淺析案例導向的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)方法論文

　　物聯(lián)網(wǎng)被稱(chēng)為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，在智能交通、公共安全、工業(yè)監測、環(huán)境監測、智能家居等各方面都有著(zhù)廣泛的需求和應用前景。然而，國內高素質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才匱乏已成為制約物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此培養與國際接軌的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才成為函待解決的問(wèn)題。為此，各高校紛紛開(kāi)設物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)學(xué)科，將其作為教學(xué)和科研的新方向。但是，目前各高校物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)體系和課程的設立仍然處于起步和探索階段，特別是現有的實(shí)踐教學(xué)手段無(wú)法適用于物聯(lián)網(wǎng)這樣一個(gè)多學(xué)科融合、面向系統級工程應用的學(xué)科，很難培養出具有工程能力、創(chuàng )新能力和設計能力的綜合型人才，遠遠不能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)人才市場(chǎng)的需求，必須提出新的實(shí)踐教學(xué)方法來(lái)改變現狀。本文根據物聯(lián)網(wǎng)方向的工程特性，提出以案例為導向的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)方法，通過(guò)搭建開(kāi)放的實(shí)踐平臺，設計豐富的學(xué)習案例，讓學(xué)生從系統級層面來(lái)認識物聯(lián)網(wǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )造性。

　　一、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)改革的意義

　　物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)相比其他專(zhuān)業(yè)具有多學(xué)科融合的特點(diǎn)，山通信、計算機、電子等方向共同組成，是一門(mén)應用性強、信息技術(shù)集成的創(chuàng )新型工程應用學(xué)科。因此，學(xué)科體系建立應該遵循“物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)跨學(xué)科知識的融合和貫通必須通過(guò)實(shí)踐來(lái)進(jìn)行”這一原則，必須認識到實(shí)踐教學(xué)在物聯(lián)網(wǎng)人才培養過(guò)程中起著(zhù)至關(guān)重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)本科生培養基本思路應該是強化基礎、注重實(shí)踐�！爸乩碚撦p實(shí)踐”和“重實(shí)踐輕設計”的教學(xué)方法很難讓學(xué)生從工程角度認知物聯(lián)網(wǎng)，無(wú)法實(shí)現從微觀(guān)的階段性目標向宏觀(guān)的長(cháng)遠目標轉移，在專(zhuān)業(yè)的建立和工程人才的培養兩方面存在不足，無(wú)法培養工程應用型人才。高度重視實(shí)踐環(huán)節，推進(jìn)實(shí)踐模式的改革和創(chuàng )新是高校物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)不斷完善的必經(jīng)之路。

　　二、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)存在的主要問(wèn)題

　　目前各高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)尚處于摸索階段，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中存在著(zhù)很多不足。具體存在以下主要問(wèn)題。

　　(一)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節薄弱

　　目前高校物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)教學(xué)主要采用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結合的方式，然而實(shí)踐教學(xué)僅僅作為理論教學(xué)的補充和原理驗證，考核方式也以理論知識為主，導致教師和學(xué)生對實(shí)踐環(huán)節重視不足。同時(shí)，山于物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)教學(xué)對教師水平要求比較高，加之現有物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗設備操作相對復雜、學(xué)習周期長(cháng)，教師在開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)時(shí)會(huì )縮減一些難度較大的實(shí)驗，導致實(shí)踐教學(xué)環(huán)節在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中相對薄弱。

　　(二)實(shí)踐教學(xué)方法單一

　　在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)中，仍然采用傳統的教學(xué)方式，即教師以每門(mén)專(zhuān)業(yè)課程的知識點(diǎn)驗證為主線(xiàn)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。對于物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)綜合性專(zhuān)業(yè)，這樣的教學(xué)方式已不能很好地適應新形勢下的教育體制。學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)認識的思路非常狹窄，自主設計能力差，不利于學(xué)生對課程體系的整體認識，無(wú)法提高學(xué)生思維能力、創(chuàng )新能力、獨立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，最終導致學(xué)生對學(xué)習失去了興趣。

　　(三)實(shí)驗項目設置缺乏關(guān)聯(lián)性

　　物聯(lián)網(wǎng)課程實(shí)驗項目設置都以單一課程為單位，沒(méi)有兼顧整個(gè)課程體系之間的內部聯(lián)系，缺乏系統性、工程性的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系。在這樣的實(shí)踐教學(xué)指導下，學(xué)生學(xué)習缺乏主動(dòng)性，無(wú)法將理論和實(shí)踐融會(huì )貫通。高校開(kāi)展物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)不能孤立地以單門(mén)課程為核心，應該重視物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)課程之間存在的緊密的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，必須通過(guò)課程間的學(xué)習和關(guān)聯(lián)逐步建立起整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統設計的概念。

　　(四)實(shí)驗平臺不完備

　　物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗設備缺乏統一的標準，主要以設備廠(chǎng)商生產(chǎn)和高校自制設備為主，受研發(fā)周期和研發(fā)能力的影響，水平參差不齊。實(shí)驗平臺相對復雜，教學(xué)難度提高。

　　三、物聯(lián)網(wǎng)案例教學(xué)的實(shí)施策略

　　通過(guò)對物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)所存在不足進(jìn)行分析，最主要的問(wèn)題是現有的實(shí)踐教學(xué)手段不能滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)方向對實(shí)踐型人才培養的需求，必須提出行之有效的教學(xué)方法來(lái)改變現狀。本文結合哈爾濱理工大學(xué)軟件學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)方向實(shí)踐教學(xué)開(kāi)展過(guò)程，根據物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，提出將案例教學(xué)方法切實(shí)運用到物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)中，在軟件學(xué)院自主研發(fā)的基于軟硬件開(kāi)源的物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺上搭建教學(xué)案例。以案例為導向，突出軟件工程專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢，建立適應學(xué)科發(fā)展的實(shí)踐體系，提高教學(xué)效果，讓學(xué)生系統地認知物聯(lián)網(wǎng)，鍛煉動(dòng)手能力，培養行業(yè)所需人才。具體的實(shí)施方案如下。

　　(一)開(kāi)發(fā)面向實(shí)際需求的實(shí)踐案例

　　物聯(lián)網(wǎng)在國際以及國內都是新興的戰略化產(chǎn)業(yè)，在工業(yè)制造和實(shí)際生活中都有廣泛的應用，在某些行業(yè)已經(jīng)形成一套產(chǎn)業(yè)體系。參照成熟工業(yè)標準，軟件學(xué)院自主研發(fā)的基于軟硬件開(kāi)源的物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺是將開(kāi)源軟硬件Arduino平臺和Digs公司出品的物聯(lián)網(wǎng)XBee模塊產(chǎn)品線(xiàn)相結合的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗儀器，具有與國際頂尖實(shí)驗教學(xué)水平相接軌的特點(diǎn)，在此平臺上所搭建的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)案例除了兼顧理論教學(xué)特點(diǎn)，同時(shí)參照行業(yè)標準，研發(fā)的項目模型具有實(shí)際應用價(jià)值，使教學(xué)與產(chǎn)業(yè)接軌，激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng )新能力，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

　　(二)設計覆蓋理論教學(xué)課程的實(shí)踐案例

　　物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐課程需要以專(zhuān)業(yè)基礎課程為基礎，面向真實(shí)完整的物聯(lián)網(wǎng)工程項目設計實(shí)踐內容。實(shí)踐環(huán)節課可設置在基礎理論課之后，在大二年級即可開(kāi)始基礎的實(shí)踐課程教學(xué)，然后逐步進(jìn)入到結合實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)項目實(shí)訓環(huán)節，在實(shí)訓環(huán)節中，通過(guò)引入企業(yè)實(shí)際物聯(lián)網(wǎng)項目對學(xué)生進(jìn)行訓練。物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)所設置的課程包含軟件開(kāi)發(fā)、嵌入式、傳感器網(wǎng)絡(luò )、RFID以及系統移植等諸多方面，這些看似獨立的課程在物聯(lián)網(wǎng)系統的建立過(guò)程中交叉運用，相輔相成，形成一套完整的智能網(wǎng)絡(luò )控制系統，最終實(shí)現物物相連。所以案例設計要完成對所開(kāi)課程的覆蓋，在自制設備所設置的實(shí)驗項目基礎上完成案例設計，點(diǎn)面結合，讓學(xué)生體會(huì )到物聯(lián)網(wǎng)理論體系與具體實(shí)踐的關(guān)系，讓教師在教學(xué)過(guò)程中有落腳點(diǎn)來(lái)直觀(guān)闡述問(wèn)題。

　　(三)制定突出軟件工程專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)的實(shí)踐教學(xué)案例設計方案

　　物聯(lián)網(wǎng)涉及通信、信息、電子、計算機、自動(dòng)控制和傳感技術(shù)等多個(gè)專(zhuān)業(yè)，在案例教學(xué)過(guò)程中應處理好物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)與軟件工程基礎課程的關(guān)系，在涵蓋專(zhuān)業(yè)科目的基礎上，運用基礎學(xué)科理論知識。

　　(四)構建開(kāi)放的物聯(lián)網(wǎng)體系架構與實(shí)訓模式

　　物聯(lián)網(wǎng)系統構建應該始終堅持開(kāi)放的原則，與國際領(lǐng)先物聯(lián)網(wǎng)研究機構進(jìn)行廣泛、充分的互動(dòng)合作。在參考國際物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)相關(guān)技術(shù)標準的同時(shí)，勇于創(chuàng )新，與國內外物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)對接，了解系統架構的廣泛性，提高其可擴展性，為學(xué)生提供二次開(kāi)發(fā)的學(xué)習機會(huì )。成熟的案例設計有助于學(xué)生在原有模式上完成創(chuàng )新項目，豐富實(shí)踐案例，最終形成產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品，為專(zhuān)業(yè)實(shí)訓模式的建立提供扎實(shí)的基礎。物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護、政府工作、公共安全等多領(lǐng)域。在教學(xué)案例的選擇上要依據所開(kāi)設實(shí)驗項目?jì)热菁皩W(xué)生的水平，設計難度適中并能引發(fā)學(xué)生興趣的案例，例如智能照明系統、智能家居和智能停車(chē)場(chǎng)等。

　　(五)確立完善的項目開(kāi)發(fā)模式

　　物聯(lián)網(wǎng)是個(gè)綜合性學(xué)科，軟硬件結合，又可細分為系統架構、終端界面設計、網(wǎng)絡(luò )搭建和傳感器節點(diǎn)設計等方向。在實(shí)例研究和教學(xué)過(guò)程中，應參考公司項目開(kāi)發(fā)模式，根據項目功能進(jìn)行模塊劃分。讓學(xué)生在了解基本架構的基礎上，根據自身興趣針對某一方面進(jìn)行深入學(xué)習和開(kāi)發(fā)，加強專(zhuān)項人才培養力度。針對有創(chuàng )新想法的學(xué)生組建團隊，參與競賽或創(chuàng )新實(shí)驗等，提高學(xué)生自主開(kāi)發(fā)的能力。

　　實(shí)際教學(xué)實(shí)踐過(guò)程表明，以案例為導向的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程在物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)過(guò)程中具有明顯的優(yōu)勢，具體表現如下:1.通過(guò)設計全方位覆蓋物聯(lián)網(wǎng)方向專(zhuān)業(yè)課的實(shí)踐案例，讓學(xué)生體會(huì )到理論課程設置的關(guān)聯(lián)性和整體性，進(jìn)一步強化理論和實(shí)踐教學(xué);2.通過(guò)建立通用的工業(yè)級案例開(kāi)發(fā)框架，為完成物聯(lián)網(wǎng)案例庫提供前期支持，同時(shí)為學(xué)生競賽、項目驅動(dòng)、創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)項目提供開(kāi)放體系框架參考，提高學(xué)生的學(xué)習主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng )新意識;3.通過(guò)構建案例教學(xué)實(shí)踐體系，將項目實(shí)施作為主線(xiàn)貫穿于實(shí)踐教學(xué)的全過(guò)程，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。 總之，物聯(lián)網(wǎng)案例實(shí)踐教學(xué)在自制設備設置實(shí)驗項目上進(jìn)行綜合和強化，將理論和實(shí)驗相結合，輔助完成軟件學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)方向的理論和實(shí)踐體系結構的建立。實(shí)踐證明，以案例為導向的實(shí)踐教學(xué)方法適用于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)也是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系建立的必然需求。

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