技術(shù)報告物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)教學(xué)模式探索

1、計劃類別 項目編號 項目技術(shù)報告課題名稱 項目主持人 承擔(dān)單位 題目：物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)教學(xué)模式探索針對社會對物聯(lián)網(wǎng)人才使用要求的日益提高，根據(jù)本學(xué)校的定位，進(jìn)行應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實訓(xùn)教學(xué)探索與實踐，建立體現(xiàn)多知識領(lǐng)域相融合的綜合實訓(xùn)課程，探究了應(yīng)用型專業(yè)課程“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式綜合實訓(xùn)”的教學(xué)設(shè)計理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)實施等方面的內(nèi)容，實踐面向工程實踐的新型教學(xué)模式。實踐表明，綜合實訓(xùn)課程能有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，側(cè)重以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，以學(xué)生創(chuàng)新型學(xué)習(xí)為主體，達(dá)到了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)；實踐教學(xué)；教學(xué)改革Abstract：In view of the increasin

2、g requirements of IOT （Internet Of Things） talents，the paper carries out the exploration and practice of practice teaching of applied talent cultivation，constructs the multi-domain knowledge integrated practical training course，explores the teaching design，the teaching content and the teaching imple

3、mentation of IOT and embedded system integrated practical training，and implements the new engineering practice oriented teaching mode.Practice results show that this course can effectively arouse students enthusiasm and creativity of learning with the objective of ability cultivation and the focus o

4、f innovative learning，which meets the requirements of applied talent cultivation.Keywords：IOT integrated practical training；practical teaching；teaching reform1 引言（Introduction）物聯(lián)網(wǎng)（Internet Of Things）指的是將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施通過各種無線和/或有線的信息系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、環(huán)保、軍事等領(lǐng)域，未來的發(fā)展前景十分廣闊。物聯(lián)網(wǎng)是一個復(fù)雜大系統(tǒng)，涵蓋了多領(lǐng)域的技術(shù)與知識，而

5、工程性和實踐性是物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)的突出特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)的人才培養(yǎng)模式仍處于探索階段。如何培養(yǎng)出真正適用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新復(fù)合型人才是物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)的重點(diǎn)。實訓(xùn)作為實踐教學(xué)體系中的重要一環(huán)，在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)中起著至關(guān)重要的作用。通過實訓(xùn)，學(xué)生將所學(xué)的理論知識與實際需求結(jié)合起來，真正做到學(xué)以致用，實現(xiàn)創(chuàng)造性思維和能力的培養(yǎng)，提升整個教學(xué)體系的教學(xué)質(zhì)量。2 物聯(lián)網(wǎng)實踐教學(xué)現(xiàn)狀（Practice teaching situationof IOT）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)涉及計算機(jī)、電子等相關(guān)的學(xué)科，具有知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜、系統(tǒng)等特點(diǎn)。物聯(lián)網(wǎng)是一門工程性和應(yīng)用性都很強(qiáng)的綜合學(xué)科，相比傳統(tǒng)專業(yè)更注重專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，需要構(gòu)建實驗、課

6、程設(shè)計、實習(xí)、實訓(xùn)分層次的實踐教學(xué)體系。而以項目開發(fā)為主的物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)是實踐教學(xué)體系中一個重要的環(huán)節(jié)，提供了極好的應(yīng)用能力培養(yǎng)途徑，創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)教學(xué)模式與方法也成為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)的重要工作。目前，許多本科院校的課程教學(xué)基本上仍舊遺留了應(yīng)試教育的教學(xué)模式，有許多不適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的弊端，主要表現(xiàn)在幾個方面1，2：（1）實訓(xùn)場地和設(shè)備陳舊或匱乏。雖然近些年來各本科院校都強(qiáng)調(diào)了實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)的重要性，卻沒有及時的增加和更新對學(xué)生有真正訓(xùn)練作用的教學(xué)設(shè)備和教具，無法實現(xiàn)教學(xué)與企業(yè)應(yīng)用的有效對接。因此，應(yīng)該把有限的資金重點(diǎn)用于教學(xué)型設(shè)備和教具的添置、更新上，以改變教學(xué)型設(shè)備和教具量少質(zhì)

7、弱的狀況。（2）缺乏綜合實訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)。綜合實訓(xùn)是一個專業(yè)的綜合實踐環(huán)節(jié)，具有綜合性與實踐性相結(jié)合的特點(diǎn)。通過綜合實訓(xùn)使學(xué)生能夠綜合應(yīng)用本專業(yè)的設(shè)計、開發(fā)、操作、維護(hù)等方面的相關(guān)知識與技能，解決生產(chǎn)中的實際問題，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。（3）實訓(xùn)教學(xué)亟須科學(xué)的實施方式。綜合實訓(xùn)一般需要較長的時間，需要統(tǒng)籌教師素質(zhì)、組織形式、管理方法、技術(shù)信息、規(guī)章制度、紀(jì)律等要素，尤其要以本專業(yè)應(yīng)用場景來構(gòu)建實訓(xùn)軟環(huán)境，不僅有利于學(xué)生專業(yè)技能的快速掌握，更有助于培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)操守。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程具有非常強(qiáng)的實踐性特征，目前物聯(lián)網(wǎng)實踐教學(xué)中存在的問題是：（1）課內(nèi)安排的實驗

8、更多的是為了配合課內(nèi)理論教學(xué)的內(nèi)容，學(xué)生在基于開發(fā)板的實驗平臺上進(jìn)行一個一個模塊的實驗，缺乏系統(tǒng)性，往往造成課程結(jié)束后，學(xué)生還是沒有建立完整的系統(tǒng)概念。（2）課內(nèi)學(xué)時有限，僅僅依靠課內(nèi)實驗的教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因為管理方面的原因，實驗室除了課內(nèi)實驗外，平時不對學(xué)生開放。（3）現(xiàn)有的實驗教學(xué)平臺所配的實驗，更多的是要求學(xué)生按照實驗指導(dǎo)書的步驟一步一步按部就班地驗證實驗內(nèi)容，缺乏創(chuàng)新性。我校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的理論課程體系是在原來的嵌入式系統(tǒng)專業(yè)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，直接采用了原有課程，例如程序設(shè)計、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)等，并在原有課程基礎(chǔ)上精簡了硬件原理類的課程，著重讓學(xué)生理解其原理，側(cè)重于硬件的應(yīng)用；三是

9、根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的特點(diǎn)，強(qiáng)化了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID等課程。課程安排上主要遵循了以下思路：了解感知層硬件的工作原理，能為各類具體應(yīng)用環(huán)境選擇合適的硬件；掌握網(wǎng)絡(luò)層中各類通信方式和原理；側(cè)重應(yīng)用處理層中的數(shù)據(jù)處理、存儲、管理、可視等。endprint針對現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)實踐教學(xué)體系中存在的問題，我們決定設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)綜合實訓(xùn)課程。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)綜合實訓(xùn)課程是指學(xué)生在完成主要專業(yè)課程的理論學(xué)習(xí)和主要技能實訓(xùn)后，綜合運(yùn)用本專業(yè)的主要知識和技能在校集中完成物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的綜合性、整體性、系統(tǒng)化的訓(xùn)練。綜合實訓(xùn)可以實現(xiàn)的目的是要培養(yǎng)學(xué)生基本掌握本專業(yè)的核心能力和關(guān)鍵能力。為畢業(yè)實習(xí)，以及畢業(yè)設(shè)計做好準(zhǔn)備，最大限度

10、地增強(qiáng)對就業(yè)市場的適應(yīng)性。綜合實訓(xùn)作為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐體系中的重心，可以對學(xué)生的專業(yè)技能、進(jìn)行綜合訓(xùn)練等，以及面向應(yīng)用領(lǐng)域的綜合訓(xùn)練。我們在傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)教學(xué)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合運(yùn)用能力，通過項目開發(fā)，系統(tǒng)地提高學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)能力，培養(yǎng)學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)知識及應(yīng)用能力、職業(yè)能力等。3 物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)教學(xué)模式（The teaching contentof IOT integrated practical training）根據(jù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求，我們在原有嵌入式系統(tǒng)教學(xué)基礎(chǔ)上，整合校內(nèi)現(xiàn)有的實訓(xùn)教學(xué)資源，形成了專業(yè)針對性強(qiáng)，緊跟技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用趨勢的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合實訓(xùn)

11、教學(xué)模式。3.1 綜合實訓(xùn)教學(xué)模式物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)課程設(shè)置在程序設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)通信、嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)等一系列課程之后。在此基礎(chǔ)上，通過項目化的綜合實訓(xùn)可以使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)技術(shù)、方法、工具，提升技術(shù)應(yīng)用能力，開展智能交通、智能電網(wǎng)、智能家居、環(huán)境檢測等行業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。由于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)具有非常豐富的應(yīng)用形態(tài)，可以根據(jù)條件設(shè)置多個實訓(xùn)項目供學(xué)生選擇，并且在項目內(nèi)大家分工合作共同完成系統(tǒng)的開發(fā)。項目內(nèi)的各學(xué)生承擔(dān)不同的任務(wù)，但通過相互交流都能夠?qū)ζ渌糠钟猩钊氲捏w會，對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的嵌入式系統(tǒng)、分布式系統(tǒng)原理有深入的理解。針對每一個實訓(xùn)項目都要設(shè)置指導(dǎo)教師，教師一方面對實訓(xùn)項目的開

12、發(fā)過程進(jìn)行管理，另一方面要及時解決學(xué)生遇到的各類問題。為了對實訓(xùn)過程進(jìn)行監(jiān)督管理，設(shè)置專職的實訓(xùn)督導(dǎo)教師負(fù)責(zé)實訓(xùn)的日常管理，包括實訓(xùn)學(xué)生管理、實訓(xùn)教學(xué)安排、指導(dǎo)教師考核等3-5。專業(yè)綜合實訓(xùn)時間安排在第六學(xué)期，時間跨度為一個學(xué)期。這樣安排可以總結(jié)前面五個學(xué)期所學(xué)的比較零散的專業(yè)知識，又為第七和第八學(xué)期畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計做準(zhǔn)備，還可以避免對考研學(xué)生的備考造成影響。實訓(xùn)時間采用集中與分散相結(jié)合模式。主要利用課余時間進(jìn)行實訓(xùn)開發(fā)，項目指導(dǎo)教師需要定期與學(xué)生交流，進(jìn)行指導(dǎo)、檢查和答疑，每一次活動要有記錄以備檢查和考核。在第六學(xué)期的期末階段集中四周時間進(jìn)行項目集中開發(fā)和實訓(xùn)驗收，這四周時間里，不再安排其

13、他課程的學(xué)習(xí)，專門用于實訓(xùn)項目的完善和驗收。綜合實訓(xùn)和畢業(yè)設(shè)計相比，專業(yè)綜合實訓(xùn)的特點(diǎn)開展的時機(jī)更早，在大三下學(xué)期實施，減少與部分學(xué)生備考研究生入學(xué)考試的沖突；實訓(xùn)內(nèi)容更貼合專業(yè)教學(xué)內(nèi)容，且在實訓(xùn)教程中還需要進(jìn)行其他課程教學(xué)，因此必須在校內(nèi)完成。綜合實訓(xùn)和課程設(shè)計也有本質(zhì)的區(qū)別，綜合實訓(xùn)是針對專業(yè)的綜合性訓(xùn)練，具有綜合、復(fù)雜，工作量大的特點(diǎn)。3.2 綜合實訓(xùn)教學(xué)的設(shè)備保障條件學(xué)校陸續(xù)投入近一百多萬資金購買了一批應(yīng)用廣泛的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)設(shè)備和3G移動互聯(lián)終端開發(fā)設(shè)備，在整合原有的嵌入式系統(tǒng)實驗室、EDA實驗室、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實驗室等基礎(chǔ)上，新建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實驗室、物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實驗室等，實現(xiàn)物

14、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的硬件綜合實踐平臺、軟件綜合實踐平臺和綜合應(yīng)用實踐平臺全覆蓋，可搭建包括傳感器、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、RFID、網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理和控制節(jié)點(diǎn)的完整物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。目前基本上建成了涵蓋了典型物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)備要求物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)平臺。相關(guān)專業(yè)設(shè)備能夠成體系，成系統(tǒng)，可實現(xiàn)多種物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架，并且提供了眾多實驗例程，便于學(xué)生熟悉和掌握物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)成及實際應(yīng)用。通過設(shè)備方便學(xué)生學(xué)習(xí)，開發(fā)更加接近實際使用的產(chǎn)品系統(tǒng)。4 物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計（The teachingcontent of IOT integrated practical training ）物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)是在程序語言設(shè)計、無線網(wǎng)絡(luò)、

15、RFID、嵌入式系統(tǒng)等為前導(dǎo)課程的基礎(chǔ)上開展的綜合性實踐環(huán)節(jié)。實訓(xùn)教學(xué)采取以項目為核心的組織方式，通過精心設(shè)計綜合性項目系統(tǒng)可以覆蓋典型的專業(yè)知識點(diǎn)6，7。4.1 教學(xué)知識點(diǎn)分析實訓(xùn)內(nèi)容必須與課程內(nèi)容一致，保證理論教學(xué)與實訓(xùn)內(nèi)容脫節(jié)的情況。以物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)為核心，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)知識點(diǎn)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的設(shè)計及開發(fā)技術(shù)。結(jié)合培養(yǎng)計劃和課程體系的特點(diǎn)，對實訓(xùn)所覆蓋的教學(xué)知識點(diǎn)的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容等進(jìn)行分析見表1。4.2 實訓(xùn)項目設(shè)計實訓(xùn)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)主要向相關(guān)教師征集，有教師自立項目也有企業(yè)合作科研項目，都具有典型的代表性，能夠體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程教學(xué)內(nèi)容。我們將實訓(xùn)項目按著其涵蓋知識

16、內(nèi)容進(jìn)行粗略歸類為幾類：（1）無線物聯(lián)網(wǎng)：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)。（2）嵌入式物聯(lián)網(wǎng)：基于嵌入式設(shè)備的遠(yuǎn)程信息采集和處理系統(tǒng)。（3）移動互聯(lián)網(wǎng)：基于移動終端的Android/IOS應(yīng)用系統(tǒng)。我們通過集體討論分析各實訓(xùn)項目特點(diǎn)，要求每一個項目都能夠自成系統(tǒng)，都要能覆蓋到感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三方面的技能要點(diǎn)。最終依據(jù)設(shè)計性、綜合性、系統(tǒng)性、真實性和新穎性選擇了10個不同類型的實訓(xùn)項目，使兩個班共60名學(xué)生都能夠根據(jù)自己的興趣和能力選擇到合適的實訓(xùn)項目。5 物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)教學(xué)實施（The teachingimplementation of IOT integrated practical

17、endprinttraining）我們突出自身的教學(xué)資源和特色，認(rèn)真籌劃，認(rèn)真組織，創(chuàng)新物聯(lián)網(wǎng)實訓(xùn)教學(xué)的模式與方法，強(qiáng)化和完善綜合實訓(xùn)教學(xué)模式。為保證實訓(xùn)工作順利進(jìn)行，實訓(xùn)開始前制定了實訓(xùn)管理規(guī)范，規(guī)范的主要內(nèi)容包括實訓(xùn)管理模式、實訓(xùn)紀(jì)律及制度、考核與評定方式等。實訓(xùn)教學(xué)的過程分為三個階段：準(zhǔn)備階段、實訓(xùn)執(zhí)行階段和總結(jié)驗收階段。（1）準(zhǔn)備階段準(zhǔn)備階段在實訓(xùn)教學(xué)開始前進(jìn)行。一般在第5學(xué)期期末。主要完成三方面的培訓(xùn)：實訓(xùn)相關(guān)的開發(fā)技術(shù)、實訓(xùn)開展方式、學(xué)生選題分組。開發(fā)技術(shù)培訓(xùn)主要有以下的主題：a.物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)典型特征b.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)方法c.物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（嵌入式Linux及Qt）開發(fā)方

18、法d.移動終端（Android）開發(fā)方法詳細(xì)講解實訓(xùn)的開展方式，并向?qū)W生進(jìn)行宣講各個實訓(xùn)項目的具體內(nèi)容，主要包括實訓(xùn)的學(xué)時分配、實訓(xùn)管理制度、以及階段性的檢查內(nèi)容和考核方式。為了讓學(xué)生對各個實訓(xùn)項目系統(tǒng)有一個較為清晰的了解和認(rèn)識，需要向?qū)W生講解每個項目的特點(diǎn)和實現(xiàn)方式。（2）執(zhí)行階段實訓(xùn)執(zhí)行階段是整個實訓(xùn)教學(xué)的重點(diǎn)，直接決定實訓(xùn)的效果。在這個階段，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下實現(xiàn)最終的實訓(xùn)項目設(shè)計與開發(fā)任務(wù)。由于實訓(xùn)主要在課外時間，需要嚴(yán)格督促，認(rèn)真管理才能保證實訓(xùn)任務(wù)的順利完成。實訓(xùn)過程中項目指導(dǎo)教師需要加強(qiáng)對本項目學(xué)生的指導(dǎo)和交流，解決學(xué)生在實訓(xùn)過程中遇到的各種各樣的問題，并引導(dǎo)學(xué)生去查資料，相互交

19、流、討論來獲取相關(guān)的知識，使得學(xué)生在一個相對輕松的氛圍中學(xué)習(xí)進(jìn)步。指導(dǎo)教師要經(jīng)常整理出使學(xué)生易懂，易操作的技術(shù)文檔，幫助學(xué)生掌握技術(shù)細(xì)節(jié)，有效推進(jìn)實訓(xùn)項目的開發(fā)。（3）驗收階段驗收階段在實訓(xùn)教學(xué)最后階段進(jìn)行。每個項目需提交項目系統(tǒng)設(shè)計文檔、項目系統(tǒng)源代碼，每名學(xué)生需提交一份實訓(xùn)報告，實訓(xùn)報告的要求和包含的內(nèi)容由指導(dǎo)教師具體部署。指導(dǎo)教師結(jié)合每位學(xué)生的出勤、紀(jì)律和其他表現(xiàn)給出相應(yīng)的考核成績（報告）。實訓(xùn)指導(dǎo)教師組并對每名學(xué)生的實訓(xùn)報告進(jìn)行答辯，并參考指導(dǎo)教師給出的成績對該名學(xué)生給出實訓(xùn)總評成績。6 結(jié)論（Conclusion）本文在分析物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)模式的基礎(chǔ)上，強(qiáng)調(diào)推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)實踐教學(xué)的改革，緊抓最為關(guān)鍵的綜合實訓(xùn)課程建設(shè)，摸索了一套物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)教學(xué)模式。物聯(lián)網(wǎng)綜合實訓(xùn)設(shè)置于第六學(xué)期，是在程序語言設(shè)計、無線網(wǎng)絡(luò)、RFID、嵌入式系統(tǒng)等為前導(dǎo)課程的基礎(chǔ)上開展的綜合性實踐環(huán)節(jié)。實訓(xùn)教學(xué)采取以項目為核心的組織方式，通過精心設(shè)計的綜合性項目系統(tǒng)可以覆蓋典型的專業(yè)知識點(diǎn)。為了對保證實訓(xùn)教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)化對實訓(xùn)教學(xué)的管理和監(jiān)督，專設(shè)了一名實訓(xùn)督導(dǎo)教師專門負(fù)責(zé)對實訓(xùn)的日常管理，并在教學(xué)工作量方面給予傾斜。通過物聯(lián)網(wǎng)項目實踐的模式，拓展了專業(yè)知識的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，進(jìn)一步提高了學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了合作精神，切實拓展了知識