物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)改進(jìn)研究

韓旭東

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；教學(xué)方法；項(xiàng)目案例；實(shí)踐能力

0 引言

隨著傳感器、通訊、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)據(jù)感知、傳輸、存儲(chǔ)、分析，可視化展示的物聯(lián)網(wǎng)解決方案在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通、物流、智能家居等領(lǐng)域均已得到廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可?！吨腥A人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》指出，要加快發(fā)展現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系，要壯大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，要加快數(shù)字化發(fā)展、建設(shè)數(shù)字中國[1]，并將物聯(lián)網(wǎng)納入7大數(shù)字經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。因此未來物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將會(huì)不斷擴(kuò)大，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)就業(yè)前景廣闊。為適應(yīng)國家和社會(huì)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)人才的巨大需求，我國很多院校都開設(shè)了這一專業(yè)。然而企業(yè)用人單位多反映物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)畢業(yè)生存在理論知識(shí)與實(shí)際項(xiàng)目需求脫節(jié)，應(yīng)用能力較弱[2]等問題。這些問題對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程，尤其是實(shí)踐類課程的教學(xué)質(zhì)量提出了挑戰(zhàn)。因此研究如何與時(shí)俱進(jìn)更新物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實(shí)踐類課程的教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)其教學(xué)方法，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

近年來，很多研究人員對(duì)此問題進(jìn)行了研究探索，如房愛東等從物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程群出發(fā)，提出建立多層次實(shí)踐教學(xué)體系和多環(huán)節(jié)實(shí)踐教學(xué)[3]；侯躍恩等提出一種靶向目標(biāo)人才培養(yǎng)法，將教學(xué)過程和項(xiàng)目需求結(jié)合，有效提高了學(xué)生各方面的素質(zhì)[2]；劉德兵等提出累進(jìn)式、多課程協(xié)同、教產(chǎn)協(xié)同的實(shí)踐授課體系和以賽促學(xué)的實(shí)踐訓(xùn)練模式，學(xué)生的工程實(shí)操能力得到了提升[4]。張偉等在分析了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)存在問題的基礎(chǔ)上，提出應(yīng)加大實(shí)踐類課程在培養(yǎng)方案中的課時(shí)比例，力爭達(dá)到35%以上[5]；孫澤宇等人認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中必須突出課程的實(shí)踐性，課程改革中應(yīng)將教學(xué)核心放在實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐中，提出以實(shí)踐為核心的課程建設(shè)方案[6]。眾多研究都強(qiáng)調(diào)了實(shí)踐類課程的重要性，但對(duì)于實(shí)踐類課程的具體教學(xué)內(nèi)容和形式提及較少。本文在分析了實(shí)踐類課程教學(xué)中存在問題的基礎(chǔ)上，提出一種改進(jìn)教學(xué)方法，并闡述了詳細(xì)的實(shí)施步驟。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)踐類課程教學(xué)中的問題

1.1 教學(xué)案例存在滯后性

傳統(tǒng)教學(xué)的案例一般來源于教材，很多是驗(yàn)證性封閉式案例[7]，重在覆蓋知識(shí)點(diǎn)，實(shí)用價(jià)值一般不高。而社會(huì)發(fā)展日新月異，需求變化和技術(shù)迭代速度都很快，相比之下教材的更新相對(duì)較慢[8]，因此使用教材案例進(jìn)行教學(xué)，容易與時(shí)代脫節(jié)[9]，不利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技能難以直接應(yīng)用于工作崗位，不利于后續(xù)的就業(yè)。

1.2 缺乏互動(dòng)交流

實(shí)踐教學(xué)中一般要求學(xué)生獨(dú)立開發(fā)完成某個(gè)案例，較少涉及或并不涉及需求分析，實(shí)現(xiàn)方案的討論，接口的對(duì)接，協(xié)同開發(fā)等過程。這種開發(fā)模式雖然可以一定程度上培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和學(xué)習(xí)能力，但缺少溝通交流機(jī)會(huì)，一旦養(yǎng)成習(xí)慣，有時(shí)是不利于學(xué)生的就業(yè)的。在絕大部分的項(xiàng)目實(shí)踐過程中，溝通和協(xié)作是必不可少的，有時(shí)甚至是至關(guān)重要的。比如項(xiàng)目經(jīng)理要負(fù)責(zé)與客戶進(jìn)行需求對(duì)接，需要從客戶的口頭描述中提煉出真正的需求；需要和團(tuán)隊(duì)成員開會(huì)討論實(shí)現(xiàn)方案，分配任務(wù)和協(xié)調(diào)相關(guān)人員，制定開發(fā)計(jì)劃和確定完成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)；前端開發(fā)人員要與后端開發(fā)人員溝通，確定數(shù)據(jù)接口和數(shù)據(jù)格式，并進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試；測試人員要與開發(fā)人員溝通，說明問題現(xiàn)象和復(fù)現(xiàn)的條件，協(xié)助進(jìn)行問題定位并進(jìn)行復(fù)測等。此外交流和協(xié)作也可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。因此在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)鍛煉和提高學(xué)生的溝通、交流和協(xié)作能力。

1.3 考核方式較為單一

傳統(tǒng)實(shí)踐類課程往往只對(duì)項(xiàng)目結(jié)果進(jìn)行考核，即項(xiàng)目系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，未對(duì)學(xué)生的開發(fā)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)[9]。這樣基本上只能對(duì)編碼能力有所評(píng)價(jià)。但學(xué)生之間的差異是客觀存在的，有些學(xué)生編碼能力較強(qiáng)，有些同學(xué)擅于規(guī)劃設(shè)計(jì)，有些同學(xué)喜歡溝通和表達(dá)。在實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員也是各司其職，并不要求都進(jìn)行編碼，每個(gè)崗位有不同的考核方式，這樣才能提高項(xiàng)目整體推進(jìn)效率。因此單一的考核形式不利于因材施教，發(fā)掘?qū)W生的潛能。

1.4 開發(fā)缺乏延續(xù)性

在實(shí)踐課課程結(jié)束之后，學(xué)生在沒有教師監(jiān)督和指導(dǎo)的情況下，一般缺乏繼續(xù)學(xué)習(xí)和鍛煉的動(dòng)力或者機(jī)會(huì)，即使學(xué)生有學(xué)習(xí)意愿，也難以獨(dú)自發(fā)掘合適的項(xiàng)目，或組建合適的開發(fā)團(tuán)隊(duì)和環(huán)境，在課程實(shí)踐中獲得的經(jīng)驗(yàn)并沒有得到及時(shí)鞏固和提升，可能到畢業(yè)時(shí)從該實(shí)踐課程中獲得的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)生疏。

2 實(shí)踐類課程教學(xué)改進(jìn)研究

為了解決上述問題，本文提出了一種針對(duì)實(shí)踐類課程教學(xué)的改進(jìn)方法。在校企合作的基礎(chǔ)上，課前教師根據(jù)企業(yè)的項(xiàng)目資料，設(shè)計(jì)基礎(chǔ)案例和綜合案例；課程教學(xué)中，基礎(chǔ)案例學(xué)生獨(dú)立完成，復(fù)雜案例學(xué)生以小組形式完成；課后通過組織企業(yè)實(shí)習(xí)和學(xué)科競賽的方式，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力。具體實(shí)施步驟設(shè)計(jì)如下。

2.1 設(shè)計(jì)課程案例

在校企合作的基礎(chǔ)上，教師和企業(yè)共同選出應(yīng)用廣泛、方案成熟、技術(shù)流行的項(xiàng)目，在消除敏感信息（如客戶相關(guān)信息的資料或代碼）之后，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)案例。案例應(yīng)難易兼顧，分為兩類：基礎(chǔ)案例和綜合案例。

1） 基礎(chǔ)案例

基礎(chǔ)案例旨在覆蓋課程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)包括三類題型：填空、功能添加和改錯(cuò)。設(shè)計(jì)填空題時(shí)，教師可以將與課程知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的部分源碼刪除，讓學(xué)生補(bǔ)充完整；設(shè)計(jì)功能添加題時(shí)，可以將原有的控件、按鈕、菜單等相關(guān)功能刪除，讓學(xué)生仿照已有功能重新添加，或添加新的功能；設(shè)計(jì)改錯(cuò)題時(shí)，可以在項(xiàng)目代碼中手動(dòng)引入常見錯(cuò)誤，讓學(xué)生識(shí)別和修正。

2） 綜合案例

綜合案例由學(xué)生分組完成，為防抄襲和互相參考，每個(gè)組應(yīng)盡量使用不同的案例。案例中應(yīng)盡可能包含前端界面、后端業(yè)務(wù)、模塊接口、網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)庫、硬件操作等實(shí)踐要素。項(xiàng)目原有的文檔資料可作為學(xué)生編寫文檔的模板和評(píng)判成績的參考。

2.2 案例教學(xué)過程

教學(xué)中，教師需要介紹每個(gè)案例的主要功能、實(shí)現(xiàn)原理、代碼框架、使用的主要技術(shù)等，并布置階段性任務(wù)，設(shè)定各階段完成的時(shí)間節(jié)點(diǎn)和交付的成果（包括內(nèi)容和格式要求，以企業(yè)項(xiàng)目原有文檔為模板），與各小組成員進(jìn)行詳細(xì)的需求對(duì)接，執(zhí)行階段性點(diǎn)評(píng)和最終考評(píng)等。具體實(shí)施時(shí)應(yīng)先進(jìn)行基礎(chǔ)案例再進(jìn)行綜合案例，難度由簡單到復(fù)雜，使得學(xué)生較容易接受。

1） 基礎(chǔ)案例

該部分的任務(wù)要求每個(gè)學(xué)生獨(dú)立完成。其中填空題一般較為簡單，有利于加深對(duì)課程單個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解，體會(huì)其在具體項(xiàng)目中的使用方法和作用；功能添加和改錯(cuò)可以使學(xué)生更進(jìn)一步了解項(xiàng)目運(yùn)行機(jī)理和整體架構(gòu)。通過完成這部分案例，學(xué)生能夠掌握課程的基本知識(shí)點(diǎn)，鍛煉獨(dú)立思考的能力，同時(shí)添加新功能和改錯(cuò)也是職場新人常見的任務(wù)，有利于以后的實(shí)習(xí)和就職。

2） 綜合案例

該部分的任務(wù)要求學(xué)生組隊(duì)完成。學(xué)生組建項(xiàng)目小組，模擬企業(yè)團(tuán)隊(duì)完成項(xiàng)目開發(fā)的各個(gè)階段。學(xué)生完成案例需要經(jīng)過的步驟或階段包括：分組、角色劃分、需求分析、原型設(shè)計(jì)、模塊劃分、編碼、測試，以及各階段成果輸出等。教師在此過程中，需要協(xié)助的工作包括與各組學(xué)生對(duì)接項(xiàng)目詳細(xì)需求，指導(dǎo)和解答技術(shù)難題，監(jiān)督開發(fā)進(jìn)度，檢查階段性成果，進(jìn)行階段性點(diǎn)評(píng)和最終評(píng)價(jià)等。

①分組

可遵循自愿原則，但需保證每組人員數(shù)量適中（建議4～6人），強(qiáng)弱分開（避免成績好的學(xué)生集中在一組），并選出組長；最終組長將各組成員分配情況報(bào)給教師。

②角色劃分

由組內(nèi)學(xué)生自主協(xié)商決定，角色包括但不限于項(xiàng)目經(jīng)理、UI工程師、前端開發(fā)工程師、后端開發(fā)工程師、測試工程師等，其中項(xiàng)目經(jīng)理只能1人擔(dān)任，前后端開發(fā)工程師應(yīng)安排多人擔(dān)任，為提高項(xiàng)目開發(fā)效率，建議一人可擔(dān)任多個(gè)角色。項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)根據(jù)實(shí)際情況，協(xié)調(diào)小組內(nèi)人員任務(wù)，確保在各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)將階段性成果交給教師。自主協(xié)商選擇角色使得學(xué)生能根據(jù)自身特點(diǎn)和興趣，發(fā)揮自身優(yōu)勢，體驗(yàn)不同崗位的工作內(nèi)容，為以后擇業(yè)起到一定的參考作用。

③需求分析

在教師將實(shí)踐案例分到小組并進(jìn)行簡單介紹以后，小組成員可以就項(xiàng)目的應(yīng)用場景，和各功能詳細(xì)需求，與教師進(jìn)行充分討論，項(xiàng)目經(jīng)理寫出《需求分析文檔》。

④原型設(shè)計(jì)

在需求明確的前提下，由UI工程師進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，使用Axure、藍(lán)湖等成熟的原型設(shè)計(jì)工具或在線平臺(tái)，將項(xiàng)目最終形態(tài)“描繪”出來，輸出《原型設(shè)計(jì)文檔》。

⑤模塊劃分

在《原型設(shè)計(jì)文檔》確定之后，前端開發(fā)工程師根據(jù)原型頁面進(jìn)行任務(wù)劃分，后端開發(fā)工程師根據(jù)項(xiàng)目原型對(duì)業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行劃分，前后端開發(fā)工程師協(xié)商前后端數(shù)據(jù)傳輸方式和數(shù)據(jù)格式，寫出《前后端接口文檔》。

⑥編碼

前端開發(fā)工程師依據(jù)《原型設(shè)計(jì)文檔》編碼完成頁面渲染，并依據(jù)《前后端接口文檔》從后端獲取數(shù)據(jù)并填充到頁面中，后端開發(fā)工程師編碼完成業(yè)務(wù)處理，并依據(jù)《前后端接口文檔》，向前端提供數(shù)據(jù)。前后端工程師開發(fā)完成后，需要進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試，打通業(yè)務(wù)流程，并部署項(xiàng)目，交由測試工程師進(jìn)行測試。

⑦測試

測試工程師根據(jù)《需求分析文檔》對(duì)項(xiàng)目最終的產(chǎn)品進(jìn)行測試，編寫《測試報(bào)告》，由教師評(píng)閱后，重新交給開發(fā)人員進(jìn)行修改和進(jìn)一步測試。功能測試通過之后，測試工程師編寫《用戶使用手冊(cè)》。

⑧成績?cè)u(píng)定

教師根據(jù)階段性成果（包括上述文檔）檢查情況和項(xiàng)目最終答辯情況，對(duì)項(xiàng)目完成情況給出一個(gè)總體評(píng)價(jià)（基準(zhǔn)分?jǐn)?shù)）。項(xiàng)目經(jīng)理根據(jù)組內(nèi)成員的不同表現(xiàn)和貢獻(xiàn)，給每一位組員進(jìn)行打分（組內(nèi)分?jǐn)?shù)）。教師最后在基準(zhǔn)分?jǐn)?shù)基礎(chǔ)上，依據(jù)每個(gè)成員組內(nèi)分?jǐn)?shù)，對(duì)每個(gè)成員的最終成績酌情調(diào)整。

上述案例設(shè)計(jì)難度由淺入深，引導(dǎo)學(xué)生從課本逐步走入項(xiàng)目，是對(duì)職場工作的模擬，鍛煉了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，有助于提高就業(yè)競爭力。

2.3 組織實(shí)習(xí)和指導(dǎo)競賽

課程進(jìn)行中或結(jié)課之后，對(duì)于表現(xiàn)突出，成績優(yōu)異，項(xiàng)目參與度較高的學(xué)生，可組織和推薦到相關(guān)企業(yè)參加實(shí)習(xí)。由此學(xué)生可進(jìn)一步鍛煉和提高實(shí)踐應(yīng)用能力，企業(yè)也省去了篩選合適畢業(yè)生的成本。實(shí)習(xí)過程中如果學(xué)生表現(xiàn)良好，在雙方同意的情況下，學(xué)生可與企業(yè)達(dá)成合作意向，畢業(yè)后可留在企業(yè)繼續(xù)工作，實(shí)現(xiàn)就業(yè)。另外，對(duì)于學(xué)科興趣濃厚的學(xué)生，可指導(dǎo)學(xué)生參加學(xué)科競賽，設(shè)計(jì)完成技術(shù)新穎、實(shí)用性強(qiáng)的作品，既鍛煉了創(chuàng)新能力，又開闊了眼界，對(duì)學(xué)生以后找工作，或是創(chuàng)業(yè)都不無裨益。

3 教學(xué)效果

在2022—2023學(xué)年第一學(xué)期采用了該教學(xué)方法，開展了《移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)實(shí)踐》的授課，授課對(duì)象為2020 級(jí)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的一個(gè)班共28個(gè)學(xué)生。個(gè)人成績?cè)u(píng)定部分包括：基礎(chǔ)成績（占30%，根據(jù)基礎(chǔ)案例情況打分，總分100） ，綜合項(xiàng)目成績（70%，根據(jù)綜合案例情況打分，總分100） 。相比于同期使用傳統(tǒng)模式授課的班級(jí)，采用改進(jìn)教學(xué)方法的教學(xué)班課堂整體氣氛更為活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性較高，最終成績也較好。課程結(jié)束以后，對(duì)班級(jí)內(nèi)基礎(chǔ)較好、能力較強(qiáng)的學(xué)生，推薦進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)，并且指導(dǎo)參加相關(guān)競賽，情況如下表1所示。可見改進(jìn)的教學(xué)方法能有效提升學(xué)生的實(shí)踐和創(chuàng)新等能力。

4 結(jié)束語

本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)踐類課程教學(xué)存在的一些問題進(jìn)行分析，提出課前案例準(zhǔn)備，課中因材施教并進(jìn)行過程性考核，課后持續(xù)實(shí)踐地改進(jìn)教學(xué)方法，在教學(xué)實(shí)踐中初顯成效。專業(yè)實(shí)踐類課程應(yīng)不斷優(yōu)化和改進(jìn)教學(xué)方法，提高學(xué)生實(shí)踐、創(chuàng)新和協(xié)作等能力，才能培養(yǎng)出符合我國現(xiàn)代化建設(shè)需要的專業(yè)人才。