周 力,姚茂群,劉淑婷,李怡雯

（1．杭州師范大學(xué) 國際服務(wù)工程學(xué)院，浙江 杭州 311121；2．杭州華恩教育科技有限公司，浙江 杭州 311121 ）

0 引 言

進入21世紀以來,社會正在從人與人的信息互聯(lián)服務(wù)需求快速轉(zhuǎn)換為從物聯(lián)網(wǎng)得到人與人、人與物、物與物的信息互聯(lián)需求,信息化正在從互聯(lián)網(wǎng)時代變換為物聯(lián)網(wǎng)時代。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),將會使計算機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在更多領(lǐng)域有更深層次的應(yīng)用,使得信息技術(shù)與人類社會的發(fā)展更為密切。物聯(lián)網(wǎng)將被視為計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮。目前高校物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)屬于理論知識與實驗平臺相結(jié)合的教學(xué)模式,教育模式過于單一,無法與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合,探討一種基于互聯(lián)網(wǎng)的在線物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)平臺已經(jīng)是培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)方面人才的當(dāng)務(wù)之急[1]。

1 物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)作為一個通信、電子、計算機等多學(xué)科融合的綜合性學(xué)科,要求學(xué)生有扎實的理論基礎(chǔ),并能自己動手完成實驗驗證相關(guān)理論?，F(xiàn)階段高校物聯(lián)網(wǎng)的教育多著眼于嵌入式教育,教學(xué)模式單一,與社會生產(chǎn)脫節(jié),硬件設(shè)施也達不到物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的要求,導(dǎo)致學(xué)生的成長空間受到限制[2]。

1.1 實驗器材依賴性高

由于缺少經(jīng)費,高校實驗設(shè)備無法及時更新。現(xiàn)有的高校嵌入式實驗箱的硬件多采用ARM9系列的處理器,現(xiàn)階段涉及這款處理器的產(chǎn)品在市場上越來越少,與實際生產(chǎn)嚴重脫節(jié)。這些平臺單一性實驗多,綜合性開發(fā)實驗少,涉及物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域里最先進的嵌入式技術(shù)的實驗內(nèi)容幾乎沒有,與社會生產(chǎn)需求的嵌入式技術(shù)聯(lián)系較少。高校往往只會購買涉及一款處理器的實驗箱,當(dāng)學(xué)生需要學(xué)習(xí)其他處理器時,如市場上比較流行的Cortex系列處理器時,往往缺少實驗設(shè)備?，F(xiàn)有高校對實驗室的實驗器材進行統(tǒng)一管理,學(xué)生無法將嵌入式實驗中的實驗箱帶出實驗室,往往只有每周上課過程中的幾次做實驗的機會,學(xué)生在課后進行嵌入式理論驗證的想法無法在第一時間得到驗證,時效性變得很差[3]。

1.2 編程語言單一

物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)應(yīng)用涉及多種編程語言,在現(xiàn)實的生產(chǎn)當(dāng)中會根據(jù)不同的需求選擇不同的編程語言,如物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)是對性能和資源要求更高的硬件,此項目的開發(fā)就比較適合使用像Java和Python這樣的高級語言。但目前高校的實驗箱僅支持嵌入式Linux系統(tǒng),開發(fā)語言僅限于C語言和C++,學(xué)生無法用Java和Python等語言做實驗,不利于學(xué)生培養(yǎng)求職的競爭能力。

1.3 課程體系落后

物聯(lián)網(wǎng)是包括計算機網(wǎng)絡(luò)、電子技術(shù)、人工智能、云計算等技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)及應(yīng)用,當(dāng)下高校的物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)內(nèi)容無法與這些新技術(shù)緊密相連。高校的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)實驗更多偏向于基礎(chǔ)理論的驗證,在課程的設(shè)計上,沒有實質(zhì)的綜合性的項目供學(xué)生學(xué)習(xí)與研究,沒有與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)需求相結(jié)合。在物聯(lián)網(wǎng)越來越普及的時代,高?，F(xiàn)有的實驗課程不能體現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的最新應(yīng)用,有很大的改革和提升空間[3]。

1.4 實踐教學(xué)欠缺

現(xiàn)在高校的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)多以理論教學(xué)為主,教師通過板書講解相關(guān)知識點,學(xué)生被動地聽,學(xué)期結(jié)束時物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)相關(guān)課程的考核也以書面考試為主,學(xué)生在平常的學(xué)習(xí)當(dāng)中,除了學(xué)校開設(shè)的實驗課,很少有機會接觸物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的項目,而且高校的實驗課多以簡單的嵌入式實驗為主,導(dǎo)致學(xué)生動手實踐能力欠缺,降低學(xué)生的積極性和熱情,在以后求職的過程當(dāng)中處于不利地位。

1.5 師資力量薄弱

在我國,物聯(lián)網(wǎng)仍然屬于一個新興產(chǎn)業(yè),現(xiàn)有的大部分高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的時間不長,缺少建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的經(jīng)驗。大部分的高校教師缺乏物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教育背景,沒有經(jīng)過專業(yè)的訓(xùn)練,專業(yè)學(xué)術(shù)水平較低,沒有開發(fā)大型物聯(lián)網(wǎng)項目的經(jīng)驗,沒有足夠的實踐經(jīng)驗和知識儲備,教學(xué)水平不高。

2 在線教學(xué)平臺的建設(shè)內(nèi)容

在線教學(xué)平臺是以O(shè)BE教學(xué)理念為指導(dǎo)原則,以學(xué)生為中心衡量教學(xué)成果,以培養(yǎng)專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)人才為主要目標的平臺,針對上述現(xiàn)狀,在線教學(xué)平臺主要包括虛擬仿真平臺、在線編程模塊、物聯(lián)網(wǎng)項目實驗、智慧輔導(dǎo)系統(tǒng)等內(nèi)容,將有效改進高校物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)過程當(dāng)中存在的問題,在線教學(xué)平臺框架如圖1所示。

圖1 在線教學(xué)平臺整體框架圖

2.1 虛擬仿真平臺建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)對硬件的依賴性較高,但高校的硬件設(shè)施又十分地單一與落后,虛擬仿真平臺的建設(shè)可以有效解決高校在物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)教學(xué)設(shè)備方面資金投入的不足導(dǎo)致實驗室器材設(shè)備落后,實驗局限于嵌入式方面簡單理論的驗證,對涉及物聯(lián)網(wǎng)中的智能模塊的實驗束手無策等問題。將這個虛擬的仿真平臺放在服務(wù)器端,學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)訪問這個平臺。在硬件設(shè)計方面,將物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)中的硬件虛擬化。平臺將在物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)過程中涉及的各種開發(fā)板做成模型供學(xué)生選擇,加入開發(fā)過程涉及的各種模塊,如WiFi模塊、藍牙模塊、各類傳感器模塊等。學(xué)生學(xué)習(xí)時,只需在仿真平臺上選擇對應(yīng)開發(fā)板即可,同時,與這款開發(fā)板相對應(yīng)的各個芯片的數(shù)據(jù)手冊,硬件原理圖等資料也會呈現(xiàn)在學(xué)生面前;學(xué)生學(xué)習(xí)某個模塊時,只需將與開發(fā)板對應(yīng)的模塊加入開發(fā)板即可,這大大減少了硬件成本,方便了實驗的進行,增加了學(xué)生學(xué)習(xí)知識的多樣性。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涵蓋了多門學(xué)科的眾多課程,仿真軟件也多種多樣,選擇合適的仿真軟件對學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性有很大的幫助,可將多種開源的虛擬仿真軟件集成到仿真平臺上,使學(xué)生可以更加直觀看到實驗結(jié)果,增加實驗的可進行性[4],部分建設(shè)內(nèi)容見表1。

表1 虛擬仿真平臺建設(shè)

2.2 在線編程模塊建設(shè)

在現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)教育體系下,學(xué)生在離開實驗室后無法進行相關(guān)實驗,課后進行編程時出現(xiàn)的問題也無法第一時間解決。在線編程將物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)過程中涉及的環(huán)境集成到服務(wù)器端,使學(xué)生可以在離開實驗室以后進行相關(guān)實驗,學(xué)生只需在PC端編寫相關(guān)實驗代碼,然后將代碼上傳至在線教學(xué)平臺,加載至平臺中的仿真模塊,結(jié)果將第一時間呈現(xiàn)在學(xué)生面前,降低實驗環(huán)境對學(xué)生編程的束縛,使學(xué)習(xí)者更加關(guān)注代碼本身,提升學(xué)習(xí)的效率。舉個簡單的例子,點亮開發(fā)板的led燈,學(xué)生根據(jù)這塊開發(fā)板相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊進行編程,編譯完成后將程序上傳至平臺,由平臺呈現(xiàn)出實驗最后的結(jié)果。在這個在線編程過程當(dāng)中,后臺的教師可以實時查看學(xué)生的代碼,根據(jù)仿真結(jié)果對學(xué)生進行指導(dǎo),同時教師可以全程實時協(xié)助學(xué)生編程,使實驗過程中出現(xiàn)的問題能夠快速得到解決。在線編程的模式能夠支持除了C語言和C++以外的開發(fā)語言,使實驗不僅局限于Linux操作系統(tǒng),也能夠支持Android移動操作系統(tǒng),符合物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的實際需求[5-6]。在線編程建設(shè)構(gòu)思如圖2所示。

2.3 教學(xué)改革

2.3.1 教材改革

高校物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該在原有的教學(xué)大綱的基礎(chǔ)之上,加入物聯(lián)網(wǎng)前沿知識和技術(shù),緊跟時代的步伐,有效地結(jié)合生活中物聯(lián)網(wǎng)的實例,充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。高校的物聯(lián)網(wǎng)課程既要幫助學(xué)生開闊視野,又要幫助學(xué)生積累相關(guān)工作技能。在在線教學(xué)的平臺上,在原有嵌入式的課程基礎(chǔ)上設(shè)計相關(guān)電子教材,加入物聯(lián)網(wǎng)前沿知識和技術(shù)的課程,增加與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合密切的課程如大數(shù)據(jù)、人工智能等。一方面學(xué)生可以利用移動終端隨時隨地訪問在線教學(xué)平臺學(xué)習(xí)相關(guān)課程,另一方面學(xué)生學(xué)習(xí)的知識能緊貼“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的發(fā)展,加大學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性,為學(xué)生提供更多更好的學(xué)習(xí)資源。

2.3.2 實驗改革

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是需要動手實踐的專業(yè),現(xiàn)有的高校物聯(lián)網(wǎng)教育以理論教育為主,在涉及物聯(lián)網(wǎng)前沿技術(shù)編程的時候,一是高校缺少相關(guān)課程,二是受實驗條件的約束,學(xué)生在這方面的能力往往很欠缺。高校在進行物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才培養(yǎng)的時候,應(yīng)根據(jù)社會需求制訂科學(xué)的培養(yǎng)方案,增加實驗的比重,提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)能力,滿足社會對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的需求。在在線教學(xué)平臺上,在原有的實驗基礎(chǔ)上,設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)涉及的各個實驗課程,如網(wǎng)絡(luò)編程當(dāng)中的TCP/IP協(xié)議、藍牙協(xié)議、WiFi協(xié)議等,學(xué)生可以根據(jù)自己對理論知識的理解,在自己的PC端進行編程,將自己的代碼傳至在線教學(xué)平臺,教師可以根據(jù)學(xué)生代碼運行的結(jié)果,對學(xué)生進行相應(yīng)指導(dǎo),對學(xué)生提供必要的幫助,訓(xùn)練學(xué)生的動手能力。同時,教師可以將一些企業(yè)級的項目放在平臺上,讓學(xué)生以團隊的形式協(xié)作完成,增加學(xué)生項目經(jīng)驗的同時,培養(yǎng)團隊合作的能力與意識。以智能家居中花卉監(jiān)護系統(tǒng)為例,在平臺上模擬應(yīng)用場景,包括各類傳感器,學(xué)生在PC端根據(jù)綜合傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行編程,將編譯的程序上傳至平臺,智能控制花灑澆水。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的實驗改革可提高教學(xué)質(zhì)量,使理論與實踐高度結(jié)合,使學(xué)生對所學(xué)知識有更加深刻的認識,做到“時時學(xué)、處處學(xué)”,很好地解決高校在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)由于實驗器材不足限制學(xué)生發(fā)展的問題。實驗改革建設(shè)層次如圖3所示。

圖2 在線編程建設(shè)構(gòu)思

圖3 實驗改革建設(shè)層次

2.4 智慧輔導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)

在互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的時代,利用互聯(lián)網(wǎng)來提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率,改善學(xué)生學(xué)習(xí)的方法顯得越來越重要,在線教學(xué)平臺的智慧輔導(dǎo)系統(tǒng)就是一個比較有效的手段。在課程開始之前,學(xué)生可以根據(jù)上傳的學(xué)習(xí)資料進行在線預(yù)習(xí),方便教師教學(xué)內(nèi)容的展開。在上課的過程中,教師的編碼區(qū)對所有的課堂學(xué)生可見,教師可以查看每一個學(xué)生的代碼,幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題。課后,教師可以在線布置作業(yè)、檢查作業(yè),學(xué)生可以在線完成作業(yè),教師實時將作業(yè)的結(jié)果反饋給學(xué)生,學(xué)生能在第一時間知道自己知識的掌握情況。智慧輔導(dǎo)系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計和算法分析,對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行分析,呈現(xiàn)出各個學(xué)生在學(xué)習(xí)需求、編程能力、知識水平等多方面的差異,幫助教師因材施教,使教學(xué)的科學(xué)性、有效性、針對性得到提高[6]。智慧輔導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)思如圖4所示。

2.5 師資隊伍建設(shè)

圖4 智慧輔導(dǎo)系統(tǒng)建設(shè)構(gòu)思

在線教學(xué)平臺不僅是一個學(xué)生學(xué)習(xí)的平臺,也是教師學(xué)習(xí)的平臺?，F(xiàn)有高校的物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)和目標難以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求,作為教學(xué)活動的引導(dǎo)者,教師要有更扎實的理論知識,更高的行業(yè)眼界。在理論知識方面,在在線教學(xué)平臺開設(shè)相關(guān)課程供教師學(xué)習(xí)來提高教師的理論水平;在實踐能力方面,在在線教學(xué)平臺上聘請企業(yè)工程師對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教師進行專業(yè)培訓(xùn),讓教師參與到企業(yè)實際的生產(chǎn)活動中,提高教師的實踐能力。高校應(yīng)該重在培養(yǎng)“雙師型”的教師,既要具備豐富的專業(yè)知識,又要具備一定的動手實踐能力,從而不斷地提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)的專業(yè)性。

3 在線教學(xué)平臺建設(shè)的注意事項

(1)在原有物聯(lián)網(wǎng)課程的基礎(chǔ)上,加強其與在線教學(xué)平臺電子教材之間的聯(lián)系,通過智慧輔導(dǎo)系統(tǒng)獲取學(xué)生對在線教學(xué)平臺的反饋,根據(jù)學(xué)生的需求,對教學(xué)方法、培養(yǎng)模式、實驗設(shè)計等進行優(yōu)化。

(2)時刻關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展動態(tài),搜集和選取在物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中常用的案例,將其規(guī)劃成理論知識教學(xué)和實驗教學(xué),放入在線教學(xué)平臺供學(xué)生學(xué)習(xí)。隨著這些案例的累積,學(xué)生能將學(xué)到的知識學(xué)以致用,增加學(xué)習(xí)的動力。

(3)將鞏固理論知識、提高動手能力、開拓行業(yè)視野、以興趣引導(dǎo)實驗這種培養(yǎng)模式應(yīng)用到整個在線平臺建設(shè)的過程當(dāng)中,培養(yǎng)出符合物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)需求的技術(shù)型人才,滿足社會的需求。

(4)高校加強第二課堂的建設(shè),加強與企業(yè)之間的合作,讓學(xué)生參與到實踐項目中去;注重教研結(jié)合,鼓勵學(xué)生參加各類物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的競賽,促進學(xué)生創(chuàng)新能力的增長;改革課程考核方式,增加實驗在課程考核中的比例。

4 結(jié) 語

在線教學(xué)平臺的建設(shè)有效地解決了高校在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教學(xué)過程中資金不足、實驗器材落后單一的問題,其課程和實驗改革的方式,符合“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下對物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新性高技術(shù)人才的要求,開拓了學(xué)生的視野[7],可以增加學(xué)生的實踐能力,實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展,為高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才的培養(yǎng)提供借鑒。

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