“物联网创新综合实践”课程教学改革研究

汪小威　黄榜益　黄其钊

[摘 要]物联网是下一个万亿级的通信产业，各国都高度重视物联网的发展，其发展的关键在于物联网专业人才的培养。物联网创新综合实践教学是整个物联网专业培养体系的关键，目的是培养具有高素质的创新实践能力的物联网人才。文章以物联网工程专业核心赛事为依托，以竞赛能力培养为目标，融入相关岗位能力要求，依据“物联网创新综合实践”课程教学中存在的问题，提出了赛训结合的课程改革新思路，并给出了具体的实际案例，建立以赛促学、以赛促教、以赛促建的课程教学新模式，促提学生专业竞赛能力的同时，进一步提高其综合运用知识的能力、工程实践能力和创新思维能力。

[关键词]物联网创新综合实践；任务驱动；赛训结合

一、研究背景

随着全球数字化进程的加速和物联网技术的广泛应用，智慧家居、智慧交通、智慧城市等便利了人们的生活，在人们生活和工作中起着不可或缺的作用。在新一轮科技革命与产业变革背景下，物联网产业的发展尤为重要，大力推动物联网产业的创新发展对于增强产业的国际竞争力具有重大作用。作为物联网相关人才培养的高校，如何培养具有创新思维和社会核心竞争力的物联网技术人才值得深思。广大教育工作者和研究者一直致力于物联网专业课程的改革，以提升学生的专业知识应用能力和创新思维能力。“物联网创新综合实践”作为学生一门综合性实践课程，如何设计明确的教学目标，优化教学内容，变革教学方式，促进学生的工程实践能力和社会竞争力培养，对课程教学至关重要。

物联网作为新兴技术产业，在各行各业都具有广泛的应用前景。由于对人才需求缺口较大，物联网相关技术人才的培养在社会上广受关注。在教育界，各院所高校对物联网工程专业愈加重视，物联网专业涉及计算机科学与技术、电子科学与技术、信息与通信工程等多学科的融合，因此具有独特的专业特性。具体如下：

（一）知识面广、知识繁杂

物联网专业的跨学科性决定了课程的知识面广、复杂等问题。绝大多数同学对自己的专业发展和定位不明确，专业能力突显不够，造成在专业技能竞赛、课程学习和就业等方面压力较大，学习内容泛而广，但是都不精通。

（二）教学目标不明确

很多高校物联网专业课程教学定位不能够与行业企业实际岗位进行衔接，导致课程在教学过程中无法达到预期的教学目标，加上部分教师教学能力和水平有限，课程与课程之间的衔接不够等问题，使得学生对课程学习找不准方向，久而久之，便失去了对课程的学习兴趣。

（三）设备资源匮缺，缺乏应用实践创新

目前，笔者所在的南宁学院信息工程学院物联网工程专业具有一套与物联网新兴技术所对应的科学完善的实践教学体系。但在实施过程中，实践教学受到教师、学生、课时、设备等多方面因素的影响，使得实践教学目标达成度较差，未能按照预期要求培养学生的工程实践能力，很大程度上限制了学生的物联网工程实践能力的培养和专业竞争能力的

提升[1]。

因此，如何有效进行物联网工程专业的实践教学这一问题显得愈加严峻。本文以物联网工程专业核心赛事为依托，以竞赛能力培养为目标，融入相关岗位能力要求，提出“物联网创新综合实践”课程的赛训融合课程教学改革方案，采用以赛促学、以赛促教、以赛促建的课程教学新模式，促进学生专业竞赛能力的同时，进一步提高其综合运用知识的能力和工程实践能力。

二、改革思路

针对以上教学过程中遇到的实际问题，本文将以物联网工程人才培养方案为根本，立足行业企业，以岗位需求为导向，按实践知识应用逻辑、产业与社会发展的最新技术和“以学为中心”的思路重构课程内容，着重进行学生应用能力的培养，真正实现以教为中心转向以学为中心、以知识输入课堂向能力产出课堂、封闭课堂向开放课堂转变，让学生真学真做掌握真本领。具体改革思路如下：

（一）个案研究法

以南宁学院信息工程学院与中兴通讯股份有限公司合作办学的中兴通信工程学院校企合作物联网工程专业“物联网综合实践”赛训融合课程教学改革为依托和研究载体。

（二）文献研究法

查阅国内外“物联网综合实践”课程教学相关文献，了解和掌握赛训结合教学模式在物联网课程中的研究动向。

（三）调查研究法

运用调查法研究其他学校物联网工程专业赛训融合课程改革，为“物联网综合实践”课程改革提供依据。

（四）经验总结法

对其他学校物联网工程专业赛训融合课程改革的问题进行分析总结，较全面、深入地揭示经验的实质，构建适合本校的“物联网创新综合实践”赛训融合课程教学改革，融入以赛促学、以赛促教、以赛促建的课程教学新模式，促进学生的物联网专业知识和专业技能的提升，加强学生的工程实践能力培养，进一步提高其综合运用知识的能力[2]。

三、改革举措

（一）依照竞赛要求，重新确定“物联网创新综合实践”课程教学目标和标准。根据蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛与广西大学生人工智能设计大赛两项赛事的要求，重新定位“物联网创新综合实践”的课程目标和标准，实现“赛、学、教”的有机结合。

（二）对“物联网创新综合实践”课程内容进行优化设计、重构，提高学生对知识技能的掌握水平。根据课程教学目标定位，对课程内容进行解构，将零散的知识点按照赛事知识模块划分进行重构，形成基于学科竞赛的物联网项目，完成整个教學，实现以赛促学，以学促赛。

（三）促进实践教学资源建设和课程建设，提高学生的工程实践能力和参与度。根据课程定位和课程项目要求，按照赛事要求，完成教学资源平台、教学材料、设备、耗材材料等的建设，以支撑课程教学和竞赛。

（四）完善课程教学质量评价体系，实现多元评价。探究课程考评、项目考评、教师评价、学生评价、竞赛评价等在内的多方面评价机制。

四、以LoRa的温度采集系统为例的教学案例设计

以第十一届蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛的物联网设计与开发赛道赛题为例，该赛题为设计一个基于LoRa的温度采集系统。通过对项目的分析，进行知识点分解，然后让学生利用相应功能，并按学生的完成度、创新性、小组互评和课堂表现进行评价，最后总得分即为该学生本门课程的考核成绩。

（一）项目简介

系统由两个LoRa终端组成，终端A由主控芯片STM32L071、温度传感器、OLED显示屏组成，终端B由主控芯片STM32L071、键盘模块、OLED显示屏组成。学生需自行编写程序完成赛题要求的功能。

（二）项目要求

终端A功能要求：

1.采集温度传感器上的温度值，并将温度值显示在OLED上。

2.通过User按键，切换选择温度显示界面或参数显示界面。

3.通过微控制器USART2完成串口通信功能（通信波特率9600），可以通过PC，按照以下命令格式要求设置温度参数。

4.根据当前温度与湿度上限、下限参数的关系，控制继电器工作状态。

终端B功能要求：

1.按下矩阵键盘上的B1按键，终端B通过通信模块向终端A发出查询温度指令，查询一次当前终端A采集到的温度数据，并将查询到的结果显示在OLED上。

2.按下矩阵键盘上的B2按键，终端B通过通信模块向终端A发出查询温度参数指令，查询一次当前终端A设置的温度参数，并将查询到的结果显示在OLED上。

3.按下矩阵键盘上的B4按键，终端B通过通信模块向终端A发出查询K1状态指令，1表示当前终端A继电器K1吸合，0表示当前终端A继电器K1断开。

4.按下矩阵键盘上的B5按键，终端B通过通信模块向终端A发出查询K2状态指令，1表示当前终端A继电器K2吸合，0表示当前终端A继电器K2断开。

（三）教学设计

首先，进行教学导入，问题引入：如何实现无线传感器采集系统？然后引导学生进行思考。教师根据学生的回答引入本次课的项目，讲解无线传感器采集系统的组成框架、子系统的组成以及LoRa的通信原理。

任务发布：学生掌握相关基础知识后，教师发布本次课的任务：完成一个基于LoRa的温度采集系统。

任务实施：学生自行分组进行小组内工作任务划分，讨论并完成相关的设计工作，具体包括传感器数据读取、LoRa通信、OLED显示驱动、按键扫描等。教师观察学生的完成情况，解决学生实践过程中遇到的问题。待学生完成任务之后，选择2-3组学生进行成果分享，教师点评。

任务总结：教师根据学生做的过程中遇到的各种问题和分享情况，对整个任务的实现过程进行总结，强调注意事项和关键性的知识点内容，例如，传感器数据读取、数据通信协议设计、OLED显示等。通过本次课程的教学，学生实现了一个基于LoRa的温度采集系统，能够独立编程实现整个系统的各个功能。通过项目的学习和实操，学生掌握了温度传感器驱动的编程、LoRa通信的编程、OLED编程、按键驱动编程及一些设备的控制[3]。

项目考核：每个项目的考核分为：功能完成度占60%，功能创新占20%，小组互评占10%，课堂表现占10%。功能完成度以竞赛题目的评价标准为依据，根据每个功能的完成度给分，同时在原有的功能上如果能夠创新会给予一定的创新分。

五、教学保障

（一）物联网创新型实践平台

构建物联网创新性实践平台，促进学生专业竞赛能力培养。以南宁学院众创空间实验室平台为基础，并以蓝桥杯、中国大学生计算机设计大赛、全国电子设计大赛等赛事为常规赛事，为学生提供竞赛所需设备资源、耗材资源、学生团队资源和教师团队资源，引导学生以竞赛为手段，加强专业知识和技能的学习，促进物联网工程专业学生的综合能力培养。

（二）课程资源建设

依托南宁学院教育部ICT产教融合创新基地，促进物联网创新综合实践课程资源建设。依托ICT产教融合创新基地下智慧交通实验室平台支撑“教、学、做、评”四位一体的教学模式。以项目驱动+工程案例引入的教学方式，使学生更容易接受知识。ICT智慧交通实验室平台拥有教材、教学视频、课件PPT、题库、微课、实验指导手册、工程案例、素材、工具包、二维码资源等多种教学资源。

（三）一课双师

以“一课双师”授课模式（即一门课程由一位企业工程师和一位高校教师联合教学）为牵引，推进“双师双能”型教师队伍建设。以课程对应岗位的能力进行分析，明确课程在物联网领域内的定位，针对岗位技能要求，实施“一课双师”授课模式，共同设计并实施整个教学过程。高校教师和企业工程师共同讨论确定课程教学相关指导文件和教学内容，高校教师负责基础理论知识的教学，培养学生的专业基础能力、学习习惯和规范；企业工程师负责课程实践教学环节，在课程实验中融入企业真实项目，培养学生的工程实践能力、竞赛能力和专业竞争力。通过开展“一课双师”工作，推进“双师双能”型教师队伍建设，深化课程教学内容改革，提高学生实践动手能力。

六、改革成效

提高学生的学习积极性和学科素养：学科竞赛通过比赛的形式，激发学生对学科知识的学习兴趣和求知欲望，提高学生的学习积极性和参与度。同时，学科竞赛也可以引导学生深度思考、分析和解决问题，提升学生的思辨能力和学科素养。

深度挖掘学生的实践能力，拓宽知识视野：学科竞赛可以让学生接触到更广泛的知识领域和实践活动，拓展学生的知识面和实践能力。在竞赛过程中，学生需要进行研究、探究、创新等活动，助推学生发掘个人潜能，提高实践能力。

促进教学质量和教师教学水平的提高：将学科竞赛融入课程教学改革中，可以促进教师的教学质量和教学水平的提高。教师需要研究竞赛的规则、知识点和难点，对学生进行有针对性的指导和辅导。同时，教师也需要针对学生的优势和不足，制订个性化的教学方案，提高教学效果[4]。

增强学生的自信心和竞争意识：学科竞赛可以让学生在比赛中获得成就感和满足感，增强学生的自信心和自尊心。同时，竞赛也是一种竞争性的活动，可以让学生了解自己与他人的差距，激发学生的竞争意识和进取心，有助于学生形成积极向上的心态和态度。

结束语

物联网创新综合实践课程作为物联网专业的一门重点专业实践课程，为了让学生掌握专业知识，提升学生就业能力，本文将学科竞赛融入课程教学中，由教师引导、以学生为中心开展教学，使学生更快更好地掌握专业技能，培养学生解决实际问题的能力，以及创新思维、独立性和团队精神，这符合“学中做，做中学”的理念，有利于通过课程改革取得良好的教学效果。

参考文献

[1]王启明，王凯璇，周艳艳.以学科竞赛为导向的物联网工程应用基础实训课程改革[J].科技视界，2020（4）：97-99.

[2]薛燕红.物联网组网技术及案例分析[M].北京：清华大学出版社，2013.

[3]张务农.物联网发展图景中的教育变革与挑战[J].教育发展研究，2015（17）：21-26.

[4]黄旭，蒋云良，顾永跟.物联网工程专业建设中多学科融合的探索与实践[J].高等工程教育研究，2016（2）：86-90.

作者简介：汪小威（1985― ），男，汉族，湖北当阳人，南宁学院信息工程学院，副教授，硕士。

研究方向：算法设计、嵌入式系统开发、物联网应用。

黄榜益（1987― ），男，壮族，广西南宁人，南宁学院信息工程学院，工程师，本科。

研究方向：软件开发、物联网应用。

黄其钊（1987― ），男，漢族，广西钦州人，南宁学院信息工程学院，工程师，本科。

研究方向：嵌入式开发、物联网应用。

基金项目：2019年第二批教育部产教融合项目“‘新工科人才培养流程再造的研究与实践——以南宁学院与广州粤嵌协同育人模式为例”，项目编号：201902120019。

2021年南宁学院校级专创融合项目“物联网创新综合实践”赛训融合课程教学改革研究，项目编号：2020XJZC01。

2020年南宁学院校级核心课建设项目“无线传感器网络”，项目编号：2020BKHXK04。