基于物聯(lián)網(wǎng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)研究

孟超 陳松樂(lè) 曹亞?wèn)|

摘 要：高校實(shí)踐教學(xué)在培養(yǎng)本科生創(chuàng)新能力方面發(fā)揮著重要作用，尤其在計(jì)算機(jī)專業(yè)教學(xué)中，實(shí)踐教學(xué)是一些核心課程的主要部分。培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才是高校實(shí)踐教學(xué)的指導(dǎo)方針。通過(guò)分析物聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)，圍繞目前高校計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)的實(shí)際情況，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中心建設(shè)進(jìn)行研究，并結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，提出以“學(xué)生為主，教師為輔”的全新、多層次實(shí)踐教學(xué)體系，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實(shí)踐教學(xué)；計(jì)算機(jī)專業(yè)

DOIDOI：10.11907/rjdk.181139

中圖分類號(hào)：G434

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）010-0213-03

英文摘要Abstract：Practical teaching plays an important part in the cultivation of students′ innovative ability.Especially in the teaching of Computer Science，practice teaching is often the main part of some core courses.It′s the guideline that we should focus on teaching and research in order to cultivate the students′abilities of innovation and practice.This paper is based on the college experiment teaching characteristics and realistic situation of the IoT major. Combining with advanced educational philosophy and teaching methods，we study the requirements of the engineering center of the Internet of things.During the construction of the professional laboratory，we propose "Student oriented，teacher assisted" as a practical teaching system， which integrates with the textbook knowledge closely to train students′ practical ability.

英文關(guān)鍵詞Key Words：Internet of things；practice teaching；computer specialty

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是新一代信息技術(shù)，其定義簡(jiǎn)單而言即物物相連形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，具體包括兩層含義：①物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的核心內(nèi)容，是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展；②物聯(lián)網(wǎng)利用無(wú)線感知節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)任意物品與物品之間進(jìn)行通信、信息交互與資源共享。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)智能感知、智能識(shí)別與普適計(jì)算等信息通信技術(shù)，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)融合中。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后全球信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次高潮。

我國(guó)目前掌握物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高層次人才極度短缺，成為制約IT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸，因此亟需培養(yǎng)大批符合現(xiàn)代發(fā)展需要的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人才[1]。然而，由于高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)開(kāi)設(shè)時(shí)間不長(zhǎng)，通常較為注重理論培養(yǎng)，而對(duì)實(shí)踐教學(xué)重視不足。文獻(xiàn)[2]、[3]針對(duì)實(shí)踐教學(xué)中的問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新、考核評(píng)價(jià)機(jī)制改進(jìn)等4個(gè)方面提出改革與創(chuàng)新的具體舉措，并取得了較好的教學(xué)效果；在文獻(xiàn)[4]、[5]中，針對(duì)本科教學(xué)特點(diǎn)提出“五層次+六模塊”的培養(yǎng)模式，以夯實(shí)學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。然而，目前已有文獻(xiàn)提出的實(shí)踐培養(yǎng)計(jì)劃都是以理論學(xué)習(xí)為主，實(shí)踐課程為輔，這種培養(yǎng)方法明顯不適合當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實(shí)踐需求[6-8]。

本文從探討傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)體系存在的問(wèn)題入手，以物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教育教學(xué)實(shí)踐為核心，研究如何構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人才培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐基地。

1 實(shí)踐教學(xué)體系設(shè)計(jì)

1.1 教學(xué)現(xiàn)狀

為抓住物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展機(jī)遇，南京郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院開(kāi)設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)方向，但現(xiàn)有計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)尚停留在理論教學(xué)的輔助階段，而且是以教師為主的單向傳授，教學(xué)形式與內(nèi)容單一，未充分考慮學(xué)生個(gè)體的興趣愛(ài)好，無(wú)法有效激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性與創(chuàng)新性，因而該教學(xué)方式已不能適應(yīng)現(xiàn)代信息化發(fā)展的需要。

1.2 實(shí)踐教學(xué)體系架構(gòu)

依據(jù)實(shí)踐創(chuàng)新由淺入深的規(guī)律，構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系架構(gòu)。根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，將實(shí)踐課程分為：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、技能實(shí)驗(yàn)、工程創(chuàng)新實(shí)踐與科研創(chuàng)新實(shí)踐。該教學(xué)體系采用“學(xué)生為主，教師為輔”的全新教學(xué)理念，以提高學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)積極引導(dǎo)學(xué)生參與教師的科研工作[9]。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生在校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，可加深學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，為下一步應(yīng)用創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)課程主要包括：信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)導(dǎo)論等。該部分課程可作為物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)方向的先導(dǎo)課程。

技能實(shí)驗(yàn)的目的是培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識(shí)技能。實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常采用課內(nèi)外結(jié)合的教學(xué)方式，對(duì)課內(nèi)知識(shí)點(diǎn)作進(jìn)一步延伸拓展，為學(xué)生提供各種開(kāi)發(fā)式課題。學(xué)生可根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和自己的興趣，自主選擇一個(gè)方向，教師進(jìn)行輔助指導(dǎo)，以進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)技能。該部分的主要課程有：物流網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐、物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與應(yīng)用、嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)等。

創(chuàng)新實(shí)踐的目的是培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力。該部分以南京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為依托，采用產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作的創(chuàng)新教學(xué)模式，為具有獨(dú)立創(chuàng)新能力的學(xué)生提供個(gè)性化創(chuàng)新平臺(tái)。依據(jù)學(xué)生個(gè)人特點(diǎn)確定科研創(chuàng)新項(xiàng)目，積極鼓勵(lì)學(xué)生參加全國(guó)性創(chuàng)新計(jì)劃，也可參與企業(yè)科研項(xiàng)目。將一個(gè)大項(xiàng)目分解為若干模塊，每個(gè)模塊由一個(gè)學(xué)生負(fù)責(zé)，同時(shí)每個(gè)項(xiàng)目組由一位教師進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)與進(jìn)度管理。目前實(shí)驗(yàn)中心為學(xué)生提供的課題有：移動(dòng)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)器人設(shè)計(jì)等[10]。創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是為學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)而設(shè)置的，目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于軟硬件設(shè)計(jì)的興趣，該課程主要面向大學(xué)低年級(jí)學(xué)生。

專業(yè)技能訓(xùn)練平臺(tái)是為專業(yè)課教學(xué)實(shí)踐設(shè)置的，目的是培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。采用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)課題的方式，學(xué)生根據(jù)自己興趣方向開(kāi)展獨(dú)立的專業(yè)技能實(shí)踐。該課程主要面向大二、大三年級(jí)學(xué)生。

科研創(chuàng)新實(shí)踐平臺(tái)是為培養(yǎng)大學(xué)生個(gè)人創(chuàng)新能力而設(shè)置的，采用的形式為產(chǎn)學(xué)研合作方式。實(shí)踐創(chuàng)新平臺(tái)是一個(gè)開(kāi)放式平臺(tái)，其教學(xué)內(nèi)容完全開(kāi)放，學(xué)生可通過(guò)申請(qǐng)項(xiàng)目或立項(xiàng)方式參與到科研實(shí)踐與工程應(yīng)用中，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室資源的有效利用。同時(shí)建立由企業(yè)與指導(dǎo)教師多方參與的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)制度，以加強(qiáng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的培養(yǎng)與考核[11]。

1.3 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，需著重于對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，以提高學(xué)生的科研素養(yǎng)、團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新與協(xié)作能力[12-13]。

實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容主要包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)、管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)3部分。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)是對(duì)學(xué)生綜合能力的訓(xùn)練，也是對(duì)課堂教學(xué)效果的有效檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)題通常比平時(shí)的習(xí)題復(fù)雜許多，也更接近于實(shí)際。實(shí)驗(yàn)著眼于原理與應(yīng)用的結(jié)合，培養(yǎng)從事軟件開(kāi)發(fā)與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)工作所必需的基本技能；管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)也提供了類似訓(xùn)練課程；網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)互連方面的基本技能，其還可以與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)方面的訓(xùn)練。

專業(yè)技能實(shí)驗(yàn)包括物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)、嵌入式開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)與物流網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)主要包括傳感器實(shí)驗(yàn)與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。傳感器實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生對(duì)傳感器技術(shù)的應(yīng)用能力，能夠利用傳感網(wǎng)知識(shí)設(shè)計(jì)信息網(wǎng)絡(luò)；嵌入式開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)可通過(guò)基于ARM的網(wǎng)關(guān)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量、感知結(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理與相應(yīng)的信息處理，利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將大數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，還可通過(guò)PC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)管理以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等功能，以滿足不同用戶的需要；物流網(wǎng)絡(luò)工程實(shí)驗(yàn)主要利用傳感網(wǎng)絡(luò)、控制系統(tǒng)、軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)等組件實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的模擬與應(yīng)用[14-15]。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)包括大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目、企業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目與科技創(chuàng)新項(xiàng)目。大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目是指學(xué)生可根據(jù)興趣自主命題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有設(shè)備開(kāi)發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品；企業(yè)創(chuàng)新項(xiàng)目是指學(xué)生參與的產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目[16-17]，通過(guò)校企合作平臺(tái)，企業(yè)和高校實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新成果、設(shè)備資源和人才的全面共享，從而實(shí)現(xiàn)雙方合作利益的最大化；科技創(chuàng)新項(xiàng)目為指導(dǎo)教師自主設(shè)立的項(xiàng)目，其目的是針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的知識(shí)薄弱點(diǎn)作進(jìn)一步鞏固與加深[4，18-20]。

2 實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)

依據(jù)實(shí)踐教學(xué)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的目標(biāo)，建立多層次的實(shí)踐教學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)。在評(píng)價(jià)體系中導(dǎo)入“能力指標(biāo)”，包括學(xué)習(xí)能力、操作能力與創(chuàng)新能力，如表1所示。

創(chuàng)新能力評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠?qū)W(xué)生在具體應(yīng)用實(shí)踐中體現(xiàn)出的各方面能力與獲得的實(shí)踐成果等進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，其中實(shí)踐成果主要包括授權(quán)專利與競(jìng)賽獲獎(jiǎng)等。

3 結(jié)語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)需要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行有效融合。本文以物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新教育教學(xué)實(shí)踐為核心，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中心建設(shè)進(jìn)行研究，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，提出以“學(xué)生為主，教師為輔”的全新、多層次的實(shí)踐教學(xué)體系，強(qiáng)調(diào)將整體知識(shí)體系與基本工程訓(xùn)練相結(jié)合，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，以培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代IT業(yè)發(fā)展的、高素質(zhì)、復(fù)合型拔尖人才。

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