实践创新项目驱动物联网综合实训教学模式研究

2018-09-04邵星王翠香刘其明项慧慧孟海涛

软件导刊 2018年6期

邵星王翠香刘其明项慧慧孟海涛

摘要：针对《物联网综合实训》课程特点，提出采用实践创新项目驱动模式组织教学，并阐述了实践创新项目驱动教学的含义以及具体实施过程。实践证明，实践创新项目驱动教学模式在提升学生动手实践能力和团队协作能力方面有很大成效，在学科竞赛等方面取得一定成果，对实践教学质量和学生动手能力提高具有实际意义，同时对其它实践课程教学具有一定借鉴意义。

关键词：物联网；综合实训；实践创新；项目驱动

DOI：10.11907/rjdk.173243

中图分类号：G434

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）006-0224-03

Abstract：According to the characteristics of the course Comprehensive Training of Internet of Things，this paper proposes the teaching mode driven by practical innovation projects in the teaching，and elaborates its meaning and implementation process.The teaching practice has proved that the teaching model driven by practical innovation project has a great effect on raising students' practical ability and team cooperation ability，and has significance on the improvement of teaching quality and practical ability of students.Besides，certain achievements have been made in the academic competition.And the teaching mode driven by practical innovation projects is also of certain reference significance to other practical courses.

Key Words：Internet of Things； integrated practical training； practical innovation； project-driven

0 引言

物联网工程是一门涉及计算机科学与技术、网络工程、电子信息工程等多个专业的综合性、交叉性新兴学科[1，2]。作为一门工科专业，物联网工程专业着重培养学生综合利用理论知识设计与实现物联网应用系统的工程实践能力及工程创新能力[3，4]。而学生工程实践能力与工程创新能力的培养和提升，必须通过大量实践类课程的开设和实施实现[5]。

《物联网综合实训》是物联网工程专业学生在学习完相关专业课程后必修的一门综合性实践课程[6]，其目的是通过设计、开发实现物联网典型应用系统，让学生掌握利用相关理论知识进行物联网应用系统的设计原理和编程实现方法，加深对物联网关键理论知识和典型应用的理解，培养和强化学生设计实现物联网应用系统的动手实践能力。

因此，如何改进《物联网综合实训》课程的教学模式和教学方法、强化课程教学效果，对培养物联网工程专业学生的动手实践能力、实现物联网工程专业人才培养目标，具有重要的现实意义[7]。

1 《物联网综合实训》课程教学模式

《物联网综合实训》是物联网工程专业的高年级综合实践课程，目标是着重培养学生对物联网应用系统的设计能力和开发实现能力[8-10]。如何在时间有限的实训教学中，充分调动学生学习的积极性、主动性，最大程度地提升学生的实践动手能力，是实现《物联网综合实训》课程目标的关键。

传统的实践教学模式多为验证型模式[11，12]。教师布置实践任务，学生依据实训指导书的详细内容，按部就班地完成开发任务。学生在整个过程中，更多是被动接受实训指导书的设计方案，过分依赖实训指导书的步骤和内容，缺乏对实训任务的思考、分析、理解、设计。大部分学生对实训任务虽能完成，但不能掌握关键设计思想和开发方法。当学生遇到新的应用系统需求、新的应用场景下系统设计任务时，往往不能灵活运用所学知识，举一反三地解决新问题，影响了设计能力、创新能力的发展和培养，不利于综合实践能力的提升。此外，目前实际的企业级项目，往往需求繁杂、功能点较多，需要较多成员组成团队协作完成。而在传统的实训课程开展中，往往每个学生完成单个任务，学生之间交流较少，不利于学生团队协作能力[13-15]的培养。

针对传统实践类课程教学存在的问题以及《物联网综合实训》课程特点，本文提出实践创新项目驱动教学模式，并将其应用于《物联网综合实训》的整个教学过程中。

具体来说，实践创新项目驱动模式以学生实践能力培养为核心，以驱动项目为载体，结合工程设计思想，以培养学生的物联网应用系统设计能力、开发实现能力、创新能力、沟通能力、团队协作能力为主线。通过具有应用场景的实际工程项目任务，激发学生的学习兴趣和学习积极性、主动性，组织学生组成团队、分工协作，引导学生自主思考系统设计方案和开发方法，并充分利用各种成熟的系统开发流程模型，督促学生不断完善系統设计和开发。从而让学生在一个从项目设计、开发到测试的全流程完整实践中，掌握工业级项目开发经验和开发流程，加深对理论知识的理解与掌握，着重培养和锻炼学生的系统设计能力、开发能力。更为重要的是，让学生掌握系统设计方法，具备举一反三灵活运用的能力及一定程度的创新能力，既要让学生获得“鱼”，更要让学生掌握“渔”。

实践创新项目驱动教学模式应用于《物联网综合实训》的路线如图1所示。实践创新项目的来源可以是学科竞赛、教师科研项目、学生创新创业项目或学生自拟题目，而项目选择则要结合项目的难易程度、知识点覆盖范围等进行综合考量。整个教学过程分为项目选择、学生分组、设计与开发、报告撰写、过程与结果考评等阶段，着力培养学生的团队协作能力与沟通能力、物联网应用系统设计开发能力、书面总结能力等。同时通过实践创新项目驱动的教学模式，在培养学生相关能力后，有力促进学生在学科竞赛等方面的工作与成果。

2 实施步骤

基于实践创新项目驱动的实践教学模式，全过程以实践创新项目为主线，通过项目选择、学生分组、设计与开发、报告撰写、过程结果考评、反馈与促进等步骤实现教学模式的具体实施，在实践创新项目开发过程中，培养学生物联网应用系统的设计与开发能力。

2.1 项目选择

实践创新项目是整个教学模式的载体，直接影响实践创新项目驱动教学成效。项目来源于学科竞赛、教师科研项目、创新创业项目、自拟课题。

项目选择要坚持项目的典型性、完整性、应用性、差异性。①典型性，是指项目应属于典型物联网应用系统，如智能农业、智能医疗、智能家居等，坚持项目的物联系统属性，不偏离课程培养目标；②完整性，是指项目应包括物联网系统的4个层次，即感知识别、网络构建、管理服务、综合应用。只有通过完整性的项目实施，才能够锻炼学生对物联网系统4层次的完整开发能力，培养学生对物联网系统的全局整体观念；③应用性，是指项目应有具体应用场景，贴近学生学习和生活，开发完成后的项目看得见、摸得着、用得到，诸如环境监测、智能家居、智慧医疗、基于RFID的图书管理等物联网重要经典应用，避免选择需要较强专业背景、业务逻辑复杂的应用；④差异性，是指针对学生的实际能力，设置不同的难度等级和每个等级对应的功能点需求，做到因材施教，同时鼓励学生充分发挥主观能动性，挑战难度大的等级。

2.2 学生分组

项目选定后，鼓励学生自由组合组建团队，每组4～6人。每个小组成立后，由组员选举1名同学担任组长，并实行组长负责制。小组成员按照项目任务量和功能点，结合小组成员的特长、能力、经验等因素，协商进行任务划分。任务划分确定后，小组组长负责协调、调度小组的整体设计和项目进度。鼓励小组成员之间的交流和沟通，鼓励每个小组全程跟踪每位同学在项目组中的工作情况，定期进行记录和考评。

2.3 设计与开发

选定的项目是具体的物联网应用系统，教师就各小组项目所用共性技术、原理、难点进行详细讲解。小组成员按照工业级系统工程思想，结合嵌入式系统设计5个阶段，即需求分析、规格说明、体系结构设计、软硬件构建设计、系统集成5个步骤，对系统进行分阶段、分模块设计与划分，每位小组成员负责相应的任务和功能，并制定相应的设计开发时间表。在项目设计和开发过程中，鼓励小组成员之间多交流沟通，就各个模块之间、各个流程与步骤之间的衔接、接口对接等问题进行及时沟通和协调，确保系统进度按照时间表开展。在设计开发过程中，鼓励小组成员独立解决遇到的问题和困难，锻炼学生的独立工作能力和问题分析能力。对出现的重大失误及时指出，避免出现方向性错误问题。每个学生通过对分配任务的设计开发工作，锻炼设计开发能力；小组成员之间就项目开发进行沟通交流，培养团队协作能力。

2.4 报告撰写

在项目设计开发过程中，鼓励学生及时将过程记录下来，形成文字记录，为设计文档的总结和撰写积累素材。项目开展过程中，要求学生按照系统工程思想，形成一系列相关文档，包括需求分析报告、系统体系结构设计说明书、软硬件构建设计说明书、系统集成说明书、系统集成与测试说明书、系统设计报告等。鼓励学生在文档中完整记录设计开发流程，并对自己的认识、见解进行说明，更多体现自己的设计开发思路，培养学生撰写技术文档的能力。

2.5 过程与结果考评

在整个项目开发过程中，实行全过程考评。在设计的每个阶段，教师对每个学生的任务完成情况、工作态度和考勤等各方面进行相应评价。对难度较大、完成质量较高的项目课题，适当考虑加分。在课程结束时，安排学生以小组为单位进行小组答辩，每个小组向全班同学汇报设计方案、关键问题、成果、收获和不足等内容。教师现场提问，根据答辩情况、作品完成情况进行考评，提出明确意见和建议并评分。

2.6 反馈与促进

实践创新项目驱动的《物联网综合实训》教学模式，促进了学生在团队协作能力、物联网应用系统设计开发能力等方面综合素质的提升。而学生综合能力的提升，对参加学科竞赛、开展实施创新创业项目等具有促进作用。

近3年来，通过实践创新项目驱动《物联网综合实训》教学模式的研究与实施，盐城工学院物联网工程系学生获中国大学生计算机设计大赛全国总决赛一等奖1项和省级一等奖1项、TI杯物联网应用创新大赛省级特等奖1项和全国二等奖1项、博创杯嵌入式设计大赛全国一等奖1项、赛佰特杯物联网创新应用设计大赛全国一等奖1项和二等奖1项。实现了《物联网综合实训》教学模式改革与学生素质能力提升的良性循环，取得了良好的教学效果。

3 结语

实践表明，实践创新项目驱动教学模式在《物联网综合实训》实践教学中取得了较好的教学效果。通过项目驱动的实施，能充分调动学生的学习积极性。学生的实践能力和团队合作能力也都得到了明显提高，同时有力促进了学生在学科竞赛等方面获得成果。为了能更好地提高学生实践能力，还需要在今后的实践教学中继续开拓与探索，以期达到更好的实践效果。

参考文献：

[1] 刘韬.物联网专业理论教学及实践教学研究[J].软件导刊，2014，13（1）：176-177.

[2] 丁艳艳.高职院校物联网专业建设研究[D].南京：南京师范大学，2014.

[3] 周志德.物联网专业的人才需求分析与课程体系构建[J].中国职业技术教育，2011，21（12）：39-43.

[4] 陈辉，李敬，兆詹林.物联网工程专业人才培养和专业建设探索[J].计算机教育，2014，25（2）：13-17.

[5] 劉兴亚.高校大学生实践能力培养研究[D].吉林：东北师范大学，2006.

[6] 张书钦，王海龙，吴志刚.物联网综合实训教学模式探索[J].软件工程，2017，5（8）：40-43.

[7] 陈春梅，郭明明.物联网专业实践教学模式综述[J].教育教学论坛，2015，26（8）：127-129.

[8] 张书钦，王海龙，吴志刚.物联网综合实训教学模式探索[J].软件工程，2017，5（8）：40-43.

[9] 严仲兴.物联网综合实训系统的方案设计与实施[J].计算机光盘软件与应用，2013，15（9）：38-39.

[10] 杨埙，乐明，于姚进.高职“物联网综合实训”课程建设探索[J].教育教学论坛，2014，22（1）：242-243.

[11] 董晨，戴敏，张桦.基于CDIO模式的数据库系统课程实践教学[J].计算机教育，2012（9）：81-85.