引言:物联网作为教育部战略性新兴产业之一,具有良好的经济和社会效益。物联网工程成为各类高等院校争相开设的热门专业。我院的物联网工程专业以培养应用型人才为目标,从2015年开始招生到目前已经有了两届毕业生。物联网作为一门综合性的应用型学科,涉及计算机信息工程、网络工程、通信工程、控制工程等多个领域。现有的课程体系覆盖了大部分物联网技术,但以各个课程的知识点为核心的授课方式难以关联诸多课程,使其理论与实际工程应用严重脱节,因此迫切需要一种综合性的课程。而物联网工程设计与实施作为面向物联网工程专业高年级学生的核心主干课程,是一门实践性比较强的综合性课程,旨在提高学生的物联网工程产品的综合设计能力,并在工程实践中综合运用了众多核心课程的知识。
目前我院的物联网工程设计与实施课程,教材采用机械工业出版社出版,黄传河教授主编的《物联网工程设计与实施》教材,教学大纲和教学内容也基本以此教材为主,内容涵盖物联网工程设计与实施概述、需求分析与可行性研究、网络设计、数据中心设计、物联网安全设计、软件工程基础、物联网应用软件设计、物联网工程实施、物联网运行维护与管理并给出相关的物联网工程案例。在实际的教学过程中,发现该教材偏向于理论阐述,对工程设计的过程、各个环节的具体实施和操作叙述太泛化,没有具体性和针对性,缺乏实际的操作性,导致学生课堂听讲不积极,效果不够好;期末试卷也只能考核一些最基础的常识,有能力的学生水平并不能真实反映出来。
为了符合物联网专业培养复合型应用型人才的要求,适应行业需求,本课程以培养学生综合应用能力为主线,密切与行业企业在人才培养方面合作,旨在培养物联网专业学生的创新能力,提高创新人才的培养质量。通过产学研一体化的教学模式,积极推进课程教学改革,按照项目驱动、案例讲解的方式设置教学内容,引入现代化教学方法,进行考核方式的改革,努力争取将本课程建设成为学校的特色精品课程[1]。
1. 课程改革的内容
1.1 建立课程标准
根据物联网工程专业技术人才的专业培养要求,组织本课程教学团队教师深入相关企业调研,同时也邀请行业专家了解行业技术现状,并根据岗位工作任务制定课程标准,设置课程内容及教材的选用。课程标准要求融入职业岗位所需要的关键能力,进行课程综合化及教学模式改革,对课程内容作纵向和横向的整合,以突出职业综合知识和综合实践能力的培养,并按照任务驱动、项目导向等方式改革教学内容,形成教、学、做合一的教学模式。
1.2 建设教学资源
教学资源的建设包括教材建设与网络教学资源建设。教材建设是课程建设的重点。作为新兴专业,物联网专业相关教材相当匮乏,特别是关于物联网工程设计方面的书籍。市面上与物联网工程设计相关的教材多数将物联网工程中涉及的多种设计方法与技术作为单独一章介绍,使得学生所学的都是碎片知识,并不能有效了解物联网工程设计的流程以及各模块的具体实现方式。为此教材建设刻不容缓。通过引进国外优秀教材和相关案例,将案例加入教材,编写出版一本适合本专业使用的《物联网工程设计与实施》教材以及对应的《物联网工程设计与实施案例分析集》等教学参考书,并制作课程教学视频和电子版教学课件。
网络教学资源建设应建立一个课程网站,内容包括教辅材料、视频材料、课程录像、网上辅导等,再建立一个国内外经典案例库、项目库等。引导学生利用本课程网站丰富的教学资源,进行主动积极地学习。
1.3 教学内容的设置
根据专业人才培养目标,针对物联网工程专业人才能力的要求,结合课程的综合性特点,课程内容应紧紧围绕实际工程的课程设计理念,以理论与实际一体化讲授为主,使用案例讲解方式,将知识点融入到案例中进行讲解,并将案例分解为多个子模块,分别对不同模块采取不同的授课方式,便于学生了解物联网工程设计与实施的整个流程。
1.4 教学模式设计
将理论讲授与案例教学法、启发式教学、项目导向、任务驱动法等现代化教学方式密切结合起来,采用现代化教学技术调动学生的积极性、主动性,培养学生分析问题、解决问题的能力,实现创新能力培养与提高教学效果的目的。增加实践与理论教学交替的教学方法,实现“学中做、做中学”,通过实际操作,真正将理念知识与实践技能有机结合起来,让学生在实践过程中掌握物联网工程设计中的知识点[2]。
2.实施方案、实施方法及效果
本着“以学生为中心,教师为主导”的思想,通过多种教学方法的灵活使用和现代化教学手段的综合运用,来激发学生的学习兴趣,促进学生积极思考、实践,增强学生学习的主动性、积极性和创造性,挖掘学生的潜能。
2.1 精心设计教学课件,激发学生的学习兴趣。
以我校的“学在城建”在线学习系统为载体,搭建在线的课程平台,构造丰富地教学资源,做好在线教学的环境,营造轻松活泼的课堂气氛。通过图片、动画、实例演示等方式使课程内容变得容易理解、学习,教学方式更为直观生动,教学过程更为紧凑,更能够吸引学生的注意力,学生更能发挥学习的主体性和能动性,从而使课程的教学效果更为显著。
2.2 以具体项目案例为主线,贯穿整个课程教学和实践过程
课程围绕一个典型的物联网系统——基于中移OneNet云平台的实验室综合管理系统进行,教学按照真实项目步骤、方法以及标准要求完成。该项目以中国移动OneNet物联网云平台为桥梁,一端连接底层传感器终端,另一端连接个人的web服务器,个人工作只需要侧重在终端与云平台的对接、云平台向个人服务器的数据推送上。在底层上重新设计和开发了适应我校实验室环境的传感终端和单片机控制板,并在其web服务器的基础上重新开发新的功能,以支持网络视频监控、LED广告屏欢迎词显示和我校的RFID一卡通的打卡考勤应用。通过对项目进行展示和任务分解,提供给学生直观的印象,便于学生了解整个物联网工程项目设计以及项目实施过程中的原理、方法和系统的需求、分析、方案、解决问题的步骤,易于调动学生的积极性。项目式教学法注重学生的动手能力、应用能力、创新能力等能力因素的培养,加强与实际生产过程的联系,促进了学生面向社会的职业能力的提升[3]。
2.3 切实注重课堂示范,锻炼学生的编程能力。
由于《物联网工程设计与实施》课程在实际应用中,往往需要在硬件底层以及上位机层面上编写软件,需要学生有一定的编程能力的。如果将程序直接给学生,学生只是机械地验证性一下实验,可能并没有真正理解和掌握。因此,对于要实现的程序,主讲教师可以一边分析,一边实现。学生在教师分析的同时,可以自己实现程序,通过与教师所编写程序的比较,找出自己的不足,提高自身的编程能力。
2.4 全面构建立体化教学资源,加强学生的课后学习。
以立体化教学资源为依托,充分发挥网上资源的优势,以“学在城建”系统为平台,建设和开通在线课程教学和服务网站,是有效管理资源和使用优秀资源的基础条件,是提高教学资源的使用效益的重要保证。课程网站可以引导学生健康地使用网络资源,满足不同层次学生的需求,使学生的学习具有随机性、连续性、多样性,支持学习立体化,发挥学生的主体作用。网站上有课程的教学大纲、教学日历和电子教案、课程实验的实验原理、实验方案、课程习题、课程网上作业收阅、网上答疑系统、参考书籍介绍、课程相关的精品课程资源网站连接等,还可以通过系统进行在线虚拟仿真实验。在课堂教学的基础上,课程组构建的立体化教学资源可以为学生提供教学课件、论坛讨论、技术应用等拓展学习资源。利用校园网的优势,把物联网工程设计与实施课程的所有教学资源上网,并利用QQ、微信、课程BBS等手段与学生进行课外交流,为学生提供更为广泛的沟通渠道与环境。
结语:近些年来随着5G技术的快速发展普及和2025智能制造背景之下,物联网技术正处于快速发展的上升阶段。以具体项目案例为主线,贯穿整个课程教学和实践过程,涵盖了物联网应用技术专业所学的大部分专业知识,通过案例驱动把原本分散的技术串联起来,强化了学生对物联网工程专业知识的理解和兴趣,让学生树立起系统性的理念,提高了学生的动手能力;采用MOOC、翻转课堂等教学方法,将传统的教师为主学生被动学习的模式转变为学生为主体,学生主动学习,教师辅助指导的方式,学生通过自学和自测之后能及时发现自己的不足,自我调整学习重点;同时教师方面能够不断地将新的技术内容融入到教学当中,并结合学生的掌握程度、企业的用人需要不断对教学内容进行修正和改进,以适应社会发展的新要求。
参考文献
[1] 崔仙姬,何加亮。物联网工程规划与设计课程建设研究[J]。物联网技术,2017(2):P111-P113。
[2] 张新。培养技术技能人才探索物联网设计与实施课程建设[J]。中国商论,2017(3):P175-176。
[3] 何东,杨贵强。基于职业能力培养的物联网工程设计与施工课程标准开发[J]。科学咨询(科技▪管理),2018(5):P125-P126。