張 軍，趙英豪，褚云霞，李 娟

（石家莊學院 計算機科學與技術學院，河北 石家莊 050035）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)是石家莊學院科學與技術本科專業(yè)的核心必修課程，具有非常重要的地位和作用.物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)是一門實踐性很強的學科，它是以計算機和計算機網(wǎng)絡為基礎的一門綜合性信息技術；物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)又是一門典型的交叉性學科，它涉及了計算機科學、通信、網(wǎng)絡工程和管理科學等學科知識；物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)廣泛應用于資源環(huán)境管理、環(huán)境監(jiān)測保護、地質(zhì)勘探、測量等相關部門[1，2].本課程的任務是使學生具備運用物聯(lián)網(wǎng)理論分析解決實際問題的能力，為將來從事物聯(lián)網(wǎng)及相關領域的技術開發(fā)、產(chǎn)品設計與生產(chǎn)奠定一定的基礎.受技術發(fā)展太快和實驗條件的限制，物聯(lián)網(wǎng)的教學過程中一般以理論為主，安排的實驗也以演示型和驗證型為主，做完實驗的學生也不一定能將所學知識很好地應用到實際項目中[1].另外，每一章節(jié)的實驗項目相對獨立，課程結束后實驗項目不能形成一個完整的項目整體，學生對物聯(lián)網(wǎng)沒有整體的概念.本研究以項目驅(qū)動的教學模式，改變了教學方式，使學生在課程結束后能夠完成一個完整的物聯(lián)網(wǎng)項目，培養(yǎng)了學生的動手和創(chuàng)新能力，提高了學生就業(yè)的競爭力.

1 教學目的及要求

要求學生對物聯(lián)網(wǎng)有一個整體認識，掌握其體系結構和相關技術.通過對自動識別技術與射頻識別（RFID）、傳感技術、定位系統(tǒng)、智能信息設備的學習，掌握感知識別層的基本知識；通過對無線寬帶網(wǎng)、無限低速網(wǎng)、移動通信網(wǎng)的學習，掌握網(wǎng)絡構建層的基本知識；通過對大數(shù)據(jù)與海量信息存儲、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)中的信息安全與隱私保護的學習，掌握管理服務層的基本知識；通過對智能交通、智能物流、智能建筑等系統(tǒng)的學習，了解物聯(lián)網(wǎng)技術在多個領域中的應用；最后還應掌握物聯(lián)網(wǎng)前沿狀況.在這個過程中強調(diào)掌握物聯(lián)網(wǎng)涉及的基本概念和知識，提高學生對不斷變化的物聯(lián)網(wǎng)的適應能力[3].

通過物聯(lián)網(wǎng)的實驗課程實踐，使學生掌握一定的物聯(lián)網(wǎng)相關技術.通過RFID實驗，掌握低頻、高頻、超高頻和2.4 G有源RFID讀寫器、原理機、標簽的原理及應用；通過物聯(lián)網(wǎng)綜合實驗，掌握低功耗WiFi、Zig-Bee、Bluetooth 4.0 BLE、IPv6等多種無線傳感網(wǎng)絡；通過無線自組織網(wǎng)絡路由、物聯(lián)網(wǎng)管理、調(diào)試與診斷、認知無線網(wǎng)絡、移動計算中的智能感知，了解物聯(lián)網(wǎng)前沿技術和應用.掌握物聯(lián)網(wǎng)技術相關領域的基本知識、基本理論和標準[3，4].

2 物聯(lián)網(wǎng)教學現(xiàn)狀

石家莊學院在2012年人才培養(yǎng)方案中將物聯(lián)網(wǎng)及相關課程加入到計算機科學技術、網(wǎng)絡工程等專業(yè)中，2013年在科學與技術專業(yè)開設相關課程.至今計算機科學與技術學院所有本科專業(yè)都開設物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)的相關課程，每年參與學習相關課程的學生超過千人，因此，如何有效地進行實踐教學顯得愈加迫切和十分重要.

目前物聯(lián)網(wǎng)課程的主要內(nèi)容為感知層、傳輸層和應用層中無線傳感器網(wǎng)絡、RFID技術等，其涵蓋了計算機、通訊、網(wǎng)絡、控制等眾多專業(yè)知識，見圖1.其理論性很強，需要很強的邏輯思維能力，幾乎每一個章節(jié)都可以獨立開設一門課程[3，4]，再加上學院學生基礎較差，導致本課程學生感覺知識量大，學不會.通過幾年的教學實踐，主要發(fā)現(xiàn)有以下幾個問題：

1）作為應用型本科院校，如果依然按照傳統(tǒng)的先理論后實踐的教學模式，理論知識開始學習后才開始實驗課的學習，造成理論和實踐的脫節(jié)，實踐能力差，與社會的人才需求嚴重脫節(jié).

2）作為新興的專業(yè)，高校在實踐教學方面還十分薄弱，安排的實驗大多是演示型、驗證型，缺少實際動手操作的過程，不能激發(fā)學生學習的主動性和創(chuàng)造性.即使組織學生到企業(yè)實習物聯(lián)網(wǎng)應用，大多也是走馬觀花式的見習，缺乏與企業(yè)之間的進一步溝通.

3）高校教師缺乏工程經(jīng)驗.物聯(lián)網(wǎng)工程技術當前處于不斷發(fā)展階段，更新率快，一些舊的技術會被淘汰，需要緊跟技術的腳步，實時調(diào)整，不斷進行改革，以適應社會人才的需求，教師缺少企業(yè)中的實際工程經(jīng)驗，“雙師型”教師嚴重缺乏.

4）缺乏實際應用范例.在物聯(lián)網(wǎng)課程的實驗中，感知層、傳輸層、處理層的實驗都是以獨立的分模塊進行的，沒有形成一個整體，沒有一個完整的物聯(lián)網(wǎng)應用的案例，也沒有具體的企業(yè)應用的案例，實驗依舊停留在演示和驗證階段，缺少對物聯(lián)網(wǎng)整個系統(tǒng)的模擬操作和創(chuàng)新型的實驗項目，大大影響了學生學習的積極性.

圖1 物聯(lián)網(wǎng)涉及的關鍵技術

3 改革方案

物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)是一門應用性、交叉性的課程，采用“任務驅(qū)動”的教學模式更有利于學生的自主學習和創(chuàng)新實踐.

3.1 “項目驅(qū)動”的教學模式改革

“項目驅(qū)動”的教學模式實施方案如下：打破原來課本上的逐章講解和逐章實驗的模式，以教師自身的科研項目或者校企合作的項目為基礎，為學生構建真實的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)設計項目，在課程初期，教師進行項目的演示，讓學生認識到學完本門課程后，自己也可以完成這樣的一個項目，提高學生的學習興趣；進而把本門課程內(nèi)容分成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和應用開發(fā)三大部分，重點講解每部分內(nèi)容的具體實現(xiàn)技術和方式，搭建實際的環(huán)境或平臺，讓學生以小組的形式，緊跟理論學習的進度，分階段地進行項目的研究探討和開發(fā).在項目的開發(fā)過程中，教師引導學生不斷探究新知識的重點和難點，并指導學生通過查閱大量的資料，解決項目中遇到的問題，加深對物聯(lián)網(wǎng)的理解和掌握；最后，每個小組的項目形成一套完整的作品，作為期末的考評，從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和應用開發(fā)這三大部分內(nèi)容進行考核，優(yōu)秀作品可以推薦參加各類競賽或向企業(yè)推薦推廣[1，2].

教學模式實施過程如下：

1）確定小組研究項目

確定要做的方向或題目，自由結組（每組不超過5人），提交研究方案和組名單.表1是通過市場調(diào)研或企業(yè)委托開發(fā)的項目，讓同學們根據(jù)自己的愛好和能力進行選擇，提交資料如表2所示.

表1 可供選擇的物聯(lián)網(wǎng)項目

表2 提交的資料

分組以學生自由組合為主，兼顧學生學習水平的差異.定期組織小組內(nèi)和小組之間的研究討論，針對每個小組選擇的不同項目推薦學生閱讀相關的專業(yè)書籍，查閱相關資料，從而了解更多的專業(yè)相關知識，進而使項目的研究更加深入和具有創(chuàng)新性.

老師隨時在實驗室和學生討論，學生每周做出進度表，如表3所示.

表3 周進度表

2）項目評價

最后每個小組的項目作為期末作品，由相關教師和行業(yè)專業(yè)人員進行驗收和評價.教師評選出的優(yōu)秀作品經(jīng)過進一步的深入研究和專業(yè)教師的指導，參加學校和國家級的各類知識競賽，激發(fā)學生的學習熱情.

3.2 課程考核方式改革

本課程不設置閉卷考試，采取平時的階段性考評和期末大作業(yè)進行綜合專業(yè)考核.具體考核方式如下：

1）階段性考核（平時進度表+考勤）

根據(jù)學生平時的課堂討論和小組的項目進度情況進行考核.學生的期末大作業(yè)是靠平時的積累來完成的，因此過程監(jiān)督更加重要.學生除了完成課堂的學習外，為了完成項目，需要查閱大量的課外資料.另外，課堂考勤也作為一項內(nèi)容進行考核.

2）期末大作業(yè)

讓學生根據(jù)講過的物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)內(nèi)容，結合所掌握的物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)知識，查找物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)的相關應用和知識，做成PPT和創(chuàng)新項目進行講解，同學們可以任意結組，也可以一人一組，但最多不能超過5人，共同完成構想產(chǎn)品，或做出明確的設計方案.

評分標準根據(jù)產(chǎn)品的可用性和查找資料的系統(tǒng)性、完整性和相關性制定，組分占70%，個人貢獻占30%，見表4.評分標準激勵學生做出讓人賞心悅目的產(chǎn)品，并且需要講解得當，引人入勝.

表4 物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)課程考核評分表

學生最后總成績由期末作品（30%）+平時討論和進度（70%）的總和確定.

3.3 物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室建立

石家莊學院物聯(lián)網(wǎng)課程之前的實驗項目一直在嵌入式實驗室完成，為了更好地讓學生們接觸了解物聯(lián)網(wǎng)，結合學院的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同創(chuàng)新實驗室，建設物聯(lián)網(wǎng)演示廳和專業(yè)實驗室，首先實驗室滿足物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)專業(yè)課程的需要，讓學生通過物聯(lián)網(wǎng)實驗，可以更好地感知物聯(lián)網(wǎng)，增強學習興趣.其次，充分利用現(xiàn)有資源，建立具有良好展示性效果的物聯(lián)網(wǎng)平臺，如：智能農(nóng)業(yè)實訓系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)工程應用創(chuàng)新系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)關鍵系統(tǒng)實訓系統(tǒng)，購買物聯(lián)網(wǎng)實驗設備，配套編制實驗手冊，突出專業(yè)特色.積極引導企業(yè)參與共建物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實驗室，聘請企業(yè)高技能人才參與教學.

以一種基于RFID的智能購物車為例，它通過購物車上的無線信號發(fā)射器和后臺數(shù)據(jù)庫進行通信，由顧客通過掃描器自主掃描物品的RFID標簽或者二維碼，實時顯示商品價格、當前總價合計、當前位置以及當前位置的促銷信息，購物完成后可以使用手機支付端進行支付，實現(xiàn)了自主結賬，提高了效率，節(jié)省了成本，并且能夠防止偷盜，可以解決消費者長時間排隊等候的問題，提高了消費者的滿意度，同時也為超市減少了人力成本，增加了利潤，實現(xiàn)了雙贏的原則，大大提高了便利性.在整個項目的開發(fā)過程中，需要同學們相互配合，通過查閱大量資料，完成整個項目的前期調(diào)研、框架搭建、功能模塊的開發(fā).需要多次調(diào)試，不斷完善，使學生對物聯(lián)網(wǎng)知識進行活學活用，深入鉆研，提高學生的動手能力和物聯(lián)網(wǎng)綜合應用能力以及創(chuàng)新能力[4-6].

3.4 校企合作

通過學校建立物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新實驗室和獲批的河北省科技創(chuàng)新券服務機構，能獲得更多的企業(yè)項目，可以將企業(yè)的項目接入到實驗教學中，這樣不但可為企業(yè)節(jié)約成本，同時也使教師和學生在實際的物聯(lián)網(wǎng)應用項目中得到學習和鍛煉，在“做中學”，為學生就業(yè)發(fā)展提供好的專業(yè)技術支撐.具體做法是在項目立項階段由教師帶領學生參與項目分析；教師負責把項目分解，適合學生學習和操作的部分分配給學生們嘗試開發(fā)，教師負責引導和監(jiān)督，難點部分教師負責；項目開發(fā)完后給學生們講解整個開發(fā)過程.

4 結語

社會的發(fā)展將需要越來越多的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才，培養(yǎng)應用型的人才是最終目標，這就要求教師結合原有相關專業(yè)課程，以市場需求為導向，對教學內(nèi)容、教學方式、實驗和實訓等方面進行不斷研究和改革創(chuàng)新，探索新的教學模式和教學方法.本研究基于項目驅(qū)動的教學模式探討了如何進行教學改革來提高學生的創(chuàng)新力和競爭力.

參考文獻：

[1]劉穎，郭娜，張兵.《物聯(lián)網(wǎng)技術導論》課程實驗教學初探[J].物聯(lián)網(wǎng)技術，2014，（3）：91-92.

[2]徐書海.物聯(lián)網(wǎng)應用于智能家居[J].無線互聯(lián)科技，2014，（11）：36.

[3]林寧，張亮.物聯(lián)網(wǎng)下智慧校園建設初探[J].安徽電子信息職業(yè)技術學院學報，2015，14（2）：94-97.

[4]王瓊,趙斌.高職院校中藥知識與應用技能課程開發(fā)的探索[J].科教文匯（下旬刊）,2009，（3）：87.

[5]馮玉東，馮明卿，張國鋒.增強創(chuàng)新實踐能力的程序設計類專業(yè)教學改革與實踐[J].教育教學論壇，2015，（8）：160-161.

[6]喻恒.應用型本科教學下的物聯(lián)網(wǎng)導論課程研究[J].信息與電腦（理論版）,2015，（6）：109-110.