黃 偉，劉三民，趙森嚴

(安徽工程大學 計算機與信息學院,安徽 蕪湖241000)

1 概述

在新經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，工程教育迫切需要培養(yǎng)專業(yè)化、創(chuàng)新型人才，新工科研究日趨成為工程教育創(chuàng)新改革的主流。2016年中國加入《華盛頓協(xié)議》，2017年教育部號召新工科研究與實踐，從“復旦共識”到“天大行動”，繼而到“北京指南”[1]，新工科建設和教育模式探索與創(chuàng)新成為當前工科專業(yè)教學研究與改革的熱點。在新工科建設大背景下，如何提高工程教育人才培養(yǎng)質量，融合云計算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等新技術推進傳統(tǒng)工科專業(yè)改造，突破關鍵核心技術搶灘戰(zhàn)略制高點[2]，改造傳統(tǒng)專業(yè)及課程、重構課程知識體系、改革教學模式及評價體系、深化產教融合、加強協(xié)同創(chuàng)新，業(yè)已成為教學改革與實踐要面對的主要課題。本文結合我校物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教學現(xiàn)狀和建設實踐，提出一種新型實踐教學模式，以求提高物聯(lián)網(wǎng)工程課程教學質量，滿足新工科建設的背景要求。

2 現(xiàn)有教學模式的分析

目前物聯(lián)網(wǎng)技術體系可歸納為感知層、網(wǎng)絡通信層和應用層。感知層涉及到無線傳感器網(wǎng)絡、無線通信技術（Wi-Fi、ZigBee）、RFID技術、傳感器技術、底層執(zhí)行、微處理器技術、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關、IPv6技術等內容；網(wǎng)絡通信層涉及到移動通信技術（3G/4G/5G數(shù)據(jù)通信、無線通信模組開發(fā)、GPRS通信）、In?ternet技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術（Android嵌入式編程、移動互聯(lián)應用開發(fā)、移動硬件開發(fā)）、物聯(lián)網(wǎng)中間件（標準化設計、Web service開發(fā)）、數(shù)據(jù)庫（數(shù)據(jù)庫編程及安全、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務）等內容；應用層還涉及到物聯(lián)網(wǎng)安全及云計算等技術。物聯(lián)網(wǎng)技術體系復雜，牽涉到網(wǎng)絡、通信、軟硬件設計開發(fā)等很多層面，需要自頂向下、由點及面的理解和把握。

當前物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐課程教學基本圍繞著技術和產業(yè)發(fā)展的架構，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)主干課程主要有物聯(lián)網(wǎng)通信技術、傳感檢測與RFID技術、無線傳感器網(wǎng)絡原理與應用、物聯(lián)網(wǎng)控制、物聯(lián)網(wǎng)安全、物聯(lián)網(wǎng)應用與開發(fā)等[3]，其主要實踐教學環(huán)節(jié)包括學科基礎課程設計和實驗，專業(yè)課程設計，專業(yè)認識實習，專業(yè)生產實習，畢業(yè)設計（論文）、科技創(chuàng)新實踐等。雖然形式不一，但主要目的是通過全方位多層次的實踐教學提高學生的工程素養(yǎng)和解決問題的能力。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程實驗和設計是實踐教學的基礎環(huán)節(jié)，也是易于被忽視的重要一環(huán)，主要培養(yǎng)學生物聯(lián)網(wǎng)技術、基本理論方法、工程開發(fā)與實踐應用的能力；專業(yè)實習和畢業(yè)實習是檢驗實踐教學效果良好與否的關鍵。以上教學環(huán)節(jié)由于多種因素影響，目前還存在一些問題和不足：教學模式陳舊、教學方式和手段單一；在課內實驗、實習、畢業(yè)設計等實踐環(huán)節(jié)建設及實際教學過程中，教學內容和質量不能很好地滿足和適應物聯(lián)網(wǎng)產業(yè)發(fā)展需求和技術發(fā)展趨勢；教學評價主要還是關注于實踐報告的書面完成情況，仍不能很好評價和反饋課內實驗、專業(yè)實習等實踐教學的效果。

綜上所述，現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教學水平不高，實踐教學平臺亟待建設，實踐教學與新工科建設的目標要求還有較大差距，實驗教學的效果評價體系尚需進一步完善。因此亟需加快建設物聯(lián)網(wǎng)工程課程實踐實訓系統(tǒng)平臺，對軟、硬件和涉及的教學知識點進行標準化教學，并對授課效果及時評價和監(jiān)測。為了全面提高物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教學的質量，本文結合當前實踐教學實際，借力移動智慧教學資源平臺，研究并考慮構建物聯(lián)網(wǎng)技術的實踐實訓綜合平臺，實現(xiàn)優(yōu)化的“一中心、一平臺、三終端”的物聯(lián)網(wǎng)工程實踐教學模式。

3 基于“一中心、一平臺、三終端”的新型實踐教學模式

隨著移動互聯(lián)的發(fā)展和成熟，手機、平板電腦等移動設備的應用大量被高校師生所使用，因此在教學過程中，可以有效借助移動平臺和云平臺，整合相關課程資源、文檔，構建和打造智慧課堂，提升師生課堂體驗和教學效果，為物聯(lián)網(wǎng)實踐教學模式的改革注入新活力。針對目前的實踐教學現(xiàn)狀，本文提出一種新的實踐教學模式，即“一中心、一平臺、三終端”。一中心指的是以新工科建設要求和學生實踐應用能力培養(yǎng)為核心；一平臺即基于物聯(lián)網(wǎng)技術體系和課程架構建設完善的實踐教學平臺設備和環(huán)境；三終端指的是圍繞實踐教學，在實踐教學平臺的支撐下，學生、企業(yè)和教師作為3個終端因素，三者相輔相成，合力協(xié)作助推教學模式落在實處。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學過程中學生終端是主體，教師側主要承擔輔助指導作用，為實現(xiàn)教學內容與產業(yè)實際相結合，企業(yè)作為一個重要終端也要融合到實踐教學環(huán)節(jié)中去。例如在課程實驗和專業(yè)實習及畢業(yè)設計環(huán)節(jié)中，可以在相關物聯(lián)網(wǎng)技術企業(yè)遴選技術專家或工程師團隊參與到教學環(huán)節(jié)，將主流產品、先進技術、優(yōu)質的設備和方法直接帶到實踐教學環(huán)境中，同時與課程教學團隊中的教師也可形成良性協(xié)作關系，只有這樣才能促進學生工程能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

要實現(xiàn)三終端的高效融入，體現(xiàn)和符合新工科建設的背景要求，最佳的策略是構建一個實踐教學體系平臺環(huán)境，且平臺要體現(xiàn)分層多樣性的教學特征，將物聯(lián)網(wǎng)技術體系和課程架構與產品技術、開發(fā)流程和問題解決方案相互融合，滿足實踐教學分層的需要。基于此，可以構建包含基礎實驗平臺、實習實訓平臺及行業(yè)應用平臺3個方面的分層實踐教學環(huán)境，實踐平臺結構如圖1所示。

圖1 實踐平臺結構

第一方面，基礎實驗平臺主要著眼于物聯(lián)網(wǎng)技術基礎理論的核心知識點開展實驗教學，重在圍繞課程實驗夯實學生的實踐理論基礎，開展針對性實踐環(huán)節(jié)教學，實驗平臺和環(huán)境要與物聯(lián)網(wǎng)技術體系3個層面上的每個知識點全面有效貫通，培養(yǎng)學生的基礎能力，其平臺設備環(huán)境的設置和選擇要具備簡單性，便于教學，使學生快速領會相關知識點。同時平臺還要具備一定開放性，預留相關軟硬件接口，方便學生進行自定義開發(fā)設計，為后續(xù)更深層次的實踐教學做好準備。例如，感知層是物聯(lián)網(wǎng)的底層，傳感器是其中重要的基礎部件，可集成壓力、溫濕度、氣體、紅外等傳感器以及ZigBee無線通信、蜂鳴器、指示燈、伺服電機等設計基于感知層的基礎實驗平臺便于學生學習掌握。

第二方面，實習實訓平臺定位專業(yè)實習和實訓教學，在學生掌握一定的基礎能力后，綜合運用相關課程的若干知識點和各種物聯(lián)網(wǎng)技術，解決實際應用場景中的問題，通過實例教學讓學生感受到物聯(lián)網(wǎng)的強大應用，這也是實習實訓平臺與基礎實驗平臺相異之處。實習實訓平臺環(huán)境要依托項目案例為主要載體，提煉實際工程案例豐富教學資源，教學時可將學生分組（group），每個組在企業(yè)工程師和教師兩端的共同指導下，完成一個小型綜合項目。例如在RFID基礎實驗的基礎上，設置RFID綜合實驗平臺，基于各種RFID頻段（125K、13.56MHz、915MHz、2.4GHz），模擬利用RFID技術及安全協(xié)議[4]，綜合實現(xiàn)1個小型資產設備管理系統(tǒng)、文檔信息管理系統(tǒng)和小商品標簽智能導購應用等。

第三方面，針對畢業(yè)設計等實踐教學的較高層次，構建成熟的基于行業(yè)應用的實踐教學應用系統(tǒng)，這是實踐教學的最終目標。例如可以選擇智能家居物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)作為案例切入點以構建一個完整的基于家居控制系統(tǒng)、無線通信子系統(tǒng)、傳感器子系統(tǒng)和執(zhí)行子系統(tǒng)的大平臺，實現(xiàn)智能家電、燈光控制、家居環(huán)境監(jiān)測、視頻安防監(jiān)控應用等功能。

4 教學實踐

基于本文提出的“一中心、一平臺、三終端”的實踐教學平臺體系，可以有效整合課程群資源，將實踐教學目標、內容、方法和產業(yè)技術需求、特征和工程相結合。為了進一步放大“一平臺”的優(yōu)勢，要大力借助先進的教學手段提升“三終端”的協(xié)作效能，此時，作為實踐教學的主要參與者，教師終端要起關鍵性指導作用，目前移動互聯(lián)和應用無處不在，在實踐教學過程中，可以考慮運用移動智慧課堂環(huán)境（例如學習通等）有效完成教學內容整合[5]、流程再造和效果評價，與理論教學相似，讓學生充分參與實踐教學過程。

在實習實訓平臺層次的教學中，讓企業(yè)端和教師端共同發(fā)揮作用，如邀請一些企業(yè)一線的技術工程師和教師共同來完成物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學過程，二者根據(jù)實際應用，設計優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)的教學內容。如利用一些小型綜合項目或大案例的子項目，工程師加入到移動課堂中并進行課程指導和管理，就綜合問題或項目的具體場景和實現(xiàn)步驟進行詳細介紹和指導，同時利用學習通的班級分組功能，將學生進行動態(tài)分組，教師團隊和工程師可以加入到指導組，這樣使得學生能全方位投入到實踐教學課堂，實現(xiàn)實踐課堂和移動網(wǎng)絡課堂的互聯(lián)對接。

5 結論

基于新工科建設的總體背景和細化要求，針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學的現(xiàn)狀及存在的不足，提出了基于“一中心、一平臺、三終端”實踐教學平臺體系的新型實踐教學模式，將物聯(lián)網(wǎng)分層技術體系融合到整個教學過程中，使課程知識點與技術特征及要點相契合，實踐教學能夠依托不同應用場景解決實際問題，同時借助移動智慧課程平臺，將課內與課外相結合、理論與實際相結合，提升了實踐教學的質量和效果，逐步培養(yǎng)學生的工科素養(yǎng)和工程實踐能力。