基于崗位核心能力培養的物聯網專業課程體系構建

江 帆

（江蘇聯合職業技術學院 蘇州工業園區分院，江蘇 蘇州 215123）

0 引言

物聯網技術是互聯網技術與信息技術發展到一定階段的產物，是我國“十二五”與“十三五”期間重點發展的戰略性新興產業，隨之而來的是企業、社會對物聯網專業人才需求的重大變化。在此背景下，大多數職業學校開始調整物聯網專業設置和課程建設。文獻[1—3]針對當前物聯網應用技術專業項目化課程體系存在的問題，從課程體系重構、課程內容重組、基于校企合作設計課程項目3 個方面建立項目化課程體系；文獻[4—5]基于CDIO 工程教育理念建立物聯網專業課程體系；文獻[6]基于物聯網整體技術框架，提出了基于物聯網三層體系架構的課程體系；文獻[7]通過“改、引、增”的方式建立物聯網工程專業課程體系；文獻[8]從硬件平臺建設、教學改革、師資隊伍、校企合作4 個方面提出物聯網課程體系實施方案。

1 物聯網應用技術專業課程體系存在的問題

物聯網是計算機技術、網絡技術與電子信息技術相融合的產物，具有較強的綜合性。現有的職業學校物聯網應用技術專業大部分是在電子類信息專業或計算機專業的基礎上逐步發展起來的，雖然開設了相關專業課程，但是仍然存在以下問題。

（1）課程設置系統性不強。目前，物聯網應用技術專業的課程設置未基于統一的物聯網技術框架，而仍然是以原有計算機專業、電子專業或通信專業的課程為主體，這樣的課程設置使得課程體系缺乏系統性，無法體現物聯網的綜合性特點。

（2）課程與行業應用的關聯性較低。物聯網技術已廣泛應用于各行業，課程體系應與行業應用緊密關聯。目前，物聯網課程體系具體實施時，仍然以傳授理論知識為主，缺乏結合具體行業應用的相關案例，使得學生較少有項目實踐的機會，實踐能力無法得到有效提升。

（3）實踐類課程效果不明顯。目前，大多數職業學校的物聯網應用技術專業開設了計算機技術、電子技術、傳感器網絡等實踐課程，但這些課程大多是基于物聯網專業形成前的計算機實驗課程、網絡實驗課程、單片機實驗課程，或是其簡單組合所形成的課程，將物聯網核心技術未有效融合到課程中，使得實踐課程效果不明顯。

2 崗位核心能力導向的課程體系構建策略

2.1 劃分專業方向，明確崗位職責

良好的課程體系是能夠讓學生全面了解職業崗位所需的專業知識與技能，同時，能夠讓學生精選一個專業方向來開展學習與實踐，因此，根據物聯網三層體系架構，將物聯網應用技術專業分為感知與控制、網絡與傳輸、軟件與服務3 個專業方向。

（1）感知與控制方向。該方向對應物聯網體系架構中的感知層，主要培養嵌入式系統工程師，其崗位職責是物聯網感知層設備的選配、布局、安裝與調試，如壓力傳感器、溫濕度傳感器、紅外傳感器、光照度傳感器、射頻標簽，以及芯片之間的通信協議等，如CAN 總線、IIS 總線等。

（2）網絡與傳輸方向。該方向對應物聯網體系架構中的網絡層（傳輸層），主要培養系統管理與維護工程師，其崗位職責是系統集成以及網絡規劃、組建與管理，如無線傳感器網絡通信、ZigBee 通信協議、傳感器節點布控、動態組網、MAC 信息訪問機等。

（3）軟件與服務方向。該方向對應物聯網體系架構中的應用層，主要培養物聯網軟件工程師，其崗位職責是物聯網應用軟件設計、實施與運維，如物聯網應用軟件開發、在線維護、遠程控制、遠程升級、安全預警等。

2.2 基于崗位群形成物聯網專業能力體系

物聯網應用技術專業以提升學生的創新能力、實踐能力與團隊協作能力為培養目標，其課程體系要求具有很強的實踐性，因此，必須針對崗位職責，厘清各崗位所需的能力要求，形成包含專業知識能力、技術能力、工程實踐能力、綜合能力的能力體系，為構建課程體系奠定基礎（見表1）。

表1 物聯網應用技術專業崗位能力分解

2.3 構建基于職業崗位能力的課程體系

以嵌入式系統工程師、系統管理與維護工程師、物聯網軟件工程師3 類崗位群的職業能力要求為導向，總結出專業知識能力、技術能力、工程實踐能力、綜合能力4 個方面的能力需求，以此為基礎形成包含知識類課程、技能類課程、實踐類課程、綜合類課程的課程體系，如圖1 所示。其中，知識類課程依據專業知識能力要求而設置，主要培養學生具有扎實的物聯網基礎知識；技能類課程依據技術能力要求而設置，主要培養學生的物聯網技術與技能；實踐類課程依據實踐能力要求而設置，主要培養學生的工程實踐能力；綜合類課程依據綜合能力要求而設置，主要培養學生的課程綜合設計能力與完成實際項目的能力。

3 基于崗位核心能力的課程體系實施方案

3.1 基于崗位核心能力設計項目化課程

圖1 物聯網應用技術專業課程體系

物聯網3 類職業崗位的共性較小，其崗位能力要求各不相同，在課程設計前，通過調研各類崗位的從業人員，包括嵌入式程序設計人員、嵌入式硬件開發人員、嵌入式系統管理員、物聯網系統集成工程師、物聯網軟件開發工程師、物聯網產品營銷人員等，歸納總結出崗位核心能力，根據物聯網應用技術專業人才培養方案，將崗位核心能力對應至物聯網感知層、網絡層和應用層所需的專業能力。物聯網崗位核心能力通過典型項目實踐來培養，課程體系中應設計符合企業真實項目需求的、職業化的項目，以提升學生的實踐能力。物聯網項目涉及崗位較多，能力需求各不相同，其典型工作任務設計差異較大，因此，選擇能夠涵蓋物聯網應用技術專業所對應的崗位核心能力要求的“智慧城市”作為典型項目，逐層精解、細化、拆分項目，歸納提煉知識點與技能點，轉化為教學項目[9]，如圖2 所示。

項目教學內容依據物聯網三大崗位的職業活動而設計，基于物聯網的感知層、網絡層、應用層，將智慧城市總項目劃分為無線傳感網、嵌入式網關、網絡通信、PC 端應用、移動端應用5 個模塊，每個模塊分為3～5 個教學任務，各子任務均是按照“任務描述→任務目標→知識準備→任務實施→任務評價→任務小結”多個要素構成的有機體，以此逐一訓練學生的技能點。

3.2 基于物聯網教學平臺設計課程資源

圖2 智慧城市典型項目

構建基于崗位能力的課程體系，必須以工作過程為導向，基于典型項目，體現職業活動，因此，開發項目化的學習資源包對于課程設計尤為重要。考慮到物聯網教學平臺能夠模擬3 類職業崗位，并且具有課件制作、二次開發等功能，可以嘗試開發包含實踐類資源和測試類資源兩部分的學習資源包（見表2）。其中，實踐類資源包括硬件資源、軟件資源、參考資源和工程文檔，主要用于物聯網項目實踐；測試類資源包括階段性測試和綜合性測試，主要用于考核學生的學習效果。

表2 學習資源包

3.3 建立完善的物聯網實訓平臺

良好的物聯網實訓平臺是課程體系順利實施的前提條件和有力保障。依據物聯網3 類職業崗位能力需求，實訓內容分為感知層數據獲取、網絡層數據傳輸、應用層數據應用三大類。

3.3.1 感知層數據獲取實訓

感知層數據獲取實訓主要培養學生熟練應用感知設備采集數據的能力。按感知層數據獲取方式，將實訓分為兩種：一種是通過傳感器方式獲取數據，另一種是通過射頻識別方式獲取數據。通過傳感器獲取數據的方式可分為3 類：檢測類方式，主要獲取聲音、酒精含量、光照度等數據；感知類方式，主要獲取有害氣體含量、甲醛濃度、超聲波等數據；控制類方式，主要獲取對繼電器、LED 燈等控制的數據。通過射頻識別獲取數據的方式有射頻系統編碼、射頻信號整形放大、射頻載波產生、射頻防沖撞、射頻信號測試、射頻標簽讀寫、射頻信令等。

3.3.2 網絡層數據傳輸實訓

網絡層數據傳輸實訓主要培養學生組建通信網絡的能力。按照網絡層中數據的不同傳輸方式，將實訓分為傳感器網絡數據傳輸實訓和RFID 網絡數據傳輸實訓兩類。傳感器網絡數據傳輸實訓可分為ZigBee 數據傳輸實訓、Wi-Fi數據傳輸實訓、藍牙網絡數據傳輸實訓和IPv6數據傳輸實訓4 類。其中，基于ZigBee 數據傳輸實訓是重點，其又可以細分為ZigBee 組網實訓、Z-Tools 應用實訓、LED 燈控制實訓、家居自動控制實訓、感知圖形顯示實訓、無線傳感網實訓。通過RFID 組網傳輸數據的實訓包括低頻125KHz ID 卡讀取實訓、高頻13.56MHz ISO15693 模塊實訓、高頻13.56MHz ISO14443模塊實訓、超高頻900MHz ISO1800-6 模塊實訓、2.4GHz RFID 模塊配置實訓[10]。

3.3.3 應用層數據應用實訓

應用層數據應用實訓主要培養學生將采集的數據應用到具體行業領域的能力，主要包括嵌入式系統實訓和Android 系統實訓。嵌入式系統實訓具體包括嵌入式WebServer 移植、Qt/Embedded 環境搭建、Qt 圖形化軟件設計、Linux文件系統、Linux 底層驅動、按鍵中斷及控制等。Android 系統實訓具體包括Ubuntu 開發環境建立、Android 開發環境搭建、Android 系統架構分析、Android 內核移植與編譯、Android SDK 開發、Android UART 串口實訓、Android Wi-Fi 網絡編程實訓、Android 電子錢包。

3.4 采用以形成性考核為主的考核方式

實現一個完整的物聯網項目須經歷多個項目階段，執行較多的操作步驟，每個階段所需的知識點和技能點覆蓋面較廣，且差異性較大，要求學生具備在不同的項目階段應用相關知識與技能解決實際問題的能力，因此傳統教學中的總結性考核方式不能全面地反映學生的能力與知識掌握程度。形成性考核是一種對學習過程進行全面評價的考核方式，能夠全面反映學生的知識與技能掌握情況。在物聯網課程體系中應用形成性考核方式，可以體現項目實施過程中各具體環節的客觀評價，全面體現學生的知識、能力與職業素養。

形成性考核標準包括基本素養、自主學習情況、項目方案制訂、項目操作技能和項目實踐總結5 個方面。考核評價等級分為A 等、B 等、C等、D 等4 個檔次，其中，A 等為優秀，權重為0.90～1.00；B 等為良好，權重為0.80～0.89；C 等為合格，權重為0.60～0.79；D 等為不合格，權重為0～0.59。通過實施形成性考核，重點培養學生的綜合實踐能力。

4 結語

物聯網應用技術專業是典型的多學科交叉融合型專業，涉及較廣泛的職業崗位能力。本文以職業學校物聯網應用技術專業核心能力培養為目標，構建了基于崗位核心能力的課程體系，并給出了有效的實施方案。經該課程體系2016—2018 年的實施，學生的實踐能力顯著提升。根據近3 年反饋的1 213 份“江蘇聯合職業技術學院物聯網應用技術專業畢業生就業情況問卷”的統計數據，無需進行崗位培訓即可勝任崗位工作的畢業生占77.3%，月薪8 000 元以上的占62.3%，企業滿意率為94.7%。畢業生就業情況調查表明，畢業生的崗位適應能力、薪酬待遇、企業滿意度等指標明顯提升，有力地證明了該課程體系的可行性與效果。