基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式研究

劉尚旺　孫林　周蕾　汪曉勇　范夢(mèng)洋

摘 要： 針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)繁雜、課程枯燥等問題，提出基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式。從項(xiàng)目比賽的動(dòng)員，到項(xiàng)目比賽的課堂開展與課下研究，再到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的綜合能力的提升，闡述各階段的經(jīng)驗(yàn)與觀點(diǎn)。這種實(shí)踐教學(xué)模式在專業(yè)建設(shè)、人才培養(yǎng)、師生交流和教學(xué)改革等方面具有良好的效果與作用。

關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng)； 項(xiàng)目比賽； 教學(xué)模式； 綜合能力； 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2015）04-52-03

Abstract： Aiming at the problems that it is too complicated and boring to learn the Internet of Things（IoT） well， this paper introduces a new IoT teaching model based on the project competition. From the mobilization， to the project competition carried out in class and after class， and then to the students' comprehensive strength promoted obviously， the experiences and viewpoints of all these stages are presented. It should be pointed out that this experiment curriculum proposed has a significant effect in major construction， talent cultivation， communication between teachers and students， teaching reform， and so on.

Key words： the internet of things（IoT）； project competition； teaching model； comprehensive strength； experiment curriculum

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)作為下一個(gè)推動(dòng)世界高速發(fā)展的“重要生產(chǎn)力”，是繼計(jì)算機(jī)發(fā)明、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生與發(fā)展之后的世界信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的第三次科技革命[1]。從國(guó)際上看，歐盟、美國(guó)、日韓等國(guó)都十分重視物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，并且進(jìn)行了形形色色的開發(fā)與應(yīng)用工作。在我國(guó)，與前兩次世界信息產(chǎn)業(yè)革命截然不同，物聯(lián)網(wǎng)從一開始即受到了我國(guó)政府、科研、教育、產(chǎn)業(yè)界的高度關(guān)注；也就是說，我國(guó)與國(guó)外物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展處于同一起跑線上，甚至在基礎(chǔ)建設(shè)方面處于領(lǐng)先地位[2]。在教育界，隨著各院所高校對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的愈加重視，如何有效進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)這一問題顯得愈加嚴(yán)峻[3-5]。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)主要傳授的是“集成創(chuàng)新型”技術(shù)，重點(diǎn)培養(yǎng)的是“工程應(yīng)用型”人才[6]。就人才需求而言，對(duì)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的畢業(yè)生，用人單位在看重其物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，更加看重的是畢業(yè)生的實(shí)際動(dòng)手能力[7]。通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的在校生問卷調(diào)查及畢業(yè)生的回訪反饋發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)教學(xué)模式對(duì)本科物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)效果存在較大的制約性和局限性。為此，經(jīng)過充分調(diào)研論證和初步實(shí)踐，提出基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式，以使物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)具有創(chuàng)新性、科技性、專業(yè)性和可行性[8]。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)特點(diǎn)分析

作為新興專業(yè)，通過調(diào)研與專業(yè)開設(shè)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)具有如下特點(diǎn)。

1.1 知識(shí)繁雜

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)多是近年批準(zhǔn)設(shè)置的專業(yè)，專業(yè)課程的開設(shè)還不夠科學(xué)完善，教師對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式的認(rèn)識(shí)一定程度上也還處于探索階段[9]。按照教育部規(guī)定，我院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課程有：物聯(lián)網(wǎng)信息融合、物聯(lián)網(wǎng)感知技術(shù)及應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)體系與標(biāo)準(zhǔn)、物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)、TCP/IP協(xié)議分析、傳感器技術(shù)與應(yīng)用、綜合布線技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)前沿技術(shù)講座、工程制圖、數(shù)學(xué)建模、無線局域網(wǎng)、NS2仿真、Web程序設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、射頻技術(shù)與應(yīng)用、電子商務(wù)、移動(dòng)通信、數(shù)字圖像處理、視頻語音處理技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)編程、高頻電子線路、嵌入式系統(tǒng)等。涵蓋了通訊工程、網(wǎng)絡(luò)工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等眾多專業(yè)課程。這樣，就形成了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識(shí)繁雜的特點(diǎn)。

對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的大學(xué)生而言，在校學(xué)習(xí)階段，難以梳理清楚課程學(xué)習(xí)的頭緒，難以把握好學(xué)習(xí)方向與重點(diǎn)，而且缺乏實(shí)踐動(dòng)手能力的訓(xùn)練。根據(jù)本校計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院自身地方綜合性特點(diǎn)，以及所確定的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案，應(yīng)加強(qiáng)大型綜合性實(shí)踐教學(xué)模式的研究。

1.2 課程枯燥

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用無處不在，這樣的特點(diǎn)非常適合通過項(xiàng)目創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)這種綜合性的實(shí)踐教學(xué)方法來調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和積極性，從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。然而目前的課程教學(xué)在這方面還是很欠缺，因而學(xué)生難免感覺課程枯燥。

本科教育是高等教育的基礎(chǔ)和主體，基于項(xiàng)目比賽的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練有必要提到日程上來。在本科生中實(shí)施大學(xué)生基于項(xiàng)目比賽的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃，讓大學(xué)生在本科階段初步接觸實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)與初步科研訓(xùn)練，既有利于學(xué)校人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變，也有利于學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)和科研能力的提高，從而使學(xué)生的綜合素質(zhì)得以提升[3]。

1.3 缺乏實(shí)踐

目前，我院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的開設(shè)還比較偏重理論教學(xué)，綜合實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)相對(duì)薄弱，缺乏一套與物聯(lián)網(wǎng)新興技術(shù)所對(duì)應(yīng)的科學(xué)完善的實(shí)踐教學(xué)體系。這大大削弱了專業(yè)課程實(shí)踐及綜合實(shí)訓(xùn)對(duì)學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的作用[5]，其弊端已有所體現(xiàn)。學(xué)生普遍反映所學(xué)有所限，特色不明顯。教學(xué)模式改革，已成必然。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以及與其相關(guān)的通信工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的大學(xué)生，可通過項(xiàng)目比賽這種教學(xué)模式開展教學(xué)，促進(jìn)其知識(shí)拓展，進(jìn)一步提高其綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

2 基于項(xiàng)目比賽的新型物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式

基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式其實(shí)踐方法是，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下通過對(duì)一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行需求分析、按照軟件工程思想或硬件開發(fā)流程實(shí)施并完成，并以此去參加項(xiàng)目比賽的過程。基于項(xiàng)目比賽的新型物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式框架圖如圖1所示。

從圖1可以看出，基于項(xiàng)目比賽的新型物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式是指圍繞著項(xiàng)目比賽，在實(shí)驗(yàn)課程上，通過項(xiàng)目分析，把本學(xué)科的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)與專業(yè)課程知識(shí)充分應(yīng)用到項(xiàng)目比賽的實(shí)施中，以取得較好的項(xiàng)目比賽成績(jī)，同時(shí)達(dá)到提升物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生的綜合實(shí)力的目的。在該新型教學(xué)模式的具體實(shí)施過程中，關(guān)鍵步驟如下。

2.1 項(xiàng)目比賽動(dòng)員

實(shí)踐教學(xué)是物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)所具有的普遍特點(diǎn)，以及其所造就的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)無處下手、學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力難以有效提高的局面，這就要求改革教學(xué)來打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，努力提高學(xué)生積極參與實(shí)踐教學(xué)的主觀能動(dòng)性。以項(xiàng)目比賽為核心，貫徹落實(shí)理論與實(shí)踐相結(jié)合的這種教學(xué)新模式有望能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)。

這其中，至關(guān)重要的第一步就是如何調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與到各項(xiàng)比賽中來。這要求領(lǐng)隊(duì)教師積極宣講競(jìng)賽相關(guān)知識(shí)，開拓學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生自行組隊(duì)、科學(xué)選題、積極備賽。讓學(xué)生熟悉比賽流程，了解競(jìng)賽需要的注意事項(xiàng)，以更好地融入到比賽中，將學(xué)生吸引到相關(guān)實(shí)驗(yàn)和訓(xùn)練中來。

2.2 項(xiàng)目比賽的策略與選題

針對(duì)大學(xué)生思想活躍、思維發(fā)散的特點(diǎn)，比賽賽項(xiàng)選擇的策略初步定為：以物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)意賽為重要突破口，爭(zhēng)取技能賽和挑戰(zhàn)賽隨之有所突破。這樣一來，項(xiàng)目比賽的選題是關(guān)鍵。在深入研究以往比賽獲獎(jiǎng)作品的基礎(chǔ)上，積極引導(dǎo)參賽團(tuán)隊(duì)選擇有實(shí)際應(yīng)用意義、便于快速轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的綜合性題目；另外，要求選題具有鮮明的物聯(lián)網(wǎng)特色，比如要盡量選擇能夠體現(xiàn)射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）、無線傳感網(wǎng)絡(luò)（WSN）和移動(dòng)互聯(lián)開發(fā)（M2M）等技術(shù)特點(diǎn)的綜合性題目。

2.3 項(xiàng)目比賽的課堂開展

參加各類比賽，需具備相應(yīng)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，課堂教學(xué)的開展必不可少。課堂上，可以根據(jù)比賽項(xiàng)目講授所需相關(guān)技術(shù)的專業(yè)知識(shí)，使學(xué)生主動(dòng)接受知識(shí)，自覺、自主地去實(shí)現(xiàn)比賽作品，真正做到“教、學(xué)、做”的融會(huì)貫通、三位一體。首先，課堂教學(xué)可以根據(jù)項(xiàng)目比賽的相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行細(xì)致地講解，使得學(xué)生對(duì)于項(xiàng)目比賽所運(yùn)用的方法和技術(shù)有充分的了解。其次，通過課堂上項(xiàng)目比賽的講解，不僅能夠調(diào)動(dòng)大家學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的積極性，而且能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與實(shí)踐的熱情，進(jìn)而全身心地投入到項(xiàng)目比賽研究實(shí)踐中去。最后，通過模擬比賽過程，進(jìn)行中期考核和比賽前驗(yàn)收，及時(shí)指出各組比賽中出現(xiàn)的問題，并提出整改方案。

2.4 項(xiàng)目比賽的課下研究

基于項(xiàng)目比賽的教學(xué)模式，不僅要求將“教、學(xué)、做”融合起來進(jìn)行三位一體的課堂教學(xué)，還要重視課下的自主研究實(shí)踐，使得理論知識(shí)和實(shí)踐教學(xué)真正融會(huì)貫通。要求學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)和圖書館資源，課下自主查找學(xué)習(xí)新知識(shí)，獨(dú)立完成項(xiàng)目比賽創(chuàng)新作品和相關(guān)論文支撐材料的準(zhǔn)備工作。

具體實(shí)施過程中，在硬件方面，我院建立有專門的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，全天候?yàn)榇筚悓W(xué)生開放使用。在軟件方面，指導(dǎo)教師不定期地到創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室檢查與指導(dǎo)，保證項(xiàng)目比賽按計(jì)劃有序地完成；比賽必要開支，學(xué)院給予報(bào)銷等。另外，建立完善激勵(lì)政策，項(xiàng)目比賽獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)，按照獲獎(jiǎng)級(jí)別，在獎(jiǎng)學(xué)金評(píng)定和保研政策方面都有相應(yīng)的加分。

3 基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)新型教學(xué)模式的效果與作用

通過基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式的積極實(shí)施，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)與實(shí)踐產(chǎn)生了明顯的效果與作用。

3.1 引用項(xiàng)目比賽的方式，對(duì)專業(yè)建設(shè)具有重大促進(jìn)作用

利用項(xiàng)目比賽的方式，來深入有效地開展物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教育，能夠更加明確專業(yè)建設(shè)目的，并不斷地對(duì)其加以優(yōu)化、改進(jìn)、完善；圍繞項(xiàng)目比賽進(jìn)行教學(xué)和科研還能夠切實(shí)提高教師和學(xué)生的主觀能動(dòng)性，提高學(xué)生的參與意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)、發(fā)明創(chuàng)造，在實(shí)踐中感受成功的快樂和自信進(jìn)而培養(yǎng)其競(jìng)爭(zhēng)力與創(chuàng)新力。這些，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)均有明顯的促進(jìn)作用。

3.2 引用項(xiàng)目比賽的方式，對(duì)人才培養(yǎng)具有明顯的效果

在完成項(xiàng)目比賽的過程中，學(xué)生不僅可以更好地學(xué)習(xí)和掌握相關(guān)的知識(shí)與技能，還可以得到實(shí)質(zhì)性的肯定，這可以有效地提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。該方法的主體思想是以學(xué)生為中心，為主體；學(xué)生是知識(shí)的主動(dòng)構(gòu)建者，而不是被動(dòng)的接受者。

融合RFID、WSN、M2M，其參賽作品的完成往往要求選手既具備有良好的物聯(lián)網(wǎng)知識(shí)理論基礎(chǔ)，又具有較強(qiáng)的綜合應(yīng)用和實(shí)際動(dòng)手能力。經(jīng)過整個(gè)比賽流程之后，參賽大學(xué)生的綜合實(shí)力往往會(huì)有大幅度的提升。同時(shí)，教師的課上和課下指導(dǎo)也更具針對(duì)性和挑戰(zhàn)性。

3.3 引用項(xiàng)目比賽的方式，能夠有效地促進(jìn)師生間的積極交流

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)以項(xiàng)目比賽為依托，師生面對(duì)面交流，手把手指導(dǎo)，能夠極大程度地引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中自主學(xué)習(xí)；通過指導(dǎo)學(xué)生解決項(xiàng)目過程中的各種問題，學(xué)生不僅體會(huì)到競(jìng)賽的樂趣，更能感受到自身的不足，通過這種差距壓力驅(qū)動(dòng)方法，可以使得參賽學(xué)生在教師的指導(dǎo)與關(guān)懷下不斷取得進(jìn)步，增強(qiáng)師生感情與溝通交流。

3.4 引用項(xiàng)目比賽的方式，能夠幫助教師積極進(jìn)行教學(xué)改革與探索

教學(xué)的目的應(yīng)是授之以漁，而不是授之以魚，其關(guān)鍵是提升學(xué)生實(shí)踐能力。理論是基礎(chǔ)，實(shí)用是根本。強(qiáng)調(diào)實(shí)踐環(huán)節(jié)，以增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和畢業(yè)后對(duì)工作崗位的適應(yīng)能力為宗旨，突出重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)實(shí)用。一個(gè)教師的教學(xué)方法無論多么優(yōu)秀都難以做到使每個(gè)學(xué)生滿意，而基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)方法卻可以很好地解決這一問題。學(xué)生自主積極學(xué)習(xí)，在一定程度上減輕了教師的負(fù)擔(dān)，提高了課堂效率，同時(shí)也讓學(xué)生學(xué)會(huì)了更好地獨(dú)立去解決問題的能力。

3.5 引用項(xiàng)目比賽的方式，取得的比賽成績(jī)?nèi)菀仔纬刹粩鄪^發(fā)進(jìn)取的良性循環(huán)

比賽結(jié)果方面，在全國(guó)首屆物聯(lián)網(wǎng)大賽中，我校有6組隊(duì)員進(jìn)入華中賽區(qū)創(chuàng)意賽的決賽，1組隊(duì)員進(jìn)入挑戰(zhàn)賽的全國(guó)決賽；在第十屆博創(chuàng)杯嵌入式物聯(lián)網(wǎng)大賽中，我校隊(duì)員作品取得河南省賽區(qū)特等獎(jiǎng)，進(jìn)入全國(guó)決賽。這些成績(jī)，增強(qiáng)了參賽師生的信心，開闊了進(jìn)一步研發(fā)的視野。

這些比賽成績(jī)的獲得，得到了學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的肯定與支持，教師與學(xué)生更有信心也更有能力取得下一屆比賽的優(yōu)良成績(jī)。周而復(fù)始，就很容易形成一個(gè)不斷奮發(fā)進(jìn)取的良性循環(huán)，使我院的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)更有特色、更快地發(fā)展壯大。

4 結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)作為新興技術(shù)已經(jīng)受到了廣泛關(guān)注，未來必會(huì)帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而會(huì)產(chǎn)生更多的創(chuàng)新應(yīng)用和服務(wù)需求。因此，如何有效培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才成為目前多所高校面臨的問題。根據(jù)調(diào)研多所高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和初步實(shí)踐，提出適合一般普通本科高校的基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)模式，并對(duì)其框架構(gòu)成、組織實(shí)施及其效果作用進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。簡(jiǎn)言之，基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)模式的總體思想是以理論為指導(dǎo)，以實(shí)踐創(chuàng)新應(yīng)用來驅(qū)動(dòng)和增強(qiáng)。下一步，結(jié)合我院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)際開設(shè)情況與發(fā)展要求，進(jìn)一步制訂、完善激勵(lì)師生參與項(xiàng)目比賽的制度方法，比如指導(dǎo)教師的相關(guān)課時(shí)量核定辦法、參賽師生更合理的獎(jiǎng)勵(lì)辦法等，以及如何有效發(fā)揮高低年級(jí)學(xué)生之間的傳、幫、帶作用等，繼續(xù)深入探索基于項(xiàng)目比賽的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)新模式。

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