地方師范院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)研究

余遠(yuǎn)昱，王久江，魏麗君，秦雨萍，楊濟(jì)寧

摘? 要： 地方師范院校工科專業(yè)普遍存在師資薄弱，資源投入不足的問題，導(dǎo)致工科專業(yè)學(xué)生的動手實(shí)踐與創(chuàng)新能力不足，無法達(dá)到“新工科”專業(yè)建設(shè)的培養(yǎng)目標(biāo)。針對此問題，結(jié)合內(nèi)江師范院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在辦學(xué)過程中遇到的問題，分別從優(yōu)化師資配置、校企合作共建課程、采用項目學(xué)習(xí)法教學(xué)、建立以解決問題為核心的評價標(biāo)準(zhǔn)等幾方面進(jìn)行改革。通過方案實(shí)施，學(xué)生的動手實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力得到了明顯提升。

關(guān)鍵詞： 師范院校; 物聯(lián)網(wǎng)工程; 創(chuàng)新能力; 校企合作; 項目學(xué)習(xí)法

中圖分類號：G642? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2022）06-127-03

Research on the cultivation method of innovation ability of students majoring

in Internet of things engineering in local normal universities

Yu Yuanyu， Wang Jiujiang， Wei Lijun， Qin Yuping， Yang Jining

（School of Artificial Intelligence， Neijiang Normal University， Neijiang， Sichuan 641100， China）

Abstract： Engineering majors in local normal universities generally suffer from weak teacher resources and insufficient resource investment， which lead to insufficient hands-on practice and creativity of students， and fail to achieve the goal of "New Engineering" major construction. Combined with the problems encountered by the Internet of Things Engineering major of Neijiang Normal University in the process of construction， several reform plans are proposed such as optimizing the allocation of teachers， co-constructing courses through school-enterprise cooperation， carrying out Project-Based Learning （PBL） teaching method， and establishing evaluation standards centered on problem solving. After the implementation of the plans， the students' practical ability and creativity have been significantly improved.

Key words： normal university; Internet of Things engineering; creativity; school-enterprise cooperation; PBL

0 引言

為了適應(yīng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，很多地方師范院校開設(shè)了非師范的工科專業(yè)，向當(dāng)?shù)剌斔土舜罅康墓こ倘瞬拧５珟煼对盒９た茖I(yè)師資與實(shí)驗室設(shè)備投入不足，畢業(yè)生的就業(yè)競爭力較弱，就業(yè)不占優(yōu)勢[1]。

地產(chǎn)師范院校工科學(xué)生必須加強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為此我們參照國家“新工科”建設(shè)的要求，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為途徑，培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)的多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[2-5]。

培養(yǎng)工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力強(qiáng)的學(xué)生，是“新工科”建設(shè)的重要目標(biāo)之一。但對于一些地方師范院校，因工科專業(yè)建設(shè)時間短、底子薄，專業(yè)轉(zhuǎn)型較慢，距離“新工科”建設(shè)目標(biāo)還有一定的距離[6]。

我們根據(jù)內(nèi)江師范學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在“新工科”建設(shè)時所遇到的問題進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的教學(xué)改革思路和實(shí)施方案。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)現(xiàn)狀與分析

我校是較早開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的高校，于2012年起招收本科生。雖在專業(yè)建設(shè)方面已積累了一定的經(jīng)驗，但距離“新工科”的建設(shè)目標(biāo)依然有一段距離。兩年前，我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在學(xué)科建設(shè)中遇到一些困難，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

⑴ 師資隊伍建設(shè)與培訓(xùn)滯后

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)主要是在計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程這三門學(xué)科相互融合的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的應(yīng)用型學(xué)科。我校多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教師是來源于計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程等專業(yè)，他們在硬件類課程的教學(xué)積累較薄弱，也缺少企業(yè)的工程開發(fā)經(jīng)驗。此外，專業(yè)教師也較少參與硬件類課程的教學(xué)和實(shí)踐培訓(xùn)。師資隊伍建設(shè)的不足使得我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生在硬件方向的基礎(chǔ)較為薄弱。

⑵ 經(jīng)費(fèi)有限、教學(xué)硬件條件不足

雖然物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實(shí)驗室里配備了模擬電路、數(shù)字電路和單片機(jī)等課程的實(shí)驗機(jī)箱，但因使用年限久，不少配件已經(jīng)損壞或丟失。廠家已不能夠提供維修或采購配件的業(yè)務(wù)。因而大部分實(shí)驗機(jī)箱處于年久失修狀態(tài)，無法滿足課程實(shí)驗教學(xué)需求。學(xué)校辦學(xué)經(jīng)費(fèi)有限，也無法將全部實(shí)驗機(jī)箱進(jìn)行更換。折衷的辦法是使用Multisim、Proteus等軟件進(jìn)行課程實(shí)驗教學(xué)。雖然通過仿真平臺能完成部分實(shí)驗任務(wù)，但學(xué)生不熟悉電子元器件實(shí)物，也無法進(jìn)行硬件系統(tǒng)調(diào)試與查錯。這些因素導(dǎo)致學(xué)生在電路設(shè)計搭建、硬件系統(tǒng)調(diào)試等方面的能力較差。

⑶ 課程知識體系陳舊，教學(xué)方式單一

當(dāng)前新知識的發(fā)展日新月異，各學(xué)科不斷相互融合，學(xué)術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的周期也大為縮短。但不少高校工科專業(yè)選用的教材內(nèi)容陳舊，與社會需求脫節(jié)。雖然有一些高校已調(diào)整工科專業(yè)辦學(xué)方向，但步伐仍滯后于社會發(fā)展的求。

以我校為例，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)的專業(yè)課程以理論為主，實(shí)驗也以仿真為主。課程教學(xué)內(nèi)容多側(cè)重于理論公式的推導(dǎo)或計算，對應(yīng)用場景的介紹較少，導(dǎo)致一些學(xué)生因為過多的公式推導(dǎo)而失去對課程的學(xué)習(xí)興趣。此外，教師的講解中過于強(qiáng)調(diào)教材內(nèi)容的邏輯性和完整性，而忽視學(xué)生對新知識的接受能力。課程教學(xué)的主體依然是教師，缺少學(xué)生的主動參與。這些因素使得學(xué)生對專業(yè)課程學(xué)習(xí)的積極性不高，僅是為了通過考試拿到學(xué)分。

綜上所述，我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)所面臨的問題不利于培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐能力;不利于提高學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題的能力;也不利于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，十分有必要引入新的專業(yè)教學(xué)建設(shè)思路和教學(xué)方法。

2 建設(shè)思路及措施

2.1 建設(shè)思路

根據(jù)教育部“新工科”的建設(shè)目標(biāo)，研究地方師范院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生的創(chuàng)新能力培養(yǎng)方案。以突出行業(yè)應(yīng)用方向、完善專業(yè)課程體系、優(yōu)化課程設(shè)置為目標(biāo);建設(shè)以產(chǎn)業(yè)需求為導(dǎo)向、以學(xué)生為中心的協(xié)同育人培養(yǎng)模式;分別從師資配置、校企合作、教學(xué)方法與評價標(biāo)準(zhǔn)等四個方面進(jìn)行了改革，如圖1所示。

2.2 建設(shè)方案

2.2.1 優(yōu)化師資配置

近二年來，物聯(lián)網(wǎng)工程教研室配合學(xué)校的人才計劃，引進(jìn)了多名教師并形成了新的教學(xué)團(tuán)隊。其中包括三名博士，三名擁有多年企業(yè)工作經(jīng)驗的“雙師型”教師。這些教師主要面向二、三年級的學(xué)生開展專業(yè)課程教學(xué)工作。在教學(xué)中，教師們結(jié)合各自的行業(yè)開發(fā)經(jīng)驗和科研課題講解課本上的理論知識。比如在“傳感器原理與應(yīng)用”課程中，電容式傳感器的原理是電容極板在受到壓力的情況下，極板間距發(fā)生變化從而改變電容值，可用于壓力的測量。聲波能夠產(chǎn)生壓力，因此電容式傳感器可用于檢測聲音，這是電容式麥克風(fēng)的原理。教師在講解該內(nèi)容時，將知識拓展到超聲波（也是一種機(jī)械波），因此也能夠被電容式傳感器所接收。繼而將知識進(jìn)一步拓展到一種新型超聲波傳感器-微機(jī)械電容式超聲傳感器，并引申介紹微機(jī)電傳感器的加工及應(yīng)用等學(xué)術(shù)前沿知識。通過這種方式的講解，不僅將書本的知識拓展到學(xué)生身邊熟悉的應(yīng)用場景，也讓學(xué)生了解到傳感器領(lǐng)域的學(xué)術(shù)前沿知識。類似的課程內(nèi)容，通過舉一反三的案例講解，使學(xué)生了解書本上理論知識的應(yīng)用場景，開闊了思維，也提高了學(xué)習(xí)興趣。

此外，物聯(lián)網(wǎng)工程教研室還會不定期地組織專業(yè)教師開展實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗分享交流活動;安排教師去企業(yè)交流參觀和培訓(xùn)。通過這些活動，逐步提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教師的師資隊伍水平。

2.2.2 校企合作共建課程

為了提高畢業(yè)生的動手實(shí)踐能力，能夠順利走上工作崗位，物聯(lián)網(wǎng)教研室根據(jù)合作企業(yè)對新員工專業(yè)技能、綜合素質(zhì)方面的要求，在高年級開設(shè)了一些專業(yè)選修課程。在教學(xué)過程中，將企業(yè)崗位所需的專業(yè)知識技能融入課程教學(xué)的各環(huán)節(jié)中。課程的考核則參照企業(yè)對新員工培訓(xùn)的要求，由每位學(xué)生動手操作完成。因此通過了課程考核的學(xué)生，就具備了企業(yè)職業(yè)崗位所需的基本技能，這也為企業(yè)提供了潛在的人才儲備。

通過與企業(yè)合作，我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)開設(shè)了“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)”和“工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用”兩門課，授課對象為2018級本科生。企業(yè)提供了基于Cortex-M3內(nèi)核的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)芯片開發(fā)板用于課程教學(xué)，由校企共同制訂課程內(nèi)容和教學(xué)方式。從芯片的通用輸入輸出（GPIO）接口模塊控制發(fā)光二極管、到攝像頭采集數(shù)據(jù)并在液晶屏上回放顯示，再到基于芯片內(nèi)DSP模塊進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理，通過這種循序漸進(jìn)的實(shí)驗任務(wù)，將芯片各關(guān)鍵模塊的功能進(jìn)行講解。學(xué)生按照課程任務(wù)要求，完成硬件連接、交叉編譯、下載調(diào)試等各步驟操作。學(xué)生動手操作完成了課程的各項任務(wù)，不僅熟悉了芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，也達(dá)到了企業(yè)對員工培訓(xùn)的基本技能要求。

在辦學(xué)經(jīng)費(fèi)有限的情況下，通過“走出去”的方式，與企業(yè)合作共建課程。按照企業(yè)員工培訓(xùn)內(nèi)容開展教學(xué)，既解決了現(xiàn)有實(shí)驗機(jī)箱不齊全的問題，又提高了學(xué)生動手實(shí)踐能力。此外，也為企業(yè)提供了符合專業(yè)崗位要求的人才儲備，實(shí)現(xiàn)了校企雙方的共贏。

2.2.3 項目學(xué)習(xí)法教學(xué)方式

“新工科”建設(shè)的目的是培養(yǎng)各種層次和類型的卓越工程科技人才，因此必須建立起以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，并將其貫穿于教學(xué)的全過程。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，為了提高學(xué)生的參與度，物聯(lián)網(wǎng)工程教研室引入了項目學(xué)習(xí)法（Project-Based Learning， PBL）[7]。PBL教學(xué)模式的特點(diǎn)是以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為主，教師講授則為輔。根據(jù)課程要求，設(shè)計一些真實(shí)性任務(wù)，把學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)置到問題情景中，通過學(xué)生的自主探究和合作來解決問題，學(xué)習(xí)隱含在問題背后的科學(xué)知識，最終形成解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力[8]。

在“RFID原理與應(yīng)用”課程教學(xué)中，教師在講解完教材的理論內(nèi)容后，對學(xué)生分組，每組學(xué)生安排不同的RFID應(yīng)用場景作為研究項目。組內(nèi)同學(xué)分工合作完成系統(tǒng)的搭建，并做PPT上臺講解，回答教師和其他組里同學(xué)的問題?！肮I(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用”課程教學(xué)也是以學(xué)生分組完成項目的形式開展。在課程的教學(xué)過程中，教師提供指定項目的指標(biāo)與完成要求、引導(dǎo)學(xué)生如何查找項目的學(xué)習(xí)資料、監(jiān)控整個學(xué)習(xí)過程并保障計劃的順利執(zhí)行。學(xué)生需要分工合作，完成系統(tǒng)電路設(shè)計、驅(qū)動程序編寫、系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試、撰寫報告和上臺答辯等任務(wù)。學(xué)生分工合作解決項目問題，培養(yǎng)了團(tuán)隊協(xié)作精神、協(xié)助能力與溝通能力，也為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下基礎(chǔ)。

2.2.4 建立以解決問題為核心的評價標(biāo)準(zhǔn)

在前期教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)有一些學(xué)生對專業(yè)課的學(xué)習(xí)態(tài)度是為了拿學(xué)分。平時上課不認(rèn)真聽講，考試前突擊復(fù)習(xí)，通過考試后就把課程知識丟掉了。最終學(xué)生不僅沒有掌握該課程的理論知識，也不能在教學(xué)過程中鍛煉創(chuàng)新思維能力。

為解決此問題，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)教研室?guī)熧Y現(xiàn)狀，對“傳感器原理與應(yīng)用”和“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)及應(yīng)用”課程的考核標(biāo)準(zhǔn)做了修訂，增加了提交研究報告的期末考核方式，適當(dāng)?shù)亟档土似谀╅]卷理論考試的權(quán)重。“物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù)及應(yīng)用”課程的期末成績由研究報告和閉卷考試兩部分組成，兩者權(quán)重比例為5：5。教師要求在一定期限內(nèi)，由學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，自行查找資料，提交搭建智能家居、智能交通、智慧醫(yī)療或智慧農(nóng)場等系統(tǒng)的研究報告。學(xué)生必須要對現(xiàn)有的智能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)研分析，并說明自己設(shè)計系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)。研究報告需要包含項目的背景分析、創(chuàng)新點(diǎn)分析、硬件系統(tǒng)選型依據(jù)、軟件實(shí)現(xiàn)流程等內(nèi)容。每位學(xué)生都上臺講解，并回答教師的問題。

通過以上措施，將課程的考核由學(xué)生對教材知識點(diǎn)的記憶轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生對課程主動學(xué)習(xí)能力與創(chuàng)新能力的評價。這種考核方式能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主、探究式的學(xué)習(xí)，不僅鍛煉了學(xué)生創(chuàng)新的能力，也培養(yǎng)了學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

3 結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后的又一次信息化技術(shù)浪潮，也是國家重點(diǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。隨著中國“新基建”的不斷推進(jìn)，各行業(yè)對物聯(lián)網(wǎng)人才的需求和要求也不斷與日俱增。地方師范院校為所在地提供了大量的工程技術(shù)人才，需要與時俱進(jìn)地按照“新工科”建設(shè)要求提高工程人才培養(yǎng)質(zhì)量。

本文根據(jù)內(nèi)江師范學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)在“新工科”建設(shè)過程中所遇到的問題進(jìn)行分析，介紹了我校在師資優(yōu)化、校企共建課程、教學(xué)方法和考核方式等方面所采取的改革方案。經(jīng)過了近兩年的方案實(shí)施，我校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的動手實(shí)踐和創(chuàng)新能力得到了明顯提升。這些改革思路和舉措對于我校智能科學(xué)與技術(shù)、計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)在培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力方面有較好的借鑒作用。

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