高等職業院校物聯網應用技術專業課程生態研究
——以蘭州職業技術學院“傳感網應用開發”課程為例

崔 遠,王麗慧

(蘭州職業技術學院 信息工程學院, 甘肅 蘭州 730070)

近年來,物聯網技術飛速發展,其在各個行業的深度應用,預示著未來經濟社會對物聯網專業人才的需求巨大。為了更好地發展物聯網應用技術專業,蘭州職業技術學院建立物聯網應用技術專業創新型人才培養的新模式[1],引入“學歷證書+職業技能等級證書”的1+X證書制度,將證書考核內容融入專業課程中,重構物聯網應用技術專業課程體系;加大課程教學中實踐教學的比重,強化學生物聯網工程實踐能力的訓練;明確專業課程體系的行業導向,努力培養具備扎實的技術基礎、綜合應用能力和職業素養,能夠適應物聯網行業的發展需求,能為社會和企業提供有價值的行業方案和服務的全新物聯網專業人才。

一、高職院校物聯網應用技術專業課程體系現狀

高職院校開設物聯網應用技術專業始于2012年,經過多年的發展,已取得了一定的成績。近幾年物聯網應用技術專業發展迅速,被廣泛應用于智能交通、工業自動化、智慧農業、醫療保健、智能家居、能源管理等眾多領域,培養滿足行業和企業發展需求的物聯網應用技術專業人才成為專業發展的重要目標,這就對建立符合物聯網應用技術專業發展趨勢的課程體系提出了更高的要求。目前,高職院校物聯網應用技術專業課程體系存在以下問題:

(一)專業課程與證書考核內容融通不足

1+X證書制度依然存在學歷證書的“1”與職業技能等級證書的“X”簡單合并的問題,在學歷課程體系“1”外,再為“X”證書考試進行單獨的培訓,沒能充分體現1+X證書制度的核心要素“課證融通”。要實現“1”與“X”之間“課”和“證”融通的重構融合,需要認真分析職業技能等級證書的標準,掌握證書所涉及的知識、技能和素養;將劃分出的具體模塊、典型工作任務和具體工作崗位與學歷課程體系相匹配,實現專業課程體系對物聯網產業需求的滿足。

(二)按學科設置專業課程的傾向嚴重

物聯網應用技術專業的課程仍然按照學科進行設置,以單一課程為知識主線,注重深入淺出地講解理論知識,忽略了學生實踐能力的培養。這樣的課程設置不利于培養高職院校學生的實踐能力,與高等職業教育“做中學”和“學中做”的原則相違背。打破這種按學科進行專業課程設置的傾向需要構建多學科知識融合的課程體系,強化學生在物聯網項目工程實踐能力方面的訓練,努力培養學生的多維度融合能力和創新思維能力。

(三)專業課程的行業導向性不足

物聯網應用技術專業主要通過校企合作了解行業的需求和熱點。但是目前的校企合作模式主要以學生頂崗實習為主,企業在人才培養方面的參與度不足,導致專業課程設置的行業導向性較弱。高職院校物聯網應用技術需要拓展校企合作的深度和廣度,了解行業發展的方向,重新構建物聯網應用技術專業課程體系,形成全新的課程生態,增強學生創新創業能力和就業競爭力,以滿足行業的需求。

因此,想要解決物聯網應用技術專業課程體系中存在的問題,需要在行業導向的引領下建立課證融通、多維度融合的專業課程體系,運用工程項目實踐教學,形成專業課程生態。

二、建立物聯網應用技術專業課程生態

為了更好地順應物聯網行業的發展,蘭州職業技術學院物聯網應用技術專業引入“1+X+CDIO”課程生態理念。其中,“1”代表所對應的物聯網應用技術專業的課程;“X”代表若干職業資格等級認證、網絡平臺資源、人文知識、商業設計策劃、商業創新等多學科知識;“CDIO”為工程項目,C代表構思(Conceive)、D代表設計(Design)、I代表實現(Implement)、O代表運作(Operate),它以產品研發到產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程項目[2]。物聯網應用技術專業“1+X+CDIO”課程生態以“CDIO”工程項目為主線,構建專業課程的基礎模塊;根據基礎模塊的內容進行大學生專業競賽項目和雙創競賽項目等的研究,積累形成項目集群;最后,與企業及教師工作室合作,形成物聯網應用技術專業課程生態。在這里,以物聯網應用技術專業課程之一的“傳感網應用開發”課程為例,詳細闡述“1+X+CDIO”課程生態的應用。

(一)重構“傳感網應用開發”課程基礎模塊

“傳感網應用開發”課程是物聯網應用技術專業的核心課程之一,總體目標是學生具備傳感網應用開發的基本知識及應用能力,熟練使用傳感網開發軟件,能夠結合實際開發需求,設計、開發、調試傳感網項目。“傳感網應用開發”課程引入1+X職業技能等級認證,把職業技能等級標準融入課程中,實現課證深度融通;將課程內容和職業工作任務進行關聯,以項目化的方式設計典型工作任務,對接職業崗位,培養學生的核心專業能力[3];同時,構建“傳感網應用開發”網絡平臺課,分享技術、人文和商業等多維度知識,形成“傳感網應用開發”課程基礎模塊(圖1)。

圖1 “傳感網應用開發”課程基礎模塊

在“傳感網應用開發”課程基礎模塊中,將課程分為基礎設計應用、綜合設計應用和行業創新應用三個階段,每個階段對應典型工作任務。“基礎設計應用”階段對應的典型工作任務包括:STM32微控制器應用開發、RS-485總線通信應用、CAN總線通信應用、基于BasicRF的無線通信應用、NB-IoT聯網通信、LoRa通信應用開發等。“綜合設計應用”階段對應的典型工作任務包括:智能感應燈項目搭建、智能環境監測項目搭建。“行業創新應用”階段對應的主要是農業物聯網—智慧農業創新創業實踐項目。針對從基礎到行業應用的各個階段所對應的不同典型工作任務,對接職業崗位(如項目系統構建與管理、項目工程安裝與實施、項目測試、部品開發、品質檢測與管理、項目運營維護、技術服務與支持等),培養學生傳感網應用系統的實施、開發和維護等核心專業能力。同時,將人工智能、大數據、可穿戴技術和機器人等最新技術和商業課程、人文課程分享在網絡平臺課程中,培養學生的人文意識,強化學生設計策劃和商業創新與執行的思維訓練,形成全新的“傳感網應用開發”課程基礎模塊。

(二)以相對應的項目集群強化實踐教學

在“傳感網應用開發”課程基礎模塊學習的過程中,以大學生專業競賽和大學生創新創業競賽為主的五個項目集群為目標,進行“傳感網應用開發”課程的學習擴展,以此提升物聯網行業的引領性和學科的延展性,全面培養學生的專業素養和創新創業能力(圖2)。

圖2 “傳感網應用開發”項目集群

大學生競賽以大學生為競賽主體,通過全國或者指定區域的高校相互競爭比賽,讓大學生在綜合應用所學理論知識的基礎上,解決相關領域的應用問題[4]。以“傳感網應用開發”課程的核心控制芯片STM32為基礎,備賽全國職業院校技能大賽嵌入式應用開發賽項。應用前面構建的課程基礎模塊中的智能感應燈項目、智能環境監測項目及農業物聯網系統三個典型工作任務中的傳感器數據采集應用、ADC信號采集應用、ZigBee無線通信技術等重要知識點,實現嵌入式應用開發賽項的學習和實踐。在競賽訓練中,繼續學習和擴展語音交互技術、超聲波技術、循跡技術、紅外技術、圖像識別技術和RFID讀卡技術等,實現整個嵌入式技術的開發應用。同時,“傳感網應用開發”課程基礎模塊中形成的典型工作任務,也為大學生創新創業競賽項目提供了設計思路。學生競賽團隊在完成課程基礎模塊典型工作任務的基礎上,提出了創新創業項目“AI創想之翼”智慧社區智能服務機器人,將智能安防系統、智慧路燈系統連同嵌入式技術應用開發賽項中的內容進行具體和實際的運用,實現集社區安防、智能路燈、社區巡邏、社區文化宣傳、智能停車位管理等功能為一體的綜合性智慧社區創新創業項目。加強學生競賽梯隊建設,依托電子科技社團、機器人社團和創新創業團隊等學生社團來訓練學生,為專業競賽和創新創業競賽選拔參賽隊員。提升專業延展和市場引領作用,以1+X傳感網應用開發基地作為硬件資源,開展社會服務項目,做好社會公益服務,擴大專業相關的科技和科普范圍。

“傳感網應用開發”項目集群的建設,把技術技能培養、創新思維訓練、職業規范養成、解決問題能力訓練、團隊合作與溝通能力提升等融入每個教學環節,培養學生嚴謹規范、精益求精的職業素養,增強學生的綜合競爭力和職業發展潛力。

(三)構建“1+X+CDIO”課程生態

“傳感網應用開發”課程聯合課程基礎模塊和項目集群,構建課程生態(圖3)。

圖3 “傳感網應用開發”課程生態

如今的課程教學更加注重專業知識的延展性和綜合性。教師、學生、企業和課程資源共同構成了職業院校課程生態要素的集合,與這四個要素發生直接和間接聯系的因子則構成該系統的環境因子集合[5]。“傳感網應用開發”以課程基礎模塊和對應的項目集群為基礎,以“CDIO”工程項目教學方式為主線,以教師工作室和企業實踐為主體,在兩條生態鏈路中創造科學、高效的教學環境,形成多觸點多鏈路的“傳感網應用開發”課程生態。第一條生態鏈路,根據專業競賽和“雙創”競賽的內容設計和提出“AI創想之翼”智慧社區智能服務機器人項目。由于智慧社區項目較大,可以將其劃分為小型項目模塊,并分別設計完成。借助競賽設備提供企業(北京百科融創科技有限公司)的嵌入式平臺,進行專業競賽的訓練和項目研發。對于智慧社區項目中的小型項目模塊(智能路燈系統、智能安防系統、超聲波測距系統等),學生可以利用大學生創客空間進行項目孵化。同時,以機器人工作室和大師工作室為載體,與北京新大陸科技有限公司和北京百科融創科技有限公司等進行項目校企合作研發,促進校企深度合作。第二條生態鏈路是企業實踐。一方面針對嵌入式技術應用開發賽項,進入北京百科融創進行賽項技術培訓,提升學生競賽能力;另一方面則是與多家企業進行校企合作,了解行業背景,熟悉專業崗位。通過兩條生態鏈路的連接,創造教學、科研與崗位緊密聯系的綠色課程生態。

(四)“傳感網應用開發”課程教學效果評價

為了檢驗“1+X+CDIO”課程生態的教學效果,在“傳感網應用開發”課程完成后,對2020級物聯網應用技術專業3個班級共90名同學進行了“傳感網應用開發”課程生態學生滿意度問卷調查。其中74%的學生非常認可這種教學模式,認為這種教學模式與傳統教學模式相比,為學生提供了更多分析問題和理解問題的視角,提升了學生的科研能力和團隊協作能力,對學生進行了全方位的能力培養。此外,對2019級、2020級物聯網應用技術專業學生的期末成績進行對比(表1),發現在“1+X+CDIO”課程生態下完成學習的2020級學生比傳統教學模式下完成學習的2019級學生平均提高了7.86分。

表1 “傳感網應用開發”課程生態應用前后學生成績對比

對2019級和2020級學生成績分布比例作詳細對比,結果如圖4所示。

圖4 2019級與2020級學生成績分布情況對比

從圖4可以看出,2020級學生不及格率為0,出現了較大比例的優秀率,學生的成績都有大幅度的提升。同時,2020級物聯網應用技術專業的學生在各種學生競賽中也取得了優異的成績,先后獲得了2022年全國職業院校技能大賽嵌入式應用開發賽項甘肅省二等獎、第八屆中國國際“互聯網+”大學生創新創業大賽甘肅省分賽銀獎、第八屆全國青年科普創新實驗暨作品大賽甘肅賽區三等獎。綜上所述,“傳感網應用開發”在實施“1+X+CDIO”模式后,學生的學習效果得到了很大提升。

三、結語

在2020級物聯網應用技術專業中,實施了“傳感網應用開發”“1+X+CDIO”課程生態。通過具體的教學實施,學生在課程中的學習成績有了很大的提高。物聯網應用技術專業“傳感網應用開發”課程生態的創新點,一是將課程和對應的1+X證書制度考核內容重組,并借助網絡教學平臺形成符合行業發展的、多維度融合的課程基礎模塊,強化學生的傳感網應用開發核心專業能力;二是集合大學生專業競賽、大學生雙創競賽等五個項目集群,作為課程基礎模塊的擴展,提升學生的職業素養和綜合競爭力;三是課程生態將基礎模塊、項目集群和生態鏈緊密聯系,實現教學、科研和崗位的相互關聯和協同共生。