吳志剛++張書欽++王海龍

摘 要：鑒于社會對物聯(lián)網(wǎng)工程應用型人才的巨大需求，文中對基于工程實踐能力培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓教學改革進行了系統(tǒng)、深入的探索。以工程實踐能力培養(yǎng)為核心，并分別從綜合實訓的前提條件、教學目標、教學模式、教學內(nèi)容設計、課程考核和教學保障等方面進行了分析與論述。五年的實踐經(jīng)驗表明，工程化的綜合實訓教學能夠達到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)應用型人才培養(yǎng)的要求。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；嵌入式系統(tǒng)；工程實踐能力；綜合實訓；教學模式

中圖分類號：TP399；G642 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2017）10-0-03

0 引 言

作為國家重點發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，物聯(lián)網(wǎng)技術廣泛應用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事等多個領域，但目前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的技術人才十分匱乏。作為一門處于初創(chuàng)期的學科，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)模式、課程體系建設、教學模式等方面都在不斷嘗試和探索[1，2]；在物聯(lián)網(wǎng)應用領域，企業(yè)需要從業(yè)者具有深厚的理論基礎、較強的工程實踐能力和一定的經(jīng)驗積累[3]。實訓作為實踐教學體系中的重要一環(huán)，在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的人才培養(yǎng)中起著至關重要的作用。通過實訓，學生將所學的理論知識與社會實際需求結合起來，真正做到學以致用。中原工學院在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的培養(yǎng)模式、課程體系建設和實踐教學等方面經(jīng)過多年研究，摸索了一套基于工程實踐能力培養(yǎng)的物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓教學模式。

1 綜合實訓教學模式實施的前提條件

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)屬于典型的多領域交叉學科，涵蓋了計算機科學、電路與電子技術和網(wǎng)絡與通信工程等多門專業(yè)的核心知識[4]，物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓涉及十幾門課程，若采用傳統(tǒng)的教學模式，教學內(nèi)容多、學時少，執(zhí)行難度大。為此，教學團隊經(jīng)過多次調研，反復論證，從全局考慮，從以下幾方面入手，進行學生自主學習能力和實踐動手能力的進階訓練，為有效落實綜合實訓奠定了堅實的基礎。

1.1 開放綜合實訓成果展示室，以學生帶動學生，激發(fā)學生的求知欲和探索激情

“興趣是最好的老師”，一個人一旦對某事物產(chǎn)生了濃厚的興趣，就會主動求知、探索、實踐，并在求知、探索、實踐中產(chǎn)生愉快的情緒和體驗，從而激發(fā)學生的潛力和創(chuàng)造力，讓學習持續(xù)進行。因此，教學團隊為了讓學生盡快了解、認識物聯(lián)網(wǎng)實訓，我院專門設置了歷屆學生軟硬件實訓成果展示室，并對外開放。每件成果都清晰標明成果簡介、設計理念和團隊成員、成果參賽所獲獎項和獲獎感言等，并安排團隊成員負責咨詢與解說，以激發(fā)學生的探索激情。借助實物，其效果遠好于集中給學生做動員工作。

1.2 從一年級著手學生自主學習能力、算法設計與編程能力和實踐動手能力的培養(yǎng)

綜合實訓的很多課程都無法在課堂上系統(tǒng)學習，需要學生課下自主學習。顯然，學生的主動性、自主學習能力和動手能力是影響其學習效果的關鍵因素[5]。為此，針對我校學生特點，采用如下措施培養(yǎng)學生的自主學習能力、算法設計與編程能力和實踐動手能力：

（1）從一年級新生入學開始就教育、引導學生訓練自主學習能力和實踐能力。

（2）積極主動參加各層次的學科競賽或大學生科技創(chuàng)新活動，并以此來檢驗學習效果，然后進一步提高興趣、促進自主學習。

在準備競賽或參與科技創(chuàng)新活動的過程中，學生或獨立或團隊協(xié)作訓練邏輯思維能力、算法設計與編程能力、團隊協(xié)作能力以及分析問題、解決問題的實踐動手能力，為綜合實訓打下堅實基礎。

2 綜合實訓的教學模式

我校物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓是在學生完成主要專業(yè)課程的理論學習和主要技能實訓后，綜合運用本專業(yè)的主要知識和技能在?；驅嵱柣丶型瓿晌锫?lián)網(wǎng)技術開發(fā)的綜合性、整體性、系統(tǒng)化訓練的教學過程。其主要目標是以“學以致用”為基本原則，以能力培養(yǎng)為核心，通過項目化的綜合實訓培養(yǎng)學生綜合運用物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的開發(fā)技術、方法和工具，培養(yǎng)能勝任物聯(lián)網(wǎng)相關技術的研發(fā)及物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)規(guī)劃、分析、設計、開發(fā)、部署、運行維護等工作，提升學生技術應用能力和初步職業(yè)能力等，以便學生能利用較短的時間適應社會和企業(yè)要求。通過近5年的沉淀與積累，綜合實訓已形成穩(wěn)定、可操作的實踐教學模式，這種教學模式包括三個階段，即準備階段、執(zhí)行階段和考核與總結階段，其中每個階段又涵蓋多個教學環(huán)節(jié)，如圖1所示。

2.1 綜合實訓準備階段

準備階段一般在第5學期期末，主要完成與實訓相關的開發(fā)技術培訓、實訓開展方式和學生選題與分組說明，目的是讓學生對綜合實訓所涉及的相關技術、開發(fā)工具、實訓題目、學時分配、實訓管理制度以及階段性的檢查內(nèi)容和考核方式有一個較為清晰的了解和認識。

關于實訓選題的設計。綜合實訓旨在培養(yǎng)學生在物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)中進行規(guī)劃、設計和研發(fā)的工程實踐能力。因此，實訓教學采取以項目為核心的組織方式，精心設計的綜合項目以物聯(lián)網(wǎng)體系結構為核心，覆蓋典型感知層、網(wǎng)絡層和應用層的設計及開發(fā)技術等典型專業(yè)知識點。為進行針對性訓練，我們將實訓項目按其涵蓋知識內(nèi)容歸納為無線物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式物聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)三大類。在每一大類中選擇5～7個不同類型的實訓題目，這些課題主要來自于指導老師的科研項目，或者企業(yè)實際需求，抑或是社會服務項目。每屆也會適時增加一些緊跟技術發(fā)展趨勢的新項目、舍去部分舊題目，以擴充、完善實訓項目資源庫。

在準備階段，學生選題與分組對整個實訓的教學效果和教學質量將產(chǎn)生重要影響。為避免學生在自愿選擇項目組時，動手能力強或弱的學生過度集中在某個項目組，導致實訓項目無法正常進行，我們約定每個項目組分配4～6名學生，動手能力強弱的學生均衡搭配。由指導教師選擇本組1名動手能力和組織協(xié)調能力較強的學生作為組長，并由組長根據(jù)學生能力均衡原則，選擇本組項目成員，未被選擇的學生需重新選擇或等待二次分配。

項目組長作為本組項目經(jīng)理，在指導教師的領導下，全權負責項目的開發(fā)進度、總體規(guī)劃、成員的角色分配，主持召開每周項目例會，負責項目組師生之間的溝通與協(xié)調，以及項目組成員的考核。endprint

2.2 綜合實訓執(zhí)行階段

執(zhí)行階段是整個綜合實訓教學的重點，直接決定實訓的教學效果和教學質量。在該階段，學生在指導教師的指導下，嚴格按照物聯(lián)網(wǎng)工程項目展開，涵蓋項目需求分析、方案設計與實施及項目管理等環(huán)節(jié)，由組長帶領團隊成員按照項目進度和項目分工，分步完成實訓項目的設計與開發(fā)任務。指導教師僅在項目的技術線路和關鍵技術等方面給予及時引導，旨在培養(yǎng)學生對物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)的項目規(guī)劃與工程實施能力、團隊協(xié)作能力及自主學習能力。

為解決綜合實訓學時不足問題，實訓時間采用分散與集中相結合的模式。由于第6學期學生還有理論課的學習，而1～10周主要利用課余時間分散進行，學生自主學習，因此項目組長應主持每周項目例會、布置階段任務，組織成員匯報、討論項目方案和撰寫相關階段性技術文檔，并隨時與指導教師交流，及時解決存在的問題。集中實訓安排在11～14周，集中進行項目完善、驗收和撰寫實訓報告。

由于實訓大部分時間都在課外，需要執(zhí)行實訓過程監(jiān)管、嚴格監(jiān)督才能保證實訓任務順利完成。為此，學院設置一名專職的實訓督導教師，負責實訓的日常管理，實時跟蹤實訓教學的執(zhí)行過程，及時發(fā)現(xiàn)并解決學生在實訓過程中遇到的各種問題。

2.3 綜合實訓考核與總結階段

考核與總結是實訓教學的最后階段，在該階段，每個項目組需提交系統(tǒng)設計文檔和系統(tǒng)源代碼。每一位成員需提交給指導老師一份符合規(guī)范的實訓報告，并由指導教師結合每位學生的出勤、階段表現(xiàn)和實訓成果給予相應的考核成績，然后統(tǒng)一參加實訓答辯組的系統(tǒng)驗收和答辯。答辯組對每名學生的實訓成果進行驗收和答辯，并參考指導教師給出的成績對該名學生給出實訓總評成績。

實訓結束后，每位指導教師組需要完成一份實訓總結匯報，對本次實訓中存在的問題進行分析和反思，總結經(jīng)驗和教訓，以便改進。為了全面評價綜合實訓教學效果，在實訓結束后一周內(nèi)，我們會組織學生對實訓效果和教學質量進行綜合評價，包括指導教師的責任心、教學水平、指導質量、學術水平以及實訓項目內(nèi)容、個人在本次實訓中知識和能力方面的收獲等各項指標進行綜合評價。通過綜合評價發(fā)現(xiàn)問題，查找不足，及時改進。

3 綜合實訓教學的保障條件

再好的教學模式如果沒有完備的保障體系來支撐也無法實施。因此，我們從實驗室、師資、教學監(jiān)督與評價和師生管理等方面建立有效的保障體系。

3.1 整合原有硬件實驗室的優(yōu)勢和經(jīng)驗，構建滿足不同需求的綜合實訓平臺

從2009年始，學校陸續(xù)購買了一批應用廣泛的無線傳感器網(wǎng)絡開發(fā)設備和3G移動互聯(lián)終端開發(fā)設備，在整合原有嵌入式系統(tǒng)實驗室、EDA實驗室等基礎上，新建無線傳感器網(wǎng)絡實驗室、物聯(lián)網(wǎng)綜合應用實驗室等，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的硬件綜合實踐平臺和綜合應用實踐平臺全覆蓋，可搭建包括傳感器、無線傳感網(wǎng)絡和RFID的完整物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。目前基本滿足學生的課程實驗和各類實訓需求。

3.2 建立結構合理的指導教師隊伍

為保障綜合實訓教學的順利實施，我們廣泛吸收了具有實際應用背景的教師參與到物聯(lián)網(wǎng)實訓教學中來，并聘請2名實踐經(jīng)驗豐富的企業(yè)技術人員組成教學團隊，該團隊中教授占7%，副教授占26%，講師占56%，助教占11%，其中擁有雙師素質的人才占89%，碩士占83%。對現(xiàn)有教師通過課程培訓和下廠實踐鍛煉，以滿足其理論知識和實踐技能教學需要。

3.3 建立完善的管理制度

為保障綜合實訓的各項教學活動有序推進，學院制定多項政策予以支持，主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓課程設置有6個學分，并制定計算機學院“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓”學生考勤辦法和學生成績考核辦法，要求學生足夠重視這門課，認真按照要求完成綜合實訓任務。

（2）制定計算機學院“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓”選題與評審管理辦法，要求所有的選題必須符合綜合實訓的選題要求，并且通過選題評審小組答辯，才能正式確定為實訓題目。

（3）制定計算機學院“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓”指導教師管理與考核方法，設置一名實訓督導教師，專門負責實訓的日常管理、實訓教學安排和指導教師考核等。

（4）制定計算機學院“物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓”教學評價辦法和信息反饋機制，組織學生對實訓教學效果和教學質量進行綜合評價，多渠道及時反饋存在的問題，監(jiān)督指導老師認真履行職責。

4 結 語

我校物聯(lián)網(wǎng)與嵌入式系統(tǒng)綜合實訓從2010級開始，至今已執(zhí)行完5屆。從歷屆學生到校外實習和就業(yè)情況看，越來越多的學生選擇到北京、上海、廣州、杭州和南京等大城市從事本專業(yè)的研發(fā)工作，說明學生對專業(yè)能力更加自信，就業(yè)面更寬，敢于挑戰(zhàn)的勇氣源于學生自身扎實的專業(yè)知識、熟練的技能以及較強的綜合實踐能力和實踐經(jīng)驗。后續(xù)需要對實訓教學模式進行深入研究，給學生提供更多的社會實踐機會，使我們的綜合實訓更接近企業(yè)生產(chǎn)實際，在強化學生工程實踐能力的同時，積累寶貴的實踐經(jīng)驗，以便盡快適應工作。

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