高校物联网工程专业“点面一体化”实践教学体系的构建——以晋中信息学院为例

吕淑芳，蔚晨月，王 瑾

（晋中信息学院 信息工程学院，山西 晋中 030800）

0 前言

物联网（Internet of Things，IOT）是一门由多学科穿插交融的信息传递产业，被称作继计算机、互联网之后世界信息产业的第三次浪潮，已被我国列为重点发展的战略性新兴产业之一。其涉及计算机、自动化等学科知识，理论知识深奥难懂。为了使晦涩难懂的知识浅显易懂，本文从物联网三层体系架构，即感知层、网络层、应用层构建晋中信息学院（以下简称“我校”）物联网工程专业“点面一体化”实践教学体系，以教学与具体行业应用为切入点，开设相应实践课程，循序渐进地引导和鼓励学生动手，帮助学生理解理论知识，提高学生的实操能力，使学生更加明确该专业的定位，培养该专业学生物联网软硬件设计开发能力，使其能够从事物联网系统构建、运维、技术支持等工作。

1 晋中信息学院物联网工程专业实践教学存在的问题

新工科建设是我国高等工程教育改革的方向。近年来，CDIO 工程教育模式已成为国际工程教育改革的最新教育模式，CDIO 代表构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate），强调以满足产业需求为导向，实现课堂翻转，使学生从被动学习转为积极主动学习，通过项目案例驱动的方式来培养学生工程实践能力和综合创新能力。实践教学体系在物联网工程专业建设中至关重要，且实践教学还存在诸多问题。

1.1 轻实践重理论

由于我校学生和教师没有形成项目梯队，学生在实验教学中，基本上是照抄书本步骤来显示实验结果，学生知其然而不知所以然，学生被动按照事先设定好的实验程序进行下一步操作，缺乏主动思考，仅仅只是验证了理论知识的实验结果。教师缺乏对学生规划、设计、部署、创新等实践能力的培养。

1.2 实践教学项目陈旧

物联网工程专业是新兴专业，由于技术发展日新月异，校内开设的实践教学项目内容落后于行业发展，没能及时跟上前沿技术的发展，滞后于物联网应用模式和需求的迅速演变，工程化程度明显不足。

1.3 学生主观能动性差

学生对于专业定位不清楚，不了解专业知识体系结构，对本专业就业前景期待值低，加之课程本身难度不小，部分学生产生了退缩心理，积极性较差，实践教学课堂参与度低，甚至敷衍应付。

1.4 实践教学零碎，没有形成整体规划

学科跨度大，知识难理解，每门课程只是针对本门理论知识点设置了相应的验证实验项目，缺乏对实践教学的整体规划，学科穿插交融度不够，导致实际应用项目的整体性与多学科知识应用的关联与穿插交融产生了断裂，以项目案例为驱动的工程教育化程度较弱，学生对感知层、网络层、应用层知识点的大型集成整合项目的综合运用能力不足，不利于提升学生分析、解决复杂问题的能力。

2 晋中信息学院物联网工程专业“点面一体化”实践教学体系的构建

物联网工程专业课程体系的设置应与物联网三层体系结构相对应，宽基础、重应用。感知层、网络层、应用层的理论课程让学生了解物联网工程专业体系架构：在感知层开设的课程主要是信息的采集、转换和收集；网络层开设的课程主要是信息传递和处理；应用层开设的课程则是管理和处理数据。

“点面一体化”实践教学体系通过按照“项目驱动、逐层递阶”的原则，由点及面、面中有点、统筹规划安排实践教学体系，让学生切实参与其中，并展示实践成果，获得成就感，培养学生对物联网工程专业课程的学习兴趣，调动学习的积极性和主观能动性，增强学生对物联网工程专业的就业信心。

2.1 建立实践课程体系

从基础验证型实验、专业类课程设计、综合型实践和工程项目实践4 个层次逐层递进建立物联网工程专业的“点面一体化”实践课程体系，从而体现知识的高阶性、创新性、挑战度。

第一学期开设专业认知理论课，教师解读学生手册、阐述培养方案、开展前沿讲座，领新生进入万物互联的物联网世界中。第二学期开设专业基础课：电子技术基础、C 语言程序设计；同时开设实践课，包括C 语言程序设计课程设计、认知实习（专业认知实践）。学校通过认知实习让学生去参观物联网企业在社会中的产出，明白其应用价值；通过C 语言程序设计课程设计学生学习的面向过程的编程，为将来物联网应用打基础。第三学期开设专业基础理论课：数据结构与算法、面向对象程序设计。第四学期开设专业技术课程，包括数据库应用技术、软件工程、微机原理与接口技术（单片机）、射频识别（Radio Frequency IDentification，RFID）原理及应用；实践课开设综合软件类课程设计、物联网嵌入式系统开发实践；专业类课程设计为感知层的信息采集技术作准备。第五学期开设专业技术理论课，包括操作系统、计算机网络、传感器原理及应用；实践课开设有无线传感器应用开发实践；专业类课程设计为网络层协议作准备。第六学期开设计算机组成原理、物联网应用系统设计等专业技术理论课；选修课开设物联网通信技术、多传感器数据融合技术与应用；实践课开设物联网综合应用开发实践，为应用层作准备。第七学期开设物联网信息安全专业技术理论课；选修课有文献检索和论文写作；实践课开设物联网工程设计与实践，工程实践为学生毕业就业打基础。

2.2 全方位构建“点面一体化”教学模式

2.2.1 实现全方位育人

在由点及面的实践教学过程中，关键在于激发学生学习主观能动性，尤其是激发学生对物联网工程专业课程学习的认同感和参与感，让学生在学习过程中产生成就感，从而变被动敷衍学习为积极主动学习，进而引导学生主动思考问题、发现问题、分析问题、解决问题。物联网工程专业最终的实践教学是复杂而庞大的工程类项目，在实践教学过程，教师不仅要教会学生如何运用知识，培养学生良好的学习习惯，更要通过以身作则、严谨治学、精益求精、勤奋上进的教学态度影响学生为人处世，实现全方位育人。

2.2.2 全方位开展校企合作，实现协同育人

高校教育教学内容相对滞后于社会需求，为了使高校教育尽可能满足社会对该专业人才的需求，高校已经把校企合作作为人才培养的一种重要途径。我校应该充分利用企业优势，在人才培养过程中、在课程设置时充分考虑企业对未来产业发展方向的敏感度、对相关产业人才的需求、对岗位职责的清晰要求等，通过校企合作，实现与企业对接，实现学生、学校、企业之间的互利共赢。为了切实提高学生的实践能力，我校可以通过多种方式实现协同育人。

（1）学生进入企业，参与企业项目课题。学校选派能力出众、品学兼优的学生参与企业项目研究开发，完成实践课程，并由企业导师考核和评定成绩。（2）企业指派工程师到学校参与实践教学，企业工程师采用实际工程项目的开发方式进行实践课程教学，让学生在真实项目的开发中理解理论知识，将理论升华，同时应用于实际案例，学生能尽早熟悉企业工程实践项目的开发流程和所需技能。（3）设立大学生实践基地，实行企业工程师和学校专职教师双导师制，利用企业工程师的实际项目经验和学校专职教师的教学经验联合培养指导学生实践，进一步激发学生对本专业学习的热情，达到事半功倍的教学效果。

2.2.3 鼓励学生参加学科竞赛

将学科竞赛纳入人才培养方案中，每个学期根据学生学习情况、课程开展情况选择合适的竞赛项目，提高学生实操能力、创新创业意识与能力，以达到学生早就业、高就业的目的。我校可配备有经验的专业教师负责指导学科竞赛，由教师开展讲座传播理念，增强物联网嵌入式比赛的意识；由参加过竞赛且获奖的高年级学生带队，帮扶低年级学生，同时开展一些经验分享交流会。学校可引导鼓励学生主动思考并探索设计有创意的课题，鼓励学生参与学科竞赛，并给予获奖者一定奖励，以此来激励学生主动积极参与学科竞赛，挖掘学生的潜能。

2.2.4 穿插交融、逐层递阶

在“点面一体化”实践教学体系构建过程中，为了使学生对物联网工程专业的就业前景有清晰的认识，对专业知识有整体把握，我校可采用自上而下逐步分解的方法进行顶层设计，构建“点面一体化”实践教学体系，即从感知层、网络层、应用层整体考虑设计一个能够融合各相关课程知识点的较大项目，再将大项目按照感知层、网络层、应用层知识点进行模块分解，分解为对应各层开设课程的实验项目，融入每个课程的实践教学中。学生在完成每个学期每门课程的实验项目后，在第七学期完成一个集成整合项目。小项目涉及的各课程知识点穿插交融，项目从局部到整体集成，实现逐层递阶，在完成由小到大实践项目过程中，达到理论与实践相结合的目的。“点面一体化”实践教学体系的构建将复杂问题逐步分解，使学生能够通过完成每一个小的实验项目，进而完成整个工程类项目。这样可以极大增强学生的成就感和获得感，从而提高教学效果。

2.3 建立全过程多元化考评机制

“点面一体化”实践教学体系构建需采用全过程多元化考评机制，如实践任务采用小组合作分工的方式，将任务责任分解到人，考核包括平时出勤情况、实践课堂表现、个人实践报告，实践报告主要呈现实践成果，同时以小组为单位进行集体答辩，最终得出实践报告的成绩。

在物联网工程专业实践课程体系中，基础验证型实验、专业类课程设计、综合型实践和工程项目实践4 个层次的要求各不一样，因此在建立多元化考评机制的过程中需要充分考虑各层次课程的特点，制定出符合实际课程教学目标的考核标准。专业认知实习课程考查学生对物联网专业前景的认知能力；基础验证型实验考查学生实操能力；专业类课程设计考查学生运用专业所学知识举一反三、融会贯通的基本能力；综合型实践则注重考查学生灵活运用物联网工程专业知识解决实际问题的能力和创新能力；工程项目实践着重考查学生综合运用物联网工程专业软硬件知识开发物联网应用系统的能力。

3 结语

物联网工程作为一个新兴专业，其人才培养模式和课程体系都在不断完善中。“点面一体化”实践教学体系旨在通过基础验证型实验、专业类课程设计、综合型实践和工程项目实践4 个递进式层次，培养学生物联网工程项目软硬件规划、设计、开发的能力。建立全过程多元化考评机制能激励学生主动探索学习。我校在今后“点面一体化”实践教学体系实施过程中应及时发现问题、反思问题，不断总结经验，再将经验应用到实践教学中，从而优化实践教学体系，提高人才培养质量。