實踐創新項目驅動物聯網綜合實訓教學模式研究

邵星 王翠香 劉其明 項慧慧 孟海濤

摘 要：針對《物聯網綜合實訓》課程特點，提出采用實踐創新項目驅動模式組織教學，并闡述了實踐創新項目驅動教學的含義以及具體實施過程。實踐證明，實踐創新項目驅動教學模式在提升學生動手實踐能力和團隊協作能力方面有很大成效，在學科競賽等方面取得一定成果，對實踐教學質量和學生動手能力提高具有實際意義，同時對其它實踐課程教學具有一定借鑒意義。

關鍵詞：物聯網；綜合實訓；實踐創新；項目驅動

DOI：10.11907/rjdk.173243

中圖分類號：G434

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）006-0224-03

Abstract：According to the characteristics of the course Comprehensive Training of Internet of Things，this paper proposes the teaching mode driven by practical innovation projects in the teaching，and elaborates its meaning and implementation process.The teaching practice has proved that the teaching model driven by practical innovation project has a great effect on raising students' practical ability and team cooperation ability，and has significance on the improvement of teaching quality and practical ability of students.Besides，certain achievements have been made in the academic competition.And the teaching mode driven by practical innovation projects is also of certain reference significance to other practical courses.

Key Words：Internet of Things； integrated practical training； practical innovation； project-driven

0 引言

物聯網工程是一門涉及計算機科學與技術、網絡工程、電子信息工程等多個專業的綜合性、交叉性新興學科[1，2]。作為一門工科專業，物聯網工程專業著重培養學生綜合利用理論知識設計與實現物聯網應用系統的工程實踐能力及工程創新能力[3，4]。而學生工程實踐能力與工程創新能力的培養和提升，必須通過大量實踐類課程的開設和實施實現[5]。

《物聯網綜合實訓》是物聯網工程專業學生在學習完相關專業課程后必修的一門綜合性實踐課程[6]，其目的是通過設計、開發實現物聯網典型應用系統，讓學生掌握利用相關理論知識進行物聯網應用系統的設計原理和編程實現方法，加深對物聯網關鍵理論知識和典型應用的理解，培養和強化學生設計實現物聯網應用系統的動手實踐能力。

因此，如何改進《物聯網綜合實訓》課程的教學模式和教學方法、強化課程教學效果，對培養物聯網工程專業學生的動手實踐能力、實現物聯網工程專業人才培養目標，具有重要的現實意義[7]。

1 《物聯網綜合實訓》課程教學模式

《物聯網綜合實訓》是物聯網工程專業的高年級綜合實踐課程，目標是著重培養學生對物聯網應用系統的設計能力和開發實現能力[8-10]。如何在時間有限的實訓教學中，充分調動學生學習的積極性、主動性，最大程度地提升學生的實踐動手能力，是實現《物聯網綜合實訓》課程目標的關鍵。

傳統的實踐教學模式多為驗證型模式[11，12]。教師布置實踐任務，學生依據實訓指導書的詳細內容，按部就班地完成開發任務。學生在整個過程中，更多是被動接受實訓指導書的設計方案，過分依賴實訓指導書的步驟和內容，缺乏對實訓任務的思考、分析、理解、設計。大部分學生對實訓任務雖能完成，但不能掌握關鍵設計思想和開發方法。當學生遇到新的應用系統需求、新的應用場景下系統設計任務時，往往不能靈活運用所學知識，舉一反三地解決新問題，影響了設計能力、創新能力的發展和培養，不利于綜合實踐能力的提升。此外，目前實際的企業級項目，往往需求繁雜、功能點較多，需要較多成員組成團隊協作完成。而在傳統的實訓課程開展中，往往每個學生完成單個任務，學生之間交流較少，不利于學生團隊協作能力[13-15]的培養。

針對傳統實踐類課程教學存在的問題以及《物聯網綜合實訓》課程特點，本文提出實踐創新項目驅動教學模式，并將其應用于《物聯網綜合實訓》的整個教學過程中。

具體來說，實踐創新項目驅動模式以學生實踐能力培養為核心，以驅動項目為載體，結合工程設計思想，以培養學生的物聯網應用系統設計能力、開發實現能力、創新能力、溝通能力、團隊協作能力為主線。通過具有應用場景的實際工程項目任務，激發學生的學習興趣和學習積極性、主動性，組織學生組成團隊、分工協作，引導學生自主思考系統設計方案和開發方法，并充分利用各種成熟的系統開發流程模型，督促學生不斷完善系統設計和開發。從而讓學生在一個從項目設計、開發到測試的全流程完整實踐中，掌握工業級項目開發經驗和開發流程，加深對理論知識的理解與掌握，著重培養和鍛煉學生的系統設計能力、開發能力。更為重要的是，讓學生掌握系統設計方法，具備舉一反三靈活運用的能力及一定程度的創新能力，既要讓學生獲得“魚”，更要讓學生掌握“漁”。

實踐創新項目驅動教學模式應用于《物聯網綜合實訓》的路線如圖1所示。實踐創新項目的來源可以是學科競賽、教師科研項目、學生創新創業項目或學生自擬題目，而項目選擇則要結合項目的難易程度、知識點覆蓋范圍等進行綜合考量。整個教學過程分為項目選擇、學生分組、設計與開發、報告撰寫、過程與結果考評等階段，著力培養學生的團隊協作能力與溝通能力、物聯網應用系統設計開發能力、書面總結能力等。同時通過實踐創新項目驅動的教學模式，在培養學生相關能力后，有力促進學生在學科競賽等方面的工作與成果。

2 實施步驟

基于實踐創新項目驅動的實踐教學模式，全過程以實踐創新項目為主線，通過項目選擇、學生分組、設計與開發、報告撰寫、過程結果考評、反饋與促進等步驟實現教學模式的具體實施，在實踐創新項目開發過程中，培養學生物聯網應用系統的設計與開發能力。

2.1 項目選擇

實踐創新項目是整個教學模式的載體，直接影響實踐創新項目驅動教學成效。項目來源于學科競賽、教師科研項目、創新創業項目、自擬課題。

項目選擇要堅持項目的典型性、完整性、應用性、差異性。①典型性，是指項目應屬于典型物聯網應用系統，如智能農業、智能醫療、智能家居等，堅持項目的物聯系統屬性，不偏離課程培養目標；②完整性，是指項目應包括物聯網系統的4個層次，即感知識別、網絡構建、管理服務、綜合應用。只有通過完整性的項目實施，才能夠鍛煉學生對物聯網系統4層次的完整開發能力，培養學生對物聯網系統的全局整體觀念；③應用性，是指項目應有具體應用場景，貼近學生學習和生活，開發完成后的項目看得見、摸得著、用得到，諸如環境監測、智能家居、智慧醫療、基于RFID的圖書管理等物聯網重要經典應用，避免選擇需要較強專業背景、業務邏輯復雜的應用；④差異性，是指針對學生的實際能力，設置不同的難度等級和每個等級對應的功能點需求，做到因材施教，同時鼓勵學生充分發揮主觀能動性，挑戰難度大的等級。

2.2 學生分組

項目選定后，鼓勵學生自由組合組建團隊，每組4～6人。每個小組成立后，由組員選舉1名同學擔任組長，并實行組長負責制。小組成員按照項目任務量和功能點，結合小組成員的特長、能力、經驗等因素，協商進行任務劃分。任務劃分確定后，小組組長負責協調、調度小組的整體設計和項目進度。鼓勵小組成員之間的交流和溝通，鼓勵每個小組全程跟蹤每位同學在項目組中的工作情況，定期進行記錄和考評。

2.3 設計與開發

選定的項目是具體的物聯網應用系統，教師就各小組項目所用共性技術、原理、難點進行詳細講解。小組成員按照工業級系統工程思想，結合嵌入式系統設計5個階段，即需求分析、規格說明、體系結構設計、軟硬件構建設計、系統集成5個步驟，對系統進行分階段、分模塊設計與劃分，每位小組成員負責相應的任務和功能，并制定相應的設計開發時間表。在項目設計和開發過程中，鼓勵小組成員之間多交流溝通，就各個模塊之間、各個流程與步驟之間的銜接、接口對接等問題進行及時溝通和協調，確保系統進度按照時間表開展。在設計開發過程中，鼓勵小組成員獨立解決遇到的問題和困難，鍛煉學生的獨立工作能力和問題分析能力。對出現的重大失誤及時指出，避免出現方向性錯誤問題。每個學生通過對分配任務的設計開發工作，鍛煉設計開發能力；小組成員之間就項目開發進行溝通交流，培養團隊協作能力。

2.4 報告撰寫

在項目設計開發過程中，鼓勵學生及時將過程記錄下來，形成文字記錄，為設計文檔的總結和撰寫積累素材。項目開展過程中，要求學生按照系統工程思想，形成一系列相關文檔，包括需求分析報告、系統體系結構設計說明書、軟硬件構建設計說明書、系統集成說明書、系統集成與測試說明書、系統設計報告等。鼓勵學生在文檔中完整記錄設計開發流程，并對自己的認識、見解進行說明，更多體現自己的設計開發思路，培養學生撰寫技術文檔的能力。

2.5 過程與結果考評

在整個項目開發過程中，實行全過程考評。在設計的每個階段，教師對每個學生的任務完成情況、工作態度和考勤等各方面進行相應評價。對難度較大、完成質量較高的項目課題，適當考慮加分。在課程結束時，安排學生以小組為單位進行小組答辯，每個小組向全班同學匯報設計方案、關鍵問題、成果、收獲和不足等內容。教師現場提問，根據答辯情況、作品完成情況進行考評，提出明確意見和建議并評分。

2.6 反饋與促進

實踐創新項目驅動的《物聯網綜合實訓》教學模式，促進了學生在團隊協作能力、物聯網應用系統設計開發能力等方面綜合素質的提升。而學生綜合能力的提升，對參加學科競賽、開展實施創新創業項目等具有促進作用。

近3年來，通過實踐創新項目驅動《物聯網綜合實訓》教學模式的研究與實施，鹽城工學院物聯網工程系學生獲中國大學生計算機設計大賽全國總決賽一等獎1項和省級一等獎1項、TI杯物聯網應用創新大賽省級特等獎1項和全國二等獎1項、博創杯嵌入式設計大賽全國一等獎1項、賽佰特杯物聯網創新應用設計大賽全國一等獎1項和二等獎1項。實現了《物聯網綜合實訓》教學模式改革與學生素質能力提升的良性循環，取得了良好的教學效果。

3 結語

實踐表明，實踐創新項目驅動教學模式在《物聯網綜合實訓》實踐教學中取得了較好的教學效果。通過項目驅動的實施，能充分調動學生的學習積極性。學生的實踐能力和團隊合作能力也都得到了明顯提高，同時有力促進了學生在學科競賽等方面獲得成果。為了能更好地提高學生實踐能力，還需要在今后的實踐教學中繼續開拓與探索，以期達到更好的實踐效果。

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（責任編輯：何 麗）