高等职业院校物联网应用技术专业课程生态研究——以兰州职业技术学院“传感网应用开发”课程为例

崔 远,王丽慧

(兰州职业技术学院 信息工程学院, 甘肃 兰州 730070)

近年来,物联网技术飞速发展,其在各个行业的深度应用,预示着未来经济社会对物联网专业人才的需求巨大。为了更好地发展物联网应用技术专业,兰州职业技术学院建立物联网应用技术专业创新型人才培养的新模式[1],引入“学历证书+职业技能等级证书”的1+X证书制度,将证书考核内容融入专业课程中,重构物联网应用技术专业课程体系;加大课程教学中实践教学的比重,强化学生物联网工程实践能力的训练;明确专业课程体系的行业导向,努力培养具备扎实的技术基础、综合应用能力和职业素养,能够适应物联网行业的发展需求,能为社会和企业提供有价值的行业方案和服务的全新物联网专业人才。

一、高职院校物联网应用技术专业课程体系现状

高职院校开设物联网应用技术专业始于2012年,经过多年的发展,已取得了一定的成绩。近几年物联网应用技术专业发展迅速,被广泛应用于智能交通、工业自动化、智慧农业、医疗保健、智能家居、能源管理等众多领域,培养满足行业和企业发展需求的物联网应用技术专业人才成为专业发展的重要目标,这就对建立符合物联网应用技术专业发展趋势的课程体系提出了更高的要求。目前,高职院校物联网应用技术专业课程体系存在以下问题:

(一)专业课程与证书考核内容融通不足

1+X证书制度依然存在学历证书的“1”与职业技能等级证书的“X”简单合并的问题,在学历课程体系“1”外,再为“X”证书考试进行单独的培训,没能充分体现1+X证书制度的核心要素“课证融通”。要实现“1”与“X”之间“课”和“证”融通的重构融合,需要认真分析职业技能等级证书的标准,掌握证书所涉及的知识、技能和素养;将划分出的具体模块、典型工作任务和具体工作岗位与学历课程体系相匹配,实现专业课程体系对物联网产业需求的满足。

(二)按学科设置专业课程的倾向严重

物联网应用技术专业的课程仍然按照学科进行设置,以单一课程为知识主线,注重深入浅出地讲解理论知识,忽略了学生实践能力的培养。这样的课程设置不利于培养高职院校学生的实践能力,与高等职业教育“做中学”和“学中做”的原则相违背。打破这种按学科进行专业课程设置的倾向需要构建多学科知识融合的课程体系,强化学生在物联网项目工程实践能力方面的训练,努力培养学生的多维度融合能力和创新思维能力。

(三)专业课程的行业导向性不足

物联网应用技术专业主要通过校企合作了解行业的需求和热点。但是目前的校企合作模式主要以学生顶岗实习为主,企业在人才培养方面的参与度不足,导致专业课程设置的行业导向性较弱。高职院校物联网应用技术需要拓展校企合作的深度和广度,了解行业发展的方向,重新构建物联网应用技术专业课程体系,形成全新的课程生态,增强学生创新创业能力和就业竞争力,以满足行业的需求。

因此,想要解决物联网应用技术专业课程体系中存在的问题,需要在行业导向的引领下建立课证融通、多维度融合的专业课程体系,运用工程项目实践教学,形成专业课程生态。

二、建立物联网应用技术专业课程生态

为了更好地顺应物联网行业的发展,兰州职业技术学院物联网应用技术专业引入“1+X+CDIO”课程生态理念。其中,“1”代表所对应的物联网应用技术专业的课程;“X”代表若干职业资格等级认证、网络平台资源、人文知识、商业设计策划、商业创新等多学科知识;“CDIO”为工程项目,C代表构思(Conceive)、D代表设计(Design)、I代表实现(Implement)、O代表运作(Operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程项目[2]。物联网应用技术专业“1+X+CDIO”课程生态以“CDIO”工程项目为主线,构建专业课程的基础模块;根据基础模块的内容进行大学生专业竞赛项目和双创竞赛项目等的研究,积累形成项目集群;最后,与企业及教师工作室合作,形成物联网应用技术专业课程生态。在这里,以物联网应用技术专业课程之一的“传感网应用开发”课程为例,详细阐述“1+X+CDIO”课程生态的应用。

(一)重构“传感网应用开发”课程基础模块

“传感网应用开发”课程是物联网应用技术专业的核心课程之一,总体目标是学生具备传感网应用开发的基本知识及应用能力,熟练使用传感网开发软件,能够结合实际开发需求,设计、开发、调试传感网项目。“传感网应用开发”课程引入1+X职业技能等级认证,把职业技能等级标准融入课程中,实现课证深度融通;将课程内容和职业工作任务进行关联,以项目化的方式设计典型工作任务,对接职业岗位,培养学生的核心专业能力[3];同时,构建“传感网应用开发”网络平台课,分享技术、人文和商业等多维度知识,形成“传感网应用开发”课程基础模块(图1)。

图1 “传感网应用开发”课程基础模块

在“传感网应用开发”课程基础模块中,将课程分为基础设计应用、综合设计应用和行业创新应用三个阶段,每个阶段对应典型工作任务。“基础设计应用”阶段对应的典型工作任务包括:STM32微控制器应用开发、RS-485总线通信应用、CAN总线通信应用、基于BasicRF的无线通信应用、NB-IoT联网通信、LoRa通信应用开发等。“综合设计应用”阶段对应的典型工作任务包括:智能感应灯项目搭建、智能环境监测项目搭建。“行业创新应用”阶段对应的主要是农业物联网—智慧农业创新创业实践项目。针对从基础到行业应用的各个阶段所对应的不同典型工作任务,对接职业岗位(如项目系统构建与管理、项目工程安装与实施、项目测试、部品开发、品质检测与管理、项目运营维护、技术服务与支持等),培养学生传感网应用系统的实施、开发和维护等核心专业能力。同时,将人工智能、大数据、可穿戴技术和机器人等最新技术和商业课程、人文课程分享在网络平台课程中,培养学生的人文意识,强化学生设计策划和商业创新与执行的思维训练,形成全新的“传感网应用开发”课程基础模块。

(二)以相对应的项目集群强化实践教学

在“传感网应用开发”课程基础模块学习的过程中,以大学生专业竞赛和大学生创新创业竞赛为主的五个项目集群为目标,进行“传感网应用开发”课程的学习扩展,以此提升物联网行业的引领性和学科的延展性,全面培养学生的专业素养和创新创业能力(图2)。

图2 “传感网应用开发”项目集群

大学生竞赛以大学生为竞赛主体,通过全国或者指定区域的高校相互竞争比赛,让大学生在综合应用所学理论知识的基础上,解决相关领域的应用问题[4]。以“传感网应用开发”课程的核心控制芯片STM32为基础,备赛全国职业院校技能大赛嵌入式应用开发赛项。应用前面构建的课程基础模块中的智能感应灯项目、智能环境监测项目及农业物联网系统三个典型工作任务中的传感器数据采集应用、ADC信号采集应用、ZigBee无线通信技术等重要知识点,实现嵌入式应用开发赛项的学习和实践。在竞赛训练中,继续学习和扩展语音交互技术、超声波技术、循迹技术、红外技术、图像识别技术和RFID读卡技术等,实现整个嵌入式技术的开发应用。同时,“传感网应用开发”课程基础模块中形成的典型工作任务,也为大学生创新创业竞赛项目提供了设计思路。学生竞赛团队在完成课程基础模块典型工作任务的基础上,提出了创新创业项目“AI创想之翼”智慧社区智能服务机器人,将智能安防系统、智慧路灯系统连同嵌入式技术应用开发赛项中的内容进行具体和实际的运用,实现集社区安防、智能路灯、社区巡逻、社区文化宣传、智能停车位管理等功能为一体的综合性智慧社区创新创业项目。加强学生竞赛梯队建设,依托电子科技社团、机器人社团和创新创业团队等学生社团来训练学生,为专业竞赛和创新创业竞赛选拔参赛队员。提升专业延展和市场引领作用,以1+X传感网应用开发基地作为硬件资源,开展社会服务项目,做好社会公益服务,扩大专业相关的科技和科普范围。

“传感网应用开发”项目集群的建设,把技术技能培养、创新思维训练、职业规范养成、解决问题能力训练、团队合作与沟通能力提升等融入每个教学环节,培养学生严谨规范、精益求精的职业素养,增强学生的综合竞争力和职业发展潜力。

(三)构建“1+X+CDIO”课程生态

“传感网应用开发”课程联合课程基础模块和项目集群,构建课程生态(图3)。

图3 “传感网应用开发”课程生态

如今的课程教学更加注重专业知识的延展性和综合性。教师、学生、企业和课程资源共同构成了职业院校课程生态要素的集合,与这四个要素发生直接和间接联系的因子则构成该系统的环境因子集合[5]。“传感网应用开发”以课程基础模块和对应的项目集群为基础,以“CDIO”工程项目教学方式为主线,以教师工作室和企业实践为主体,在两条生态链路中创造科学、高效的教学环境,形成多触点多链路的“传感网应用开发”课程生态。第一条生态链路,根据专业竞赛和“双创”竞赛的内容设计和提出“AI创想之翼”智慧社区智能服务机器人项目。由于智慧社区项目较大,可以将其划分为小型项目模块,并分别设计完成。借助竞赛设备提供企业(北京百科融创科技有限公司)的嵌入式平台,进行专业竞赛的训练和项目研发。对于智慧社区项目中的小型项目模块(智能路灯系统、智能安防系统、超声波测距系统等),学生可以利用大学生创客空间进行项目孵化。同时,以机器人工作室和大师工作室为载体,与北京新大陆科技有限公司和北京百科融创科技有限公司等进行项目校企合作研发,促进校企深度合作。第二条生态链路是企业实践。一方面针对嵌入式技术应用开发赛项,进入北京百科融创进行赛项技术培训,提升学生竞赛能力;另一方面则是与多家企业进行校企合作,了解行业背景,熟悉专业岗位。通过两条生态链路的连接,创造教学、科研与岗位紧密联系的绿色课程生态。

(四)“传感网应用开发”课程教学效果评价

为了检验“1+X+CDIO”课程生态的教学效果,在“传感网应用开发”课程完成后,对2020级物联网应用技术专业3个班级共90名同学进行了“传感网应用开发”课程生态学生满意度问卷调查。其中74%的学生非常认可这种教学模式,认为这种教学模式与传统教学模式相比,为学生提供了更多分析问题和理解问题的视角,提升了学生的科研能力和团队协作能力,对学生进行了全方位的能力培养。此外,对2019级、2020级物联网应用技术专业学生的期末成绩进行对比(表1),发现在“1+X+CDIO”课程生态下完成学习的2020级学生比传统教学模式下完成学习的2019级学生平均提高了7.86分。

表1 “传感网应用开发”课程生态应用前后学生成绩对比

对2019级和2020级学生成绩分布比例作详细对比,结果如图4所示。

图4 2019级与2020级学生成绩分布情况对比

从图4可以看出,2020级学生不及格率为0,出现了较大比例的优秀率,学生的成绩都有大幅度的提升。同时,2020级物联网应用技术专业的学生在各种学生竞赛中也取得了优异的成绩,先后获得了2022年全国职业院校技能大赛嵌入式应用开发赛项甘肃省二等奖、第八届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛甘肃省分赛银奖、第八届全国青年科普创新实验暨作品大赛甘肃赛区三等奖。综上所述,“传感网应用开发”在实施“1+X+CDIO”模式后,学生的学习效果得到了很大提升。

三、结语

在2020级物联网应用技术专业中,实施了“传感网应用开发”“1+X+CDIO”课程生态。通过具体的教学实施,学生在课程中的学习成绩有了很大的提高。物联网应用技术专业“传感网应用开发”课程生态的创新点,一是将课程和对应的1+X证书制度考核内容重组,并借助网络教学平台形成符合行业发展的、多维度融合的课程基础模块,强化学生的传感网应用开发核心专业能力;二是集合大学生专业竞赛、大学生双创竞赛等五个项目集群,作为课程基础模块的扩展,提升学生的职业素养和综合竞争力;三是课程生态将基础模块、项目集群和生态链紧密联系,实现教学、科研和岗位的相互关联和协同共生。