基于“赛教融合”的高职物联网专业教学模式探究

2021-03-01

无线互联科技 2021年2期

（重庆城市职业学院，重庆 402160）

0 引言

随着无线通讯技术、大数据、云计算的飞速发展，物联网产业迎来前所未有的机遇，高职院校积极设立物联网专业或方向的课程。“普通教育有高考，职业教育有技能大赛”是我国职业教育的一项重大创新，职业技能大赛是职业院校教育改革的风向标，通过竞赛，展示职业院校物联网应用技术及相关专业改革成果及师生良好风貌，提高社会对物联网应用技术及相关专业人才的认知度，提高学生的就业水平[1]。

高职师生通过参加和指导技能比赛，教师可了解和学习本专业的前沿技术动态、行业发展趋势、最新实践技能等，提高教育信息化技术应用水平和专业实践教学质量[2]。

1 物联网专业课程设置概况

根据重庆C学院物联网专业2019级人才培养方案，物联网专业课程要求是通过学习使学生掌握典型物联网应用系统的设计、组装与调试技能，具备进行物联网产品的调试、维护、开发和技术服务的能力。其主要课程主要有“C程序设计”“单片机原理与嵌入式技术”“传感器与无线组网技术”“自动识别与RFID技术”“物联网应用开发”等。这些课程主要培养学生具备一定的C语言编程能力、单片机基础开发能力、无线传感网组建能力、上位机软件开发能力和物联网工程设计与部署能力，部分专业课程与职业能力如表1所示。

2 教学现状及问题探讨

通过对物联网专业毕业生的工作内容调研和部分企业的需求发现，一些专业课程的教学内容对学生的工作岗位的影响有下降的趋势，学生进入企业后从事相关工作的时候往往发现学校教授的课程已经不能满足实际岗位的需求，显然课堂的教学内容已经无法满足社会对该专业的要求[3]，课程内容的改革已经势在必行了。

（1）教学内容滞后。

随着NB-IoT、LoRa、5G等新兴传输技术的出现，大数据分析、云计算等技术的蓬勃发展，物联网行业正面临着翻天覆地的变化，由传统的“传感器-有线网络-服务器”结构模型向“传感器-多途径传输媒介-物联网云平台-大数据分析-用户”复杂结构模型发展。

表1 专业学习领域核心课程设置

原有教学内容在网络传输部分主要介绍以CC2530单片机为主的ZigZee无线传感网，并未涉及如NB-IoT、LoRA等无线网络技术，上位机开发方面只是侧重于服务器端和APP的开发，对目前流行的云平台和大数据分析这一块基本没有涉及，因此导致课堂教学内容与行业的发展相脱节。

（2）教学模式固化。

原有教学模式传统僵化，老师往往先对理论进行一番长篇大论，然后进行演示操作，接着再让学生按照实验说明书的过程按部就班地完成实验，整个教学过程采用灌输式教学方式，这种被动方式使得课堂上学生的学习兴趣低下，实验操作以应付任务为主，最终导致学生并没有完全理解知识内容。

比如“传感器与无线组网技术”这门核心专业课程的教学，由于门槛较高，老师必须首先要对教材的知识点进行理论讲授，但由于ZigBee协议部分比较晦涩难懂，理论课程往往收效甚微，而学生无法理解知识点将不利于指导做实验，因此老师必须要以通俗的语言结合生活实际的例子来协助学生理解知识要点，同时改变先理论后实验的教学思想，将实验穿插于理论讲解中，以帮助学生达到融会贯通的地步。

3 赛教结合目前存在的问题

物联网专业相关的竞赛通常涵括了应用层、网络层、感知层三大领域的软硬件知识，包括了用户APP、云平台服务器、移动网络接入、无线传感器网络的组建和数据传输、传感器的安装和使用等，通常考核了参赛学生及其团队在整个领域内从上到下的所有知识的掌握程度，因此要求颇多且较高，但由于物联网专业教学与物联网技术应用赛项侧重点不同等方面的原因，物联网专业赛教结合还存在一些问题，具体如下：

（1）目标不一致。

物联网的应用赛项一般会围绕一个完整的应用场景来展开，比如智能家居、智慧安防等，对整个知识体系从上而下都有一个明确的要求，强调各个学科之间的融会贯通，但在教学的过程中往往会把各个相关学科独立开来而不是整合成一个统一的目标用于服务于某一个应用，从而使得各个相关学科容易形成信息孤岛，使得学生不容易举一反三。

（2）内容不一致。

赛教目标不一致就必然会导致内容的不一致。物联网是一个综合性的学科，涵盖了电子技术、计算机科学、通信技术、控制科学、软件等多个学科的专业知识[4]，知识体系比较碎片化，如果不去研究如何以一些热门的应用场景为切入点，一味地闭门授课，就会导致教学内容滞后于实际应用，以至严重偏离竞赛的要求。

4 “以赛促学、赛教融合”的深度融合

要实现赛教融合的教学模式，则需要抽取或整理技能大赛的目标、内容、过程等，然后与专业课程相衔接，形成以赛促教、以赛促学、以赛促建的赛教一体化模式[5]，如图1所示。

（1）目标的深度融合。

高等职业教育的本质是育人。之所以要通过职业技能竞赛来提高高等职业教育的质量，就是因为它可以调动学生的学生兴趣，增强学生的学习主动性[6]。

物联网技术应用赛项侧重于对物联网行业主流技术的考查，强调实践操作能力和团队协作，这与物联网行业对于高职院校毕业生的人才需求是完全吻合的，因此物联网专业的教学目标必须根据应用赛项的要求进行深度融合，才能满足行业的需求，提高毕业生的专业素质[7]。

对教学目标进行项目化改造。通过引入赛项中常见的物联网应用场景，从中提炼通用的考核目标，并将这些目标转换为教学目标，力求并将知识、能力、素质目标融入赛项。

图1 以赛促学、赛教融合

对已有的教学目标进行深化改进。比如“单片机原理与嵌入式技术”这门课程，教学目标本是培养学生对微控制器的了解和应用，教学时通常采用简单易用的CC2530单片机作为入门控制器，但还有些职业技能大赛通常以Cortex-M3系列 STM32单片机或主控制器，这些32位为控制器虽然相对于51单片机来说难度要高很多，但由于芯片厂商往往配套了大量的实例代码和应用模板，同时增加不少的中间组件，十分方便用户开发大型的应用程序，因此建议增加STM32微控制器作为教学目标，从长远的角度来看既有利于提供学生的综合素质，又有利于贴近物联网赛项的竞赛目标。

（2）内容的深度融合。

多年来，全国职业院校技能大赛高职组“物联网技术应用”赛项紧紧围绕物联网行业典型应用开展，包含智慧安防、智慧家居等应用项目，其赛项内容涵括了物联网感知层、网络层和应用层的相关知识，包括传感器的安装使用、传感器网络的组建和数据传输、移动网络的接入、云平台和APP的开发等几个方面，因此物联网课程的教学内容应该结合多年竞赛培训经验，进行深度改革，从而加深学生对物联网知识体系的认知。

因此，在感知层应该增加物联网操作系统的相关课程，物联网操作系统往往集成了常见的传感器驱动和云平台的接入协议比如http/mqtt协议等；在传感器网络方面除了深化ZigBee网络的教学外，还需要适当的增加LoRA这些新兴的传感器传输网络课程；在移动接入网方面应该增加WiFi/NB-IoT/5G等常见或者代表未来发展趋势的技术；在云平台/服务器方面，可考虑使用开放的企业级物联网云平台，比如华为、BAT或者中国移动的OneNET物联网云平台，实现传感设备数据云端监控，使用这种方式可以降低学生开发服务器的工作量，同时可以弥补原有教学内容的滞后性，让课堂项目更加贴近实际生产开发，提高学生课堂学习兴趣。

（3）实训条件与竞赛环境融合。

实践教学是大学教学中与理论教学相对应的教学方式,它以问题探讨、深度体验和批判反思为基本特征[8]。所以本着边教学边实践的原则，在教学条件允许的情况下，竞赛相关的所有课堂教学均要求在物联网实训室内完成，物联网实训室应该配套该课程要求的全套实验设备以及实训资源；经调查，一些学校设备落后，竞赛相关的师资条件紧缺，所以，如果条件许可，实验室最好可以按照物联网大赛的要求购买并更新相关的设备，力求给学生提供一个良好的竞赛环境。