淺析案例導(dǎo)向的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)方法論文
物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮，在智能交通、公共安全、工業(yè)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居等各方面都有著廣泛的需求和應(yīng)用前景。然而，國(guó)內(nèi)高素質(zhì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才匱乏已成為制約物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，因此培養(yǎng)與國(guó)際接軌的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才成為函待解決的問題。為此，各高校紛紛開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)科，將其作為教學(xué)和科研的新方向。但是，目前各高校物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)體系和課程的設(shè)立仍然處于起步和探索階段，特別是現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)手段無(wú)法適用于物聯(lián)網(wǎng)這樣一個(gè)多學(xué)科融合、面向系統(tǒng)級(jí)工程應(yīng)用的學(xué)科，很難培養(yǎng)出具有工程能力、創(chuàng)新能力和設(shè)計(jì)能力的綜合型人才，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足物聯(lián)網(wǎng)人才市場(chǎng)的需求，必須提出新的實(shí)踐教學(xué)方法來(lái)改變現(xiàn)狀。本文根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)方向的工程特性，提出以案例為導(dǎo)向的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)方法，通過搭建開放的實(shí)踐平臺(tái)，設(shè)計(jì)豐富的學(xué)習(xí)案例，讓學(xué)生從系統(tǒng)級(jí)層面來(lái)認(rèn)識(shí)物聯(lián)網(wǎng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性。
一、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)改革的意義
物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)相比其他專業(yè)具有多學(xué)科融合的特點(diǎn)，山通信、計(jì)算機(jī)、電子等方向共同組成，是一門應(yīng)用性強(qiáng)、信息技術(shù)集成的創(chuàng)新型工程應(yīng)用學(xué)科。因此，學(xué)科體系建立應(yīng)該遵循“物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)跨學(xué)科知識(shí)的融合和貫通必須通過實(shí)踐來(lái)進(jìn)行”這一原則，必須認(rèn)識(shí)到實(shí)踐教學(xué)在物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)過程中起著至關(guān)重要的作用。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)本科生培養(yǎng)基本思路應(yīng)該是強(qiáng)化基礎(chǔ)、注重實(shí)踐。“重理論輕實(shí)踐”和“重實(shí)踐輕設(shè)計(jì)”的教學(xué)方法很難讓學(xué)生從工程角度認(rèn)知物聯(lián)網(wǎng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)從微觀的階段性目標(biāo)向宏觀的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)轉(zhuǎn)移，在專業(yè)的建立和工程人才的培養(yǎng)兩方面存在不足，無(wú)法培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才。高度重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，推進(jìn)實(shí)踐模式的改革和創(chuàng)新是高校物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)不斷完善的必經(jīng)之路。
二、物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)存在的主要問題
目前各高校物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)尚處于摸索階段，在實(shí)際教學(xué)過程中存在著很多不足。具體存在以下主要問題。
(一)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)薄弱
目前高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)主要采用理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的方式，然而實(shí)踐教學(xué)僅僅作為理論教學(xué)的補(bǔ)充和原理驗(yàn)證，考核方式也以理論知識(shí)為主，導(dǎo)致教師和學(xué)生對(duì)實(shí)踐環(huán)節(jié)重視不足。同時(shí)，山于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)對(duì)教師水平要求比較高，加之現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作相對(duì)復(fù)雜、學(xué)習(xí)周期長(zhǎng)，教師在開展實(shí)踐教學(xué)時(shí)會(huì)縮減一些難度較大的實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中相對(duì)薄弱。
(二)實(shí)踐教學(xué)方法單一
在物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)課程的實(shí)踐教學(xué)中，仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式，即教師以每門專業(yè)課程的知識(shí)點(diǎn)驗(yàn)證為主線進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)綜合性專業(yè)，這樣的教學(xué)方式已不能很好地適應(yīng)新形勢(shì)下的教育體制。學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)識(shí)的思路非常狹窄，自主設(shè)計(jì)能力差，不利于學(xué)生對(duì)課程體系的整體認(rèn)識(shí)，無(wú)法提高學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，最終導(dǎo)致學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)失去了興趣。
(三)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置缺乏關(guān)聯(lián)性
物聯(lián)網(wǎng)課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置都以單一課程為單位，沒有兼顧整個(gè)課程體系之間的內(nèi)部聯(lián)系，缺乏系統(tǒng)性、工程性的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系。在這樣的實(shí)踐教學(xué)指導(dǎo)下，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏主動(dòng)性，無(wú)法將理論和實(shí)踐融會(huì)貫通。高校開展物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)不能孤立地以單門課程為核心，應(yīng)該重視物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程之間存在的緊密的邏輯關(guān)聯(lián)關(guān)系，必須通過課程間的學(xué)習(xí)和關(guān)聯(lián)逐步建立起整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概念。
(四)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)不完備
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，主要以設(shè)備廠商生產(chǎn)和高校自制設(shè)備為主，受研發(fā)周期和研發(fā)能力的影響，水平參差不齊。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相對(duì)復(fù)雜，教學(xué)難度提高。
三、物聯(lián)網(wǎng)案例教學(xué)的實(shí)施策略
通過對(duì)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)所存在不足進(jìn)行分析，最主要的問題是現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)手段不能滿足物聯(lián)網(wǎng)方向?qū)?shí)踐型人才培養(yǎng)的需求，必須提出行之有效的教學(xué)方法來(lái)改變現(xiàn)狀。本文結(jié)合哈爾濱理工大學(xué)軟件學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)方向?qū)嵺`教學(xué)開展過程，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)特點(diǎn)，提出將案例教學(xué)方法切實(shí)運(yùn)用到物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)中，在軟件學(xué)院自主研發(fā)的基于軟硬件開源的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)上搭建教學(xué)案例。以案例為導(dǎo)向，突出軟件工程專業(yè)優(yōu)勢(shì)，建立適應(yīng)學(xué)科發(fā)展的實(shí)踐體系，提高教學(xué)效果，讓學(xué)生系統(tǒng)地認(rèn)知物聯(lián)網(wǎng)，鍛煉動(dòng)手能力，培養(yǎng)行業(yè)所需人才。具體的實(shí)施方案如下。
(一)開發(fā)面向?qū)嶋H需求的實(shí)踐案例
物聯(lián)網(wǎng)在國(guó)際以及國(guó)內(nèi)都是新興的戰(zhàn)略化產(chǎn)業(yè)，在工業(yè)制造和實(shí)際生活中都有廣泛的應(yīng)用，在某些行業(yè)已經(jīng)形成一套產(chǎn)業(yè)體系。參照成熟工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，軟件學(xué)院自主研發(fā)的基于軟硬件開源的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)是將開源軟硬件Arduino平臺(tái)和Digs公司出品的物聯(lián)網(wǎng)XBee模塊產(chǎn)品線相結(jié)合的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)儀器，具有與國(guó)際頂尖實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平相接軌的特點(diǎn)，在此平臺(tái)上所搭建的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)案例除了兼顧理論教學(xué)特點(diǎn)，同時(shí)參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)的項(xiàng)目模型具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，使教學(xué)與產(chǎn)業(yè)接軌，激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。
(二)設(shè)計(jì)覆蓋理論教學(xué)課程的實(shí)踐案例
物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐課程需要以專業(yè)基礎(chǔ)課程為基礎(chǔ)，面向真實(shí)完整的物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)踐內(nèi)容。實(shí)踐環(huán)節(jié)課可設(shè)置在基礎(chǔ)理論課之后，在大二年級(jí)即可開始基礎(chǔ)的實(shí)踐課程教學(xué)，然后逐步進(jìn)入到結(jié)合實(shí)際的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，在實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)中，通過引入企業(yè)實(shí)際物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目對(duì)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)所設(shè)置的課程包含軟件開發(fā)、嵌入式、傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID以及系統(tǒng)移植等諸多方面，這些看似獨(dú)立的課程在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的建立過程中交叉運(yùn)用，相輔相成，形成一套完整的智能網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)物物相連。所以案例設(shè)計(jì)要完成對(duì)所開課程的覆蓋，在自制設(shè)備所設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目基礎(chǔ)上完成案例設(shè)計(jì)，點(diǎn)面結(jié)合，讓學(xué)生體會(huì)到物聯(lián)網(wǎng)理論體系與具體實(shí)踐的關(guān)系，讓教師在教學(xué)過程中有落腳點(diǎn)來(lái)直觀闡述問題。
(三)制定突出軟件工程專業(yè)特點(diǎn)的實(shí)踐教學(xué)案例設(shè)計(jì)方案
物聯(lián)網(wǎng)涉及通信、信息、電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制和傳感技術(shù)等多個(gè)專業(yè)，在案例教學(xué)過程中應(yīng)處理好物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)與軟件工程基礎(chǔ)課程的關(guān)系，在涵蓋專業(yè)科目的基礎(chǔ)上，運(yùn)用基礎(chǔ)學(xué)科理論知識(shí)。
(四)構(gòu)建開放的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)與實(shí)訓(xùn)模式
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)該始終堅(jiān)持開放的原則，與國(guó)際領(lǐng)先物聯(lián)網(wǎng)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行廣泛、充分的互動(dòng)合作。在參考國(guó)際物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，勇于創(chuàng)新，與國(guó)內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)對(duì)接，了解系統(tǒng)架構(gòu)的廣泛性，提高其可擴(kuò)展性，為學(xué)生提供二次開發(fā)的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。成熟的案例設(shè)計(jì)有助于學(xué)生在原有模式上完成創(chuàng)新項(xiàng)目，豐富實(shí)踐案例，最終形成產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品，為專業(yè)實(shí)訓(xùn)模式的建立提供扎實(shí)的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛，遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、政府工作、公共安全等多領(lǐng)域。在教學(xué)案例的選擇上要依據(jù)所開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容及學(xué)生的水平，設(shè)計(jì)難度適中并能引發(fā)學(xué)生興趣的案例，例如智能照明系統(tǒng)、智能家居和智能停車場(chǎng)等。
(五)確立完善的項(xiàng)目開發(fā)模式
物聯(lián)網(wǎng)是個(gè)綜合性學(xué)科，軟硬件結(jié)合，又可細(xì)分為系統(tǒng)架構(gòu)、終端界面設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)搭建和傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)等方向。在實(shí)例研究和教學(xué)過程中，應(yīng)參考公司項(xiàng)目開發(fā)模式，根據(jù)項(xiàng)目功能進(jìn)行模塊劃分。讓學(xué)生在了解基本架構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身興趣針對(duì)某一方面進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和開發(fā)，加強(qiáng)專項(xiàng)人才培養(yǎng)力度。針對(duì)有創(chuàng)新想法的學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)，參與競(jìng)賽或創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)等，提高學(xué)生自主開發(fā)的能力。
實(shí)際教學(xué)實(shí)踐過程表明，以案例為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)過程在物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)過程中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)如下:1.通過設(shè)計(jì)全方位覆蓋物聯(lián)網(wǎng)方向?qū)I(yè)課的實(shí)踐案例，讓學(xué)生體會(huì)到理論課程設(shè)置的關(guān)聯(lián)性和整體性，進(jìn)一步強(qiáng)化理論和實(shí)踐教學(xué);2.通過建立通用的工業(yè)級(jí)案例開發(fā)框架，為完成物聯(lián)網(wǎng)案例庫(kù)提供前期支持，同時(shí)為學(xué)生競(jìng)賽、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目提供開放體系框架參考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識(shí);3.通過構(gòu)建案例教學(xué)實(shí)踐體系，將項(xiàng)目實(shí)施作為主線貫穿于實(shí)踐教學(xué)的全過程，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。 總之，物聯(lián)網(wǎng)案例實(shí)踐教學(xué)在自制設(shè)備設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上進(jìn)行綜合和強(qiáng)化，將理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，輔助完成軟件學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)方向的理論和實(shí)踐體系結(jié)構(gòu)的建立。實(shí)踐證明，以案例為導(dǎo)向的實(shí)踐教學(xué)方法適用于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)，同時(shí)也是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)體系建立的必然需求。
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