CDIO理念在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程開放式教學(xué)中的實(shí)踐研究

崔智勇，邱曉紅，凌 云

（江西理工大學(xué) 軟件工程學(xué)院，江西 南昌 330013）

一、引言

繼網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)產(chǎn)生之后，物聯(lián)網(wǎng)已成為推動(dòng)世界工程技術(shù)飛速發(fā)展的一個(gè)重要生產(chǎn)力，為未來新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供著無限產(chǎn)能，是我國重點(diǎn)培育的五大新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)之一。物聯(lián)網(wǎng)通過物品與物品間或人與物品間相互聯(lián)系的方式實(shí)現(xiàn)了萬物間的信息交互，改變著現(xiàn)代生活的同時(shí)帶動(dòng)了微電子、傳感器、圖像識(shí)別系統(tǒng)等一系列產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展。因此，培養(yǎng)出適合國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略且符合行業(yè)發(fā)展特色的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才已成為高等院校的教學(xué)目標(biāo)。自2012年教育部設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)以來，很多高校已在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)體系建設(shè)、教學(xué)方式改革、教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)等方面做出了大量的探索與嘗試，本文以先進(jìn)的CDIO工程教育理念為指導(dǎo)，全面系統(tǒng)地探討了物聯(lián)網(wǎng)工程類課程開放式教學(xué)體系的改革，以適應(yīng)培養(yǎng)高素質(zhì)新工科人才的目標(biāo)，逐步提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)質(zhì)量。

二、CDIO教學(xué)改革理念在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)模型

自2004年國際合作組織CDIO成立以來，組織專注于研究國際工程教育改革與推廣，提出以Conceive（構(gòu)想）、Design（設(shè)計(jì)）、Implement（落實(shí)）、Operate（運(yùn)作）四個(gè)元素為核心的CDIO工程教育改革理念，具體大綱內(nèi)容逐級(jí)細(xì)化為3級(jí)、70條、300款。該理念強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生系統(tǒng)工程能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)及個(gè)人自主發(fā)展意識(shí)，注重工程系統(tǒng)實(shí)踐能力與工程基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)注重開拓創(chuàng)新結(jié)合普遍適應(yīng)的人才培養(yǎng)模式，推動(dòng)了新工科背景下創(chuàng)業(yè)創(chuàng)意創(chuàng)新教育的發(fā)展，受到眾多高等院校新工科專業(yè)的關(guān)注。其最終愿景是培養(yǎng)出滿足現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展所需的具有系統(tǒng)CDIO過程教育背景的工程型人才。

我們參考CDIO理念構(gòu)思了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的開放式教學(xué)模型，如圖1所示，系統(tǒng)地將學(xué)生必須具備的工程技術(shù)知識(shí)、團(tuán)隊(duì)合作能力、個(gè)人技能與整個(gè)CDIO構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施和運(yùn)行有機(jī)結(jié)合并表達(dá)出來，使得教育改革方向明確、系統(tǒng)框架易于實(shí)施，也符合開放式實(shí)踐教學(xué)理念，從而更適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才的培養(yǎng)。

圖1 CDIO理念在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的開放式教學(xué)模型

三、“設(shè)計(jì)與落實(shí)”物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程體系建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包含外部感知、信息傳輸、消息處理與反饋控制等四個(gè)部分，另外智能技術(shù)也貫穿其中，同時(shí)，它還涉及計(jì)算機(jī)軟件工程、網(wǎng)絡(luò)通信和電子信息等多個(gè)學(xué)科的融合。為培養(yǎng)能夠系統(tǒng)掌握物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技能的復(fù)合型高級(jí)工程人才，課程體系應(yīng)盡可能多地涵蓋信息領(lǐng)域?qū)拸V的知識(shí)點(diǎn)，包含信息從感知、傳輸?shù)教幚矸答伒母鱾€(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)置課程體系應(yīng)包括通識(shí)教育、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課和創(chuàng)新實(shí)踐課四個(gè)部分，如圖2所示。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程體系框架圖

專業(yè)課程的設(shè)置依據(jù)考研深造和就業(yè)方向不同分為三大類：以微電子與感知為方向，主要課程包括傳感器、RFID、單片機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)控制等課程；以網(wǎng)絡(luò)與通信為方向，主要課程包括通信原理、數(shù)字信號(hào)處理、交換技術(shù)、綜合布線、信息安全與無線傳輸定位等課程；以軟件與測試為方向，主要課程包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫、云存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)融合等課程。本科四年學(xué)習(xí)中，學(xué)生在第一年鞏固通識(shí)基礎(chǔ)課，為大四考研深造奠定基礎(chǔ)。通過第二年的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠構(gòu)建出物聯(lián)網(wǎng)體系框架，并接觸專業(yè)基礎(chǔ)課，從而專業(yè)方向更加明確。第三年逐步開設(shè)專業(yè)核心課程并大量引入實(shí)驗(yàn)課，鍛煉實(shí)踐操作能力，同時(shí)提供了相關(guān)學(xué)科競賽的機(jī)會(huì)。第四年學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)企業(yè)參與畢業(yè)實(shí)習(xí)，并從中完成畢業(yè)設(shè)計(jì)選題。

四、“運(yùn)作”物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)實(shí)踐

CDIO理念強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生工程系統(tǒng)實(shí)踐結(jié)合基礎(chǔ)知識(shí)，所以除完成基本課程實(shí)驗(yàn)外，還應(yīng)促進(jìn)建立開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境。依托我院最新建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)室，將部分專業(yè)核心課程安排在實(shí)驗(yàn)室授課，使得學(xué)生在聽課之余能夠多接觸實(shí)驗(yàn)設(shè)備，促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐能力培養(yǎng)，正符合CDIO教育改革所倡導(dǎo)的工程實(shí)踐理念。

以專業(yè)核心課程《RFID原理及應(yīng)用》在2018—2019第一學(xué)期的教學(xué)情況為例，本課程是旨在培養(yǎng)學(xué)生掌握與射頻技術(shù)、身份識(shí)別系統(tǒng)設(shè)計(jì)及優(yōu)化等相關(guān)科學(xué)技術(shù)而設(shè)立的重要理論與應(yīng)用型課程。教學(xué)內(nèi)容既包含工程工作所需的數(shù)學(xué)、電磁場方面知識(shí)，又包含工程基本理論與基本專業(yè)技能，同時(shí)利用CDIO理念進(jìn)行頂層構(gòu)想。結(jié)合授課章節(jié)內(nèi)容，設(shè)計(jì)了不同射頻頻率的車庫RFID道閘和RFID智能門鎖、LED屏幕控制和ETC通道模擬等系統(tǒng)案例實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生將理論知識(shí)與工程實(shí)踐相結(jié)合的解決實(shí)際問題的能力，極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此本課程在期末學(xué)生從教學(xué)準(zhǔn)備、教學(xué)過程等8項(xiàng)教學(xué)評(píng)價(jià)中，第7條教學(xué)中是否注重啟迪思維、激發(fā)興趣、聯(lián)系實(shí)際、培養(yǎng)能力這一項(xiàng)滿意度最高，達(dá)到93.7%。在日常教學(xué)落實(shí)中，利用教學(xué)場地現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件將課程中的工程知識(shí)點(diǎn)與課程實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，依托先進(jìn)的移動(dòng)教學(xué)平臺(tái)增強(qiáng)師生間教學(xué)互動(dòng)，同時(shí)利用平臺(tái)資源查閱、答題和討論等評(píng)價(jià)方法運(yùn)作教學(xué)過程，統(tǒng)計(jì)到平時(shí)成績?nèi)司?9.1分。從46名學(xué)生的百分制評(píng)教結(jié)果來看，綜合評(píng)分為93.52分，大部分同學(xué)給出各項(xiàng)良好以上評(píng)價(jià)，表現(xiàn)出學(xué)生對(duì)課程教學(xué)效果的肯定。

五、結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)作為一門新興學(xué)科，通過感知、識(shí)別、信息處理及反饋等技術(shù)，廣泛應(yīng)用于信息化時(shí)代的各個(gè)方面。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)模式也要突破傳統(tǒng)，著重加強(qiáng)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文將構(gòu)想、設(shè)計(jì)、落實(shí)、運(yùn)作四個(gè)元素融入物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)過程中，建立結(jié)合CDIO理念的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程開放式教學(xué)模型。并在《RFID原理及應(yīng)用》課程的教學(xué)過程中引入CDIO理念進(jìn)行了一些有益實(shí)踐，教學(xué)效果反應(yīng)較好，尤其是學(xué)生利用理論知識(shí)處理工程問題的能力得到提高，提升了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣。