基于竞赛驱动的物联网应用技术专业教学改革与实践

孙飞显

(河南财政金融学院(象湖校区) 信息工程系，河南 郑州 451464)



基于竞赛驱动的物联网应用技术专业教学改革与实践

孙飞显

(河南财政金融学院(象湖校区) 信息工程系，河南 郑州 451464)

为提升高职高专物联网应用技术专业内涵建设，提出以项目导入、任务驱动为主要形式，以学生参加专业技能竞赛为检验手段，以培养学生实际动手能力为目的，以提高学生就业率为最终目标的教学方法.三个学期的实践结果表明，该方法能提高学生自主学习的积极性，可增强学生的团队协作意识，培养学生的学习兴趣，能促进物联网应用技术专业实验、实训室的建设并增进任课教师之间的交流、协作，达到了以赛促教、以赛促学、以赛促建、以赛促用的目的，并在竞赛中培养了教师、学生工程实践、应用的能力.为高职高专电子信息类、计算机类专业建设提供了借鉴.

竞赛驱动；物联网；应用技术专业；教学改革；教学实践

0　引言

物联网(Internet of things，IOT)应用技术是普通高等学校高等职业教育(专科)专业目录(2015年)的电子信息大类专业.该专业是以计算机科学为基础，同时融合电子学、自动化技术、软件技术、嵌入式技术等的新型、实用、交叉学科.该专业的上述特点，使得高职高专院校的物联网应用技术专业呈现如下现象：①教学部门多，专业定位不尽相同.据不完全统计，开设物联网应用技术专业的教学部门包括计算机系、信息工程系、电子工程系、物流管理系、信息管理系等.因这些部门的学科优势不同，导致物联网应用技术专业定位的侧重点不同，主要涵盖电子技术、软件开发、产品安装使用与运维、工程施工使用和维护等，进而导致该专业的课程体系、教学计划、实验实训等方案差别较大[1-2].②师资力量相对薄弱，教学资源较为匮乏.由于物联网应用技术专业是一个跨学科、涉及硬/软件资源、理论性和实用性都很强的新兴专业，相关教师的专业转型相对困难，再加上生源较少、实验设备品种多且价格昂贵等原因，导致该专业普遍存在师资短缺、软硬件教学资源匮乏现象.③学生学习目标不明确，学习过程困惑多，就业前景不明确.鉴于任课教师的物联网工程行业应用经验不足、学生对物联网应用技术专业了解程度肤浅，甚至未能开设《物联网应用技术导论》课程等原因，不少学生不清楚自己该学习什么，没有掌握该熟知的物联网设备及其用法，不知道物联网实际应用的典型行业，不了解自己毕业后可从事什么样的工作.

笔者作为物联网应用技术专业建设的负责人，结合河南财政金融学院的实际情况，从2015年春季学期开始，实施了以项目导入、任务驱动为主要形式，以学生参加专业技能竞赛[3-5]为检验手段，以培养学生实际动手能力为目的，以提高学生就业率为最终目标的物联网应用技术专业教学改革.

1　基于竞赛驱动的物联网应用技术专业教学改革方法

1.1物联网应用技术专业相关的竞赛概述

为深化高职高专物联网应用技术专业人才培养模式及实践教学改革，为提高大学生的实际动手能力、团队协作精神和创新创业意识，由教育部职业教育与成人教育司、专业教学指导委员会、教育部科技发展中心、省市教育主管部门主办，与物联网相关的省级以上级别的赛项如表1所示.

表1　物联网相关的赛项信息表

表1所列的赛项都包含物联网技术的典型场景、实现方法、热点应用乃至发展动向等相关内容，具有实用、竞技、趣味、激励等特点，竞赛周期跨度较长(6～9个月)，可用于培养学生的学习兴趣，提高学生的工程实践能力，激发学生的创新思维，进而为学生就业提供帮助.

1.2实施方案

1.2.1基于模块化的物联网应用技术专业教学设计

按照定位于培养具有一定理论基础、较强专业技能、服务一线生产、搭建工程环境、具备软件开发等能力的物联网应用技术高素质、技能型专门人才的培养目标，参照全国职业院校技能大赛(高职组)“物联网技术应用”赛项2012—2016年的相关考核内容，笔者将物联网应用技术专业的教学模块设计为：①物联网工程应用场景设计及相关设备安装、部署与调测模块；②物联网感知层应用、开发模块；③物联网PC端应用、开发模块；(4)物联网移动端应用、开发模块.结合实验、实训设备，并按图1所示的智慧城市应用场景组织上述四个模块的教学内容.

图1　基于物联网的智慧城市应用拓扑

1.2.2基于“项目导入、任务驱动”的物联网应用技术专业课程教学

按照上述高职高专物联网应用技术专业定位，按照“4+1+1”学期的培养周期，在各学期讲授物联网应用技术专业课过程中，通过引入具体的项目，采用任务驱动的方式进行教学.因篇幅受限，作者从物联网感知层、网络层、应用层(分为PC端和移动端)三个层面，以具体的实例说明“项目导入、任务驱动”的物联网应用技术专业课程教学方法.

1)物联网感知层的“项目导入、任务驱动”式课程教学实例.不难想象，物联网感知层的主控端和受控端都包含单片机应用技术，因此在讲授单片机技术与应用、C语言程序设计课程时，为提高物联网专业学生学习单片机的兴趣，可借助目前流行且基于CC2530的开发评估板(又称“协调板”、“协调器”，如FANTAI_Zigbee)，引入“模拟城市高楼外墙霓虹灯控制，设计并实现点灯/跑马灯项目”.该项目的引入不仅可以将物联网感知层的实际应用场景引入到单片机技术与应用课程教学，培养学生的学习兴趣，而且能够将所学的C语言程序设计知识运用于该项目的实现.在项目的具体实施方面，可以将该项目任务进行分解，厘清知识点，将本项目的相关任务贯穿于单片机技术与应用、C语言程序设计课程讲授的全过程；此外，这两门课程任课教师也要相互配合，相互协作，课程的考核建议要求学生用C语言编写实现点灯/跑马灯效果的程序.

2)物联网网络层的“项目导入、任务驱动”式课程教学实例.物联网的网络层主要负责通信，单纯从理论方面讲解大都会引起高职高专学生的反感，但通过“项目导入、任务驱动”方式进行教学会事半功倍.例如在讲解网络编程时，可以引入Web Service编程项目.首先给学生演示该项目的功能，厘清本项目的三端，即服务器端、Web端和PC客户端，清楚三端之间的关系，了解三端之间的通信、交互的方式和流程，然后详细讲述中心服务器端登录模块接口、Web端登录模块、PC客户端登录模块的开发方法、流程、注意事项等，要求学生模仿练习，最后要求学生独立实现.此外，通过引入“智能养老”项目并施以“无线智能定位开发板二次开发”任务，使学生掌握GPS定位、GPRS通信的基本原理和实现方法.

3)物联网应用层(PC端)的“项目导入、任务驱动”式课程教学实例.高职高专物联网应用技术专业的PC端编程语言主要包括C、C#和Java，本文以C#为例进行说明.从工程应用角度看，《面向设备的C#程序设计基础》属于《传感器技术与应用》的前导课程，在讲授传感器技术及其应用过程中，我们在Visual Studio 2012环境下，借助新大陆NLE-JS2000物联网工程应用实训系统，导入的项目是“基于物联网的智慧城市(PC端)”，驱动的任务是通过调用第三方提供的动态链接库，完成的实训作业有：基于C#的LED显示、基于C#的环境监测、基于C#的人体红外感知、基于C#的路灯控制、基于C#的视频监控、基于C#的超高频读/发卡等智慧城市模块的设计和实现.

4)物联网应用层(移动端)的“项目导入、任务驱动”式课程教学实例.在“互联网+”时代，培养高职高专计算机类相关专业学生移动互联网应用软件产品开发意识和用户体验设计能力，激发学生对移动互联网应用软件开发领域的学习和研究兴趣，提高其软件编程能力和职业素养并使学生顺应移动互联网发展趋势，成为当今的必需.基于此，借助新大陆NLE-JS2000物联网工程应用实训系统，导入的项目是“基于物联网的智慧城市(Android端)”，要求学生学会创建Android应用工程，利用新大陆提供的.jar、.so等接口文件及说明文档，模拟实现“景区室外环境监控、景区安防监控”.具体任务包括：在实验、实训系统上部署监测景区的温度、湿度、烟雾、火焰、PM10、PM2.5传感器，以景区宣传图片作为Android APP背景新建工程，基于ZigBee[6]的景区温度、湿度、烟雾、火焰、空气质量参数实时采集，温度高于预定值时基于LED屏的高温广播报警，安防区域视频录像、摄像头调整、视频查阅、视频转存，景区照明路灯的手机端开关等模块的设计和实现.

1.2.3物联网应用技术专业技能竞赛驱动的实施方法

针对物联网应用技术专业，按照上述基于模块化、基于“项目导入、任务驱动”的课程教学理念，为达到以赛促教、以赛促学、以赛促建、以赛促用，并在竞赛中培养教师、学生工程实践、应用能力等目标，我们采取学生在校的四个学期科技竞赛不断线的策略，具体如下：在第一学期结束时，举办校级的基于设备的C#程序设计大赛，在锻炼学生认识物联网设备的同时培养学生对编程的兴趣；第二学期开学伊始，结合春季开始报名的全国大学生物联网设计竞赛，鼓励大学二年级学生带领大学一年级学生参加“全国高校物联网应用创新大赛”，促使大学一年级的新生了解、发现和探索身边的物联网应用，如学生提出了“用于智能养老的无线定位与报警装置”、“帮盲前行”(智能拐杖)等，期望培养学生的专业兴趣、专业认同感，达到“以赛促学”目的.在大学二年级，随着专业知识的不断增加，要求物联网应用技术专业的学生，在“全国职业院校技能大赛(高职组)省级选拔赛、全国职业院校技能大赛(高职组)、全国大学生智能互联创新大赛、中国大学生iCAN创新创业大赛、全国大学生物联网设计竞赛、“博创杯”全国大学生嵌入式设计大赛、全国高校物联网应用创新大赛、物联网感智创新大赛”等赛项中必须选择一个适合自己的赛项并积极准备，对获奖的同学，给予校内对应的专业课程免考(成绩优秀)的奖励.

1.2.4实践效果

经过2015春季、2015秋季、2016春季三个学期的实践，物联网应用技术专业代表队先后获得了2015年河南省高职技能竞赛(信息安全管理与评估赛项)二等奖、2015年全国大学生物联网设计竞赛(华东赛区)一等奖、2015年河南省电子设计大赛一等奖、2015年“奥派杯”全国职业院校移动商务技能大赛二等奖、2016年河南省高职技能竞赛(物联网应用技术赛项)二等奖、2016年全国高校物联网应用创新大赛(华中赛区)二等奖.实践结果表明：通过竞赛，教师积累了丰富的教学素材和经验，学生获得了奖励、开阔了视野、帮助了就业，物联网实验、实训室建设更上一层楼.形成了物联网应用技术专业学生团结协作、积极备赛、实验实训室高效运转的良好局面，为电子信息类、计算机类专业建设提供了借鉴.

2　结语

本文提出了以项目导入、任务驱动为形式，以学生参加技能竞赛为手段，以培养学生动手能力为目的，以提高学生就业率为目标的教改方法.三个学期的实践结果表明，该方法对提高学生自主学习积极性、增强学生团队协作意识、培养学生学习兴趣、提高学生工程实践能力、促进实验实训室、增进教师交流协作等，具有积极的理论意义和实用价值.

[1]柯强. 物联网专业课程建设探讨[J]. 物联网技术,2012,2(1):80-81.

[2]唐敏,尚勇,林昕. 高职院校物联网应用技术专业课程体系的探索与构建[J]. 物联网技术,2014,4(2):85-87.

[3]孙士明,刘新平,张晓东.竞赛驱动的物联网工程专业实践教学体系[J].计算机教育,2016(1):153-156.

[4]夏伏洋.基于项目化的物联网应用技术专业实践教学改革探索[J].产业与科技论坛,2015,14(3):128-129.

[5]吴韶波,苏中,周金和.依托竞赛促进物联网工程教学与实践[J].计算机教育,2012(21):29-32.

[6]王海燕.ZigBee技术在智能家居网络设置中的应用[J].河南教育学院学报(自然科学版) , 2016，25(2):24-26.

Teaching Reform and Practice of IOT Sepecialty Based on Competition Driven Method

SUN Feixian

(Department of Information Engineering, Henan Institute of Finance and Banking(Xiang Lake Campus),Zhengzhou451464,China)

In order to improve the connotation construction of the application technology of IOT in higher vocational colleges, competition driven based teaching reform method is proposed. Project and task import, competition driven are used in the presented method. The practice results during three semesters show that the proposed method can improve the students’ autonomous learning enthusiasm; it can enhance students’ cooperative consciousness, develop students’ interest in learning, and promote the construction of physical experiment of network application technology specialty and training rooms. Thus, it provides a reference for the construction of electronic information and computer specialty in higher vocational colleges.

competition driven; Internet of things; sepcialty of application technology; teaching reform; teaching practice

2016-03-12

河南省教师教育课程改革研究计划项目(2014-JSJYZD-081)

孙飞显(1970—)，男，河南宝丰人，河南财政金融学院(象湖校区)信息工程系副教授，博士，主要研究方向：网络安全技术、智能计算、物联网技术应用.

10.3969/j.issn.1007-0834.2016.03.017

G642.0；TP39

A

1007-0834(2016)03-0061-04