究競賽的規則、知識點和難點，對學生進行有針對性的指導和輔導。同時，教師也需要針對學生的優勢和不足，制訂個性化的教學方案，提高教學效果[4]。

增強學生的自信心和競爭意識：學科競賽可以讓學生在比賽中獲得成就感和滿足感，增強學生的自信心和自尊心。同時，競賽也是一種競爭性的活動，可以讓學生了解自己與他人的差距，激發學生的競爭意識和進取心，有助于學生形成積極向上的心態和態度。

結束語

物聯網創新綜合實踐課程作為物聯網專業的一門重點專業實踐課程，為了讓學生掌握專業知識，提升學生就業能力，本文將學科競賽融入課程教學中，由教師引導、以學生為中心開展教學，使學生更快更好地掌握專業技能，培養學生解決實際問題的能力，以及創新思維、獨立性和團隊精神，這符合“學中做，做中學”的理念，有利于通過課程改革取得良好的教學效果。

參考文獻

[1]王啟明，王凱璇，周艷艷.以學科競賽為導向的物聯網工程應用基礎實訓課程改革[J].科技視界，2020（4）：97-99.

[2]薛燕紅.物聯網組網技術及案例分析[M].北京：清華大學出版社，2013.

[3]張務農.物聯網發展圖景中的教育變革與挑戰[J].教育發展研究，2015（17）：21-26.

[4]黃旭，蔣云良，顧永跟.物聯網工程專業建設中多學科融合的探索與實踐[J].高等工程教育研究，2016（2）：86-90.

作者簡介：汪小威（1985― ），男，漢族，湖北當陽人，南寧學院信息工程學院，副教授，碩士。

研究方向：算法設計、嵌入式系統開發、物聯網應用。

黃榜益（1987― ），男，壯族，廣西南寧人，南寧學院信息工程學院，工程師，本科。

研究方向：軟件開發、物聯網應用。

黃其釗（1987― ），男，漢族，廣西欽州人，南寧學院信息工程學院，工程師，本科。

研究方向：嵌入式開發、物聯網應用。

基金項目：2019年第二批教育部產教融合項目“‘新工科人才培養流程再造的研究與實踐——以南寧學院與廣州粵嵌協同育人模式為例”，項目編號：201902120019。

2021年南寧學院校級專創融合項目“物聯網創新綜合實踐”賽訓融合課程教學改革研究，項目編號：2020XJZC01。

2020年南寧學院校級核心課建設項目“無線傳感器網絡”，項目編號：2020BKHXK04。