陳昌興　馮小燕

摘 要：按照物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)的要求，該專業(yè)學(xué)生既要精通理論又要具有工程實(shí)踐能力。作者引入CDIO工程教育理念，重點(diǎn)在物聯(lián)網(wǎng)課程實(shí)踐教學(xué)改革及其相應(yīng)的實(shí)踐教育思路等方面進(jìn)行了深入探討，對提高高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)水平，提升學(xué)生綜合素質(zhì)和工程能力，具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：CDIO；物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)改革；實(shí)踐

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2015）22-0065-03

一、引言

隨著電子信息技術(shù)的進(jìn)步和全球工業(yè)化的迅猛發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的第三次革命將給人們的生活帶來重大的改變。而物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人才匱乏的現(xiàn)象日益突出，業(yè)內(nèi)急需物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)人才。

如何結(jié)合高校學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際情況和認(rèn)知規(guī)律，培養(yǎng)適應(yīng)市場的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才，成為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教育改革發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

本文借鑒發(fā)達(dá)國家高校工程人才培養(yǎng)模式的成功經(jīng)驗(yàn)，參照《高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)》[1]的相關(guān)理念與指標(biāo)，提出了在工程教育能力結(jié)構(gòu)上，高校的物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)模式應(yīng)注重理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，以生產(chǎn)第一線的實(shí)際需要為目標(biāo)，注重面向?qū)嵺`科研，增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，突出“產(chǎn)學(xué)研”互相結(jié)合，使學(xué)生循環(huán)漸進(jìn)地掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和解決實(shí)際問題的方法。

二、CDIO理念的引入

高校開展的物聯(lián)網(wǎng)課程是為計(jì)算機(jī)、電子信息類本科學(xué)生開設(shè)的專業(yè)課程，課程的目的是使學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本理論，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析問題和解決實(shí)際問題的能力，能夠?qū)φ暇W(wǎng)絡(luò)內(nèi)的人機(jī)交互設(shè)施進(jìn)行實(shí)時管理和控制，具備解決實(shí)際問題的工程素質(zhì)和創(chuàng)新能力，達(dá)到物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)對人才的要求。

CDIO 培養(yǎng)體系是21世紀(jì)提出的先進(jìn)教育理念，其體系和評價標(biāo)準(zhǔn)面向產(chǎn)業(yè)對工程人才的需求，把構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行（CDIO）作為工程教育的環(huán)境背景，由此獲得一系列詳細(xì)而合理的教學(xué)目標(biāo)。[2]

CDIO教學(xué)計(jì)劃的制訂是以技術(shù)應(yīng)用能力和工程素質(zhì)培養(yǎng)為主線，其核心定位在于掌握基礎(chǔ)理論知識的基礎(chǔ)上，著力培養(yǎng)學(xué)生從事專業(yè)實(shí)際工作并能直接參與到應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中的實(shí)際能力。強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力與工程素質(zhì)，這是物聯(lián)網(wǎng)課程引入CDIO實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃相結(jié)合的關(guān)鍵點(diǎn)。CDIO教學(xué)計(jì)劃強(qiáng)化了學(xué)生的理論基礎(chǔ)，并能進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的核心素質(zhì)培養(yǎng)。

三、物聯(lián)網(wǎng)課程CDIO實(shí)踐教學(xué)改革的要求

物聯(lián)網(wǎng)CDIO教學(xué)實(shí)踐要求學(xué)生既要精通物聯(lián)網(wǎng)理論，又強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐，更加強(qiáng)調(diào)注重創(chuàng)新精神和工程實(shí)施。因此根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)課程設(shè)置和課時安排，要求學(xué)生掌握開發(fā)環(huán)境的建立、程序的開發(fā)、軟件的調(diào)試、通信接入與處理原理等基礎(chǔ)理論。在初步具備基礎(chǔ)知識后，通過項(xiàng)目的開發(fā)掌握應(yīng)用于實(shí)踐工程的綜合能力。教學(xué)與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)從事物聯(lián)網(wǎng)工程及應(yīng)用技術(shù)研究的應(yīng)用型高級專門人才的教學(xué)要求。

物聯(lián)網(wǎng)課程CDIO實(shí)踐教學(xué)具體教學(xué)基本要求如下：

1.物聯(lián)網(wǎng)概論的了解

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈廣，因此需要掌握物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，對物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)要全面了解，并熟悉物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層及感知層的功能、關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)分析，在教學(xué)過程中加強(qiáng)學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的思維和更多的感性認(rèn)識。

2.熟悉物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)環(huán)境的構(gòu)建

物聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)者需要熟悉掌握IAR Embedded Workbench集成環(huán)境，使用該IT開發(fā)工具可以有效提高聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目開發(fā)效率，如功能強(qiáng)大的編輯器、便捷的中斷處理和模擬等，符合不同層次用戶的開發(fā)需求。

學(xué)生能應(yīng)用相關(guān)原理和技能通過物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺系統(tǒng)的Linux開發(fā)環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M和仿真，根據(jù)應(yīng)用項(xiàng)目的需要進(jìn)行硬件和軟件的配置，這是物聯(lián)網(wǎng)CDIO實(shí)踐教學(xué)中必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。

3.對傳感器的分類、組成的掌握

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)工程信息采集的基礎(chǔ)，種類繁多，因此只需要掌握典型的傳感器的系統(tǒng)構(gòu)成，包括作用、原理圖及電路圖，在此基礎(chǔ)上能學(xué)會根據(jù)傳感器原理特征和目標(biāo)程序的診斷，排除故障和滿足項(xiàng)目的信息傳輸處理要求。

4.掌握物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

掌握射頻識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及RFID關(guān)鍵技術(shù)的基本原理及其應(yīng)用，此外要求掌握ZigBee網(wǎng)絡(luò)原理及其應(yīng)用方法，能通過RFID技術(shù)、ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及無線傳感器組建物聯(lián)網(wǎng)，熟悉人機(jī)交互、物機(jī)交互原理。

5.物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的掌握

了解人工智能的算法、智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并掌握物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)環(huán)境下的編程與硬件調(diào)試知識，特別是傳感器信息采集所涉及的接口設(shè)計(jì)和編程設(shè)計(jì)，掌握運(yùn)用ZigBee無線組網(wǎng)和無線安全設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新性的系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用。

四、開展CDIO物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)改革的嘗試

1.構(gòu)建科學(xué)的CDIO物聯(lián)網(wǎng)課程體系

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)科的特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，在構(gòu)建CDIO物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐體系時，將實(shí)踐教學(xué)融入理論教學(xué)過程中，各個教學(xué)環(huán)節(jié)強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐教學(xué)互相滲透，并按照能力為本位，側(cè)重物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的整體訓(xùn)練。

課程的安排以項(xiàng)目開發(fā)及應(yīng)用為主要實(shí)訓(xùn)、實(shí)習(xí)內(nèi)容，通過校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和企業(yè)實(shí)習(xí)方式進(jìn)行。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室和CDIO科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為依托，只有構(gòu)建適合物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，才能真正達(dá)到強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐能力的效果。

2.建立健全開放型物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室

由于CDIO物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)以學(xué)生實(shí)踐為主導(dǎo)，因此，物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)需把教學(xué)和實(shí)踐相結(jié)合，課堂內(nèi)外實(shí)驗(yàn)、技術(shù)競賽、項(xiàng)目實(shí)踐以及校內(nèi)與校企實(shí)訓(xùn)的教學(xué)與實(shí)踐相融入，創(chuàng)建“產(chǎn)學(xué)研”開放型一體化實(shí)驗(yàn)室。[3]

這種實(shí)驗(yàn)室模式的特點(diǎn)是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生專用的開放型實(shí)驗(yàn)室，教學(xué)與實(shí)踐開發(fā)相結(jié)合，課程的開展和項(xiàng)目開發(fā)指導(dǎo)可以同步進(jìn)行，有利于師生的學(xué)習(xí)交流，有利于課程設(shè)計(jì)改革的具體實(shí)施，充分體現(xiàn)了CDIO實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)思想。

3.選擇物聯(lián)網(wǎng)綜合實(shí)踐教學(xué)平臺

實(shí)踐教學(xué)平臺是培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)技術(shù)人才的必備實(shí)驗(yàn)設(shè)備，用戶在學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)理論知識后，通過實(shí)踐教學(xué)平臺進(jìn)一步理解和掌握物聯(lián)網(wǎng)軟件開發(fā)工具與實(shí)際硬件環(huán)境的調(diào)試，提高相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用能力，在此基礎(chǔ)上，用戶也容易理解和學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用和分析案例。

因此，一個好的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)平臺可以幫助學(xué)生系統(tǒng)地掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與方法，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)分析和開發(fā)應(yīng)用項(xiàng)目的能力。

一般來說，具備最基本的ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)與RFID技術(shù)綜合訓(xùn)練的開發(fā)環(huán)境是物聯(lián)網(wǎng)CDIO實(shí)踐教學(xué)必不可少的。至于Android開發(fā)環(huán)境搭建、內(nèi)核實(shí)驗(yàn)及控制擴(kuò)展模塊等其他開發(fā)實(shí)驗(yàn)平臺工具，則可以根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用軟件和開發(fā)計(jì)劃來選用。

在軟件方面，選取IAR Embedded workbench集成開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境的交叉編譯器和調(diào)試器是比較完整和容易使用的專業(yè)嵌入式應(yīng)用開發(fā)工具，具有代碼緊湊、硬件資源的節(jié)省、支持?jǐn)U展工具、瓶頸性能分析等特點(diǎn)，[4]可以滿足開發(fā)用戶的不同需求。

4.校企實(shí)訓(xùn)、校外實(shí)習(xí)模式開展產(chǎn)學(xué)研合作

CDIO教學(xué)模式提倡實(shí)踐教學(xué)與科研課題結(jié)合，通過CDIO教學(xué)模式強(qiáng)化所學(xué)知識點(diǎn)，培養(yǎng)技能，充分提高物聯(lián)網(wǎng)課程的教學(xué)質(zhì)量。我校計(jì)算機(jī)學(xué)院與軟件企業(yè)共同合作，探索出了一種“產(chǎn)學(xué)研”相結(jié)合的軟件，運(yùn)用于開發(fā)校企聯(lián)合培養(yǎng)的應(yīng)用型實(shí)踐人才的實(shí)訓(xùn)模式。

該模式分為校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和校外實(shí)習(xí)兩個階段：

在校內(nèi)實(shí)訓(xùn)階段，由企業(yè)安排具體物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)，授課地點(diǎn)安排在校內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在真實(shí)的開發(fā)環(huán)境中理解、驗(yàn)證及掌握知識，企業(yè)導(dǎo)師通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺及實(shí)訓(xùn)課題，把課堂上難以理解的學(xué)科知識在真實(shí)的項(xiàng)目開發(fā)過程得到展示，讓學(xué)生身臨其境，最大限度地開發(fā)學(xué)生的潛能，使學(xué)生獲得物聯(lián)網(wǎng)工程師的技能，并在實(shí)踐中積累相關(guān)的實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，為下一步去企業(yè)實(shí)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

通過前期校內(nèi)實(shí)訓(xùn)后，學(xué)生進(jìn)入企業(yè)實(shí)習(xí)時，企業(yè)為學(xué)生提供一個真實(shí)的項(xiàng)目課題，學(xué)生參與到其項(xiàng)目開發(fā)中，一方面學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)前沿的實(shí)際應(yīng)用方法與技巧，另一方面培養(yǎng)學(xué)生的企業(yè)素質(zhì)、群體協(xié)作技巧等綜合素質(zhì)，取得實(shí)際項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，提高其適應(yīng)社會工作的能力。

實(shí)訓(xùn)是課堂學(xué)習(xí)的補(bǔ)充，校外實(shí)習(xí)是實(shí)訓(xùn)的延伸，二者有機(jī)結(jié)合，能夠有效地提高學(xué)生的知識應(yīng)用能力和實(shí)踐能力，使學(xué)生成為開拓創(chuàng)新的實(shí)踐應(yīng)用人才。

5.建立有效的實(shí)踐教學(xué)管理措施

實(shí)踐教學(xué)管理是將實(shí)踐教學(xué)過程的教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，建立一套完整的實(shí)踐教學(xué)管理措施。能起到對學(xué)校的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室與校外實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行有效的配制使用，并對實(shí)踐教學(xué)過程質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)控的作用。管理措施不僅貫穿于實(shí)踐教學(xué)過程中，同時監(jiān)測學(xué)生在實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室及企業(yè)實(shí)習(xí)基地的學(xué)習(xí)情況，并根據(jù)人才培養(yǎng)方案的目標(biāo)和定位，及時調(diào)整監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)的問題，不斷提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量和水平。

五、CDIO教學(xué)效果的評價

通過對我校2013屆、2014屆物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)施CDIO實(shí)踐教學(xué)模式，近兩年來，按照CDIO能力大綱[5]進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明（見表1）。

這種實(shí)踐教學(xué)模式，學(xué)生高度參與，不再被動地接收理論知識，而是主動、靈活地運(yùn)用各種物聯(lián)網(wǎng)知識解決實(shí)際應(yīng)用問題。

師生之間互相啟發(fā)，完整地參與項(xiàng)目的開發(fā)過程，這種“做中學(xué)、學(xué)中做”的實(shí)踐教學(xué)模式，既能促進(jìn)教學(xué)，有利于學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)知識的學(xué)習(xí)，另一方面，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用知識傳授得到了深化和升華。

校內(nèi)實(shí)訓(xùn)和企業(yè)實(shí)習(xí)可以幫助學(xué)生及早地了解和接觸物聯(lián)網(wǎng)知識的運(yùn)用方法與技巧，為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)造了接觸物聯(lián)網(wǎng)新觀點(diǎn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會。

對學(xué)生來說，參加物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目研發(fā)，不僅提高了實(shí)踐能力，而且學(xué)生從事物聯(lián)網(wǎng)科學(xué)研究的能力也得到很好的鍛煉，更能將所學(xué)奉獻(xiàn)社會、產(chǎn)生效益，達(dá)到了“學(xué)以致用”的功效。

近兩年來，我院學(xué)生在國際競賽活動中頻頻獲獎，其他省級競賽也獲得不錯的成績。同時學(xué)生也積累了一定的項(xiàng)目成果，當(dāng)展示這些作品給用人單位看時，這些畢業(yè)生往往更受用人單位的青睞，從而達(dá)成就業(yè)協(xié)議，無形中提高了我校學(xué)生的就業(yè)競爭力。

六、結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，我校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)時間比較短，應(yīng)用CDIO實(shí)踐教學(xué)模式改革的效果也只能從近年專業(yè)學(xué)生的綜合素質(zhì)上檢驗(yàn)。

如何有效地將創(chuàng)新與實(shí)踐更好地相結(jié)合，更好地通過CDIO進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，需要探索的東西還有很多，現(xiàn)在CDIO實(shí)踐教學(xué)模式的引入只是進(jìn)一步改革的起點(diǎn)， 愿本文能為物聯(lián)網(wǎng)工程及其他理工科專業(yè)提供有益借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)人才專業(yè)能力構(gòu)成與培養(yǎng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]張樺，溫顯斌，王勁松.基于CDIO模式的計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2010（11）：71-73.

[3]李雪.基于物聯(lián)網(wǎng)的高職院校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)研究[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2003，11（6）：175-186.

[4]熊茂華，熊昕，陸海軍.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用開發(fā)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[5]向梅梅，劉明貴.應(yīng)用型本科高校實(shí)踐教學(xué)研究[M].廣州：暨南大學(xué)出版社，2011.

（編輯：李曉萍）