王占剛

（北京信息科技大學(xué) 信息與通信工程學(xué)院，北京 100101）

0 引 言

智慧城市的理念是整合城市資源，為公眾提供更加便捷、高效的社會服務(wù)，實現(xiàn)科學(xué)、智能管理城市的目標(biāo)。智慧城市充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，促進城市創(chuàng)新和發(fā)展，對城市進行重塑和再造，它強調(diào)通過技術(shù)、數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的融合，統(tǒng)籌利用城市發(fā)展中的信息、物質(zhì)和智力資源，推動物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計算、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。

“物聯(lián)網(wǎng)”被稱為世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，物聯(lián)網(wǎng)與智慧城市特征的高度重合，證明了智慧城市為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了展示的舞臺，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合應(yīng)用的重要場景和示范工程。運用物聯(lián)網(wǎng)中的傳感器、傳感網(wǎng)、信息傳輸與應(yīng)用等技術(shù)，可以實現(xiàn)對城市管理各領(lǐng)域的生產(chǎn)、運輸、加工及變化的感知、監(jiān)測和反饋控制，實時智能識別、立體感知城市運行過程中各方面的狀態(tài)。

通過“智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)”課程的學(xué)習(xí)，使研究生在全面了解智慧城市理論概念、最新進展、技術(shù)難點、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展前景的基礎(chǔ)上，理解并掌握物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。但隨著信息技術(shù)的發(fā)展，很多新案例、新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，初期的課程已無法滿足行業(yè)領(lǐng)域的要求，很難提高學(xué)生對于智慧城市復(fù)雜系統(tǒng)分析與設(shè)計的能力，需要將新技術(shù)、新案例、新應(yīng)用融入到現(xiàn)有課程中。

1 課程建設(shè)的內(nèi)容

1.1 課程定位和設(shè)計理念

通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解智慧城市的定義、模式、建設(shè)內(nèi)容與前景，熟悉大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等智慧城市涉及的關(guān)鍵技術(shù)，以及智慧城市系統(tǒng)中智慧環(huán)境、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)等系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容，理解并掌握物聯(lián)網(wǎng)的體系架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。

通過本課程項目的建設(shè)，強調(diào)理論與應(yīng)用有機結(jié)合，使學(xué)生形成智慧城市建設(shè)的理念，通過多個應(yīng)用案例與行業(yè)實踐分析，使學(xué)生明晰智慧城市、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)的概念與聯(lián)系，能夠針對具體領(lǐng)域、應(yīng)用完成系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計。

在項目研究成果基礎(chǔ)上，通過微課題驅(qū)動使學(xué)生能夠在方案設(shè)計基礎(chǔ)上提出技術(shù)實現(xiàn)架構(gòu)，并具象到應(yīng)用產(chǎn)品，形成完整的產(chǎn)品解決方案，加深學(xué)生對智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)的認識與理解，掌握系統(tǒng)設(shè)計與架構(gòu)流程，從而提高研究生的科研創(chuàng)新與開發(fā)能力。

1.2 課程建設(shè)內(nèi)容

（1）案例與微課題驅(qū)動的課程整體設(shè)計

研究分析當(dāng)前智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程現(xiàn)狀，分析它與相關(guān)專業(yè)課程之間的相關(guān)性。確定課程教學(xué)任務(wù)與基本要求，研究最新技術(shù)發(fā)展與新的教學(xué)方法，包括在線課程資源整合，結(jié)合智慧感知信息處理學(xué)科方向發(fā)展需求，研究本課程設(shè)置過程中需要完善的課程內(nèi)容，完成案例與微課題驅(qū)動的課程整體設(shè)計。

以智慧城市、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)六大關(guān)鍵技術(shù)案例為依托，充實理論教學(xué)內(nèi)容；針對課程特點，精心為課程增加實驗環(huán)節(jié)，利用微課題驅(qū)動，實現(xiàn)從技術(shù)解決方案到產(chǎn)品研發(fā)的完善。

（2）課程教學(xué)資源建設(shè)

整合多維度教學(xué)資源，形成完備的課程教學(xué)大綱、課件、教材、案例庫、在線教學(xué)資源、習(xí)題、參考文獻教學(xué)資源體系，利用線上教學(xué)資源與在線平臺輔助線下教學(xué)方式，支持靈活而又科學(xué)的教學(xué)方式。

（3）案例庫建設(shè)

形成基于現(xiàn)實需求的、符合教學(xué)要求的高質(zhì)量課程案例，以智、物、云、大、移等關(guān)鍵技術(shù)為主線建立案例庫。

（4）課程教學(xué)團隊建設(shè)

建設(shè)課程教學(xué)團隊，發(fā)揮各團隊成員的教學(xué)與研發(fā)優(yōu)勢，提升團隊成員的素質(zhì)與水平，研究應(yīng)用新的教學(xué)方法。

2 課程教學(xué)流程

課程教學(xué)流程分為4個步驟，分別是：教學(xué)準(zhǔn)備、知識講解、微課題實施、考核評價。課程實施流程如圖1所示。

圖1 課程實施流程

2.1 教學(xué)準(zhǔn)備

首先研究智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的知識體系以及不同知識點的教學(xué)要求與目標(biāo)。搜集大量適合教學(xué)的案例素材，并將這些案例與知識點進行對應(yīng)、融合。智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程的知識點按照智、物、云、大、移等關(guān)鍵技術(shù)進行組織，各部分的知識點相對獨立，同時具有相互聯(lián)系，因此在設(shè)計案例時，需用一個或幾個案例覆蓋和貫穿某一知識點，不同的案例之間又有所交叉，以體現(xiàn)智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程知識結(jié)構(gòu)的特點，培養(yǎng)學(xué)生局部與整體的設(shè)計意識。通過案例提出問題，并用知識點的概念與原理分析并解釋問題，提高學(xué)生對各知識點的掌握程度。

微課題設(shè)計是實施“基于案例與微課題驅(qū)動課程建設(shè)”的關(guān)鍵所在。高質(zhì)量的微課題應(yīng)該具備較強的綜合性、實踐性、時效性、獨立性、完整性等，并且盡可能覆蓋所有知識點。微課題需涉及不同的領(lǐng)域，如智慧環(huán)境、智能教育、家庭農(nóng)業(yè)、智慧醫(yī)院等。將案例資料與微課題資料等通過在線課程系統(tǒng)發(fā)放給學(xué)生，便于學(xué)生隨時查閱相關(guān)資料。學(xué)生根據(jù)個人興趣和愛好成立學(xué)習(xí)小組（3～4人/組），選擇一個微課題。

2.2 知識詮釋

通過精心選擇典型的授課案例，根據(jù)智、物、云、大、移等關(guān)鍵技術(shù)的知識需求安排教學(xué)內(nèi)容。有針對性引入完整、易于理解、具有實際意義的案例，將復(fù)雜抽象的概念、原理通過生動的案例進行詮釋，給學(xué)生以直觀、生動的印象，從而激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動其學(xué)習(xí)積極性和主動性。

采用“線上線下講解+翻轉(zhuǎn)課堂”的方式，通過案例引出授課內(nèi)容講解案例，闡述相關(guān)概念與原理，引導(dǎo)學(xué)生討論，并利用翻轉(zhuǎn)課堂的形式鼓勵學(xué)生通過案例自學(xué)相關(guān)知識點。在教學(xué)過程中要注意案例與理論知識的合理穿插，通過翻轉(zhuǎn)課堂引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，主動學(xué)習(xí)，獨立思考。

2.3 微課題實施

采用“討論+小組完成”項目式教學(xué)方式，學(xué)生根據(jù)個人喜好與興趣確定微課題題目，成立學(xué)習(xí)小組。微課題實施需要教師針對不同的微課題題目進行布置與組織，并對學(xué)生進行指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生在開發(fā)階段對相關(guān)問題進行分析和討論，并在開發(fā)過程中提出建議。

學(xué)生通過在線資料查找與自主探索性學(xué)習(xí)完成指定微課題。同學(xué)們利用在線視頻、開源開發(fā)工具和源代碼等，相互協(xié)作，解決實際問題，將理論知識應(yīng)用于實踐，實現(xiàn)主動學(xué)習(xí)和探索性學(xué)習(xí)，鍛煉研究生完成科研任務(wù)的能力，培養(yǎng)研究生進行智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)項目開發(fā)所需要的各項綜合能力。

2.4 考核評價

智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程的考核評價分為兩部分，針對理論學(xué)習(xí)采用開放式考核方式，主要考察學(xué)生對不同知識點概念與原理的掌握，對知識應(yīng)用的理解和對未來技術(shù)發(fā)展趨勢的看法。針對微課題的實施，根據(jù)各小組完成情況及個人承擔(dān)的角色，運用小組自評、教師點評等方式對微課題成果進行總結(jié)和評價，并給出評分。

最終的課程成績綜合理論考核分數(shù)與微課題成果評分，按特定比例計算得到最終的考核評價分數(shù)，體現(xiàn)學(xué)生對理論和實踐掌握的總體情況。

在考核評價完成后，可以根據(jù)評價結(jié)果完善、豐富案例和教學(xué)方法，進一步深化微課題研究成果，提升智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程的整體教學(xué)效果。

3 課程建設(shè)的成果

3.1 整理并完成了智慧城市案例庫

案例庫共分為六大類別：智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能。這六大類別應(yīng)用在不同的領(lǐng)域，現(xiàn)在共計整理了110個案例，部分案例信息見表1所列。

表1 部分智慧城市案例信息表

3.2 整合多維度教學(xué)資源

在網(wǎng)絡(luò)上建立了智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)資源。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源以自主錄制的速課資源為主，整合了網(wǎng)絡(luò)課程、參考書、電子書籍、作業(yè)、習(xí)題等，形成了“智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程”多維度教學(xué)資源，方便學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)。

3.3 形成驅(qū)動課程教學(xué)的微課題

建立了驅(qū)動智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程教學(xué)的微課題。以智慧環(huán)境或智慧家居等研究成果為例，通過微課題驅(qū)動，學(xué)生按小組動手實踐，深入感受智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)中涉及的相關(guān)系統(tǒng)與傳感器，掌握系統(tǒng)設(shè)計與架構(gòu)流程，加深學(xué)生對智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)的認識與理解。

4 結(jié) 語

加強研究生課程建設(shè)，緊密結(jié)合智慧感知信息處理學(xué)科，充實智慧城市與物聯(lián)網(wǎng)課程內(nèi)容，改進教學(xué)方法，系統(tǒng)化課程設(shè)計，提高研究生課程的整體學(xué)習(xí)效果；通過案例與微課題驅(qū)動，將課程教學(xué)與科研項目、行業(yè)應(yīng)用等緊密結(jié)合，提升研究生科研創(chuàng)新與實踐能力。加強課程教學(xué)資源建設(shè)，形成完備的課程教學(xué)大綱、課件、教材、案例庫、在線教學(xué)資源、習(xí)題、參考文獻教學(xué)資源體系，利用線上教學(xué)資源與在線平臺輔助線下教學(xué)。將理論與應(yīng)用結(jié)合，形成基于現(xiàn)實需求的、符合教學(xué)要求的高質(zhì)量課程案例，建立案例庫。通過課程建設(shè)，加強教師團隊培養(yǎng)，建設(shè)一支既能從事教學(xué)，又能理論聯(lián)系實際的課程團隊。