時間:2022-08-18 23:31:35
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇物聯網課程總結,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞:物聯網工程;實踐;項目實施
中圖分類號:G640 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)07-0149-02
物聯網是利用感知技術、通信技術和計算機技術實現物物相連的網絡。我國早在2006年的《國家中長期科學與技術發展規劃(2006―2020年)》[1]中就明確將物聯網列為重點研究發展領域。為滿足國家物聯網新興產業對高素質人才的迫切需求,國內多所高校相繼開設了物聯網工程專業,探索創新的物聯網人才培養模式。物聯網工程實踐教育是物聯網工程專業整個培養體系中最為重要的一環,其教學質量直接關系到學生就業,開展創新有效的實踐教育是物聯網工程專業培養的重中之重。2012年以來,福州大學同福建新大陸集團成立了福州大學新大陸物聯網學院,并創建了國內首個互動式校企合作物聯網工程實驗室。依托該實驗室,福州大學同新大陸開展了校企深度合作,在實踐教育上積累了一定的工作經驗,促進了物聯網工程專業人才培養水平的提高。
一、物聯網工程實踐教育存在的主要問題
1.實踐課程方向不夠突出。物聯網工程作為新興的交叉型學科,涉及感知、通信、RFID、嵌入式等多項知識[2]。在實踐教學環節上,如何針對物聯網工程專業特色設立實踐課程一直是物聯網工程實踐教學的難題。目前國內高校在物聯網工程實踐教育上也都在探索階段,并無較多成功案例可以參考。由于實踐教學課程通常會結合各專業理論課程設立,各專業課程又涉及多個學科,實踐課程內容就變得分散,且容易與其他專業實踐課程雷同,造成課程方向不突出與物聯網專業培養方向脫節等問題。物聯網工程實踐教育方向應體現其綜合性、交叉性和應用性等特點[3]。
2.實踐課程脫離企業需求。物聯網工程專業培養必須密切結合物聯網產業發展需求,通過校企合作開展物聯網工程實踐教育。然而,目前很多高校雖然都與企業建立了合作關系,但大部分缺乏溝通交流,未做深入合作教學。校企合作的實踐教學也基本都是以參觀為主[4],學生未能深入企業進行實地實踐。另一方面,學生的校內實踐教學也未能從企業的實際需求出發,甚至嚴重脫離企業需求。
3.實踐課程教學模式單一。與傳統專業不同,物聯網工程專業的實踐教育應結合實際。物聯網技術重在與傳統工業、農業、制造業等方面M行結合提升傳統行業競爭力。因此,物聯網工程專業的實踐課程也應以此出發,充分結合傳統行業。然而,目前大部分高校的物聯網工程實踐教育課程教學模式單一,僅完成課內的一些基礎性小實驗,實驗內容與行業應用相差甚遠。實踐導師基本也都是校內導師,導師自身水平有限。學生實踐后無法形成清晰的物聯網專業認知。
二、福州大學新大陸校企合作物聯網工程實踐教育實施方法
1.校企共建物聯網學院。2011年,在福建省省委、教育廳的關心支持下,福建新大陸集團公司同福州大學共同成立了福州大學物聯網學院,共同培養物聯網工程專業人才,推動物聯網產業發展,解決物聯網應用人才極度匱乏的現狀。作為全國物聯網龍頭企業,福建新大陸集團多年來一直致力于物聯網前沿領域核心技術,旗下新大陸教育公司專注于物聯網人才培養、就業指導、專業建設等方面的工作。福州大學同新大陸共建物聯網學院,通過在教學師資、實踐實驗、就業等方面的深度合作可以準確把握物聯網專業培養方向,滿足物聯網行業需求。
2.校企共建物聯網工程實驗室。2015年年底,福州大學與新大陸集團共建福建省內首個“互動式”物聯網工程實驗室,涵蓋農業、交通、物流、家居和醫療等多個物聯網應用實例。該實驗室突破了目前國內院校實驗室依靠傳統實驗箱進行基礎性實驗的不足,將物聯網技術與各行業應用直接結合,面向工程實際,突出物聯網工程實踐教育的綜合性。通過該實驗室,不僅可以使學生生動了解到物聯網技術在各個行業的最新應用成果,學生還可以通過各實例平臺可以進一步拓展實踐,充分發揮學生的創新實踐能力完成相關創新應用,真正將自己的實踐成果融入到該實驗室中。
3.實踐教育活動開展策略。物聯網工程實驗室的創建為學生提供了實踐平臺。但,如何在該實踐平臺上開展實踐活動充分發揮實驗室的作用是當前解決物聯網工程實踐教育最為重要的問題。福州大學新大陸物聯網工程實驗室采用以下方式確保實踐教育活動的開展:(1)共建實踐指導教師團隊。如前所述,僅僅依靠校內教師進行實踐教學容易導致學生實踐能力與企業需求脫節。福州大學與新大陸充分發揮了各自的優勢,共同組建了物聯網工程實踐指導教師團隊。團隊內成員包括福州大學物信學院物聯網工程專業指導教師和新大陸集團企業研發工程師。企業研發工程師深度參與學生項目指導,通過遠程溝通和現場指導為學生傳授企業實際項目開發能力。(2)采用項目管理進行實踐教學。在實踐過程中,僅僅依靠幾次課內實驗是無法滿足物聯網工程實踐需求的。為進一步使學生的實踐能力與企業同步,實驗室采用了項目管理的方式對實踐教學過程進行管理。實踐項目的教學過程包括:實踐項目立項、學生調研、項目實施、實踐項目總結等幾個階段,貫穿課內實踐和課外實踐整個過程。在實踐項目立項階段,校內、外指導教師共同選定實踐課題,確定課題需求和任務以及學生的項目分組、分工和計劃;在學生調研階段,學生通過調研理解課題需求,學習相關知識,學生通過會議匯報調研情況,校內外指導教師進行現場點評;在項目實施階段,學生按照項目分工和計劃完成實踐,實踐過程中項目代碼、文檔嚴格按照企業標準完成,項目代碼通過SVN上傳管理,校內外導師通過SVN可隨時查看學生項目完成情況,對學生項目實施過程中的問題進行點評修訂;在實踐項目總結階段,由學生按照項目組對完成的實踐項目進行答辯,答辯專家由校內外指導教師組成。最后,根據項目實施過程表現和答辯結果,評選實踐優秀的同學。(3)企業頂崗實習強化實踐能力。通過校企深度合作,在校內采用項目管理的方式開展實踐教學可以在很大程度上提升學生的物聯網工程實踐能力。但與企業的實地工作依然存在差距。在校內實踐完成的基礎上,新大陸與福州大學進一步深度合作,為學生提供實習崗位,直接進入企業從事物聯網工程技術相關實習崗位,并在企業為學生配備指導教師進行一對一指導。經過校外企業實習后,學生的實踐能力可以和企業實現無縫對接,直接滿足企業需求。
三、結束語
本文介紹了福州大學和新大陸校企深度合作物聯網工程實踐教育的開展情況。雖然經過幾年的實踐活動開展,已形成了相關經驗和成果,但依然還有一些方面存在不足,比如實踐成果在線分享與標準制定等。在物聯網工程實踐教育的過程中,可以根據實踐成果對成果優秀的實踐項目進行線上分享,建立校企共享資源庫[5]。線上分享的內容包括項目要求、項目實施過程、實施結果等。另一方面,在實踐教育過程中,最為重要的是不斷總結,形成標準化的實踐流程,包括實施過程中的文檔、代碼標準、代碼管理、結果評定標準等等。
參考文獻:
[1]國務院.國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年).
[2]閆俊英.物聯網實踐教學體系的研究[J].福建電腦,2014,(11):52-53.
[3]王志良,閆紀錚.普通高等學校物聯網工程專業知識體系和課程規劃[M].西安:西安電子科技大學出版社,2011.
[4]朱軍,熊聰聰,張賢坤.物聯網工程專業實踐教學體系探究[J].天津市教科院學報,2014,(3):36-38.
[5]O海英,趙江招,夏要爭.校企共建資源庫建設初探[J].黑龍江科技信息,2012,(10):175-175.
【關鍵詞】專業建設 人才培養 課程體系 實踐教學
【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2016)09-0212-01
物聯網是我國戰略性新興產業,人才需求與缺口巨大。國內高校物聯網工程專業的開設時間較短,專業建設經驗積累較少,急需對物聯網工程專業人才培養與教學體系進行研究。我校物聯網工程專業于2011年經教育部批準設立,由計算機科學與軟件學院負責具體專業建設與人才培養工作。現就專業建設的相關內容進行以下闡述。
一、人才培養目標
物聯網工程專業前承計算機、通信與網絡、電子等傳統信息學科,銜接移動互聯網、云計算、智能嵌入式設備等新興技術學科,體現出“學科復雜交叉,技術高度集成,應用綜合廣泛”的特征。在充分研究了物聯網專業特色和計算機類學院開辦該專業的優勢與特色的前提下,將該專業的人才培養目標定位為:培養掌握數學等相關自然科學基礎知識以及物聯網相關的計算機、網絡、傳感和軟件工程方面的基本理論、基本知識、基本技能和基本方法,具有較強的物聯網系統集成與應用開發能力和良好外語運用能力,能夠在工業生產、商貿流通、民生服務等領域中從事物聯網相關技術的研發及物聯網系統分析、設計、開發、管理與維護等工作的高級工程技術人才。
通過研究與制定物聯網專業人才培養目標,逐步發現并總結出4個專業人才培養的基本要求,即知識要求、能力要求、素質要求和職業素養要求。在制定和實施人才培養方案過程中重點圍繞這4個方面進行。
1.知識要求
掌握英語、數學和計算機科學與技術等方面的基本理論和基本知識,具有扎實的自然科學基礎、較好的外語綜合能力,掌握計算機網絡、傳感器技術、無線通信網絡、物聯網數據處理等的基本知識和基本技能,具有較寬廣的專業知識面,較強的工作適應能力。掌握本專業所需的計算機、軟件、通信與網絡相關學科的基本理論和基本知識,系統地掌握物聯網技術領域的基本理論、基本知識,掌握物聯網感知與標識的基本理論與技術、物聯網數據處理技術;掌握數據傳輸與安全技術;掌握物聯網系統的硬件、軟件設計和開發知識。
2.能力要求
具備進行物聯網設備的使用、設計和制造能力,具有典型物聯網系統的維護和管理能力,具備較好的軟件編程能力以及網絡系統分析、設計能力,有從事物聯網相關軟硬件產品的開發能力,具備在物聯網系統及其應用方面進行設計、集成與研發的能力;有獲取最新科學技術知識和信息的能力;能夠熟練閱讀英文專業科技文獻、并運用英語進行溝通和交流的能力;了解相關的技術標準,具有一定的國際視野和跨文化的交流、競爭與合作的能力。
3.素質要求
了解物聯網的理論前沿、應用前景和最新發展動態,具有獲取新知識的基本能力,了解國家科學技術政策、創新創業政策、知識產權、網絡安全等方面的法律、法規,具有高度的社會責任感,具有全球視野及可持續發展理念;具有鍥而不舍、追求真理的精神。
4.職業素養要求
職業素養包括:職業認知、職業道德和職業規劃能力。了解從事物聯網相關行業的技能要求、工作內容,行業規范和章程,及發展遠景等內容。職業素養的培養和養成,對于學生本身,行業和全社會健康和可持續發展都有重大的意義。
為實現上述專業人才培養目標,物聯網工程專業的培養模式采取“寬口徑、厚基礎、重實踐”的理念與方式。所謂“寬口徑”是指專業領域畢業生既具備服務管理機構、服務產業所需求的知識結構和能力,又能夠勝任相關產品研發的工作。“厚基礎”是指建立公共基礎課、學科基礎課、專業基礎課、公共選修課、基礎教育平臺的基礎知識結構。“重實踐”體現在增加本專業學生的實驗、實習的時間和機會,鼓勵動手實踐,理論應用于實際,解決企業和社會的實際問題。
二、專業課程體系
對物聯網工程技術體系與層次化認知是課程體系建設的前提和基礎。專業課程建設首先研究物聯網技術體系和關鍵技術,對物聯網技術體系進行層次化建模與分析,按照自底向上方式建立對應的層次化認知模型,完成物聯網理論與技術的層次化漸進式的認知方案的設計,建立分階段的認知能力評價標準作為認知里程碑。抓住能夠體現物聯網專業特色的專業核心課和實踐環節作為課程體系建設的突破口,重點建立了分層次的物聯網專業課程群和具備頂層設計的實踐教學體系。
我們以《普通高校本科專業目錄和專業介紹(2012年)》和教育部高等學校計算機科學與技術專業教學指導分委員會對物聯網工程專業知識體系與課程體系的規范為依據,參照培養目標和培養要求,確定了專業核心課程及主要實踐性教學環節,并根據課程與實踐內容的內在邏輯劃分為4個專業課群組,與物聯網技術體系的各個層次形成對應關系:硬件平臺類課程(感知層)、通信網絡類課程(網絡層)、數據處理類課程(公共管理層)、應用開發類課程(應用層)。各課程群組中的具體課程與實踐環節如下:
?S硬件平臺類:微機原理與接口技術(45學時)、傳感器節點與RFID技術(45學時)、嵌入式系統開發與應用(45學時)、物聯網感知綜合課程設計、嵌入式系統綜合課程設計。
?S通信網絡類:計算機網絡(60學時)、物聯網通信技術(30學時)、物聯網數據傳輸技術(30學時)、異構網絡互聯與融合(30學時)應用網絡程序分析與設計實習,物聯網傳輸綜合課程設計。
?S數據處理類:物聯網數據處理技術(45學時),物聯網數據處理課程設計、云計算與云存儲技術(45學時)、物聯網信息安全技術(30學時)、物聯網安全與管理課程設計。
?S應用開發類:面向對象程序設計(45學時)、數據庫系統原理(45學時)物聯網應用開發技術(45學時),物聯網應用系統分析(30學時)、面向對象程序設計課程設計、數據庫課程設計、物聯網應用開發課程設計、物聯網綜合應用設計。
一、專業人才培養目標的確定
《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010―2020年)》(以下簡稱《剛要》)明確指出,“加強學校之間、校企之間、學校與科研機構之間合作以及中外合作等多種聯合培養方式,形成體系開放、機制靈活、渠道互通、選擇多樣的人才培養體制。”
本研究以《剛要》為指導方針,依托國家實行“大交通”的行業背景和目前高職院校現有辦學條件,將物聯網技術與應用高職本科專業人才培養目標確定為:適應社會經濟發展和物流行業發展需要,面向物流行業物聯網管理與技術應用崗位,培養了解物聯網相關法規和發展動態,懂得現代物流管理相關知識、物聯網基本理念和物聯網核心技術原理,能夠熟練運用計算機、網絡信息技術和物聯網應用軟件從事物聯網系統規劃、管理與應用等工作,具備規劃、運行和維護物聯網的基本能力、物聯網項目實施管理能力的專業基礎扎實、綜合素質優良、職業道德高尚、操作能力和專業發展能力突出、專業特長鮮明的高素質高技能物聯網復合應用型人才。
二、“校企融合”專業辦學模式
1.建立多方參與的專業指導委員會
聘請行業、企業專家建立具有職業特色的專業指導委員會,廣泛吸納行業、企業全方位、全過程參與專業的人才培養工作。專業指導委員會定期或不定期針對行業發展變化、職業崗位需求、職業能力要求對專業發展方向、專業人才培養定位、專業課程體系進行把脈,確保專業建設和發展方向與職業崗位緊密對接。
專業指導委員會將在專業建設、課程建設、教材開發、師資隊伍培養、教學方式方法改革等方面制定和實施科學的質量評價標準,建立行業企業參與的質量評價機制。
2.實行柔性化教學改革
聘請高層次專家團隊和客座教授,把企業、行業的新知識、新理念、新技術帶入課堂,不斷更新和拓展教學內容。以現有校外實習實訓基地為基礎進行深層次的產學融合,實現校企共贏。
與相關行業協會形成緊密互動,在技能證書和員工培訓、科研、實習、招聘等方面為行業發展、企業發展提供服務。
三、“四融合”人才培養模式
1.人才培養目標與行業企業需求相融合
依托物流行業,根據行業企業物聯網復合應用型人才需求制定專業人才培養目標,對行業企業發展和人才需求的變化做出及時響應,以需求為導向修訂專業人才培養目標,使專業人才培養目標與行業企業需求深度對接。
2.課程體系與職業標準相融合
基于物流領域的物聯網技術與應用高職本科專業課程體系的構建應綜合考慮國家物流師職業標準和物聯網技術與應用職業標準,依據職業標準制定專業職業能力標準。專業職業能力標準包括:專業基礎能力、專業核心能力、專業拓展能力,并以專業職業能力標準為依據設計課程體系。
3.教學過程與工作過程相融合
以“工作過程”為導向開發項目課程。課程開發來源于企業典型工作崗位,課程內容來源于實際工作任務和工作情境,將教學過程和真實工作過程進行“融合”。
4.理論教學與實踐教學相融合
理論知識來源于實踐積累和總結,又反過來指導實踐,實踐是培養學生職業能力的有力支撐。因此,不但要在課程內、課程間、學期間將理論教學與實踐教學內容相融合,設計課內實踐、集中實踐、課外實踐,還要在課程考核中實行課程內、課程間、學期間專業系列化課程的理論教學與實踐教學“雙合格”考核制度。
四、課程體系構建
基于物流行業的物聯網技術與應用高職本科專業,課程體系要充分考慮專業的理論基礎和物流行業發展需要,因此課程設置需要整合相關交叉專業的特點,以“寬、專、交”的知識體系為目標,注重課程體系的交叉融合。針對本專業人才培養目標,加強與物流企業的互動合作,以工作任務為中心、以項目課程為主體,通過職業崗位調研、職業能力探析、職業情景搭建,引入行業企業技術標準,構建“物流企業管理與物聯網技術應用相結合”的課程體系。
課程體系結構主要劃分為通識課程、專業課程及實踐課程三大類。其中,專業課程根據專業知識學習的承接性和重要性又分為專業基礎課程、專業核心課程、專業拓展課程,突出“復合應用型”人才培養。如圖1所示。實踐課程為凸顯高職類院校應用型本科專業特色,與本科院校物聯網相關專業實行“差異化經營”,加大了實踐課程比重,將實踐課程又分為課內實踐課程、集中實踐課程、課外實踐課程,在課程體系設計中具體體現與本科院校相區別的“理實交互”特色,即課程內部理實交互、課程之間理實交互、課程體系理實交互。
圖1 課程體系結構圖
1.通識課程
通識課程主要包括:政治與國防教育、體育、高等數學、線性代數、大學英語、計算機應用等。通過通識課程的學習,使學生具備當代大學生應有的思想政治覺悟,對事物有著正確的審美觀,有良好的身體素質,健康的心理,積極向上的精神,對英語、計算機應用、網絡技術等現代信息技術有較好掌握,并能熟練應用。
2.專業課程
專業課程主要包括專業基礎課程、專業核心課程和專業拓展課程三部分。
2.1專業基礎課程
專業基礎課程主要包括:計算機硬件技術基礎、計算機網絡基礎、數據庫原理與應用、管理信息系統、物流經濟學、管理學原理、C語言程序設計、現代物流管理、物聯網導論,使學生達到本專業培養目標所必須的專業基礎知識。
2.2專業核心課程
專業核心課程包括:物聯網技術原理與應用、傳感器原理與應用、無線通信原理與應用、物聯網信息管理與維護、物聯網終端設備選配、數據備份與恢復技術、嵌入式應用系統、射頻識別技術與應用、物聯網安全與管理、物流信息技術、ERP原理與應用、二維條形碼技術原理與應用、倉儲與配送管理、物流供應鏈管理、物聯網應用案例、多媒體技術與應用等,使學生達到本專業培養目標所必需的核心知識。
2.3專業拓展課程
專業拓展課程包括:物流統計、市場營銷、運籌學、電子商務物流、物聯網英語、管理與溝通等,使學生在達到專業培養目標所需知識的基礎上,具有一定的知識拓展和能力上升空間。
3.實踐課程
實踐課程包括:課內實踐課、課外實踐課和集中實踐課。集中實踐課主要包括:管理基本技能實訓、供應鏈業務實訓、ERP業務實訓、職能倉儲管理實訓、智能物流供應鏈管理實訓、車輛調度實訓、立體苦點、線、面業務實訓、企業物聯網構建方案設計等。通過實踐課程,使學生具備本專業培養目標的核心能力。
一 物聯網應用技術專業培養目標
物聯網應用技術專業秉承厚基礎、重實踐、求創新的育人理念,在堅持全面發展的同時兼顧個性發展,培養具有良好的職業道德和敬業精神,掌握物聯網應用技術的基本理論知識和基本技能,接受校企合作實踐項目訓練,具備一定的物聯網綜合應用能力,能在物聯網技術應用的相關行業和領域中從事物聯網應用技術建設、管理、維護及方案設計的高素質技能型專門人才。特別是針對物流企業,培養物聯網技術與物流企業進行產業對接時,所急需的掌握智能物流等相關專業知識的高級專門技術人才。
二 物聯網應用技術專業人才素質和能力要求
物聯網應用技術專業畢業生可在各行業、企業從事物聯網系統開發、系統集成、測試、銷售及物聯網產品技術支持等工作。
1.素質要求
第一,思想政治素質。具有正確的世界觀、人生觀和價值觀;踐行社會主義榮辱觀;具有愛國主義精神;具有責任心和社會責任感;具有法律意識。
第二,文化技術素質。具有合理的知識結構和一定的知識儲備;具有不斷更新知識和自我完善的能力;具有持續學習和終身學習的能力;具有一定的創新意識、創新精神及創新能力;具有一定的人文和藝術修養;具有良好的人際溝通能力。
第三,專業素質。了解物流企業基本的運營知識,掌握從事物聯網產品集成、物聯網平臺運營、物聯網技術支持、物聯網產品營銷與策劃等工作所必需的專業知識;具有一定的工程意識和效益意識;具有一定的市場營銷能力。
第四,職業素質。具有良好的職業道德與職業操守;具備較強的組織觀念和團隊意識。
第五,身心素質。具有健康的體魄和良好的身體素質;擁有積極的人生態度和良好的心理調節能力。
2.能力要求
第一,職業基礎能力。良好的溝通表達能力;無線網絡基礎知識應用和常見故障的處理能力;單片機基本知識的理解能力;數據庫操作系統的基本操作能力;基本的程序設計能力;基本的市場營銷和策劃能力;常用辦公軟件、工具軟件的使用能力,利用Office進行項目開發文檔的整理(Word)、報告的演示(PPT)、表格的繪制與數據的處理(Excel)的能力,利用Visio繪制流程圖的能力;閱讀并正確理解需求分析報告和項目建設方案的能力;閱讀本專業相關英語技術文獻、資料的能力;熟練查閱各種資料,并加以整理、分析與處理,進行文檔管理的能力;通過系統幫助、網絡搜索、專業書籍等途徑獲取本專業幫助的能力。
第二,專業核心能力。傳感器、RFID、二維碼等感知設備的識別和集成能力;ZigBee、WiFi、藍牙等無線網絡的配置與維護能力;物聯網應用層開發、物聯網平臺的運營能力;智能物流平臺設計與維護能力;智能設備平臺的認知與維護能力;物聯網-ERP集成技術應用能力。
第三,其他能力。分析問題與解決問題的能力;應用知識能力;創新能力;工程實踐能力;人員管理、時間管理、技術管理、流程管理等能力;組織管理能力。
三 物聯網課程體系構建
為了強化物聯網基礎教育,突出物聯網應用技術專業實踐能力的培養,對應用技術型專業培養模式進行改革和調整,將課程體系分為公共基礎課、專業基礎課、專業核心課和實踐教學課等4個階段,如下圖所示。通過改革和優化培養方案,強化物聯網理論教學、網絡物聯網工程實驗教學以及特色網絡課教學,建立了適應物聯網時代技術發展的整套課程體系。課程設置以能力為本位,依據課程間的關聯循序漸進地培養職業能力。
1.主要課程設置
第一,公共基礎課程。公共基礎類課程是高等學校各專業學生必修的課程,課程體系將公共基礎課程劃分為三類,其中通識教育類課程包括體育、英語、思想政治概論、大學生素養等課程;公共基礎類課程包括計算數學、概率論與數理統計、信息技術基礎等課程;職業教育類課程包括入學教育、職業生涯規劃、職業道德等。
第二,專業基礎課程。本階段主課程有C語言程序設計、電子技術基礎、通訊基礎、數據庫技術、計算機網絡基礎等課程。
第三,專業核心課程。根據物聯網的三個層次(感知層、傳輸層、應用層),本階段主要課程有傳感器設計基礎、RFID技術及應用、嵌入式系統開發、物聯網組網技術、網絡設備配置與管理、智能家居應用技術、制造業ERP技術應用、物聯網系統集成等課程。
第四,實踐教學課程。主要實踐教學和主要專業實驗為:行業認知實踐、職業規劃實踐、C語言程序設計實驗、條碼應用實踐、數據庫設計實驗、無線傳感器網絡設計實驗、RFID系統設計實驗、嵌入式系統開發實驗、C# Windows編程實驗、單片機與傳感器結點實驗、物流與ERP實驗、物聯網綜合應用設計與實現、畢業實踐和畢業設計等。
2.主要實踐性教學環節
第一,行業認知實踐。第1學期安排一周時間開展行業認知實踐。學生通過聽取物聯網技術發展報告,了解行業背景和發展狀況;通過走訪考察物聯網企業,了解崗位職業需求以及崗位技能與素質要求;通過專業教師對本專業課程體系的介紹,明確學習目標及就業取向,增強學生對專業的認同感和使命感。學生參加行業認知實踐必須做好相應的記錄,寫出相應的實踐報告,報告應包括行業認知、自我評估和職業定位等。
第三,職業規劃實踐 。第3學期安排一周時間開展職業規劃實踐。人才測評專家將學生的職業發展預測、學生的社會活動、學生自我評價、教師對學生評價、職業素質綜合評分、專業課成績、基礎課成績等原始數據與勝任特征模型的動機、特質、自我認識、社會角色、技能、知識等層次進行匹配,給出職業素質評分報告和職業生涯規劃建議,學生根據評分報告和建議完成職業規劃報告。
四 物聯網應用技術專業實踐教學設計
1.專項實踐設計
第一,程序設計實踐。在第1學期的教學周內,單獨利用一周時間開設程序設計實踐。本設計實踐是程序設計基礎課程的重要組成部分。通過本設計實踐,學生能更進一步理解C語言程序設計方法,在編程實現時要保持良好的程序設計風格,對程序設計風格在軟件設計中的重要作用有進一步的認識。根據程序設計實踐完成情況進行考核,并結合設計報告對學生進行等級評定。
第二,數據結構實踐。在第2學期的教學周內,單獨利用一周時間開設數據結構實踐。要求學生利用掌握的數據結構知識,對各種典型的算法問題進行編程、調試,并分析其時間復雜度與空間復雜度,理解設計選型對軟件性能的重要性,撰寫設計報告。
第三,電子技術設計實踐。在第3學期的教學周內,單獨利用一周時間開設電子技術設計實踐。要求學生運用所學的電子技術知識,針對具體的實際問題或任務,全面地分析和設計出解決該問題的實施方案,最后完成電路的制作和測試。根據學生提交的設計報告和圖紙進行考核。
第四,設計實踐。基于Web的數據庫設計實踐,在第4學期的教學周內,單獨利用一周時間開設基于Web的數據庫設計實踐。要求學生能夠利用服務器端和客戶端腳本進行網絡數據庫編程,掌握利用.Net平臺進行網絡數據庫系統的設計能力。根據學生的完成情況和設計報告進行考核。
第五,無線傳感器網絡設計實踐。利用一周時間開設無線傳感器網絡設計實踐。要求學生運用所學知識,結合C51RF-WSN平臺,選擇合適的器件與模塊來設計常用的無線傳感器網絡解決方案。根據學生的完成情況和設計報告進行考核。
2.綜合系統設計實踐
第一,RFID系統設計實踐。在第5學期的教學周內,單獨利用一周時間開設RFID系統設計實踐。要求學生利用所學的RFID技術實現短距離通信,設計具有寫卡與讀卡功能的單片機、無源應答器和閱讀器,完成設計報告。根據學生的完成情況和設計報告進行考核。
第二,小型物聯網綜合設計與實現。在第6學期的教學周內,單獨利用一周時間開設小型物聯網綜合設計實踐。要求學生利用IEEE802.15.4標準和ZigBee協議,將無線傳感器網絡和RFID技術結合起來組建簡單的物聯網并實現相關應用,完成設計報告。根據學生的完成情況和設計報告進行考核。
3.畢業實踐與畢業設計
第一,畢業實踐。第5~6學期安排18周的畢業實踐。實踐的形式包括企業考察與調研、參與短期項目開發、到企業進行頂崗鍛煉等。學生實踐結束后,寫出實踐報告或總結,指導教師根據學生實習情況對實踐進行評定。
第二,畢業設計。畢業設計是工程項目和教學緊密結合的實踐環節。學生畢業設計題目可以源于教師科研項目、物聯網公司、電信運營商的工程項目以及其他來源。學生必須通過論文選題、資料收集、開題答辯、系統設計、論文撰寫、論文答辯等環節。
物聯網應用技術專業是面向國家戰略性新興產業發展需要而設置的新專業,物聯網應用技術專業學生是物聯網產業人才的重要來源,核心能力對他們整個職業生涯來說起著至關重要的作用。物聯網專業學生核心能力的培養必須以多渠道、多角度滲透式進入所有課程,貫穿于教育教學的全過程,最終培養和訓練學生的職業核心能力。物聯網課程從根本上強化了網絡教學的先進性和實踐性,為培養具有網絡應用能力、工程實踐能力和創新能力的計算機特色人才提供了條件。
參考文獻
[1]馬忠梅、孫娟、李奇.物聯網工程專業課程體系與實踐探討[J].單片機與嵌入式系統應用,2011(10)
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[3]李佳、胡漢輝、李健.高職物聯網專業課程體系建設研究初探[J].湖南工業職業技術學院學報,2013(1)
物聯網技術是在計算機技術和互聯網技術之后的信息產業第三次革命浪潮。它通過感知識別技術,按照事先約定好的協議,能夠實現人與物、人與人、物與物之間的相互聯系,現在被廣泛的應用于醫療產業、智能交通、智能消防、智能環境檢測和政府工作等方面。在公認的情況下物聯網被分為三個層次:底層是感知數據的感知成;在中間的一部分是傳輸數據的網絡城;在最上層的部分是對內容信息進行處理的應用程序。物聯網是三網融合的延伸和擴展,互聯網是本技術的核心和基礎。
通信工程軟件工程電子工程科學技術和工科專業等是物聯網專業網絡實驗的主要內容。相比于學校的工科學院,一些高等的職業師范學校就缺少或是沒有完全掌握這種通過物聯網培養專業人才的技術。在國際上對互聯網專業人才的鑒定是從四個方面進行的,一是計算思維能力;二是程序設計的實現能力;三是對計算機算法設計與分析能力;四是對物聯網系統的認知、分析、設計和開發能力。下圖1為在物聯網專業課程中計算機網絡課程在其中所占地位。
圖 1 計算機網絡課程在物聯網專業中的核心地位
在我們列出圖1中可以發現物聯網專業課程大致可分為兩類,分別是基本理論與專業基礎和工程與技術實踐。而基本理論與專業基礎類是為了使學生具備計算機思維和使學生更好的認知互聯網,對日后的開發打下堅實的基礎。而工程與技術實踐的主要內容是培養學生通過社會需求的導向來更好的應用和掌握物聯網開發的方向和能力。物聯網技術的本質問題是如何才能更方便更有效的利用系統來實現對不同行業的互聯網服務,而它的根本目標是怎樣才能構建出高效率,低成本的自動化系統。中國專家吳功宜的觀點是互聯網專業技術是由計算機科學技術衍生出來的,他的主要目的是為社會培養工程與技術人才,所以專業實踐課程是物聯網專業課程的關鍵。隨著社會的發展,社會對計算機科學所需的人才也提出了客觀的需求,物聯網專業人才能夠充分的理解物理空間與信息空間的一體化趨勢,并且他們具有這種科學思維和科技創新的能力,能夠更好的應用服務于社會。
2網絡教學原則
網絡教學原則是網絡教學的目的和過程客觀的制定的教學經驗總結。對普通的網絡教學具有普遍適用的指導意義。一般從以下幾個方面來制定:第一是真實性原則。在網絡教學中通過網絡多媒體等虛擬現實技術,創造出與實際學習環境相似的學習環境,即實現情景學習。第二點是開放型學習原則,導師把各種學習資源開放的展現,給學員構造出自主學習環境,并且只需為學生提供出學習建議和學習方向,利用物聯網的高包容性,高便捷性,高覆蓋性的特點,使學生能夠及時得到教學資源,開展學習。第三點是隨機學習原則。在建立的虛擬網絡系統中構建一種隨機學習機制。就是圍繞一點,可以通過不同的方式進行學習,并且提供多次的學習機會,是學員能夠根據自己的興趣愛好,選擇合適他們的學習方法,從而使他們獲得更多的知識。第四點是探索學習原則。在網絡教學的過程中應該以引導為主,應該注意時刻調動學員的積極性,是他們自己學習,強調學習的主動性。通過這種方式培養的學生自主學習能力和科技創新能力以及推測,預測能力會遠超常人。
3網絡課程教學實踐
3.1激發同學的專業學習積極性
在物聯網教學實驗中有一門物聯網技術導論課程,是學習物聯網專業的基礎課,在專業課程的學習中具有非常非常重要的作用,是學生邁向物聯網的敲門磚。在筆者的實際教學課程中,第一節課是用來調動學員的積極性和提高學生們的學習興趣。通常在這節課中一般用以下幾點來提高學生的學習興趣。一是向學員們展現物聯網對我們生活的影響和在物聯網的影響下,我們的生活有了什么改變?讓學生充分的體會到物聯網是如何改變我們的生活,使我們的生活變得更加便利,從而提高學生的積極性。二是為同學們分析現狀,讓他們充分的認識到自己的不足和強勢之處,使他們更清楚四年大學生活對他們的影響,讓他們充分認識到這四年大學生活是人生中的第二次充電站,這關乎他們未來的生活水平和幸福指數,鼓勵他們克服現有的迷茫,從而獲得一個充實而美好的大學生活。三是與同學們討論如何在以后的學習過程中如何使他們一直保證一個較高的學習興趣,可以組織學生參加一些活動,或者向有經驗的老教師進行他們的教學方法,再或者多與志同道合的同學交流,時刻對物聯網技術進行高度關注,通過組織或協助學生參加物聯網技術競技大賽的方式提高他們的積極性。
3.2為學生創造充分的學習空間
在實地教學課程中,有意者去布置一些相對簡單的互聯網選題,且提前布置下去,使他們有充分的時間來查閱相關的資料,做成課件,鼓勵他們在課堂上自行講解分享,為他們營造出充分自由的學習空間,培養同學的自主學習能力和表達能力。比如可以通過一些新興的技術如:云計算,遙感技術,位置服務或者可穿戴技術等專題,讓他們展開自由的學習討論,讓他們自行分組學習,結果會非常理想。讓同學從對云計算一無所知到有模糊的認識,再到最后演講時頭頭是道,能夠對云計算整體進行定義和分析,這就是質的變化。
3.3為學生推薦有較高閱讀價值的資料
學生在實際學習過程中可能會花費很多時間去學習一些不是很重要的東西,這時就需要教師對他們進行協助,所以學生的導師就需要為他們指明學習的方向。一開始導師可以向他們推薦一些經典的資料,做到授之以魚。由于導師對互聯網有較深的了解,他們對一些知識也有更深刻的認識,所以在導師有意的指導之下,學生通過閱讀或實際關鍵資料可以達到快速提升自己能力的作用。在教學的過程中要注意到時代的發展,對于物聯網的影響,比如物?網發展的趨勢,新技術和一些新應用新的發展方向。當遇到一些新奇或者是有意義的資料及時整理出來,并且發在網絡課程上,讓學員們進行學習。在實際教學過程中,要有意的把自己整理的資料視頻或者電子書文件向同學推薦。如講物聯網安全問題時向學生推薦美國著名的密碼學專家 BruceSchneier 的經典著作《Applied Cryptography》和《Secrets and Lies: Digital Security in a NetworkedWorld》,在對云計算進行講解時,可以向學生推薦美國著名作家尼古拉斯?卡爾的著作《IT 不再重要――互聯網大轉換的制高點:云計算》,在對物聯網發展社會背景進行講解時,我們可以向學生推薦爾?蓋茨的《未來之路》。
當學生對一些基礎已經完全了解后,如果他們想繼續深造,可以教給他們一些獲取信息的方法,途徑,做到授之以漁。使用最多的方法是交給他們在搜索引擎中選擇關鍵詞或關鍵字搜索法。在百度,搜狗等搜索引擎中輸入關鍵字,在搜索結果中選擇他們自己感興趣的內容。還有一種方法就是利用微信公眾號如“物聯網頭條”“物聯網智庫” ,這些公眾號會時常更新,大概每天都會有4-5條關于互聯網的最新資訊或者是關于互聯網的原創觀點,可以使同學們在茶余飯后的零碎時間進行興趣學習。通過瀏覽這些文件或資料,提高他們的學習能力,開闊他們的眼界,增強他們的專業學習興趣。
3.4 各學科老師進行交叉學科合作
這個方案主要是針對導師來進行,因為對于物聯網專業,不僅學生要提升,導師也要提升。導師的自我提升也有非常重要的作用,在實踐過程中,導師可以通過閱讀來實現提高自己知識面或者眼界的作用。可以通過在網上搜索相關的教材資料文獻或者在網上查找視頻等方法進行自我提升。有一點在教師的提升中有至關重要的作用,那就是交叉學科教師合作。基于物聯網專業的交叉學科教師合作,能夠使教師與時代與時俱進,使他們不局限在自己的小天地內,融入到大的時代背景當中,使他們能夠各方面全面發展。教師合作可以開展長期的科學研究,也可以形成小組合作或持久的穩定合作關系,這不僅能使教師之間的知識更加融洽,也可以使教師之間的關系更加的和諧,使教師在教學過程中游刃有余,觸類旁通。
3.5參加物聯網科技創業大賽
由于物聯網專業具有應用的特性,所以我們不能讓學生僅僅的停留在理論學習當中,應該鼓勵激勵他們在生活實踐中得以運用。我們可以與校領導進行協商,舉辦一些科技創新大賽,或者鼓勵學生參加國家級別的科技創新競賽,使他們在競爭的過程中獲得更多的知識,使他們所學的理論知識更好的應用于實踐。這種競爭模式可以充分的激發學生的思維,培養他們的動手能力,使其在日后的學習中有明確的方向和目標。并且在參加競賽的過程中,學生應該與指導教師進行積極的協商,向導師介紹自己的創新思想并尋問可行性,這樣可以避免走很多彎路。
4網絡課程實驗教學體系
4.1 CDIO教學理念
CDIO 代表構思(conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate),它生命周期的載體是從產品研發到產品運行。他的主要作用是用來培養學生在實際生活中主動實踐的工程能力。網絡課程內容橫穿大學四年本科學習,所以在不同階段融入不同的網絡實驗課程,具有必要性。在實際的教學過程當中,在多數情況下使用讓學生們進行小組討論學習的方式進行科研或者是掌握學習內容。
4.2過程的實驗考核
關于高校的計算機課程教學過程的評定,實驗課程成績占據了非常大的比重。但是隨著時代的發展,高校越來越注意對人才的多元化培養,所以如果再采用傳統的總結性評語,就很難對學員進行全面的分析評價,所以為了使學生的評價更加的客觀和公正,就引入了基于云計算在線的測試形式和通過計算機網絡課程進行綜合評價的方式。前者是考驗學生對靜態網絡的認識,而后者是全面考核學員的創新和系統集成的。在二者的有效結合之下,會在很大程度上綜合反應出學生的學習情況和能力水平。
4.3 基于行業案例的實驗模式
由于物聯網具有可靠傳輸智能處理全面感知特性,在電網交通物流等方面被廣泛的應用,所以智慧城市是物聯網發展的趨勢。為了保證智慧城市的正常運行,就需要很多使用物聯網的人才進行維護,所以在教學過程中可以對這一方面進行針對性的教學。比如蕪湖市的智慧城市創建目標就是建設創新和諧幸福優美的智慧型城市。他的主要任務是實施“1336”工程,即“一個中心、三項工程、三大體系、六大基地”。 而為了完成這個目標就需要專業對口的人才,所以這些目標也為人才提供了良好的就業平臺。在日常的教學過程中有針對性的為學生講解或者推行這些方面。在工程訓練,畢業設計,專業實習等環節,有意識的加強相關內容,帶領學生參觀相關的企業或者是學術論壇,這樣不僅能提高學生的專業水平,還能促進學生就業水平。
【關鍵詞】物聯網 獨立學院 教學
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2014)20-0080-01
培養具有物聯網專業知識和技能的人才是我國相關高校及相關職業技能學校的教學任務之一,各學校為了達到培養目標,如何進行教學,成為學校的重要教學課題之一。云南因地理位置及條件的限制,物聯網起步較晚,雖然在人才培養中可以借鑒較發達地區院校的教學經驗,但仍然應根據省情來設置物聯網的教學,特別是云南的獨立學院更需要探討物聯網的教學,以適應物聯網教學的需求。
一 物聯網的概念
物聯網的一般定義是,物聯網是新一代信息技術領域的重要組成部分。其英文名稱是“The Internet of things”,顧名思義,“物聯網就是物物相連的互聯網”。這有兩層意思:(1)物聯網的核心和基礎仍然是互聯網,是在互聯網基礎上延伸和擴展的網絡;(2)其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間,進行信息交換和通信。
二 云南獨立學院基本校情分析
首先,云南獨立院校基本上是綜合性的獨立學院,除特殊行業的院校外,所設置的專業與物聯網有很大的關系。其次,獨立學院的學生基礎較差,學習能動性、主動性差,但學生的優勢在于容易接受新事物,對新技術有著較強的興趣,大多數學生性格活潑,這恰恰為物聯網這門新興的學科學習提供了較好的教學對象。再次,學院并沒有專業的物聯網教師隊伍,調查分析后了解到,教授物聯網課程的教師主要是計算機網絡專業、物流專業、管理信息系統專業等的教師,但都未接受過物聯網專業知識的系統訓練,并且學院沒有系統的教材和教學資源來支撐物聯網的教學。
三 獨立學院開設物聯網課程的對策
1.專業設置
物聯網可作為一個系列課程出現在相關的專業課程中,如信息管理專業、計算機專業、物流專業等,可由計算機網絡應用基礎、信息管理系統、物聯網技術及應用三門課組成,且課程的理論部分最好占30%的比例,其他為實務和應用。也可開設為一門選修課,提供給對現代信息技術感興趣的學生學習。
2.教師隊伍建設
教師隊伍建設可選擇計算機網絡、信息管理、物流管理專業的教師組成,但從教師的專業出發,教學時帶有較強的專業知識傳播特點,教師隊伍培養應以“夯實專業基礎、擴大專業知識面、積極改變教學教法、抓住實踐應用為中心”的方針來培養師資。具體可通過外派教師進行學習培訓、作為學生實習帶隊教師參與到實踐中、積極參加教學教改、編寫教材和實驗教案等行之有效的方法,以逐步提高教師的教學水平。
3.教材資源建設
通過對多種物聯網教材的分析得知,大多數教材基本由物聯網概念、物聯網技術、物聯網應用三大部分組成。這樣的教材比較適合于教學條件好、起點高的學校使用,不符合云南獨立院校的教學特點。開發適合的教材對于提高教學質量成了一個很關鍵的因素,應組織物聯網教師隊伍加強教材的編寫工作,教材編寫應以“輕理論、重實踐”為編寫原則,并編制相應實驗教案,實驗教案擬定實驗框架后,先設計在學校中可以完成的教學實驗,如計算機、網絡、信息系統等部分可以完成的實驗。實踐實驗應成為實驗的核心部分,這部分實驗應與專業實踐操作聯系起來設計。
4.設備資源利用
建立物聯網實驗室,需要大量資金的投入,而且物聯網應用技術更新較快,實驗室的后期維護費用也較高,從教學效益和經濟效益看都不合算。所以應先充分使用好學校的實驗設備資源,如計算機信息處理、計算機網絡、使用物聯網仿真軟件,實驗的內容應編寫在實驗教案中。實踐實驗處理的方法有兩種:(1)租用如云南大學、昆明理工大學等具有較好教學資源的學校的實訓設備,但這種方法缺點較多、交通成本高、實驗時間不確定、實驗內容受限等。(2)學校積極建立校企合作,將教學實驗和教學實踐相結合,充分利用好企業的優良資源,培養學生的學習動手能力和處理社會事務的能力,同時可以為實習及就業開拓新的市場,這種方式方法是值得推行的。
綜上所述,要做好物聯網的教學,首先應做好制度建設,師資隊伍要改變教學方式方法,轉變觀念,不能按技術教技術,而是技術與應用、技術與管理相結合。其次做好教學過程管理工作,要能在教學過程中不斷總結經驗改進教學。最后要關注物聯網的發展動態,不斷將新的教學內容注入課堂中。
參考文獻
關鍵詞:嵌入式;構建主義;拋錨式教學方法;物聯網應用;雙主動
1 建構主義教學理論
近年來,嵌入式技術和嵌入式產品已經滲透到各個領域,如信息家電、通信設備、工業控制等,社會需要大量掌握嵌入式技術的人才,因此,越來越多的高校開設了嵌入式相關課程。嵌入式系統是一種軟硬件結合的技術,與產品和市場有緊密的聯系,具有很強的實踐性和應用性。在教學中,教師普遍認為該課程難教,學生學習起來也很吃力,難以深入掌握相關知識,教學效果不理想,因此,筆者主張以建構主義理論為基礎,探索新的教學模式。
建構主義觀點是由瑞士心理學家讓·皮亞杰于1966年提出的,他創立的學派被稱為“皮亞杰派”,是認知發展領域中最有影響的學派。建構主義學習理論包括以下3個基本觀點。
1.1 學習是一種過程
學習者在學習新知識時,不是通過傳授獲得知識,而是通過他對知識的經驗解釋,將知識轉變成了自己的東西,即知識和技能的獲得,是學習者與外部環境交互作用的結果,而不是教師單向灌輸的結果。
1.2 學習是協商活動的過程
學習不是單向的接受過程,教師不但肩負著“傳”的使命,更肩負著調動學習者積極性的使命。教師要分析學習者的知識結構,找到合適的切入點,才能確保新知識單元被建構到原有知識結構中,形成一個新的結構。然而,不同的學習者知識結構不一樣,對知識的理解不一樣,從而導致學習者的學習效果不一樣。因此只有通過“協商”和磨合,才可能達成共識。
1.3 學習是一種真實情境的體驗
學習的目的是讓學習者真正使用所學的知識來解決問題。“懂了”只是第一步,“會用”才是更關鍵的,會用才證明真正學會了。只有在真實情境中,才能使學習變得更有效,因為學習者可以在真實情境中解決實際問題。
分析以上3個基本觀點可知,建構主義教學理論應該以學生為中心,在整個教學過程中教師是組織者、指導者、幫助者和促進者,利用情境、協商等學習環境要素充分發揮學生的主動性、積極性和首創精神,最終達到使學生有效實現對當前所學知識的理解和應用。可見,在建構主義教學理論下,教師和學生的角色、作用與傳統教學相比已經發生了很大的變化,而這種變化必將給嵌入式課程的教學注入新鮮力量,為改善教學效果開辟了新的途徑。
2 物聯網與嵌入式技術
物聯網的概念于1999年提出。根據2005年國際電信聯盟(ITU)的定義,物聯網主要解決物到物(Thing to Thing,T2T)、人到物(Human to Thing,H2T)、人到人(HumantoHuman,H2H)之間的互聯。物聯網這一高度交叉的新興前沿領域在國際上備受關注,美國IBM公司基于物聯網提出“智慧的地球”概念;中國科學院早在物聯網概念誕生之初就啟動了傳感網研究;2009年,無錫物聯網產業研究院成立,考察時提出“感知中國”的概念。
在物聯網應用中有3項關鍵技術,即傳感器技術、RFID(射頻識別)技術、嵌入式技術。把物聯網用人體做一個簡單比喻,傳感器相當于人的眼睛、鼻子、皮膚等感官,網絡就是神經系統用來傳遞信息,嵌入式技術則是人的大腦,在接收到信息后要進行分類處理;物聯網的發展為嵌入式技術的發展提供了新的應用領域。因此,嵌入式課程的教學內容安排要面向物聯網的應用。
3 雙主動教學模式
3.1 理論教學環節設計
在建構主義的教學理論下,目前已開發的比較成熟的教學方法主要有:支架式教學法、拋錨式教學法和隨機進入教學法。筆者主張采用拋錨式教學方法進行課程理論環節的教學。拋錨式教學也稱“實例式教學”或“基于問題的教學”,它要求在教學過程中,依據教學內容、對象和方式,確定錨點,即選取有感染力的真實問題,通過拋錨引導出講授的知識,設計出問題來指導教學。所謂的“拋錨”就是教師通過選取有感染力的真實問題創設教學情境,以確定教學內容用,“拋錨”是否成功,取決于教學情境的創設能否激起學生的積極性。由此可以看出,“拋錨式”教學方法的關鍵環節是教學情境的創設。下面筆者針對物聯網應用,分析嵌入式課程的理論教學內容,然后給出創設的教學情境。
3.1.1 教學內容安排
嵌入式理論教學目的是掌握嵌入式系統開發技術,為物聯網的應用奠定基礎,而嵌入式軟件是物聯網的重要的核心技術之一,它的發展促進物聯網的工程應用,因此,為了更好地應用物聯網,嵌入式課程安排6個知識單元的教學,具體內容包括以下幾個方面。
第1知識單元:嵌入式系統緒論。掌握嵌入式系統定義、特點,了解嵌入式系統的發展趨勢、特點,理解嵌入式系統的設計過程。
第2知識單元:ARM體系結構。掌握ARM9結構,了解ARM9的指令集、工作模式,理解ARM9儲器格式、存儲器映射I/O結構、ARM異常,掌握ARM9的尋址和加載/存儲指令、算術和邏輯指令、比較指令、分支指令、軟件中斷指令。
第3知識單元:嵌入式系統的接口設計。掌握接口的控制方式、存儲器接口設計、引腳連接模塊應用、GPIO接口設計,了解中斷的分類、中斷源,掌握中斷設計、定時/計數器接口設計、串行口設計、人機接口設計。
第4知識單元:嵌入式系統的軟件平臺構建。了解嵌入式系統軟件平臺的發展、典型嵌入式操作系統,理解嵌入式系統軟件開發的特點,掌握UC/OS—II移植規劃、移植文件構成、移植代碼與系統應用程序設計、任務設計、常用的系統函數、任務問通信程序設計方法、內存管理的程序設計方法。
第5知識單元:嵌入式網絡技術。了解分布式嵌入式系統網絡結構、通信方式,掌握異步串行通信網絡、12C總線網絡、CAN總線網絡、USB網絡,理解嵌入式TCP/IP協議的特點,掌握嵌入式TCP/IP協議的實現方法。
第6知識單元:嵌入式系統設計實例。通過實例掌握嵌入式系統設計的過程和方法。
其中第2、4、5知識單元是嵌入式軟件的核心內容,不少于20學時。
3.1.2 教學情境創設
針對每節課的教學內容創設一個學習情境,設計一個總體任務,并向學生展示出整體情境,提出總體任務,然后引導學生對總任務進行分析,嘗試將總任務分解成有序的各級子任務,并討論出各級子任務所需要的知識和技能,最后學習這些知識,鍛煉這些技能,以解決問題。下面以UC/OS—II移植為例來說明進行教學情境創設的過程,具體步驟如下:
第1步,運行一個簡單的多任務程序,展示移植UC/OS—II后程序的設計方法。通過感性認識,引出要講授的知識,并強調學習該部分知識的重要性。
第2步,在ADS集成開發環境下設計一個工程,給學生展示移植UC/OS—II后多任務程序設計的運行情況,分析應用UC/OS—II系統函數進行多任務程序設計的方便性,激發學生的學習興趣,提出總體任務:移植需要完成的工作。
第3步,分析總體任務,完成移植工作需要在OS cpu.h、OS cup C.C和OS cup a.s中設計移植代碼。在工程的h文件夾下打開OS_cpu.h,在工程的arm文件夾下分別打開OS_cup_c.c和OS cup a.s分析移植代碼的設計思路,依據設計思路,指導學生進行關鍵程序段的編寫。
第4步,總結移植步驟和方法。
內容講授完畢后,讓學生總結UC/OS—II移植的步驟和方法,加深學生對該部分知識的理解。
從上面的設計步驟可以看出,情境創設是從真實情境展示出發,由真實情境引出要講授的知識,即先給出問題再說明問題的解決方法。相對傳統的灌輸教學方法,可以讓學生對所學知識的重要性有更好的理解,從而激發學生的學習興趣,提高學生的學習主動性。
3.2 實驗教學環節設計
實驗課程的教學以建構主義理論為指導,從學生的知識基礎和興趣出發,進行分層次教學,即將實驗內容分成驗證性、設計性、創新性3個層次,課前教師布置預習內容,提供與實驗內容相關的大量資料,給予學生充分的時間進行查閱和理解資料,課上教師僅指導學生探索問題、解決問題,充分發揮學生的主動性,讓學生自己學習、自己操作,驗證性、設計性實驗在課上完成,并由教師對完成情況進行檢驗,現場給出成績;此外,對實驗感興趣的學生可以利用課余時間完成創新性實驗,這需要定期開放實驗室,允許學生動態使用實驗室的所有資源,在教師的指導下充分發揮學生的積極性和創造性,運用已有的知識基礎,自己思考并動手解決實際問題。通過實驗教學環節,使學生對所做實驗的性質、規律以及知識之間的內在聯系有較深刻的理解,形成對知識的意義建構。表1給出了實驗項目及類型。
創新性實驗內容綜合性強,涉及的知識較多,學生2~3人一組,每一組內的學生相互協作共同完成實驗內容。此外,實驗項目可以動態變化,學生可以從表1中選取題目,也可以由教師設計題目,這取決于完成創新性實驗的學生的興趣狀況和知識基礎。
當前的計算機基礎教學方法仍然停留在理論教學、實驗教學是模式上,盡管使用了多媒體教學課件,但教學效果不夠明顯。沒有采取慕課、微課、翻轉課堂的教學改革模式,不能滿足實現討論式、案例式的教學方法和手段改革的目標。
2教學改革
2.1課程總體目標
根據學校的辦學定位,充分考慮各專業培養目標的差別性,對課程的教學內容、學時、學分依據理工、經管、文法、藝術、師范等類別進行了區分設置。堅持從“工具論”上升到“方法論”,從單純的“實用技能”轉變為“思維訓練”與“能力訓練”的計算機基礎課程教學理念,以“互聯網+”為切入點,培養學生掌握計算機基礎知識、基本技能和計算機技術應用能力,通過案例教學培養學生計算機思維能力、互聯網思維能力和解決專業問題能力。
2.2構建課程體系
由于“互聯網+”代表一種新的經濟形態行動的推進,計算機基礎教育課程將要重新構建課程體系。大學一年級的第一個學期所有的專業共同開設《計算機應用基礎》課程,大學一年級的第二個學期依據專業的不同開設不同的課程。理工類開設《C語言程序設計》課程、財經管理類專業和文法類專業開設《數據庫應用技術》課程、藝術類和師范類開設《多媒體技術應用》課程。根據專業的目標,后繼將要開設1—3門相關的計算機課程。師范類專業開設現代教育技術課程、數學專業開設面向對象程序設計及有關算法的課程、自動化專業開設有關嵌入式系統開發的課程、制造類專業開設有關物聯網技術方面的課程、財經管理類開設有關電子商務網站的課程。通過針對不同專業開設不同的計算機基礎課程,培養學生具有將互聯網的創新成果融合于經濟社會各領域之中的應用能力。
2.3教學內容改革
在《計算機應用基礎》課程的教學內容改革中,理工類專業課程內容側重信息檢索技術,培養學生運用信息技術跟蹤學科領域最新技術發展趨勢和獲取信息的能力。經管類專業課程內容側重Excel在財務管理中的應用,培養學生解決專業問題的能力;文法類課程內容側重Internet基礎與應用,培養學生有效利用網絡進行信息的能力;藝術類課程內容側重多媒體技術,培養音頻、視頻信息的采集和處理的能力。在教學內容上不斷更新課程內容,增加云計算、大數據、物聯網技術等教學內容,培養學生具有應用現代信息技術解決專業實際問題的理念和思維方式。開設的第二門課程應依據專業類設置不同的課程,為了更好地為專業服務,尤其與現代制造業、生產業等有關的專業,探索與互聯網+的實際應用問題,通過算法實現和設計滿足專業需求的教學案例,培養學生應用計算機求解的思維方式和行為能力。
2.4教學方法的改革
以案例來組織課程講授知識點,以應用為主線加強能力訓練和思維訓練,堅持理論夠用和注重算法實現的原則;采取案例驅動教學方法,在實驗室進行互動教學,邊講邊練,以提高教學質量和鞏固學習效果。課堂教學通過精彩教學案例帶動知識點,講、學、練相結合,實現師生互動,課堂氣氛活躍,調動學生的學習積極性;把物聯網等有關最新技術發展融入課堂教學,使學生了解計算機最新應用技術,開闊了視野;充分利用現代教育技術手段“精講”。針對專業不同開設的實驗項目,如In-ternet實驗、高級排版實驗、PPT多媒體作品實驗、電子表格實驗、多媒體應用實驗、迭代遞歸算法實驗、二分查找實驗、計算積分算法實驗、數據庫應用實驗等項目。通過實驗項目完成相應的案例,培養了學生的計算思維能力和解決實際問題的能力。積極采取慕課、微課、翻轉課堂等教學改革方式,探索“互聯網+教育”教學改革的新模式,不斷提高教學質量。
3結束語
物聯網時代的計算機技術,通過二維碼識讀設備、射頻識別裝置、紅外感應裝置等信息傳感設備將各種物理對象整合成網絡,對我們影響巨大。首先物聯網技術的應用不僅提高了我們日常生產和生活的信息化程度,還在提高效率的同時達到能源節約的效果。另外物聯網有著全面感知、可靠傳遞、智能處理的優勢可以對物體實施更精密及時的控制,這種及時精密的控制和管理應用于工業生產中可以直接轉化為生產效率。物聯網把新一代IT技術充分運用在各行各業之中,通過“物聯網”與現有的互聯網整合起來,實現人類社會與物理系統的整合,在這個整合的網絡中,存在能力超級強大的中心計算機群,能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實施實時的管理和控制,在此基礎上,人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活,達到“智慧”狀態,提高資源利用率和生產力水平,改善人與自然間的關系。
2物聯網時代計算機網絡技術教學的發展現狀
2.1教學模式單一,教學質量不高
面對物聯網技術的快速發展,我國傳統的面對面課堂教學方式已經難以跟上計算機網絡技術的發展速度。我國的計算機網絡技術教學由于緊張的教學任務,教師在教學時往往為了教學任務忽視學生的學習效果,由此直接導致學生學習的積極性下降從而使知識不能成系統的傳授給學生。由于物聯網科技的進步速度太快,學校難以有足夠的資源對教學內容進行更新,新科技的學習主要依靠學生的自學,理論知識不扎實的學生在面對專業性極強的物聯網新技術、新理論學習時,根本達不到自學效果。
2.2教材更新緩慢,教學內容滯后
聯網的發展使得計算機網絡技術迅速發展,新應用、新技術不斷涌現,同時也要求技術人員能動態更新網絡知識。雖然現有的網絡教材不斷推陳出新,但是其更新的速度遠不及網絡技術的發展。許多與物聯網相關的網絡新技術如Adhoc網絡、傳感器網絡、體域網知識等都未能及時補充到教材里,造成計算機網絡教材在內容上的滯后性與局限性,如果教師在授課過程中不及時調整補充教學內容,教學內容的前瞻性、系統性與實踐性必定無法得以保證。
2.3實驗條件受限,理論與實踐脫節
網絡設備由于其有著較高的科技附加值,因此普遍價格比較昂貴,作為教學主體的學校由于設備僅僅用來教學不能產生直接的利潤,很難有足夠的資金對網絡設備進行及時的更新換代。這就導致學生在課堂上學一套理論,但進行理論實踐時面對的卻是已經淘汰設備的尷尬現象。這樣理論知識與實踐相脫節的教學模式不僅達不到應有的教學效果,剛學習的抽象的知識很快就會被學生忘記。
3物聯網時代的計算機網絡教學的課程改革
面對物聯網時代計算機網絡技術教學的嚴峻任務,如何對現存的計算機網絡技術教學模式進行改革就成了一項亟需解決的問題。在進行教學改革時,一定要秉持實事求是的原則,針對我們計算機網絡技術教學目前的問題,對相關課程進行徹底的改革。
3.1加大對硬件技術應用于教學的教學力度
在當前軟件技術課程的教學中,大量的數據都來自于手工輸入或從文件導入的現成數據,這就局限了軟件系統的應用領域和軟件技術的發展。如果能多元化的接收數據,就可以擴大軟件系統的使用范圍。進入“后硬件”時代后,我們關心的不再是硬件產品的研發,而是在硬件產品后的軟件開發,但絕大部分都對硬件產品缺乏必要的認識,導致硬、軟研發脫節的情況。我們可以采用身邊對物聯網應用的案例進行分析,比如說對超市的射頻掃碼系統,通過一定的理論技術學習將硬件的教學融匯到日常的生活當中,將數據采集任務下放到超市的日常運營當中,從而增進學生對數據來源和物聯網應用的認識。在現今的軟件技術教學中就準備對感知層技術應用的教學,一旦物聯網技術發展成熟,軟件技術便可以順利的過渡到物聯網時代,否則的軟件技術教學又將滯后3-4年。
3.2配備軟、硬件結合的物聯網軟件開發實驗室
如今我們針對計算機網絡技術的教學主要運用PC機和對應軟件產品的模擬進行教學實驗操作,然而隨著物聯網技術的發展,這種教學模式所收到的教學效果是不夠的。今天的計算機網絡技術已經不再是只憑借編寫代碼就能完成的工作,而是需要代碼編寫和硬件設備的系統集成才能實現物聯網技術的應用,針對這種特點,我們就應該從根本上解決問題,那就是建立軟、硬件結合的物聯網軟件開發實驗室,讓學生在編寫軟件的過程中融入硬件使用的相關特性,并且提前掌握物聯網的信號收集、傳輸和處理等知識,為以后進入工作崗位做準備。
3.3加大教職員工的培訓力度,抓好教學工作
物聯網畢竟是近年才出現的新生事物,大多數人都還不是很了解。對于智能手機、智能家電的概念是接觸了不少,但許多學校都缺乏物聯網實驗室及能指導做物聯網實驗的技術人員,這也是使學校軟件技術跟不上物聯網發展的一個重要原因。介于此,可以每學期利用空閑或專門去企業學習鍛煉,把先進的技術帶入校園。不能閉門造車,落后就要被淘汰。
4總結
【關鍵詞】 物聯網人才;物聯網人才培養
The research of the professionals’ training to the Internet of things
Yu Jinrong,Huang Gang
(College of the Internet of things, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing, Jiangsu 210003, China)
【Abstract】The progress of the Internet of things’technology will become the driving force for economics development of the next round world.And the professionals’ demands to the Internet of things’ technology certainly increase year by year.But currently in our country the special subject for the Internet of things’technology have not establishmented,and the professionals are very deficient.This article elaborated the present situation of the demand for the professionals to the Internet of things, the comprehensiveness of the professionals’ training to the Internet of things,and the some measures for how to train the high quality professionals to the Internet of things.
【Key words】the professionals of the Internet of things;the professionals’ training to the Internet of things
【中圖分類號】 C96 【文獻標識碼】B 【文章編號】 1001-4128(2011) 09-0260-02
1 引言
“物聯網”是指通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備,按約定的協議,把任何物品與互聯網連接起來,進行信息交換和通訊,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理。它是繼計算機、互聯網與移動通信網之后的世界信息產業第三次浪潮。物聯網用途廣泛,遍及智能交通、環境保護、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工業監測、老人護理、個人健康等多個領域。國際電信聯盟指出,物聯網通信時代即將來臨。未來幾年,伴隨國內物聯網技術的迅猛發展和逐漸成熟,必將推動經濟社會的全面進步,對未來經濟社會發展將發揮至關重要的作用,物聯網技術的進步將成為下一輪世界經濟發展的驅動力。[1]
2 物聯網人才的需求現狀
為了順應國際形勢以及我國中長期科學和技術的發展需要,《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006-2020年)》在“亟待科技提供支撐”的國民經濟和社會發展重點領域中選擇了68項任務明確、有可能在近期獲得技術突破的優先主題,其中明確提出要重點發展傳感器網絡及智能信息處理。由于“感知中國中心”在江蘇無錫的建設,帶動了江蘇省及“長三角”地區對物聯網與傳感網技術的人才需求。同時隨著國家戰略性新興產業的推進,全國各地對物聯網與傳感網技術的人才需求將呈指數性增長。
產業的需求無疑帶動了人才的需求,國內支柱產業及高技術產業發展對物聯網與傳感網技術人才需求不斷擴大導致此類人才成為企業的注目焦點。物聯網與傳感網技術專業培養的學生主要從事物聯網與傳感網技術及相關領域內的科研、教學、應用、開發、生產、管理工作。同時,物聯網與傳感網技術專業涉及國民經濟發展的多個領域,隨著國內戰略型新興產業發展對信息網絡技術需求的不斷擴大,人才市場對此類人才的需求是持續增加的。[2]
根據美國權威咨詢機構Forrester預測,到2020年,世界上物-物互聯的業務和人-人通信的業務相比,將達到30比1,意味著物聯網產業要比互聯網大30倍。因此,物聯網被稱為是“下一個萬億級的通信業務”。根據江蘇省人才市場招聘需求信息,2007年計算機/互聯網/通信專門人才的需求總數為319168,其中研究生需求數22960,本科生需求數143765;2008年計算機/互聯網/通信專門人才的需求總數為401127,其中研究生需求數13122,本科生需求數200493;連續兩年列第二位,且不斷增加。隨著全國物聯網技術應用和產業的大規模發展,以及政府對物聯網產業的大力支持與推動,相關專門技術人才的需求將會有進一步的提高。由此可見,物聯網與傳感網專業技術人才的需求量是巨大的。相關的物聯網專業技術人才即將走俏。南京郵電大學于2009年9月率先成立了物聯網與傳感網研究院和物聯網學院,開展人才隊伍的培養。本文就高素質物聯網專業人才的培養提出幾點想法。
3 物聯網人才培養的綜合性
物聯網廣泛涉及RFID、傳感器、嵌入式軟件及傳輸數據計算等應用領域。物聯網的應用技術主要包括:物體的標識與識別技術、物體感知的傳感網絡技術、物體“思考”的智能技術等,涵蓋了計算機、現代通訊、新材料、智能控制等前沿尖端技術。因此在人才培養方面,需要培養具有以下三大類綜合性專業基礎技術的物聯網人才:[3]
計算機軟硬件、網絡及通信類:計算機與通信技術應用涉及物聯網的各個領域,主要從事物聯網通信系統與網絡的理論、技術及應用研究。具體包括:數據挖掘與采集、軟件開發、系統設計、嵌入式軟硬件設計、模擬硬件研發等。其中,嵌入式軟硬件的應用最為廣泛。具體地說,就是把感應器嵌入和裝備到電網、鐵路、橋梁、隧道、公路、建筑、供水系統等各種物體中,然后將物聯網與互聯網整合。因此嵌入式軟硬件設計技術是物聯網人才培養的關鍵。
應用物理/應用數學類:應用物理的測控技術、光學精密測量、遙感遙測、納米技術及光學工程,應用數學的計算數學、組合數學等專業在物聯網領域中都有重要應用。這些相關技術成為物聯網人才培養的基礎。
電子/電氣/自動化類:電子(尤其是微電子)、電氣、自動化類的微納機電系統、微傳感器與微執行器、微機器人與微裝配系統等技術成為物聯網科學研究、設計制造、產品研發需求的重點。
有機地整合上述相關專業知識,以形成一個有效的知識體系,用以支撐物聯網與傳感網的技術與應用需求是物聯網與傳感網技術專業的核心問題。
4 物聯網人才培養的措施
物聯網在國內尚屬于新興專業,人才培養結合社會需求也是近年來提出、尚未真正解決的難題。作為為社會輸送人才的主要來源地的高校,應將物聯網人才培養的教學體系、教學實踐、社會需求結合起來研究,充分利用各項資源,將課程與實踐相結合,把高校自身教學優勢和企業用戶整合起來,開創出實用的物聯網專業建設和人才培養措施。
*設置合理的教學體系:
根據物聯網所需高素質人才的綜合性,在設立高等教育課程體系時應分別側重于上述三個方向。以信息網絡為主干學科,涉及計算機科學與技術、信息與通信工程、電子科學與技術、控制科學與技術、應用數學與物理技術等交叉學科;設立電子識別技術與應用、傳感器與測控技術、通信系統原理、通信與計算機網絡、無線傳感器網絡技術、物聯網技術與應用、傳感器件與編程技術、ZigBee協議與應用、物聯網中間件技術、網絡協議及網絡互連、嵌入式系統原理與應用、智能信息處理、CPS原理與應用、數據庫原理與技術、無線通信與網絡技術和軟件工程等主干課程。根據物聯網技術的發展,以及市場需求不斷變化的特點,保證教學內容緊緊跟隨國際主流物聯網技術的發展。[4]
*理論與實踐相結合的教學模式:
教學的方式方法是多種多樣的,在眾多的教學方法中,尋找能讓學生盡快掌握教學內容和形成技能的有效的教學方式方法成為了人們追求的目標。將學科基礎理論和專業方向理論貫穿于課程實驗、課程設計實踐中,構成日趨完善的實踐教學模式。根據物聯網技術的應用特殊性,可考慮通過校企合作,研究和建設開放的物聯網平臺,建立物聯網技術及應用實驗室,進行物聯網相關平臺的構建及關鍵技術的研究,南郵物聯網學院將主要著重以下5個方面的研究重點:
1、物聯網組網技術與協議的研究:開展物聯網組網相關理論與協議的研究,為中國通信業的物聯網建設提供技術支撐。
2、接入C網的無線傳感器網絡多功能網關設備研制:研制無線傳感器網絡接入移動通信網絡、無線局域網和Internet等網絡的多功能網關設備。
3、服務構件化的嵌入式空間智能感知系統的研制:構建面向目標人的嵌入式智能服務節點(包括攝像頭、激光及聲源節點),使這些空間分布的服務節點形成網絡化智能環境系統,實現該系統下有效的目標活動、行為及聲音等方面的檢測及識別,為人提供多方位的智能服務。
4、物聯網隱私保護與信息安全技術研究:開展物聯網安全技術的研究,為物聯網的大規模應用提供安全、可信的環境。
5、物聯網示范應用系統的開發:開展物聯網應用系統的研發并力爭實現產業化,為中國通信業的物聯網建設提供應用示范,并推動江蘇物聯網產業發展;
通過實驗與實踐保證學生在動手能力得到鍛煉的基礎之上,又有所拔高,經過這一遍遍的專業培養或專門訓練,可以成為具備物聯網專業知識的應用型人才。同時校企之間通過整合人才和設備資源,突破關鍵技術和核心技術,加強創新能力、先進制造能力、市場服務能力建設,形成具有自主知識產權的成果和可持續競爭力,最終完成從互聯網時代到物聯網時代的產業升級。
5 總結
目前,中國物聯網的研究和應用與國際同步,具有同發優勢,處于同等水平,并做到了部分領先。有關專家表示,物聯網將很大程度上改變人們的生活方式,而中國也將率先感受到物聯的世界和智慧的地球。隨著物聯網的發展,對物聯網與傳感網技術專業人才的需求必將逐年增加,預計這種需求將保持持續增長的趨勢。然而,當前我國還沒有專門的物聯網與傳感網技術專業設置,專業人才匱乏。因此,設置物聯網與傳感網技術專業,培養具有創新意識和實踐能力,系統掌握物聯網與傳感網基礎理論和專業知識,能在信息網絡等領域從事科學研究、教學、技術開發、生產及經營管理等方面工作的高級專業技術人才是非常必要也是非常迫切的。
參考文獻
[1] 李江.物聯網的瓶頸以及未來分析[J].射頻世界,2010,(02):48-50.
[2] 劉偉.推進物聯網產業發展[N].杭州日報,2009.
物聯網技術是繼計算機技術和網聯網技術后信息產業的第三次浪潮,隨著物聯網概念的提出和技術的發展,我國已經進入物聯網以及與之相關的產業高速發展時期,很多高校、科研單位及企事業單位都非常重視,單片機技術和嵌入式技術等為物聯網的迅猛發展提高了基礎,同時物聯網技術也為單片機教學的改革也提供了機遇與挑戰。單片機課程是一門理論與實踐性都很強的學科,是電子、通信、電氣等專業的一門重要的必修課程,更是新興的物聯網專業人才所必修的課程,進入20世紀以來,企業對于電子、通信、電氣等類專業學生學習的要求更進一步,而傳統的教育內容、教學模式和教學方法已不適應物聯網技術對人才培養發展的需要。為了提高學生的能力,提升畢業生就業的競爭性,本文結合單片機課程教學的體會和經驗,就物聯網技術下教學改革中的有關問題進行探討和研究。
1教學內容的改革
物聯網時代的單片機教學設計嵌入式、無線通信、網絡基礎、傳感器數據采集、操作系統等基礎課程,其相關課程又分為基礎課程、核心課程和實踐教學中的應用開發,很多課程都是已經開設的課程,這是單片機教學改革的基礎,這樣,不需要對現有的課程體系做較大的調整,但是在核心課程中,繼續講授傳統8051單片機的內容勢必不行,結合目前大部分高等院校的實際情況,可以選擇以MCS-51為內核的無線射頻單片機,也可以選擇更加高級的STM32等先進的入門級32位SOC無線單片機,這樣可以將傳統的單片機教學順延、加強。
無線單片機內核目前已經有從多種內核,從8位到32位,學校的物聯網單片機可以選擇比較成熟的ZIGBEE無線單片機,在具體實施的教學內容和方法上把單片機和無線通信合二為一,以物聯網中的具體應用為背景,突出了無線單片機與整個系統的融合、網絡協議的組成及實現、無線傳感器的數據采集和處理方法,加強在傳統單片機教學中忽視的各種接口的驅動程序,如串行通信接口、SPI和I2C總線的開發與設計,對于軟件系統的設計和網絡協議選擇主流的ZIGBEE協議棧,利用實例講授協議棧中各層實現的方法。但是以本校培養應用型人才的目標出發,只需對應用層進行剖析,以keil/IAR等開發系統中ZIGBEE協議棧程序為具體對象,強調應用層開發的流程,輔以網絡層和MAC層中針對網絡不同拓撲形態的具體設置,從簡單的點對點通信的實現開始,逐步過渡到星形網絡和網狀的構建。同時,隨著物聯網技術的發展與單片機教學改革的不斷深入,單片機與傳感器部分整合也是大勢所趨,因為數字式傳感器驅動程序的編寫是無線傳感網絡能否工作的首要條件,這也是接下來物聯網專業單片機課程的一個方向。
2教學模式的改革
傳統的教學模式就是以課堂上老師單向的傳授書本上的理論知識為導向和中心,學生被灌輸被填鴨;然后在實驗課堂上老師布置實驗作業,并由老師輔導學生完成實驗及編程任務,前一次理論是后一次實驗的基礎。在這樣的教學模式下,理論講解的時間遠大于實踐操作的時間,就導致了老師講的多,學生做的少,學生缺乏學習的主動性和創造性,表面上老師的教學工作很順利、規范地完成了,實際上學生能否理解、接收、消化并應用,他們對單片機課程知識掌握的程度并不能體現出來。盡管實驗課通過對一個個小程序編寫、調試,但學生離開試驗箱并沒有太多的實踐機會,也不知道從何下手。
明確了單片機課程的整體教學內容后,如何將這些內容拆分開,從而融入到 學生日常可以接觸的項目中去,教學效果將會有進一步的提升。因此,我們可以采用“項目驅動法”教學模式。項目確定后,教師應首先實施完成該項 目。這樣不僅可以對項目有個全面的了解,便于更好地指導學生,而且當項目給出時,就能提供具體的成果展示,讓學生有清楚自己做什么,知道怎么做,關鍵的問題在哪里。比如在做項目“電子鐘”前,教師先用兩節課的時間進行相關知識點的講解,讓學生初步熟悉數碼管的結構和工作原理、顯示方式、字型編碼,鍵盤的工作原理、鍵盤掃描程序原理、進制的轉換 、輸入接口P0和輸出接口P2的使用方法,延時子程序的編制及延時時間的計算方法,以及如何調用子程序等,讓學生清楚電子鐘這個項目的目的和作用。給出項目完成的參考硬件仿真protel電路和keil C軟件程序。在培養學生快速學習能力的基礎上,學生用兩節課的時間完成該驗證性實驗,在學生做的過程中,老師可以適當再講解,使得學生加深對知識點的理解和掌握,根據要求拆分項目為一位0~9 循環顯示、兩位十進制00―99顯示,兩位鍵盤按鍵,輸入的數字依次遞進顯示,直至完成整個電子時鐘的顯示。這樣一步步地鍛煉學生的軟件編程和硬件控制能力。如此以項目為主導地位的教學模式,能夠以學生為中心,改變了傳統教學中學生被動聽的角色,能調動學生解決問題的積極性和主動性,教師負責整個教學的設計和組織,在項目教學過程中,得以充分發揮教師的指導作用。
3教學方法的改革
教學方法是教育思想、教育觀念在教學過程中的體現,是一種經驗的積累,針對不同層次的學生和不同的能力需要實施不同的教學方法。在單片機課程的教學中可(下轉第117頁)(上接第98頁)以嘗試下列的幾種不同的教學方法:
(1)問題式教學: 在教學過程中我們經常會提出與講解相關的問題,把學習引入到復雜的、有意義的問題情境中,學生通過互相合作來解決這些問題,發現隱含在問題背后的科學知識,形成解決問題的技能和自主學習的能力。在設計中我們會給出一些故障問題,讓學生找出其中的錯誤,從而開啟學生的思維。
(2)項目式教學:根據前邊提高的將單片機課程分成若干個小項目,以項目目標為主線,結合相應的知識點進行講解,激發學生的主動性,教學從實際問題入手,采取提出任務、分析任務、設計任務、解決任務、歸納規律的方法,讓學生在解決項目任務的過程中掌握知識。
(3)討論式教學:傳統的教學一般是滿堂灌,學生完全處于被動的聽狀態,有時聽得直打瞌睡,為了避免這種狀況,可以根據前邊提到的項目教學模式,給3~5個人分為一個小組完成某項目,因此他們會不斷的討論,從而讓學生發言或提問,大家都可以提出自己的想法。通過討論式教學,學生可互相激勵、探討問題,增加了學生的參與度,使其全身心地投入到學習中去,充分調動了學生的學習熱情,開發了其自身的潛能,提高了教學效率。
(4)實踐式教學:紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行,實踐是創新的源泉,創新離不開實踐。創新思維只有通過實踐才能發現問題。重視培養工程應用型人才培養的同時,強調突出培養學生的創新精神、創新能力和工程實踐能力。學生在學完了相關知識后,通過自己動手操作和深入實踐,能鞏固所學的知識。
4結語
單片機作為一門重要的電類專業課程,尤其是在物聯網技術下其教學內容、教學模式和教學方法,對于學習者掌握該課程知識起到了關鍵性的作用。本文中的這些教學研究內容都是在實踐的教學過程中總結出來的,并期望在以后繼續學習和研究。在教學過程中,對于授課者來說,有責任去不斷探索、改革和調整教學內容、模式,方法,使得學生盡快掌握課程內容并且靈活應用,目的是為學生創造更合適的學習環境,不斷肯定學生取得的成績,激勵學生進行創新性探索,從而提高教學質量,提高學生學習興趣,提高學生工程實踐能力,只有這樣才能適應新環境,培養出符合社會 、企業要求的高技能應用型人才 。
關鍵詞 高職院校;模糊評價法;課程體系;評價指標;物聯網應用技術專業
中圖分類號 G714 文獻標識碼 A 文章編號 1008-3219(2013)05-0017-04
收稿日期:2012-12-11
作者簡介:朱平(1965- ),男,江蘇南通人,常州機電職業技術學院副院長,副教授。
基金項目:江蘇省教育科學“十二五”規劃重點課題《基于模糊理論的高職課程多元化評價方法研究與實踐》(編號:B-b/
2011/03/004),主持人:顧衛杰;2012年度常州科教城院校科研基金重點項目《服務地方產業經濟發展的專業群
建設研究與實踐》(編號:K2012211),主持人:劉賢鋒。
高等職業教育承擔著服務社會經濟發展與現代產業體系建設的時代責任,其根本任務是培養高端技能型專門人才。一個專業的課程體系是否合理將直接影響人才培養的質量。目前,國內的課程體系評價主要是建立在單純性的課程評價的基礎上,如精品課程評價、網絡課程評價等,而對于課程體系評價指標的研究較少,評價方法主要通過專家論證等定性評價,標準不統一,受主觀因素影響大[1]。同時,課程體系的評價標準帶有一定的模糊性,傳統的評價方法較難準確反映出實際指標的內涵。
本文將模糊數學的概念引入課程體系評價中,通過構造模糊一致判斷矩陣[2]來確定課程體系評價指標的權重,將評價主體的價值判斷與數學模型相結合,將定性評價轉化為定量評價,減少主觀判斷的失誤與定性評價的不足。
一、課程體系評價指標的建立
(一)課程體系評價指標的選擇
課程體系是學校為了達到專業培養目標而設計并指導學生的所有學習內容及其構成要素的總和。在建立課程體系評價模型前必須弄清楚課程體系評價主要受哪些因素的影響與制約,這些因素之間有著怎樣的聯系,它們如何影響課程體系最終目標的實現等問題。本文按照課程體系的作用過程,根據課程體系的制訂、實施和反饋三個階段,把對課程體系的影響因素分為培養目標、規劃設計、運行及反饋、效能結果等。通過對課程體系評價因素的分析與歸類,得到三個一級指標:課程體系的實施目標(課程體系制訂階段)、課程體系的實施過程(課程體系實施階段)、課程體系的實施效果(課程體系反饋階段),再把三個一級指標細化成若干個關鍵評價點,形成二級指標,并給出具體的評價要求,從而形成課程體系評價指標體系,詳見表1。
(二)指標的評價標準
從理論上說,等級數量越多,評價的精確度就越高,但心理學研究表明,超過五元劃分,一般人就很難掌握。所以,一般評價標準等級為3~5個為宜。本文選用“優”、“良”、“中”、“合格”、“不合格”五檔作為評價結論。
在評價過程中,評價的基本準則是事物滿足需要的程度,評價者需從評價主體的需求出發,來確定評價內容的價值。在課程體系的實施目標評價過程中,需從社會經濟發展、學生自身發展、學校辦學目標與實力、培養學生職業能力的完整性四個方面來衡量課程體系所能達到的等級。如二級指標A1優、良、中、合格、不合格五個等級的評價標準分別對應為:與其他學校競爭處于絕對優勢,能引領社會經濟發展;與其他學校競爭具有優勢,能較好地滿足社會經濟發展,培養大批優秀人才;人才培養目標有特色,符合區域經濟發展對該專業畢業生的需求;人才培養目標較明確,符合區域經濟發展對該專業畢業生的需求;人才培養目標不明確,不能符合區域經濟發展對該專業畢業生的需求。其余的評價標準可根據以上原則,結合每個專業的實際情況進行設計。
二、模糊評價法概述
(一)模糊集合概述
模糊集合是一種特別定義的集合,可用來描述模糊現象,它與普通的集合既有聯系也有分別。對于普通集合來說,任何一個元素要么屬于該集合,要么不屬于,非此即彼,界限分明。而對于模糊集合來說,一個元素可以既屬于又不屬于,亦此亦彼,界限模糊[3]。
(二)模糊評價法的原理及步驟
模糊評價是基于評價過程的非線性特點而提出的,它是利用模糊數學中的模糊運算法則,對非線性的評價論域進行量化綜合,從而得到可以量化的評價結果的過程[4]。
模糊評價法是建立在模糊集合和模糊矩陣的基礎上,其基本思想如下:設被評對象為O,U={u1,u2,…,un}為評價指標集,U上的模糊子集B={b1,b2,…,bn}為指標的權重集,V={v1,v2,…,vn}為評語等級,為各評價等級賦值,構成等級分數集合P={p1,p2,…,pn}。R是U×V上的模糊關系,μR(U1,V1)=rij表示指標Ui在評價等級Vj上的隸屬函數,R=(rij)是n×m階模糊矩陣,稱為評價矩陣。對矩陣B和R作矩陣乘法,得到T=B×R=(t1,t2,…,tm),稱為綜合評價矩陣。對T作歸一化處理,得到T*=(t1*,t2*,…,tm*),其中tj*=tj|(t1+t2+…+tm)(j=1,2,…,m)。引入評價等級分數矩陣P,令Q=T*×P′(P′是P的轉置矩陣),Q為最終的評價結果。模糊評價法的步驟為:選定評價對象建立評價指標體系確定評價因素權重確定評價等級隸屬度選定模糊算子建立模糊綜合評價數學模型采集樣本數據進行數據處理得到綜合評價結果。
三、模糊評價法在物聯網應用技術專業課程體系評價中的應用
(一)課程體系簡介
常州機電職業技術學院物聯網應用技術專業人才培養主要面向三個崗位:物聯網終端設備的安裝、使用與維護,物聯網系統的規劃、組建與管理,制造業信息化軟件的開發、測試與運用。這三個崗位分別對應物聯網技術的傳感層、網絡層和應用層,通過分析崗位能力,基于三條能力主線,融入“工業計算機與物聯網終端設備相結合,
裝備制造企業與物聯網應用相結合,物聯網平臺與制造業信息化軟件相結合”,體現裝備制造業物聯網技術應用特色,從而構建“三結合、三主線”專業課程體系。
(二)各項指標權重的確定
在評價指標體系中給出了對課程體系進行評價的一級和二級指標,并給出了評價標準,但各個評價指標各有側重點,在評價體系中的重要性也不一樣,因此,必須給各個評價指標賦予權重,常用的求權重的方法有專家打分法、德爾菲法和層次分析法等。但因這些方法存在較大的主觀性,不能真實準確地反映各指標間的重要程度。研究表明,當因素個數大于4時,人們給出的比較結果往往不太準確,只有在兩兩比較時才能給出比較確切的判斷,因此可以采用構造模糊一致判斷矩陣的方法來消除人為因素的影響。
模糊一致判斷矩陣R表示在本層次中與之相關的因素之間的重要性的相對比較結果,矩陣可以表示為:
R=
其中rij表示因素ai與因素aj之間相比較得到的重要性的隸屬度,可以用以下的模糊度來描述。當隸屬度為0.5時,表示兩因素同等重要;當隸屬度為0.6時,表示ai比aj略微重要;當隸屬度為0.7時,表示ai比aj明顯重要;當隸屬度為0.8時,表示ai比aj重要很多;當隸屬度為0.9時,表示ai比aj極端重要;當隸屬度為0.1~0.4時,表示反向比較的重要性。
對矩陣中的每一行進行求和,得到h1、h2…hn,則因素ai的權重可以表示為:
根據以上權重確定的方法,以及專家比較,得到各指標的權重,見表1。
(三)構造模糊評價矩陣
根據評價指標體系和評價標準,邀請包括多類評價主體在內的專家形成多元化評價專家組對課程體系進行評價,本課題中邀請了20位專家對課程體系進行評價,評價結果見表2。
各項指標因素集合表示為X={x1,x2,…,xn},評價集表示為Y={y1,y2,…,ym},根據上文所述,采用五級評價制,y1為“優”,y2為“良”,y3為“中”,y4為“合格”,y5為“不合格”。因此,對于一級指標的模糊綜合評價矩陣可以用T表示:
T=
其中:
tij=
根據上述公式,可以得出:
TA=
同樣方式可得出TB、TC。
(四)進行模糊綜合評價
1.二級指標模糊綜合評價
對因素集進行綜合評價,因素集的權重為A[a1 a2 … an],則評價矩陣的值為H=A?T。
由此可得:
HA=AA?TA=[0.18 0.33 0.23 0.26]?
=[0.182 0.488 0.312 0.018 0]
根據最大隸屬度原則判斷,該專業課程體系的實施目標模糊綜合評價為“良”。
用同樣的方法,可得HB=AB?TB=[0.145 0.3875 0.3155 0.152 0],即該專業課程體系的實施過程模糊評價為“良”。
HC=AC?TC=[0.511 0.3035 0.1455 0.04 0],即該專業課程體系的實施效果模糊評價為“優”。
2.一級指標模糊綜合評價
H=A?T=[0.27 0.4 0.33]?
=[0.27577 0.386915 0.258455 0.07886 0]
根據最大隸屬度原則判斷,對該專業的課程體系的總體模糊綜合評價為“良”。
(五)評價結果的處理分析
課題組在對該專業課程體系進行模糊綜合評價后,認真分析了評價結果,并總結了評價主體提出的各種意見,得出該專業的薄弱環節主要存在于課程間的順序、師資隊伍建設、資源庫建設等方面。針對這些問題,專業建設者可以更準確地把握專業發展情況,改進這些薄弱環節。
四、結論
基于模糊理論的評價法可以消除傳統的專家論證等方式的人為因素影響,保證評價的客觀性、公正性、合理性。采用模糊評價法的關鍵點是指標體系的構建與各項指標權重的確定,在評價前應該反復論證。在下一步的研究工作中,課題組將結合實際情況,完善指標體系及指標權重,同時著手設計開發模糊評價軟件,從而為統計者省去大量的矩陣運算帶來的麻煩。
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