面向新工科的高校物聯網專業實踐平臺探索與構建

摘" 要：該文結合當前物聯網專業教學實踐應用與先進智慧產業緊密結合的迫切需要，將導航技術與云計算、云定位技術相結合進行實踐平臺建設及人才培養。運用OBE理念面向智慧產業需求設計實踐平臺建設思路，以導航定位技術為主線，緊扣物聯網學科特色和學校實踐資源，建立多源異構導航定位技術實踐平臺，并設計物聯網導航定位課程體系。

關鍵詞：新工科;物聯網;導航定位;實踐平臺;OBE

中圖分類號：G640" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）04-0073-05

Abstract： Based on the urgent need for the close combination of the current teaching practice application of the Internet of Things and the advanced intelligent industry， this paper combines the navigation technology with cloud computing and cloud positioning technology to build a practice platform and cultivate talents， and the OBE concept is used to design practice platform construction ideas for the needs of intelligent industry. With the need of intelligent industry as the traction and the navigation technology as the main line， the practice platform of multi-source heterogeneous navigation and positioning technology is constructed， and the Internet of Things navigation and positioning course system is designed.

Keywords： new engineering; the Internet of Things; navigation and positioning; practice platform; OBE

2020年教育部發布《教育部辦公廳關于推薦第二批新工科研究與實踐項目的通知》，在以互聯網、物聯網為核心的新一輪科技和產業革命背景下，物聯網專業成為與國家戰略性新興產業密切相關的專業[1]。而以智慧城市、智慧交通、智慧家居為主的智慧行業，是物聯網方向的熱點應用領域，同時對相關專業人才的需求呈現旺盛增長的態勢。

近年來，隨著導航定位技術及大數據的迅速發展，物聯網產業中導航定位技術已廣泛應用于位置服務、監控安防、智慧交通等領域[2]。尤其在智慧應用中，多種導航技術融合已經成為主流，例如通過全球定位系統（GPS）、慣性導航系統、無線通信技術和地理信息系統的有效融合，導航定位技術可以實現高精度的位置估計，并提供實時的導航指引[3]。在城市管理方面，導航定位技術的應用對于實現智慧城市的目標至關重要。通過將導航定位技術應用于城市的交通管理、公共安全、緊急救援和資源調度等領域，城市可以實現更高效的運行和管理。在智慧交通領域，導航定位技術發揮著不可替代的重要作用，利用高精度定位信息可對交通流量進行監測、優化交通信號配時，從而減少交通擁堵和提升交通效率[4]。此外，導航定位技術在物流和供應鏈管理中也扮演著重要的角色。通過實時跟蹤貨物的位置和運輸狀態，企業可以更好地管理物流流程，提高運輸效率并降低成本。導航定位技術還可以幫助優化倉儲管理、貨物配送和路線規劃，從而提供更快速、可靠的物流服務[5]。導航定位技術的發展對于推動創新和改善各個行業具有重要的意義，它不僅可以提供準確的位置信息和導航指引，還可以改善城市管理、物流運輸和其他領域的效率和安全性，推動智慧產業的發展和創新。

然而，傳統的基于行業用戶需求而建立的集中式高精度導航定位服務模式在可靠性、可擴展性以及服務多樣性等方面已無法滿足大眾用戶的精密定位需求[6]。智慧云定位是一種創新的定位與信息管理技術，將智慧城市及交通應用中多種定位信息來源進行綜合管理，結合大數據進行定位數據分析并反饋于相關應用，實現多種定位技術的數據共享和應用優化配置。它基于云計算平臺和大數據分析技術，將各種定位技術和傳感器數據集成在一起，以提供更準確、可靠的定位服務。智慧云定位通過智能算法和數據處理技術，綜合利用各種導航技術優勢，彌補其局限性[7]。例如當使用GPS定位時，由于建筑物、山脈或信號干擾等原因，可能會出現定位不準確或無法定位的情況。此時，智慧云定位可以通過與其他定位手段（如Wi-Fi定位、藍牙定位）結合，利用其優勢來提供更可靠的定位結果。智慧云定位具有廣泛的應用前景，它可以應用于智慧交通系統，提供準確的車輛定位和導航服務，幫助優化交通流量和提升交通運輸效率[8]。在智慧城市中，智慧云定位可以用于定位公共設施、管理城市資源和提供智能導航服務[9]。此外，智慧云定位還可以應用于物流和供應鏈管理、智能安防系統、室內定位導航等領域。

因此，本文在深入學習領會新工科建設產教融合、校企合作協同育人理念的基礎上，結合當前導航技術實踐培養無法滿足物聯網專業培養需求的現狀，開展新工科背景下面向新工科的物聯網導航定位實踐平臺建設探索。針對當前物聯網專業教學實踐應用有待提升先進性的狀況，本文將導航技術與云計算、云定位技術相結合進行實踐教學研究及人才培養。緊密結合當前智慧定位技術熱點，建立導航定位技術的實踐平臺，引入現代導航技術面向智能物聯網的新應用。緊跟科技發展熱點，豐富教學實踐內容，孵化培養創新實踐人才，結合當前大數據技術、導航定位技術在智慧城市、智慧交通中的熱點需求，與企業開展合作育人、合作發展。

一" 基于OBE的新工科導航定位云實踐平臺建設思路

結合OBE教學理念中目標導向及需求導向教育[10]，以長三角區域經濟發展與智慧城市、智慧交通和智慧家居行業需求為導向，制訂緊密結合智慧產業企業人才需求的物聯網專業新型人才培養方案和教學實踐平臺建設，旨在與產業深度融合，培養出能夠適應長三角區域經濟發展及科技發展的新型工科人才。按照“兩牽引、一融合、一交互”進行實踐平臺建設思路規劃。

（一）" 需求牽引方案

結合長三角區域智慧產業發展需求，依托企業先進、豐富的導航定位實踐教學平臺及資源，構建立體化實踐導航定位教學體系，將其納入復合型創新人才培養方案。

（二）" 創新牽引體系

結合導航定位技術在物聯網應用中的新技術發展，將創新創業教育與學科專業競賽相結合，以促進人才培養體系的全面發展。這一策略通過將創新創業活動進行分類和分層，使其成為人才培養過程中的重要組成部分。

（三）" 開放交互合作

結合企業用人機制交互開展“政產學研用”，構建跨界開放式合作模式和人才培養方式;依據行業從業人員的能力要求，層次化共建共享實踐服務平臺，以達到協同育人的目的。

（四）" 科研融合教學

專業教師以及政企導師共同依據科研成果和前沿研究的進展融入實踐教學內容和理論教學，為提升教學水平提供了關鍵支持。這種研究工作的成果可以循環反饋到實踐教學中，促使教學內容與最新的知識和技術保持同步，同時提升教學質量和效果。

從國家發展層面來看，“十四五”國家戰略性新興產業發展規劃已把智慧產業擺在社會發展更加突出的位置，它代表新一輪科技革命方向，必將深入并改變社會的方方面面，由此產生的創新實踐給人才培養帶來了良好的啟示。高等教育為此也要與時俱進，健全新工科實踐建設隨產業發展和創新實踐的動態調整機制，構建創新人才培養新平臺，為戰略性新興產業發展提供強大人才支撐。

二" 物聯網導航定位云實踐平臺建設目標

通過將多種定位技術集成到云平臺中，可以針對不同的定位需求提供準確、可靠和高效的定位服務。由于定位云的彈性和可擴展性，它可以根據需求自動分配和管理定位資源，因此在面對大規模的定位請求時，云定位可以動態調整資源以滿足需求，確保高效的定位服務。同時，云定位使用多種定位技術的組合，可以克服單一技術在特定環境下可能存在的缺陷或不足，提供更穩定和可靠的定位服務。此外由于定位技術的復雜性和更新速度，單獨維護和更新每種定位技術的設備和軟件可能會顯著增加成本和工作量。而通過云定位，這些任務可以集中在云平臺上進行，減輕了維護和更新的負擔，降低了成本。最后，云定位的靈活性和個性化應用設計，可以使用戶根據自身需求定制和選擇不同的定位服務，從而獲得精確度、時效性和功能特性上的個性化定位體驗。因此，結合當前物聯網專業方向教學實踐應用與先進智慧產業緊密結合的迫切需要，將導航技術與云計算、云定位技術相結合進行實踐教學研究及人才培養。

首先，緊密結合當前智慧云及教學實踐需求，設計建立綜合教學演示平臺。基于該平臺，學生可以使用低成本MEMS組合系統和低成本北斗接收機等設備進行實時定位和導航實驗，并收集、處理和分析導航數據，利用云計算和大數據技術提高定位精度和可靠性。通過實際操作和項目實踐，學生可以深入了解定位技術的工作原理、局限性和應用場景。從計算機專業和物聯網專業課程的特色教學出發，利用低成本設備和親身實踐的方式，將理論與實踐相結合，激發學生的學習興趣和實踐應用探索的熱情。通過與平臺相關的課程和項目，培養解決問題、團隊合作和創新思維等關鍵技能。

其次，引入現代導航技術的面向智能物聯網的新應用，緊跟科技發展熱點，豐富教學實踐內容，孵化培養創新實踐人才。基于本項目所建設的教學實踐平臺，幫助學生積累科學實踐經驗，帶領學生參加創新創業項目、電子類及創新創業競賽項目等，提升學生實踐應用能力。

最后，結合當前大數據技術、導航定位技術在智慧城市、智慧交通中的熱點需求，與企業共同開展項目，在合作中進行多樣化的探索和實踐，通過探索新的教學模式、課程設置和評估方法，培養學生的創新精神、團隊合作能力和實踐能力。探索和實踐的成果可以在推廣中產生示范效應，為其他院校和企業提供借鑒和參考，推動新工科建設的改革和發展。

三" 物聯網專業導航定位課程體系設計

設計面向物聯網專業的導航定位課程體系，結合智慧物聯網及計算機云技術，教學大綱和任務分配的設計思想如圖1所示，具體內容如下。

采用漸進式學習教學思路：將理論學習糅合實踐案例，把抽象的理論具體化。通過逐層深入的學習，結合導航定位實踐實驗，使學生建立堅實的理論基礎，幫助學生由淺入深地掌握定位與導航的相關知識概念，并逐漸將其應用于智能物聯網領域。

整合理論與實踐：教學大綱編排將理論知識與實際應用相結合。在學習定位與導航理論原理的基礎上，通過慣性導航、衛星導航等基礎實踐項目，以及組合導航在智慧交通應用等高階實驗項目，更加深入地了解其在智能物聯網領域的應用。這種理論與實踐的結合可以加強學生的綜合能力和問題解決能力。

建立綜合教學研究平臺：為了支持教學和實踐活動，建立導航定位云綜合教學研究平臺。該平臺提供硬件設備、軟件工具和實驗環境，讓學生能夠參與到導航系統的設計和性能驗證中。通過這個平臺，學生可以進行實時定位和導航實驗，并利用云計算和大數據技術進行數據分析和應用。

（一）" 課內與課外融合，創新模塊化教學體系

在構建課程體系時，可以遵循以下指導原則。

基礎強化與素質提升：注重打好基礎知識和技能的基礎，培養學生的專業素養，并提升其綜合素質和能力水平。

實踐強調與協同培養：注重實踐環節的設計和實施，鼓勵學生積極參與實踐項目和實驗實踐，培養其實際操作和團隊協作能力。

整體優化與特色突出：注重課程體系的整體性和協調性，確保各個課程之間的銜接和有機組織，同時凸顯課程的特色和獨特之處。

基于以上原則構建完善和有效的課程體系，提供學生所需的全面培養和發展機會，以適應不斷變化的現實需求，并為其未來的職業發展奠定堅實的基礎。

根據智慧產業的實際發展需求，不斷更新實踐教學內容，建立層層遞進的模塊化實踐能力教學課程體系。通過循序漸進、貫穿四年的實踐教學過程，我們致力于有效促進學科間的交叉與融合。在課內和課外實踐創新活動中，統合了實習實訓、工程訓練、創新創業和學科競賽等豐富多樣的實踐形式。這樣的綜合實踐教學模式旨在培養學生的綜合能力和跨學科思維。在這個過程中，學生將逐步深入學習和應用各個學科的知識和技能，通過實踐項目和任務，實現學科間的有機交叉。通過參與實習實訓，獲得實際工作經驗和技能訓練;進行工程訓練，鍛煉解決實際問題的能力;參與創新創業活動，培養獨立思考和創新創造的能力;積極參加學科競賽，提升專業素養和競爭力;最終進行畢業設計，將所學知識與實踐應用相結合，解決實際生產應用中的技術難題。通過實踐操作和觀察，學生將掌握傳感器原理、RFID技術、物聯網信息安全和嵌入式系統的基本原理與應用，并最終具備搭建實驗環境，進行數據采集和分析，以及解決實際問題的能力。通過開設綜合項目實訓等綜合性基礎強化課程，強化創新能力培養過程訓練。為服務導航定位實踐課程體系，將增加現代導航技術、人工智能課程，并進一步增加自主創新類課程。采取模塊化知識點強化理論教學、課內實驗+課外口袋型自主性實驗、集中性研討與答疑及課外團隊項目等形式，激發學生對物聯網創新活動的興趣，適應新工科背景下對大學生創新能力以及實踐素質的高要求。

（二）" 項目與競賽聯動，創新個性化實踐育人途徑

教師和政企導師積極參與科學研究，可以更加深入探索導航技術領域以及智慧產業的前沿問題，并將科研成果應用到實踐教學中，更新課程內容和教學方法。基于最新的研究成果設計實踐項目和案例，讓學生直接參與到真實的問題解決過程中。通過實踐操作和團隊合作，學生將深入理解導航技術和智慧產業的實際應用，并培養解決復雜問題的能力。同時，教師和政企導師的參與還為學生提供了與實踐領域專業人士的交流和合作機會。學生將與導師共同工作，分享他們的經驗和見解，從導師身上學習到行業內最佳實踐和實用技巧。這種跨界合作將幫助學生建立行業網絡和職業導師關系，為他們未來的就業和發展提供有力支持。整體而言，教師和政企導師的科學研究為實踐教學提供了源源不斷地更新內容和前沿知識，推動了教學水平的不斷提升。學生通過與導師的互動和實踐經驗的積累，將獲得與時俱進的專業知識和實踐能力，為他們在導航技術領域和智慧產業中未來的發展打下堅實的基礎。

同時從學生角度出發，在大學生創新創業訓練項目的基礎上，通過參加全國機器人類、無人機類學科競賽，在提升學生導航方向專業技能的同時提升綜合素養。校政企導師可充分利用大學生創新創業項目，在導師的指導下輸出一系列科研成果;亦可就某一主題，通過與企業等建立長期合作關系，為學生創造良好的主題創新、實踐平臺。

四" 物聯網導航云定位實踐平臺搭建

以智慧產業需求為引導，緊密結合物聯網科學與技術學科的特色和學校科技資源，進行人才孵化，培養具有實踐創新能力的人才，引領學生參加學科競賽及創新實踐項目。構建一個層層遞進、相互融合的實踐創業機制，涵蓋實踐創新能力、實踐創新項目、實踐創業人才及實踐創新企業四個層次。該實踐平臺搭建分為三個階段。

階段一：理論教學改革與實踐。

在這個階段，重點是對物聯網專業課程的改革與實踐。我們致力于讓學生樹立正確的概念，培養科學抽象和邏輯思維能力，同時使他們掌握面向云計算技術和智慧物聯網技術應用的定位與導航的理論和方法。這將為后續的實踐打下基礎。

階段二：實踐性輔助教學系統的構建。

在第一階段的基礎上，進一步整合導航定位技術實踐案例和新工科智慧應用，形成具備導航定位與云計算、大數據結合的輔助實踐教學系統。這個系統將為學生提供豐富的實踐操作機會，促使他們將所學知識應用于實際問題的解決，并培養創新思維和解決問題的能力。

階段三：人才孵化與競賽項目。

第三階段建立在前兩個階段的基礎上，重點是人才孵化和引導學生參與學科競賽和創新實踐項目。我們將提供支持和資源，幫助學生將他們的創新項目轉化為實際的創業實踐，培養具備實踐創新能力的創業人才。

以上三個階段層層遞進、相互融合，每個階段都是在前一個階段的基礎上發展，以培養學生的實踐創新能力并引領他們參與學科競賽和創新實踐項目。

（一）" 面向智慧云計算定位應用的實踐教學研究平臺建設

為了滿足面向智慧云計算定位應用的人工智能和大數據需求，建立一個基于云定位與導航技術的研究平臺，以低成本微MEMS組合系統和低成本北斗接收機為核心構成。該平臺旨在激發學生對導航技術的熱情，并通過實驗系統、多媒體演示和學生參與設計等方式進行教學和研究。

在實驗系統方面，包括MEMS定位傳感器、北斗衛星導航系統、GPS導航系統等定位系統、慣性/衛星低成本組合導航系統及北斗/GPS雙模定位系統，并基于這些設備構建能夠展示導航定位技術基本原理的教學平臺，通過實物展示方式幫助學生理解導航定位技術的原理和應用。

除實物演示外，通過多媒體演示軟件建立智慧城市、智慧交通應用演示系統。結合導航定位原理演示動畫、大數據演示圖形等多媒體表現方式，幫助學生更好地理解和掌握云定位的基本原理，通過動畫展示相關技術的關鍵概念和流程，而多媒體演示軟件將提供豐富的視覺呈現和實例演示，以加強學生對導航定位及云技術的學習效果。

在上述平臺建設過程中，鼓勵學生積極參與平臺的設計和制作過程。學生將有機會參與硬件選型、系統組裝和軟件開發等方面，培養實踐能力和創新思維。此外，學生還可以通過小組項目或研究課題的形式，設計和實現基于云定位與導航技術的應用方案，進一步深入研究和探索導航技術。通過建立這樣一個綜合教學研究平臺，旨在提供更好的教學條件，為學生提供學習和實踐導航技術的機會，并與智慧云計算、人工智能和大數據應用相結合，培養學生在該領域的專業知識和技能。

（二）" 基于智慧云計算定位的新工科開放性實踐教學實踐與分析

隨著定位與導航技術的不斷發展和演進，導航技術在新工科中的地位日益重要。在教學實踐應用中，引入室內定位、無人機導航、智慧交通等新興領域實踐案例，跟隨當前最新技術和趨勢，為學生理解和應用所學知識甚至就業奠定基礎。

開放性實踐教學分析方面，結合大數據技術，利用實踐平臺的導航定位傳感器實測數據進行分析。在平臺中集成數據分析和可視化工具，通過展示和解釋數據分析的過程和結果，使學生能夠對采集到的傳感器數據進行分析和展示。這有助于學生理解數據處理的重要性和數據在導航系統中的應用以提高實踐能力。此外引入實際案例和實踐項目后，學生可開放式利用所學的定位與導航技術，提出創新實踐方案去解決實踐技術問題。在此過程中鼓勵學生獨立分析案例、提出解決方案，并自主進行實際的系統設計和實施。

開放性教學實踐的組織形式方面，鼓勵學生參與實際項目，如智慧城市導航系統的設計與開發、應用案例分析等，通過以上實踐項目可以提供更深入的學習體驗和實踐機會。此外，采用項目制方式組織學生進行小組合作學習，共同解決問題、討論和分享思路。這有助于培養團隊合作和溝通能力，并促進知識共享和互助學習。

五" 結束語

本文運用OBE理念，以智慧產業需求為牽引，設計了“兩牽引、一融合、一交互”的導航定位云實踐平臺建設思路。結合當前智慧云、云定位技術熱點，建立多源異構導航定位技術實踐平臺、低成本MEMS組合系統、低成本北斗接收機等實踐平臺。設計了課內外融合的創新模塊化教學體系，將導航類課程納入自主創新類課程，同時將導航技術先進成果與智慧產業前沿作為教學內容更新依據，最終實現面向智慧產業需求牽引的新工科物聯網導航定位實踐平臺及課程體系建設，培養適應市場需求的創新實踐類物聯網專業人才。

參考文獻：

[1] 周永錄，普園媛，尉洪，等.面向“新工科”的“物聯網技術基礎實驗”教學初探[J].工業和信息化教育，2020（8）：54-59.

[2] 李旭鋒.大地測量及衛星導航定位技術的新進展[J].中國高新科技，2022（21）：153-154.

[3] 王融，熊智，劉建業，等.面向智能物聯網應用的導航技術“項目式課程”教育教學改革[J].科技資訊，2022，20（23）：182-185.

[4] 王傳家.物聯網與大數據技術在智慧城市中的應用[J].電子技術，2023，52（7）：68-69.

[5] 郝強，李亞春.定位技術在物聯網中的應用現狀與發展前景[J].數字通信世界，2018（7）：193.

[6] 姜慧.北斗在智慧交通中的融合應用[J].衛星應用，2023（7）：40-46.

[7] 施闖，章紅平，辜聲峰，等.云定位技術及云定位服務平臺[J].武漢大學學報（信息科學版），2015，40（8）：995-999.

[8] 王堅，劉飛，韓厚增，等.測繪導航高精度定位關鍵技術及應用[J].導航定位與授時，2020，7（6）：1-11.

[9] 楊紅梅，關滄海，周雅慧.一種室內位置服務云平臺建設方法[J].導航定位學報，2021，9（5）：96-100.

[10] 蘇芃，李曼麗.基于OBE理念，構建通識教育課程教學與評估體系——以清華大學為例[J].高等工程教育研究，2018（2）：129-135.

基金項目：教育部產學合作協同育人項目“基于智慧云導航的創新創業教育改革研究”（230704601281655）;江蘇省自然科學基金青年基金“基于混合故障辨識的北斗/GPS星座聯合可靠導航技術”（BK2017067）

第一作者簡介：鐘麗娜（1981-），女，漢族，黑龍江大慶人，博士，副教授。研究方向為組合導航技術與物聯網技術。