基于工程实践能力培养的物联网综合实训教学模式研究

吴志刚++张书钦++王海龙

摘 要：鉴于社会对物联网工程应用型人才的巨大需求，文中对基于工程实践能力培养的物联网与嵌入式系统综合实训教学改革进行了系统、深入的探索。以工程实践能力培养为核心，并分别从综合实训的前提条件、教学目标、教学模式、教学内容设计、课程考核和教学保障等方面进行了分析与论述。五年的实践经验表明，工程化的综合实训教学能够达到物联网工程专业应用型人才培养的要求。

关键词：物联网；嵌入式系统；工程实践能力；综合实训；教学模式

中图分类号：TP399；G642 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2017）10-0-03

0 引 言

作为国家重点发展的战略性新兴产业，物联网技术广泛应用于工业、农业、军事等多个领域，但目前物联网工程专业的技术人才十分匮乏。作为一门处于初创期的学科，物联网工程专业的人才培养模式、课程体系建设、教学模式等方面都在不断尝试和探索[1，2]；在物联网应用领域，企业需要从业者具有深厚的理论基础、较强的工程实践能力和一定的经验积累[3]。实训作为实践教学体系中的重要一环，在物联网工程专业的人才培养中起着至关重要的作用。通过实训，学生将所学的理论知识与社会实际需求结合起来，真正做到学以致用。中原工学院在物联网工程专业人才的培养模式、课程体系建设和实践教学等方面经过多年研究，摸索了一套基于工程实践能力培养的物联网与嵌入式系统综合实训教学模式。

1 综合实训教学模式实施的前提条件

物联网工程专业属于典型的多领域交叉学科，涵盖了计算机科学、电路与电子技术和网络与通信工程等多门专业的核心知识[4]，物联网与嵌入式系统综合实训涉及十几门课程，若采用传统的教学模式，教学内容多、学时少，执行难度大。为此，教学团队经过多次调研，反复论证，从全局考虑，从以下幾方面入手，进行学生自主学习能力和实践动手能力的进阶训练，为有效落实综合实训奠定了坚实的基础。

1.1 开放综合实训成果展示室，以学生带动学生，激发学生的求知欲和探索激情

“兴趣是最好的老师”，一个人一旦对某事物产生了浓厚的兴趣，就会主动求知、探索、实践，并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验，从而激发学生的潜力和创造力，让学习持续进行。因此，教学团队为了让学生尽快了解、认识物联网实训，我院专门设置了历届学生软硬件实训成果展示室，并对外开放。每件成果都清晰标明成果简介、设计理念和团队成员、成果参赛所获奖项和获奖感言等，并安排团队成员负责咨询与解说，以激发学生的探索激情。借助实物，其效果远好于集中给学生做动员工作。

1.2 从一年级着手学生自主学习能力、算法设计与编程能力和实践动手能力的培养

综合实训的很多课程都无法在课堂上系统学习，需要学生课下自主学习。显然，学生的主动性、自主学习能力和动手能力是影响其学习效果的关键因素[5]。为此，针对我校学生特点，采用如下措施培养学生的自主学习能力、算法设计与编程能力和实践动手能力：

（1）从一年级新生入学开始就教育、引导学生训练自主学习能力和实践能力。

（2）积极主动参加各层次的学科竞赛或大学生科技创新活动，并以此来检验学习效果，然后进一步提高兴趣、促进自主学习。

在准备竞赛或参与科技创新活动的过程中，学生或独立或团队协作训练逻辑思维能力、算法设计与编程能力、团队协作能力以及分析问题、解决问题的实践动手能力，为综合实训打下坚实基础。

2 综合实训的教学模式

我校物联网与嵌入式系统综合实训是在学生完成主要专业课程的理论学习和主要技能实训后，综合运用本专业的主要知识和技能在校或实训基地集中完成物联网技术开发的综合性、整体性、系统化训练的教学过程。其主要目标是以“学以致用”为基本原则，以能力培养为核心，通过项目化的综合实训培养学生综合运用物联网应用系统的开发技术、方法和工具，培养能胜任物联网相关技术的研发及物联网应用系统规划、分析、设计、开发、部署、运行维护等工作，提升学生技术应用能力和初步职业能力等，以便学生能利用较短的时间适应社会和企业要求。通过近5年的沉淀与积累，综合实训已形成稳定、可操作的实践教学模式，这种教学模式包括三个阶段，即准备阶段、执行阶段和考核与总结阶段，其中每个阶段又涵盖多个教学环节，如图1所示。

2.1 综合实训准备阶段

准备阶段一般在第5学期期末，主要完成与实训相关的开发技术培训、实训开展方式和学生选题与分组说明，目的是让学生对综合实训所涉及的相关技术、开发工具、实训题目、学时分配、实训管理制度以及阶段性的检查内容和考核方式有一个较为清晰的了解和认识。

关于实训选题的设计。综合实训旨在培养学生在物联网应用系统中进行规划、设计和研发的工程实践能力。因此，实训教学采取以项目为核心的组织方式，精心设计的综合项目以物联网体系结构为核心，覆盖典型感知层、网络层和应用层的设计及开发技术等典型专业知识点。为进行针对性训练，我们将实训项目按其涵盖知识内容归纳为无线物联网、嵌入式物联网和移动互联网三大类。在每一大类中选择5～7个不同类型的实训题目，这些课题主要来自于指导老师的科研项目，或者企业实际需求，抑或是社会服务项目。每届也会适时增加一些紧跟技术发展趋势的新项目、舍去部分旧题目，以扩充、完善实训项目资源库。

在准备阶段，学生选题与分组对整个实训的教学效果和教学质量将产生重要影响。为避免学生在自愿选择项目组时，动手能力强或弱的学生过度集中在某个项目组，导致实训项目无法正常进行，我们约定每个项目组分配4～6名学生，动手能力强弱的学生均衡搭配。由指导教师选择本组1名动手能力和组织协调能力较强的学生作为组长，并由组长根据学生能力均衡原则，选择本组项目成员，未被选择的学生需重新选择或等待二次分配。

项目组长作为本组项目经理，在指导教师的领导下，全权负责项目的开发进度、总体规划、成员的角色分配，主持召开每周项目例会，负责项目组师生之间的沟通与协调，以及项目组成员的考核。endprint

2.2 综合实训执行阶段

执行阶段是整个综合实训教学的重点，直接决定实训的教学效果和教学质量。在该阶段，学生在指导教师的指导下，严格按照物联网工程项目展开，涵盖项目需求分析、方案设计与实施及项目管理等环节，由组长带领团队成员按照项目进度和项目分工，分步完成实训项目的设计与开发任务。指导教师仅在项目的技术线路和关键技术等方面给予及时引导，旨在培养学生对物联网应用系统的项目规划与工程实施能力、团队协作能力及自主学习能力。

为解决综合实训学时不足问题，实训时间采用分散与集中相结合的模式。由于第6学期学生还有理论课的学习，而1～10周主要利用课余时间分散进行，学生自主学习，因此项目组长应主持每周项目例会、布置阶段任务，组织成员汇报、讨论项目方案和撰写相关阶段性技术文档，并随时与指导教师交流，及时解决存在的问题。集中实训安排在11～14周，集中進行项目完善、验收和撰写实训报告。

由于实训大部分时间都在课外，需要执行实训过程监管、严格监督才能保证实训任务顺利完成。为此，学院设置一名专职的实训督导教师，负责实训的日常管理，实时跟踪实训教学的执行过程，及时发现并解决学生在实训过程中遇到的各种问题。

2.3 综合实训考核与总结阶段

考核与总结是实训教学的最后阶段，在该阶段，每个项目组需提交系统设计文档和系统源代码。每一位成员需提交给指导老师一份符合规范的实训报告，并由指导教师结合每位学生的出勤、阶段表现和实训成果给予相应的考核成绩，然后统一参加实训答辩组的系统验收和答辩。答辩组对每名学生的实训成果进行验收和答辩，并参考指导教师给出的成绩对该名学生给出实训总评成绩。

实训结束后，每位指导教师组需要完成一份实训总结汇报，对本次实训中存在的问题进行分析和反思，总结经验和教训，以便改进。为了全面评价综合实训教学效果，在实训结束后一周内，我们会组织学生对实训效果和教学质量进行综合评价，包括指导教师的责任心、教学水平、指导质量、学术水平以及实训项目内容、个人在本次实训中知识和能力方面的收获等各项指标进行综合评价。通过综合评价发现问题，查找不足，及时改进。

3 综合实训教学的保障条件

再好的教学模式如果没有完备的保障体系来支撑也无法实施。因此，我们从实验室、师资、教学监督与评价和师生管理等方面建立有效的保障体系。

3.1 整合原有硬件实验室的优势和经验，构建满足不同需求的综合实训平台

从2009年始，学校陆续购买了一批应用广泛的无线传感器网络开发设备和3G移动互联终端开发设备，在整合原有嵌入式系统实验室、EDA实验室等基础上，新建无线传感器网络实验室、物联网综合应用实验室等，实现物联网系统的硬件综合实践平台和综合应用实践平台全覆盖，可搭建包括传感器、无线传感网络和RFID的完整物联网系统。目前基本满足学生的课程实验和各类实训需求。

3.2 建立结构合理的指导教师队伍

为保障综合实训教学的顺利实施，我们广泛吸收了具有实际应用背景的教师参与到物联网实训教学中来，并聘请2名实践经验丰富的企业技术人员组成教学团队，该团队中教授占7%，副教授占26%，讲师占56%，助教占11%，其中拥有双师素质的人才占89%，硕士占83%。对现有教师通过课程培训和下厂实践锻炼，以满足其理论知识和实践技能教学需要。

3.3 建立完善的管理制度

为保障综合实训的各项教学活动有序推进，学院制定多项政策予以支持，主要体现在以下几方面：

（1）物联网与嵌入式系统综合实训课程设置有6个学分，并制定计算机学院“物联网与嵌入式系统综合实训”学生考勤办法和学生成绩考核办法，要求学生足够重视这门课，认真按照要求完成综合实训任务。

（2）制定计算机学院“物联网与嵌入式系统综合实训”选题与评审管理办法，要求所有的选题必须符合综合实训的选题要求，并且通过选题评审小组答辩，才能正式确定为实训题目。

（3）制定计算机学院“物联网与嵌入式系统综合实训”指导教师管理与考核方法，设置一名实训督导教师，专门负责实训的日常管理、实训教学安排和指导教师考核等。

（4）制定计算机学院“物联网与嵌入式系统综合实训”教学评价办法和信息反馈机制，组织学生对实训教学效果和教学质量进行综合评价，多渠道及时反馈存在的问题，监督指导老师认真履行职责。

4 结 语

我校物联网与嵌入式系统综合实训从2010级开始，至今已执行完5届。从历届学生到校外实习和就业情况看，越来越多的学生选择到北京、上海、广州、杭州和南京等大城市从事本专业的研发工作，说明学生对专业能力更加自信，就业面更宽，敢于挑战的勇气源于学生自身扎实的专业知识、熟练的技能以及较强的综合实践能力和实践经验。后续需要对实训教学模式进行深入研究，给学生提供更多的社会实践机会，使我们的综合实训更接近企业生产实际，在强化学生工程实践能力的同时，积累宝贵的实践经验，以便尽快适应工作。

参考文献

[1]高德民，刘云飞.基于物联网技术的教学模式创新研究[J].中国教育信息化，2014（20）：70-72.

[2]王海龙，张书钦.物联网人才培养研究与探索[J].计算机教育，2015（2）：12-16.

[3]曾秀莲.物联网应用型人才培养模式研究[J].教育现代化，2016 （31）：7-9.

[4]蒋琴雅.以就业为导向的物联网专业人才培养研究[J].教育与职业，2013（8）：103-104.

[5]胡必玲，郭玉堂，等.地方应用型高水平大学物联网工程专业人才培养——以合肥师范学院为例[J].计算机教育，2016（1）：160-162.

[6]张雅琼.应用型地方本科院校物联网工程专业课程体系探索[J].物联网技术，2015，5（5）：104-105.

[7]潘丹，甘宏.构建物联网工程专业课程体系的思考与分析[J].广东技术师范学院学报，2012（4）：68-70.

[8]李媛，方建军，龙浩.面向“应用型”人才培养的物联网工程教学体系探索[J].物联网技术，2014，4（1）：77-79.endprint