基于案例与微课题驱动的智慧城市与物联网课程建设

王占刚

（北京信息科技大学 信息与通信工程学院，北京 100101）

0 引 言

智慧城市的理念是整合城市资源，为公众提供更加便捷、高效的社会服务，实现科学、智能管理城市的目标。智慧城市充分应用物联网、人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术，促进城市创新和发展，对城市进行重塑和再造，它强调通过技术、数据与业务的融合，统筹利用城市发展中的信息、物质和智力资源，推动物联网、人工智能、云计算、大数据等新一代信息技术的创新应用。

“物联网”被称为世界信息产业的第三次浪潮，物联网与智慧城市特征的高度重合，证明了智慧城市为物联网应用提供了展示的舞台，也是物联网技术综合应用的重要场景和示范工程。运用物联网中的传感器、传感网、信息传输与应用等技术，可以实现对城市管理各领域的生产、运输、加工及变化的感知、监测和反馈控制，实时智能识别、立体感知城市运行过程中各方面的状态。

通过“智慧城市与物联网”课程的学习，使研究生在全面了解智慧城市理论概念、最新进展、技术难点、应用领域和发展前景的基础上，理解并掌握物联网的体系架构和关键技术。但随着信息技术的发展，很多新案例、新应用不断涌现，初期的课程已无法满足行业领域的要求，很难提高学生对于智慧城市复杂系统分析与设计的能力，需要将新技术、新案例、新应用融入到现有课程中。

1 课程建设的内容

1.1 课程定位和设计理念

通过本课程的学习，要求学生了解智慧城市的定义、模式、建设内容与前景，熟悉大数据、人工智能、云计算、物联网、移动互联网等智慧城市涉及的关键技术，以及智慧城市系统中智慧环境、智慧医疗、智慧农业等系统建设内容，理解并掌握物联网的体系架构和关键技术。

通过本课程项目的建设，强调理论与应用有机结合，使学生形成智慧城市建设的理念，通过多个应用案例与行业实践分析，使学生明晰智慧城市、人工智能、物联网、大数据、云计算和移动互联网等先进技术的概念与联系，能够针对具体领域、应用完成系统架构设计。

在项目研究成果基础上，通过微课题驱动使学生能够在方案设计基础上提出技术实现架构，并具象到应用产品，形成完整的产品解决方案，加深学生对智慧城市与物联网的认识与理解，掌握系统设计与架构流程，从而提高研究生的科研创新与开发能力。

1.2 课程建设内容

（1）案例与微课题驱动的课程整体设计

研究分析当前智慧城市与物联网课程现状，分析它与相关专业课程之间的相关性。确定课程教学任务与基本要求，研究最新技术发展与新的教学方法，包括在线课程资源整合，结合智慧感知信息处理学科方向发展需求，研究本课程设置过程中需要完善的课程内容，完成案例与微课题驱动的课程整体设计。

以智慧城市、人工智能、物联网、云计算、大数据、移动互联网六大关键技术案例为依托，充实理论教学内容；针对课程特点，精心为课程增加实验环节，利用微课题驱动，实现从技术解决方案到产品研发的完善。

（2）课程教学资源建设

整合多维度教学资源，形成完备的课程教学大纲、课件、教材、案例库、在线教学资源、习题、参考文献教学资源体系，利用线上教学资源与在线平台辅助线下教学方式，支持灵活而又科学的教学方式。

（3）案例库建设

形成基于现实需求的、符合教学要求的高质量课程案例，以智、物、云、大、移等关键技术为主线建立案例库。

（4）课程教学团队建设

建设课程教学团队，发挥各团队成员的教学与研发优势，提升团队成员的素质与水平，研究应用新的教学方法。

2 课程教学流程

课程教学流程分为4个步骤，分别是：教学准备、知识讲解、微课题实施、考核评价。课程实施流程如图1所示。

图1 课程实施流程

2.1 教学准备

首先研究智慧城市与物联网课程各章节教学内容的知识体系以及不同知识点的教学要求与目标。搜集大量适合教学的案例素材，并将这些案例与知识点进行对应、融合。智慧城市与物联网课程的知识点按照智、物、云、大、移等关键技术进行组织，各部分的知识点相对独立，同时具有相互联系，因此在设计案例时，需用一个或几个案例覆盖和贯穿某一知识点，不同的案例之间又有所交叉，以体现智慧城市与物联网课程知识结构的特点，培养学生局部与整体的设计意识。通过案例提出问题，并用知识点的概念与原理分析并解释问题，提高学生对各知识点的掌握程度。

微课题设计是实施“基于案例与微课题驱动课程建设”的关键所在。高质量的微课题应该具备较强的综合性、实践性、时效性、独立性、完整性等，并且尽可能覆盖所有知识点。微课题需涉及不同的领域，如智慧环境、智能教育、家庭农业、智慧医院等。将案例资料与微课题资料等通过在线课程系统发放给学生，便于学生随时查阅相关资料。学生根据个人兴趣和爱好成立学习小组（3～4人/组），选择一个微课题。

2.2 知识诠释

通过精心选择典型的授课案例，根据智、物、云、大、移等关键技术的知识需求安排教学内容。有针对性引入完整、易于理解、具有实际意义的案例，将复杂抽象的概念、原理通过生动的案例进行诠释，给学生以直观、生动的印象，从而激发学生的求知欲，调动其学习积极性和主动性。

采用“线上线下讲解+翻转课堂”的方式，通过案例引出授课内容讲解案例，阐述相关概念与原理，引导学生讨论，并利用翻转课堂的形式鼓励学生通过案例自学相关知识点。在教学过程中要注意案例与理论知识的合理穿插，通过翻转课堂引导学生发散思维，主动学习，独立思考。

2.3 微课题实施

采用“讨论+小组完成”项目式教学方式，学生根据个人喜好与兴趣确定微课题题目，成立学习小组。微课题实施需要教师针对不同的微课题题目进行布置与组织，并对学生进行指导，引导学生在开发阶段对相关问题进行分析和讨论，并在开发过程中提出建议。

学生通过在线资料查找与自主探索性学习完成指定微课题。同学们利用在线视频、开源开发工具和源代码等，相互协作，解决实际问题，将理论知识应用于实践，实现主动学习和探索性学习，锻炼研究生完成科研任务的能力，培养研究生进行智慧城市与物联网项目开发所需要的各项综合能力。

2.4 考核评价

智慧城市与物联网课程的考核评价分为两部分，针对理论学习采用开放式考核方式，主要考察学生对不同知识点概念与原理的掌握，对知识应用的理解和对未来技术发展趋势的看法。针对微课题的实施，根据各小组完成情况及个人承担的角色，运用小组自评、教师点评等方式对微课题成果进行总结和评价，并给出评分。

最终的课程成绩综合理论考核分数与微课题成果评分，按特定比例计算得到最终的考核评价分数，体现学生对理论和实践掌握的总体情况。

在考核评价完成后，可以根据评价结果完善、丰富案例和教学方法，进一步深化微课题研究成果，提升智慧城市与物联网课程的整体教学效果。

3 课程建设的成果

3.1 整理并完成了智慧城市案例库

案例库共分为六大类别：智慧城市、物联网、云计算、大数据、移动互联网、人工智能。这六大类别应用在不同的领域，现在共计整理了110个案例，部分案例信息见表1所列。

表1 部分智慧城市案例信息表

3.2 整合多维度教学资源

在网络上建立了智慧城市与物联网课程教学资源。网络教学资源以自主录制的速课资源为主，整合了网络课程、参考书、电子书籍、作业、习题等，形成了“智慧城市与物联网课程”多维度教学资源，方便学生随时随地学习。

3.3 形成驱动课程教学的微课题

建立了驱动智慧城市与物联网课程教学的微课题。以智慧环境或智慧家居等研究成果为例，通过微课题驱动，学生按小组动手实践，深入感受智慧城市与物联网中涉及的相关系统与传感器，掌握系统设计与架构流程，加深学生对智慧城市与物联网的认识与理解。

4 结 语

加强研究生课程建设，紧密结合智慧感知信息处理学科，充实智慧城市与物联网课程内容，改进教学方法，系统化课程设计，提高研究生课程的整体学习效果；通过案例与微课题驱动，将课程教学与科研项目、行业应用等紧密结合，提升研究生科研创新与实践能力。加强课程教学资源建设，形成完备的课程教学大纲、课件、教材、案例库、在线教学资源、习题、参考文献教学资源体系，利用线上教学资源与在线平台辅助线下教学。将理论与应用结合，形成基于现实需求的、符合教学要求的高质量课程案例，建立案例库。通过课程建设，加强教师团队培养，建设一支既能从事教学，又能理论联系实际的课程团队。