物聯網工程專業實踐類課程教學改進研究

韓旭東

關鍵詞：物聯網工程；教學方法；項目案例；實踐能力

0 引言

隨著傳感器、通訊、網絡、計算機、大數據等技術的發展，物聯網技術應運而生。數據感知、傳輸、存儲、分析，可視化展示的物聯網解決方案在工業、農業、醫療、交通、物流、智能家居等領域均已得到廣泛的應用和認可。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》指出，要加快發展現代產業體系，要壯大戰略性新興產業，要加快數字化發展、建設數字中國[1]，并將物聯網納入7大數字經濟重點產業。因此未來物聯網產業規模將會不斷擴大，物聯網專業就業前景廣闊。為適應國家和社會對物聯網人才的巨大需求，我國很多院校都開設了這一專業。然而企業用人單位多反映物聯網專業畢業生存在理論知識與實際項目需求脫節，應用能力較弱[2]等問題。這些問題對物聯網工程專業的課程，尤其是實踐類課程的教學質量提出了挑戰。因此研究如何與時俱進更新物聯網工程專業實踐類課程的教學內容，改進其教學方法，提高學生的實踐能力和創新能力具有很強的現實意義。

近年來，很多研究人員對此問題進行了研究探索，如房愛東等從物聯網專業課程群出發，提出建立多層次實踐教學體系和多環節實踐教學[3]；侯躍恩等提出一種靶向目標人才培養法，將教學過程和項目需求結合，有效提高了學生各方面的素質[2]；劉德兵等提出累進式、多課程協同、教產協同的實踐授課體系和以賽促學的實踐訓練模式，學生的工程實操能力得到了提升[4]。張偉等在分析了物聯網專業存在問題的基礎上，提出應加大實踐類課程在培養方案中的課時比例，力爭達到35%以上[5]；孫澤宇等人認為物聯網教學中必須突出課程的實踐性，課程改革中應將教學核心放在實驗、實踐中，提出以實踐為核心的課程建設方案[6]。眾多研究都強調了實踐類課程的重要性，但對于實踐類課程的具體教學內容和形式提及較少。本文在分析了實踐類課程教學中存在問題的基礎上，提出一種改進教學方法，并闡述了詳細的實施步驟。

1 物聯網工程實踐類課程教學中的問題

1.1 教學案例存在滯后性

傳統教學的案例一般來源于教材，很多是驗證性封閉式案例[7]，重在覆蓋知識點，實用價值一般不高。而社會發展日新月異，需求變化和技術迭代速度都很快，相比之下教材的更新相對較慢[8]，因此使用教材案例進行教學，容易與時代脫節[9]，不利于激發學生的學習興趣，實踐經驗和技能難以直接應用于工作崗位，不利于后續的就業。

1.2 缺乏互動交流

實踐教學中一般要求學生獨立開發完成某個案例，較少涉及或并不涉及需求分析，實現方案的討論，接口的對接，協同開發等過程。這種開發模式雖然可以一定程度上培養學生獨立思考和學習能力，但缺少溝通交流機會，一旦養成習慣，有時是不利于學生的就業的。在絕大部分的項目實踐過程中，溝通和協作是必不可少的，有時甚至是至關重要的。比如項目經理要負責與客戶進行需求對接，需要從客戶的口頭描述中提煉出真正的需求；需要和團隊成員開會討論實現方案，分配任務和協調相關人員，制定開發計劃和確定完成的時間節點；前端開發人員要與后端開發人員溝通，確定數據接口和數據格式，并進行聯合調試；測試人員要與開發人員溝通，說明問題現象和復現的條件，協助進行問題定位并進行復測等。此外交流和協作也可以調動學生的學習積極性。因此在教學中應當鍛煉和提高學生的溝通、交流和協作能力。

1.3 考核方式較為單一

傳統實踐類課程往往只對項目結果進行考核，即項目系統能否正常運行，未對學生的開發過程進行評價[9]。這樣基本上只能對編碼能力有所評價。但學生之間的差異是客觀存在的，有些學生編碼能力較強，有些同學擅于規劃設計，有些同學喜歡溝通和表達。在實際項目開發中，項目團隊成員也是各司其職，并不要求都進行編碼，每個崗位有不同的考核方式，這樣才能提高項目整體推進效率。因此單一的考核形式不利于因材施教，發掘學生的潛能。

1.4 開發缺乏延續性

在實踐課課程結束之后，學生在沒有教師監督和指導的情況下，一般缺乏繼續學習和鍛煉的動力或者機會，即使學生有學習意愿，也難以獨自發掘合適的項目，或組建合適的開發團隊和環境，在課程實踐中獲得的經驗并沒有得到及時鞏固和提升，可能到畢業時從該實踐課程中獲得的技術經驗已經生疏。

2 實踐類課程教學改進研究

為了解決上述問題，本文提出了一種針對實踐類課程教學的改進方法。在校企合作的基礎上，課前教師根據企業的項目資料，設計基礎案例和綜合案例；課程教學中，基礎案例學生獨立完成，復雜案例學生以小組形式完成；課后通過組織企業實習和學科競賽的方式，進一步鍛煉學生的實踐應用能力。具體實施步驟設計如下。

2.1 設計課程案例

在校企合作的基礎上，教師和企業共同選出應用廣泛、方案成熟、技術流行的項目，在消除敏感信息（如客戶相關信息的資料或代碼）之后，結合教學內容設計案例。案例應難易兼顧，分為兩類：基礎案例和綜合案例。

1） 基礎案例

基礎案例旨在覆蓋課程相關的知識點，應當包括三類題型：填空、功能添加和改錯。設計填空題時，教師可以將與課程知識點相關的部分源碼刪除，讓學生補充完整；設計功能添加題時，可以將原有的控件、按鈕、菜單等相關功能刪除，讓學生仿照已有功能重新添加，或添加新的功能；設計改錯題時，可以在項目代碼中手動引入常見錯誤，讓學生識別和修正。

2） 綜合案例

綜合案例由學生分組完成，為防抄襲和互相參考，每個組應盡量使用不同的案例。案例中應盡可能包含前端界面、后端業務、模塊接口、網絡傳輸、數據庫、硬件操作等實踐要素。項目原有的文檔資料可作為學生編寫文檔的模板和評判成績的參考。

2.2 案例教學過程

教學中，教師需要介紹每個案例的主要功能、實現原理、代碼框架、使用的主要技術等，并布置階段性任務，設定各階段完成的時間節點和交付的成果（包括內容和格式要求，以企業項目原有文檔為模板），與各小組成員進行詳細的需求對接，執行階段性點評和最終考評等。具體實施時應先進行基礎案例再進行綜合案例，難度由簡單到復雜，使得學生較容易接受。

1） 基礎案例

該部分的任務要求每個學生獨立完成。其中填空題一般較為簡單，有利于加深對課程單個知識點的理解，體會其在具體項目中的使用方法和作用；功能添加和改錯可以使學生更進一步了解項目運行機理和整體架構。通過完成這部分案例，學生能夠掌握課程的基本知識點，鍛煉獨立思考的能力，同時添加新功能和改錯也是職場新人常見的任務，有利于以后的實習和就職。

2） 綜合案例

該部分的任務要求學生組隊完成。學生組建項目小組，模擬企業團隊完成項目開發的各個階段。學生完成案例需要經過的步驟或階段包括：分組、角色劃分、需求分析、原型設計、模塊劃分、編碼、測試，以及各階段成果輸出等。教師在此過程中，需要協助的工作包括與各組學生對接項目詳細需求，指導和解答技術難題，監督開發進度，檢查階段性成果，進行階段性點評和最終評價等。

①分組

可遵循自愿原則，但需保證每組人員數量適中（建議4～6人），強弱分開（避免成績好的學生集中在一組），并選出組長；最終組長將各組成員分配情況報給教師。

②角色劃分

由組內學生自主協商決定，角色包括但不限于項目經理、UI工程師、前端開發工程師、后端開發工程師、測試工程師等，其中項目經理只能1人擔任，前后端開發工程師應安排多人擔任，為提高項目開發效率，建議一人可擔任多個角色。項目經理負責根據實際情況，協調小組內人員任務，確保在各個時間節點將階段性成果交給教師。自主協商選擇角色使得學生能根據自身特點和興趣，發揮自身優勢，體驗不同崗位的工作內容，為以后擇業起到一定的參考作用。

③需求分析

在教師將實踐案例分到小組并進行簡單介紹以后，小組成員可以就項目的應用場景，和各功能詳細需求，與教師進行充分討論，項目經理寫出《需求分析文檔》。

④原型設計

在需求明確的前提下，由UI工程師進行界面設計，使用Axure、藍湖等成熟的原型設計工具或在線平臺，將項目最終形態“描繪”出來，輸出《原型設計文檔》。

⑤模塊劃分

在《原型設計文檔》確定之后，前端開發工程師根據原型頁面進行任務劃分，后端開發工程師根據項目原型對業務模塊進行劃分，前后端開發工程師協商前后端數據傳輸方式和數據格式，寫出《前后端接口文檔》。

⑥編碼

前端開發工程師依據《原型設計文檔》編碼完成頁面渲染，并依據《前后端接口文檔》從后端獲取數據并填充到頁面中，后端開發工程師編碼完成業務處理，并依據《前后端接口文檔》，向前端提供數據。前后端工程師開發完成后，需要進行聯合調試，打通業務流程，并部署項目，交由測試工程師進行測試。

⑦測試

測試工程師根據《需求分析文檔》對項目最終的產品進行測試，編寫《測試報告》，由教師評閱后，重新交給開發人員進行修改和進一步測試。功能測試通過之后，測試工程師編寫《用戶使用手冊》。

⑧成績評定

教師根據階段性成果（包括上述文檔）檢查情況和項目最終答辯情況，對項目完成情況給出一個總體評價（基準分數）。項目經理根據組內成員的不同表現和貢獻，給每一位組員進行打分（組內分數）。教師最后在基準分數基礎上，依據每個成員組內分數，對每個成員的最終成績酌情調整。

上述案例設計難度由淺入深，引導學生從課本逐步走入項目，是對職場工作的模擬，鍛煉了學生的綜合實踐能力，有助于提高就業競爭力。

2.3 組織實習和指導競賽

課程進行中或結課之后，對于表現突出，成績優異，項目參與度較高的學生，可組織和推薦到相關企業參加實習。由此學生可進一步鍛煉和提高實踐應用能力，企業也省去了篩選合適畢業生的成本。實習過程中如果學生表現良好，在雙方同意的情況下，學生可與企業達成合作意向，畢業后可留在企業繼續工作，實現就業。另外，對于學科興趣濃厚的學生，可指導學生參加學科競賽，設計完成技術新穎、實用性強的作品，既鍛煉了創新能力，又開闊了眼界，對學生以后找工作，或是創業都不無裨益。

3 教學效果

在2022—2023學年第一學期采用了該教學方法，開展了《移動應用開發實踐》的授課，授課對象為2020 級物聯網工程專業的一個班共28個學生。個人成績評定部分包括：基礎成績（占30%，根據基礎案例情況打分，總分100） ，綜合項目成績（70%，根據綜合案例情況打分，總分100） 。相比于同期使用傳統模式授課的班級，采用改進教學方法的教學班課堂整體氣氛更為活躍，學生學習積極性較高，最終成績也較好。課程結束以后，對班級內基礎較好、能力較強的學生，推薦進入企業實習，并且指導參加相關競賽，情況如下表1所示。可見改進的教學方法能有效提升學生的實踐和創新等能力。

4 結束語

本文對物聯網專業實踐類課程教學存在的一些問題進行分析，提出課前案例準備，課中因材施教并進行過程性考核，課后持續實踐地改進教學方法，在教學實踐中初顯成效。專業實踐類課程應不斷優化和改進教學方法，提高學生實踐、創新和協作等能力，才能培養出符合我國現代化建設需要的專業人才。