徐琴 黃向宇 劉智 高弘揚(yáng)

摘 要：文中以成果導(dǎo)向的工程教育理念為指導(dǎo)，確定學(xué)習(xí)成果，總結(jié)出應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的大數(shù)據(jù)知識(shí)素養(yǎng)與應(yīng)用能力，依據(jù)要達(dá)到的成果，主要從理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)方法改革三方面對(duì)《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與技術(shù)》《數(shù)據(jù)處理與智能決策》《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)》進(jìn)行規(guī)劃與實(shí)踐，以提高學(xué)生的大數(shù)據(jù)知識(shí)素養(yǎng)與應(yīng)用能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);工程教育;大數(shù)據(jù)課程;理論教學(xué);實(shí)踐教學(xué);教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：TP393;G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2019）05-0-03

0 引 言

如今，社會(huì)高速發(fā)展，科技發(fā)達(dá)，信息流通加快，人們之間的交流越來(lái)越密切，生活也越來(lái)越方便，大數(shù)據(jù)就是這個(gè)高科技時(shí)代的產(chǎn)物[1]。在物聯(lián)網(wǎng)中，多樣化的物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備與應(yīng)用系統(tǒng)不斷地產(chǎn)生大數(shù)據(jù)，并且將會(huì)以更多、更復(fù)雜、更多樣化的方式持續(xù)增長(zhǎng)[2]。大數(shù)據(jù)的復(fù)雜化與格式多樣化決定了物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)中針對(duì)大數(shù)據(jù)的服務(wù)場(chǎng)景與類型的多樣化[3]，從而要求物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)必須融合大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析技術(shù)則無(wú)法滿足應(yīng)用需求。

目前行業(yè)使用最廣泛的大數(shù)據(jù)平臺(tái)是基于Apache開(kāi)源社區(qū)版本的Hadoop生態(tài)體系，阿里巴巴、騰訊、百度、Facebook等國(guó)內(nèi)外各大互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)基本都采用Hadoop生態(tài)系統(tǒng)完成存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理[4]，物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)也是如此。事實(shí)上，未來(lái)2～3年預(yù)計(jì)有超過(guò)50%的大數(shù)據(jù)項(xiàng)目會(huì)在Hadoop框架下運(yùn)行[5]。

大數(shù)據(jù)時(shí)代，大學(xué)生應(yīng)具備一定的大數(shù)據(jù)處理能力。目前的高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)數(shù)據(jù)處理課程教學(xué)中，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，大部分講授的是傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，對(duì)于大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)幾乎不涉及;在數(shù)據(jù)分析與挖掘方面，講授的是基于集中式數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，未包含基于大數(shù)據(jù)分析與挖掘的內(nèi)容，Hadoop平臺(tái)內(nèi)容更未涉及，教學(xué)與目前行業(yè)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)嚴(yán)重脫節(jié)。

本文以成果導(dǎo)向的現(xiàn)代工程教育理念為指導(dǎo)，針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特點(diǎn)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)數(shù)據(jù)處理課程應(yīng)達(dá)到的學(xué)習(xí)成果，以提高物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生大數(shù)據(jù)知識(shí)素養(yǎng)與應(yīng)用能力為培養(yǎng)核心，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)數(shù)據(jù)處理相關(guān)課程進(jìn)行規(guī)劃，并將其運(yùn)用于具體教學(xué)中，在實(shí)踐中不斷摸索并加以動(dòng)態(tài)調(diào)整。

1 確定學(xué)習(xí)成果

通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)相關(guān)招聘需求、同類院校同專業(yè)相關(guān)課程設(shè)置、物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行調(diào)研，參加學(xué)術(shù)會(huì)議，結(jié)合本專業(yè)辦學(xué)特色、學(xué)生實(shí)際情況、目前新技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)，并在相關(guān)科研項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，總結(jié)出應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的大數(shù)據(jù)知識(shí)素養(yǎng)與應(yīng)用能力包括：具有較扎實(shí)的傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ);熟悉常見(jiàn)的數(shù)據(jù)挖掘算法;具備一定的物聯(lián)網(wǎng)傳感大數(shù)據(jù)處理能力。即掌握物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的分布式存儲(chǔ)與集中式存儲(chǔ)的策略及方法，初步掌握基于通用大數(shù)據(jù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)分析及挖掘技術(shù)，最終能針對(duì)具體的物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。據(jù)此，對(duì)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行如下調(diào)整：

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)完《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與技術(shù)》課程后，應(yīng)具備：較好的關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)理論，為物聯(lián)網(wǎng)中某一具體應(yīng)用的數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)（基于傳統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)與大數(shù)據(jù)平臺(tái)），進(jìn)行合理的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、查詢等能力。

（2）學(xué)生學(xué)習(xí)完《數(shù)據(jù)處理與智能決策》課程后，應(yīng)具備：針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)中多態(tài)異構(gòu)的海量數(shù)據(jù)，基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并選擇合適的挖掘算法進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘等，進(jìn)而對(duì)物體實(shí)施智能化控制的能力。

（3）學(xué)生進(jìn)行《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)》實(shí)踐后，應(yīng)具備：綜合所學(xué)物聯(lián)網(wǎng)感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層（傳輸層）及應(yīng)用層（管理服務(wù)與創(chuàng)新應(yīng)用層）知識(shí)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、挖掘及智能化控制等功能的能力。

2 教學(xué)規(guī)劃與實(shí)踐

2.1 理論教學(xué)規(guī)劃與實(shí)踐

規(guī)劃理論教學(xué)時(shí)，采用如下思路：結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，密切聯(lián)系物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理課程有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使得課程教學(xué)體系具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，學(xué)生的知識(shí)體系結(jié)構(gòu)更完整、全面，為使學(xué)生更好地理解、掌握所學(xué)知識(shí)在本專業(yè)的應(yīng)用，授課時(shí)采用物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域相關(guān)的案例。

理論教學(xué)的內(nèi)容除了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理，還需考慮大數(shù)據(jù)處理。根據(jù)大數(shù)據(jù)處理過(guò)程，可分為大數(shù)據(jù)采集、大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理、大數(shù)據(jù)分析及挖掘等環(huán)節(jié)，其中大數(shù)據(jù)采集是其他課程涉及的內(nèi)容，大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及管理在《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與技術(shù)》課程中講授，大數(shù)據(jù)預(yù)處理、大數(shù)據(jù)分析及挖掘在《數(shù)據(jù)處理與智能決策》課程中講授。

2.1.1 《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與技術(shù)》課程理論教學(xué)規(guī)劃與實(shí)踐

在《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與技術(shù)》課程中，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)兩方面內(nèi)容：

（1）體現(xiàn)共性：關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，講授關(guān)系代數(shù)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言（SQL語(yǔ)言）、數(shù)據(jù)庫(kù)安全性、數(shù)據(jù)庫(kù)完整性、關(guān)系數(shù)據(jù)理論（規(guī)范化、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)）。

（2）體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特性：面向物聯(lián)網(wǎng)傳感大數(shù)據(jù)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，講授HBase，內(nèi)容包括HBase基本原理與系統(tǒng)架構(gòu)，表的數(shù)據(jù)模型與表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，客戶端操作與管理等。

該課程理論總學(xué)時(shí)為36，其中關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)20學(xué)時(shí)、HBase 16學(xué)時(shí)。具體學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表1所列。

2.1.2 《數(shù)據(jù)處理與智能決策》課程理論教學(xué)規(guī)劃與實(shí)踐

在《數(shù)據(jù)處理與智能決策》課程中，講授的內(nèi)容包括：數(shù)據(jù)預(yù)處理（主要針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)異構(gòu)數(shù)據(jù)）;關(guān)聯(lián)規(guī)則、聚類、決策樹(shù)、貝葉斯分類、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法（包括這些算法在物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用）;使用Hadoop生態(tài)體系中的Mahout進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。理論總學(xué)時(shí)為36學(xué)時(shí)，具體學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表2所列。

2.2 實(shí)踐教學(xué)規(guī)劃與實(shí)踐

設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)數(shù)據(jù)處理實(shí)踐教學(xué)時(shí)，采用如下思路：結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，密切聯(lián)系物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)，以工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng)，將項(xiàng)目實(shí)施作為主線，貫穿于課內(nèi)外實(shí)踐教學(xué)全過(guò)程，各實(shí)踐環(huán)節(jié)為項(xiàng)目實(shí)施服務(wù)，以項(xiàng)目實(shí)施的角度進(jìn)行組織，重視各實(shí)踐環(huán)節(jié)間的貫通與融合，這也符合工程教育模式的特點(diǎn)。

首先進(jìn)行校企合作，從企業(yè)處獲取真實(shí)的數(shù)據(jù)源，并將其適當(dāng)裁剪，使企業(yè)數(shù)據(jù)教學(xué)化;然后構(gòu)建與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的示例數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，并用于上機(jī)實(shí)踐，使學(xué)生得到處理真實(shí)數(shù)據(jù)的體驗(yàn)，以強(qiáng)化綜合能力，提高工程素質(zhì)及創(chuàng)新能力。

2.2.1 《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與技術(shù)》課程實(shí)踐教學(xué)規(guī)劃與實(shí)踐

《數(shù)據(jù)庫(kù)原理與技術(shù)》課程的上機(jī)學(xué)時(shí)為20學(xué)時(shí)，共5次上機(jī)課。操作的數(shù)據(jù)源采用企業(yè)數(shù)據(jù)教學(xué)化后的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)。前2次上機(jī)為關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)方面，采用MySQL作為上機(jī)平臺(tái);后3次上機(jī)為分布式數(shù)據(jù)庫(kù)方面，采用HBase。由于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的2次上機(jī)訓(xùn)練度不夠，因此采取布置課后上機(jī)大作業(yè)的方式增強(qiáng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)踐操作。具體學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表3所列。

2.2.2 《數(shù)據(jù)處理與智能決策》課程實(shí)踐教學(xué)規(guī)劃

《數(shù)據(jù)處理與智能決策》課程的上機(jī)學(xué)時(shí)調(diào)整為12學(xué)時(shí)，共3次上機(jī)課。以教學(xué)化后的企業(yè)數(shù)據(jù)（如智能家居、智能交通、智能農(nóng)業(yè)等主題數(shù)據(jù)）作為挖掘數(shù)據(jù)源，上機(jī)平臺(tái)由原來(lái)的Microsoft SQL Server轉(zhuǎn)變?yōu)镠adoop平臺(tái)，實(shí)踐基于Mahout大數(shù)據(jù)挖掘開(kāi)發(fā)。上機(jī)內(nèi)容分別為使用Mahout實(shí)踐聚類、關(guān)聯(lián)規(guī)則、分類算法。最終實(shí)現(xiàn)如：檢測(cè)出植物生長(zhǎng)環(huán)境中是否發(fā)生異常;農(nóng)業(yè)產(chǎn)量預(yù)測(cè);挖掘用戶的行為特征，預(yù)測(cè)在時(shí)間t時(shí)用戶將會(huì)有什么行為等，并實(shí)施智能化控制。具體學(xué)時(shí)分配見(jiàn)表4所列。

2.2.3 《物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)綜合課程設(shè)計(jì)》實(shí)踐教學(xué)規(guī)劃

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有鮮明的行業(yè)特征，選擇幾個(gè)典型的應(yīng)用領(lǐng)域，如智能家居、智能交通、智能農(nóng)業(yè)等，結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)若干個(gè)大型綜合性工程實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目案例，要求學(xué)生綜合所學(xué)物聯(lián)網(wǎng)感知識(shí)別層、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建層（傳輸層）及應(yīng)用層（管理服務(wù)與創(chuàng)新應(yīng)用層）知識(shí)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、分析、挖掘及智能化控制等功能。使學(xué)生直接感受到所學(xué)知識(shí)在實(shí)際工作中的作用與地位，系統(tǒng)地把握項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程，提高學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

2.3 教學(xué)方法改革

2.3.1 多元化的教學(xué)方式

采用移動(dòng)信息化教學(xué)軟件—藍(lán)墨云班課APP，輔助開(kāi)展組織課程教學(xué)，增強(qiáng)師生間互動(dòng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

對(duì)于課程的某些部分，如相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)、其他數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘某一算法的案例等，讓學(xué)生走上講臺(tái)，把課堂主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生。這樣能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，也有利于學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解掌握及學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)。

2.3.2 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)式的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐方法

將物聯(lián)網(wǎng)中的實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目進(jìn)行裁剪，分為基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與提高類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?；A(chǔ)類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較為簡(jiǎn)單，均要求學(xué)生熟練掌握，涉及基本步驟及基本操作。提高類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)思想繁雜，涉及知識(shí)較多，要求學(xué)生基本掌握。提高類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要鍛煉學(xué)生系統(tǒng)的綜合應(yīng)用設(shè)計(jì)能力以及解決問(wèn)題的能力。兩類項(xiàng)目完成后，學(xué)生能夠基本掌握實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目中數(shù)據(jù)處理的方法。

學(xué)習(xí)基礎(chǔ)類、提高類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，組建興趣研究小組，選取開(kāi)發(fā)難度適宜且有意義的綜合性實(shí)例項(xiàng)目作為各興趣小組的課外研究課題，綜合性實(shí)例項(xiàng)目需要學(xué)生具備軟硬協(xié)同設(shè)計(jì)思想，能夠系統(tǒng)性地把握項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程，將本課程各個(gè)相對(duì)零散的知識(shí)點(diǎn)貫通起來(lái)，靈活運(yùn)用，從整體上把握相關(guān)知識(shí)。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)兩門(mén)課程及一門(mén)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)規(guī)劃，以提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力，包括理論水平及實(shí)踐能力，使學(xué)生具備一定的大數(shù)據(jù)知識(shí)素養(yǎng)與應(yīng)用能力;提煉出適合應(yīng)用型本科物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)并與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相銜接的數(shù)據(jù)處理課程規(guī)劃，并搭建與行業(yè)接軌的實(shí)踐教學(xué)環(huán)境，采用企業(yè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)上機(jī)操作，以縮小高校培養(yǎng)人才與用人企業(yè)實(shí)際需求之間的差距;也可將其作為同類院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程的參考。另外，大數(shù)據(jù)課程方面的建設(shè)也可作為其他專業(yè)相關(guān)課程的參考。

參 考 文 獻(xiàn)

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