穆磊+陳建英+謝盈
摘要摘要:以《RFID原理與應(yīng)用》課程為例,按照CDIO理論中的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面培養(yǎng)學生的工程能力。教師講授過程結(jié)合現(xiàn)代化教學手段和信息資源拓展教學內(nèi)容,以應(yīng)用案例為驅(qū)動,啟發(fā)學生帶著問題積極思考;實驗過程以“思路啟發(fā)+嘗試驗證”為主導思想,操作內(nèi)容從觀察現(xiàn)象到剖析本質(zhì);對課程考核方式與評價方法等環(huán)節(jié)進行改革,加大動手、思考、組織及協(xié)作能力的考核力度。通過對學生評教、課程效果、創(chuàng)新成果的有效分析,使教學過程能進一步鞏固課堂知識,提高學生主動學習和獲取課外知識的興趣,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、分析和解決問題的能力,教學實踐取得了較好效果。
關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:CDIO;RFID;應(yīng)用驅(qū)動;物聯(lián)網(wǎng)工程;教學改革
DOIDOI:10.11907/rjdk.162425
中圖分類號:G434文獻標識碼:A文章編號文章編號:16727800(2017)001019203
引言
1999年,以物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ),美國Auto-ID中心首先提出了物聯(lián)網(wǎng)概念。物聯(lián)網(wǎng)被稱為計算機和互聯(lián)網(wǎng)后的第3次信息化產(chǎn)業(yè)革命發(fā)展浪潮。產(chǎn)業(yè)發(fā)展,人才先行,人才是科技發(fā)展的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)是社會需求發(fā)展的必然,是我國當前一項重要的戰(zhàn)略任務(wù)。目前我國從事物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的人才匱乏,為了培養(yǎng)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的高素質(zhì)專業(yè)人才,近年來,數(shù)百所高校設(shè)立了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)[1]。由于物聯(lián)網(wǎng)是一門新興學科,其理論和應(yīng)用實踐都在不斷發(fā)展變化中,不少高校在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)相關(guān)課程體系建設(shè)、課程實踐、教學模式改革等方面作出了很多探索嘗試[24]。當今,隨著以多媒體、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為特征的現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展,人類邁進了信息化社會,特別是計算機多媒體融圖、文、聲于一體的認知環(huán)境的出現(xiàn),使人們關(guān)于教育、教學的傳統(tǒng)觀念受到?jīng)_擊。為了適應(yīng)時代發(fā)展,必須引入新型的教學理念和教學方式,以激發(fā)學生學習興趣,提高教學質(zhì)量。
作為高等工程教育的一種新型框架,CDIO以先進的工程教育理念、較強的實踐可操作性、全面系統(tǒng)的課程體系、普遍適應(yīng)的人才培養(yǎng)模式,贏得了眾多高等工程院系的青睞[5]。物聯(lián)網(wǎng)工程類課程應(yīng)用實踐性強,適合采用CDIO的教育理念和評價標準開展教學。為激發(fā)學生的學習興趣,本文以CDIO工程教育理念為指導,探討CDIO視野下案例驅(qū)動的工程類課程教學方式,并介紹了西南民族大學物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程教學改革實踐與取得的成效。
1物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)內(nèi)涵與特色定位
物聯(lián)網(wǎng)學科是將信息感知、信息傳輸、信息處理、信息領(lǐng)域應(yīng)用相結(jié)合的綜合性理論與技術(shù)的新興學科。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是以計算機、網(wǎng)絡(luò)與通信、控制融合為主要特征的綜合性專業(yè),涉及計算機、通信、控制、電子、信息安全、數(shù)學、物理以及工程等多個專業(yè)知識,學生應(yīng)按復合型工程類人才進行培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)具有鮮明的綜合性、交叉性和應(yīng)用性特點,以“厚基礎(chǔ),重理論,強實踐,求創(chuàng)新,促應(yīng)用”為特色,以“夯實學科基礎(chǔ),注重專業(yè)交叉,強化工程實踐,培養(yǎng)創(chuàng)新能力”為思路,以理論教學和工程實踐為兩條主線,核心是培養(yǎng)學生綜合利用理論知識分析和解決問題的工程實踐能力、工程創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)[3,6]。
西南民族大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)掌握與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的計算機、自動控制、通信與傳感的基本知識、理論、技術(shù)和方法,能夠運用物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)、射頻識別、無線傳感、信息采集處理等技術(shù)實現(xiàn)廣泛的智能化應(yīng)用解決方案,具有較高綜合素質(zhì)、較強實踐創(chuàng)新能力的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域高級技術(shù)人才。培養(yǎng)的學生需要具備綜合運用多學科知識、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)代化工程工具實現(xiàn)智能化應(yīng)用解決方案的能力,能夠勝任物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及產(chǎn)品研發(fā)、集成、技術(shù)支持等方面工作,因而對學生工程化實踐能力的教育培養(yǎng)提出了較高要求。
2CDIO理念
CDIO(Conceive,Design,Implement and Operate)是近年來國際工程教育改革的最新成果,以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習并進行工程實踐,按照工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面培養(yǎng)學生的工程能力,運用綜合培養(yǎng)的方式使學生達到4個層面的預(yù)定目標[4]。
CDIO理念提供給學生更多獲取知識的方法和渠道,把學習過程中的發(fā)現(xiàn)、探索、研究等認知活動突顯出來,使認知學習過程能更多地成為學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的過程。在該理念下,教師要創(chuàng)造提升學生學習興趣的教學環(huán)境,在整個教學活動中扮演一位在適當時機給予學生提示的組織者、引領(lǐng)者,提供知識積累與探索的情境,啟發(fā)學生帶著問題積極思考,讓其逐漸掌握抽象知識與具象產(chǎn)品之間的聯(lián)系并加以運用,從而提升工程能力。
3具體實踐
以《RFID原理與應(yīng)用》課程為例,課程的教學對象是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的大二學生,該門課程是其第一門專業(yè)基礎(chǔ)課??紤]到教學對象的特點,本課程的基本目標是使學生能掌握、熟悉射頻識別技術(shù)及相關(guān)的基本概念原理、射頻識別技術(shù)的相關(guān)協(xié)議,以及RFID應(yīng)用系統(tǒng)及其設(shè)計方法等,逐步培養(yǎng)學生掌握射頻識別技術(shù)的系統(tǒng)集成設(shè)計及分析能力,通過典型案例了解射頻識別技術(shù)在社會生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。教學的核心思想是建立學生對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的感性認識,掌握RFID技術(shù)基本原理和系統(tǒng)應(yīng)用知識,提升對專業(yè)的興趣,為其未來參加工作、增強就業(yè)競爭力打下良好基礎(chǔ)。
在具體教學過程中,將課程中的工程基礎(chǔ)知識以“教師講授+實驗實踐”的方式,依托豐富的信息課程資源拓展教學內(nèi)容,同時對課程考核方式與評價方法等環(huán)節(jié)進行改革,引入CDIO理念,加大學生動手、思考、組織及協(xié)作能力的考核力度,根據(jù)一定的占比進行考核分配。
3.1課程講授
教師講授課程不再單向介紹知識點,而是結(jié)合現(xiàn)代化教學手段和信息資源,對書本知識進行拓展,擴大學生知識面,提高學生的創(chuàng)新思維能力。以應(yīng)用為驅(qū)動,通過視頻案例播放,啟發(fā)學生思考。教師總結(jié)分析步驟,讓學生參與到教學活動中,以增加對學習內(nèi)容的理解深度。以文字形式呈現(xiàn)的書本內(nèi)容是單維、扁平、靜態(tài)的,而視頻包含文字、聲音、動畫、影像等諸多元素,其呈現(xiàn)的知識信息內(nèi)容是多維、立體、動態(tài)的,可調(diào)動學生視覺、聽覺能力協(xié)調(diào)配合,將教學內(nèi)容以多維度、多視角方式呈現(xiàn),提高學習效率。在本學期中,結(jié)合授課章節(jié)內(nèi)容,分別采用RFID公交報站系統(tǒng)、RFID門禁系統(tǒng)、牧場電子標簽、未來商店、智慧餐廳等系統(tǒng)案例視頻,播放前提出問題,播放中啟發(fā)學生思考,播放后學生發(fā)言討論,教師最后總結(jié)。在這樣的教學安排下,學生課堂注意力集中,討論活躍,獲得了較好效果。
3.2教學實驗
實驗實踐是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)相關(guān)課程的重要環(huán)節(jié)。課程開始前,通過交流,了解到學生已掌握C語言編程和邏輯電路的基本知識,而對于嵌入式相關(guān)技術(shù)尚未深入學習。本課程是軟硬件結(jié)合的課程,根據(jù)學生的知識基礎(chǔ)和特點,結(jié)合現(xiàn)有實驗條件,以PC端軟件控制試驗箱硬件完成RFID基本功能作為實驗主線貫穿實驗教學設(shè)計全過程,實驗教學計劃難度設(shè)置合理,循序漸進,可增加學生對專業(yè)的自信心,避免出現(xiàn)畏難情緒。實驗過程以“思路啟發(fā)+嘗試驗證”為主導思想,知識點和操作內(nèi)容由淺入深,引導學生從觀察現(xiàn)象到剖析本質(zhì)。先從對RFID綜合應(yīng)用有感官的認知,觀察試驗箱配套軟硬件,結(jié)合讀寫標簽,觀察分析協(xié)議數(shù)據(jù)包的格式,逐步啟發(fā)學生分析軟硬件背后的運作原理和過程。實驗過程介紹了PC端軟件開發(fā)的基本過程和設(shè)計開發(fā)工具,以及dll調(diào)用方式的優(yōu)缺點及用法,學生通過VB調(diào)用dll中的基本操作函數(shù),實現(xiàn)自己編寫軟件、控制硬件實驗箱完成RFID基本功能。
3.3課程考核
在課程考核部分,以課程綜合設(shè)計作業(yè)為載體,加入團隊系統(tǒng)設(shè)計及展示答辯環(huán)節(jié)。引入?yún)f(xié)作和良性競爭機制,培養(yǎng)學生的團隊分工和協(xié)作理念,便于取長補短,學會溝通和協(xié)調(diào)。同時,通過良性競爭促進任務(wù)的高效完成,實現(xiàn)共贏。在課程綜合設(shè)計作業(yè)評價機制上,發(fā)揮學生自主權(quán),調(diào)動學生的參與積極性。例如團隊項目展示答辯時,引入學生投票機制,將投票結(jié)果按一定比例權(quán)重體現(xiàn)到該團隊項目的總成績上,可體現(xiàn)學生的參與性,激發(fā)其學習興趣。同時,通過權(quán)重系數(shù)的調(diào)整,使學生評價的影響具有一定可控性,防止惡意刷票行為對結(jié)果產(chǎn)生影響。
4教學效果
從學生評教方面看,該學期《RFID原理與應(yīng)用》課程參評學生人數(shù)62人,綜合平均評分4.953分(總分5分)。在激發(fā)學生的學習興趣和主動性、注重學生能力培養(yǎng),教學內(nèi)容能反映或聯(lián)系學科的發(fā)展前沿,能給予學生獨立思考、聯(lián)想和創(chuàng)新的啟迪,以及采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段等評價指標上,均有57人以上評分為優(yōu)秀,從學生主體的角度對該教學方式加以肯定。
從課程效果方面看,作為該課程期末考核的重要部分,組織學生團隊從需求分析、方案構(gòu)思、設(shè)計實現(xiàn)到演講答辯等多個環(huán)節(jié)進行全面實踐,形成了礦井定位、動物管理、自助導游、iCard等多個系統(tǒng)設(shè)計方案,鍛煉了學生的系統(tǒng)分析設(shè)計能力、團隊協(xié)作能力以及現(xiàn)場表達與應(yīng)變能力。部分團隊的系統(tǒng)設(shè)計方案在繼續(xù)完善后,有潛力成為較好的專業(yè)創(chuàng)新作品。
從創(chuàng)新成果方面看,在2016年學校計科學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃立項項目中,2014級物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生取得了較好成績,立項項目包括國家級項目1項、省級項目1項、校級項目3項,在與2014級各專業(yè)的對比中表現(xiàn)突出,其中4個項目和RFID技術(shù)相關(guān)。值得一提的是,非本專業(yè)學生中,與RFID有關(guān)的項目占3項,本專業(yè)學生也作為主要成員參與其中。
綜上所述,從教學過程和效果看,《RFID原理與應(yīng)用》課程的教學方式符合CDIO工程教育理念,取得了較好的實際效果,學生反映良好。
5結(jié)語
《RFID原理與應(yīng)用》課程的實踐教學過程在物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)專業(yè)引入CDIO理念方面作出了一些有益嘗試。結(jié)果表明,該教學方式鞏固了課堂知識,提升了學生主動學習和獲取課外知識的興趣,培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力以及分析與解決問題的能力,取得了較好的教學效果。
學校其它物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)專業(yè)課程也在繼續(xù)貫徹、推廣CDIO理念。在后續(xù)教學過程中,考慮繼續(xù)增強課堂互動機制,引導學生們正確、合理地利用移動互聯(lián)技術(shù),并將其常用的微信互動、微博上墻等交互方式引入課堂,以激發(fā)學生的學習興趣與思考的熱情,將CDIO理念進一步融入課程教學與學生培養(yǎng)工作中。
物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量是一項復雜的系統(tǒng)工程,西南民族大學開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)時間不長,只能從近幾屆學生的課程學習效果和創(chuàng)新競賽成果分析CDIO理念引入實踐教學的影響。從目前的效果看,在物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)專業(yè)引入CDIO理念,在提高實踐教學質(zhì)量、促進物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學改革中發(fā)揮了重要作用,也希望能為物聯(lián)網(wǎng)工程及其它理工科專業(yè)的教學實踐提供有益借鑒。
參考文獻:
[1]物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)最好的20所大學[EB/OL].[20160318].http://learning.sohu.com/20160318/n440958984.shtml.
[2]王志良,閆紀錚,石志國,等.物聯(lián)網(wǎng)學科建設(shè)與教學實踐探討[J].計算機教育,2012(19):4549.
[3]余琍,趙健,黃傳河,等.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)與實踐教學研究[J].計算機教育,2013(15):9497.
[4]崔貫勛,王勇,王柯柯,等.基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學體系的研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理,2013,30(5):111114.
[5]顧學雍.聯(lián)結(jié)理論與實踐的CDIO——清華大學創(chuàng)新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究,2009(1):1123.
[6]王志良,閆紀錚.普通高等學校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系和課程規(guī)劃[M].西安:西安電子科技大學出版社,2011.
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第1期 李秋生,黃隆勝,劉小燕:基于PBL的電子信息專業(yè)基礎(chǔ)課程教學設(shè)計研究軟 件 導 刊2017年標題