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關鍵詞:物聯網專業;實踐教學;教學模式
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)35-0150-03
一、概述
物聯網在當今社會已成為一個熱點話題,它正不斷應用到我們的生活中。物聯網是指通過裝置在物體上的各種傳感設備,如射頻識別RFID裝置、紅外感應器、全球定位系統GPS、激光掃描器等,按照約定的協議,通過相應的接口把物體與互聯網相連,進行信息交換和通信,以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種巨型網絡[1,2]。2010年,教育部開始將物聯網、傳感器網絡作為戰略性新興產業相關專業的重點,鼓勵各大高校申報相關專業。作為培養市場所需人才的高校來說,物聯網專業實踐教學顯得尤為重要,建設物聯網實驗室也成為當務之急。高等院校物聯網專業應該注重培養具有物聯網專業基礎知識和具有較強的物聯網專業實踐能力的全方位人才[3,4],這就要求高等院校在物聯網實踐教學方面建立和完善適應于學生發展的實踐教學體系。
二、物聯網體系結構和關鍵技術
根據研究,按照自底向上的方法,物聯網體系結構從技術和功能角度可以分為三層,即感知層、網絡層和應用層。其結構框圖如圖1所示。
感知層主要是前端信息采集以及控制終端,要求能夠全面感知物理世界的各種信息,由各種傳感器以及傳感器網絡組成,是物聯網信息的源頭。用于物聯網信息感知的傳感器主要有溫濕度傳感器、氣體傳感器、水質傳感器等。它利用射頻識別(RFID)器件、嵌入式設備、無線傳感網等全面感知物體的各種信息,具有節點數量多、成本低等特點[5]。可見,感知層是物聯網體系結構的底層技術,是物聯網關鍵技術之一。
網絡層由光載無線交換系統(主要包括光載無線交換機、遠端射頻單元、模擬光纖、WIFI設備服務器和以太網交換機)和其他網絡設備共同組成,是各種信息與互聯網的融合、傳輸和接入層,是基于TCP/IP協議的網絡平臺[6]。
應用層的主要作用是支持物聯網應用系統中各類平臺技術的運行,這些技術包括物聯網信息存儲技術、物聯網信息共享和交互技術以及各行業末端網絡應用技術等,主要實現物聯網與行業技術的深度融合和無處不在的智能化功能[7]。應用層是由后臺數據中心、遠程客戶端以及裝載在其中的各種應用程序共同組成的,實現對前端信息和控制終端的管理和應用。
這三個層次基本涵蓋了物聯網主要的核心知識和應用范圍,為物聯網專業的教學指出了明確的方向。
三、物聯網專業實踐教學典型解決方案
我國高校開設物聯網專業是近五年的事,由于整個專業起步比較晚,相對來說,實踐教學環境的配備更遲一步,不管是各大高校還是服務于高校的企業單位,對該專業的實踐教學配套設施都還處于起步階段。如何定位高校的物聯網專業教學,如何確定相應的實踐教學模式,對此,本文進行了相關分析和總結。
(一)體驗實踐的廣泛感知模式
物聯網專業本身與電子、通信、計算機領域密切相關,但它也應該有自己明顯的特性。據了解,各大高校的物聯網專業基本都設置在計算機學院或信息學院,如何把物聯網專業與同學院其他專業區分開來?基于物聯網專業具有很強的工程實踐特性,一些大學從實踐環節入手,針對物聯網實驗教學環節和專業實驗內容給出了解決方案。該方案認為實驗室建設應該重視基本應用開發能力的培養、應該建立寬泛的可操作環境,讓學生在實驗時有可選性,鼓勵創新精神,從而培養學生對實際物聯網應用項目的整體把握能力。
方案中指出,對物聯網專業實踐教學環節應該從專業認識、畢業設計、生產實習、競賽活動等方面進行改進。據調查,新生的專業認識一般是統一參觀專業實驗室或某個網絡公司或以講座形式向學生展示專業的發展,使學生獲得對自己專業的初步認識。新的解決方案是建立特定行業物聯網“綜合演示實訓中心”,通過參觀該實訓中心,讓學生從整體上認識物聯網專業及其應用場合,從而增加學生對專業的理解,激發學生對專業的興趣。生產實習方面,通常是帶領學生到生產現場進行參觀實習。由于物聯網是一個新興行業,可供學生進行參觀實習的工業生產現場比較少,因此需要重新制定物聯網專業實習解決方案。經調研發現,建立“物聯網綜合演示實訓中心”供學生感性體驗,或者利用學校與企業聯合共建的物聯網相關示范基地以及學校自建的實訓中心是比較有效的方案。專業基礎學習,應做到學與做同行。為滿足多樣化需求,應完善豐富專業基礎教學實驗室,從而豐富課程設計的綜合實驗內容。如果教師時間緊,可以采用第三方提供的產品方案。通過學科競賽,讓學生可以在創新、理論付諸實踐、團隊合作三個方面促進增長。
在高校物聯網專業實驗內容拓展方面,方案給出了三步走策略:綜合演示實訓類、應用實訓類以及基礎教學實驗類。對于綜合演示實訓類,針對高校的行業特點,建立其相應的應用型實訓中心,比如智能家居系統、智能門禁系統、智能安防系統等,提供專業認識、科技創新、科研、畢業設計等內容。對于應用實訓類,構建通用典型的物聯網小型系統以及中規模應用系統,比如智能停車管理實訓室、智能農業實訓室等,提供專業認識、課程設計、科技競賽及創新相關的實驗服務。對于基礎教學實驗類,進行專業基礎、課程設計等專業基本能力培養,比如傳感器、單片機、FPGA實驗室等。
(二)精品案例教學模式
對于概念和應用寬泛的物聯網專業來說,與其面面俱到廣而不精,不如采用精品案例教學模式。學校結合自身的長處,選擇適合自己的培養方向,這不僅可以充分利用現有資源,更能體現針對性,且學生容易入門。為此,一些企業隨之打造了類似產品,以求能夠通過某個具體精品案例,把物聯網的三層結構體現得淋漓盡致,在追求精品的同時,不失整體的實踐教學模式。
方案中,物聯網技術應用領域教學選取了典型的案例――智能家居,其結構框圖如圖2所示。智能家居融合自動化控制系統、無線通信技術、計算機網絡技術和傳感器技術于一體,形成智能化、網絡化的家居控制系統,將家中的各種設備(如照明系統、音視頻設備、窗簾控制、安防系統、空調控制、數字影院系統等)通過家庭網絡連接到一起,從而實現全方位的信息交互,保持信息交流暢通,環保節能,節約資金,增強家居安全。智能家居系統可提供的實驗為智能移動視頻監控實驗、智能門禁實驗、智能電燈控制實驗、智能窗簾控制實驗、家居環境參數采集實驗,通過這些實驗,可以使學生更好地鍛煉動手能力。
方案通過智能家居系統引出物聯網關鍵技術,該技術主要分為物聯網傳感技術、物聯網接入教育、物聯網網絡技術等。物聯網傳感技術可提供多款CPU,例如8051核CPU、cortex m3核CPU和FPGA等,使學生能夠學習不同復雜度、不同成本的CPU連接傳感器進行信號采集的流程。物聯網傳感技術還可以提供多款傳感器。物聯網傳感技術實驗的核心思想是提供一套可以更換CPU芯片的、能夠連接多種傳感器的試驗教學裝置,目的是讓學生能夠學習各種傳感器的應用,包括傳感器信息采集、傳感器信號分析和接口電路設計。其優勢特點是提供一套能夠使用不同類型CPU實現傳感器信息采集與處理的實踐教學裝置,提供多種傳感器應用,包括聲音、電磁、溫度、濕度、氣體、紅外、光照、機械動作等多種感知信號。提供多樣的傳感器接口,包括模擬接口、數字接口和開關量接口。物聯網接入技術的核心思想是提供這樣一套實驗裝置:在完成無線網絡管理和射頻識別信息處理的同時,可以將數據通過不同網絡路徑傳輸到網絡中心,目的是讓學生掌握WIFI、GPRS、3G網絡組成,信息傳輸過程中的關鍵性參數配置,傳輸性能分析等內容。物聯網網絡技術核心思想是提供一套能夠涵蓋物聯網網絡層關鍵性技術,即軟交換技術和IPv6技術的實踐教學裝置和教學資源,使學生能夠掌握主流的網絡信息交換技術。
(三)二次研發實踐模式
對于體系比較龐大、涉及知識比較繁多的物聯網專業來說,讓學生親自動手實踐從底層到頂層完整走一遍的思路或許是一條學習捷徑。二次研發教學模式即讓學生在現有實驗箱的基礎上完成個性設置和修改部分功能模塊的方式體驗物聯網系統的工作流程,從而學習相關知識。一些公司推出了二次開發實驗平臺,如基于WSN(Wireless Sensor Network)的物聯網解決方案體系架構ATOS平臺,該平臺框架如圖3所示。ATOS物聯網開發平臺采用一套設備兩套協議的方式,這兩套協議包括標準的Zigbee協議和基于TinyOS的開源自主協議。TOS系統采用開源TinyOS操作系統,向用戶公開了路由協議和上層軟件源代碼,用戶可以根據各種應用需求對系統進行二次開發,包括傳感器設置,數據采集、存儲、訪問等環節均提供二次開發接口,用戶可以修改和設計自己所關注的部分,從而實現應用系統的開發工作。這給高校初學物聯網的學生提供了簡單易行的軟硬件開發機會。
ATOS平臺主要設計了傳感器數據采集、基站數據匯聚、網關對外發送、采集系統解析以及遠程服務器數據接收和存儲等功能,它從整體上為物聯網專業的學生提供了從傳感數據到終端用戶的各個流程,讓實踐過的學生能夠徹底理解物聯網從底層到應用層再到終端的基本架構。
該方案不同于其他實訓模式,傳統的實訓模式多為“現場觀摩為主、基本不予參與”,在本方案中,學生可以根據系統提供的二次開發平臺,重現上述具備的所有功能,或根據自己的需求改寫新的控制邏輯,因此具備較好的學習參與度。另外,該方案還可采用硬件組態的設計模式,根據不同的需求選配不同模塊組建自己的試驗平臺,以適應實驗教學的需要。而且,系統中絕大部分設備和器件,如傳感器、氣動部件等,都是工業現場使用的標準工業級元件,學生如同實踐在一個真實生產的過程中,能夠學到真正實用的專業知識和操作技能。
另外,ATOS平臺中的實訓定位功能,也能更好地全面地鍛煉物聯網專業的學生。該功能體現為室內人員精確定位技術的演示與測試,它采用基站定位技術,即利用已知基站來定位移動點的位置,在對信息進行收集與統計之后,實現軌跡與區域的實時定位等功能。與傳統的RFID刷卡式人員定位不同,它可靈活地實現人員隨時隨地定位。
四、總結
物聯網行業的興起,為高校學生提供了廣闊的就業前景。物聯網專業所涉及的硬件、軟件及網絡大多是現有技術的綜合應用,因此,物聯網專業是工程實踐性較強的學科,若要培養出理論知識與動手能力于一身的綜合型人才,就需要高校制定出一套完善的物聯網實踐教學體系。由于物聯網的提出本身涉及多門學科,故其課程體系具有一定的交叉性和動態發展特性,因此,物聯網專業實踐教學面臨新模式的挑戰,這也給各高校根據自身優勢摸索出新專業辦學特色提供了良好機遇。
參考文獻:
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[5]桂小林.物聯網技術專業課程體系探索[J].計算機教育,2010,(16).
物聯網工程專業培養的是工程應用型人才,必須高度重視與理論教學相輔相成的實驗教學環境建設。物聯網專業核心課程RFID的實踐教學是掌握RFID系統設計和開發的保證。我們在教學實踐中發現,本課程的教學難度較大且不易達到良好的教學效果,尤其是在課程內容的選擇上,存在兩方面的問題,一是課程內容較多地涉及電子學科的內容,專業跨度較大,而目前本三批次計算機相關專業的學生硬件基礎較為薄弱,導致學生學習困難。針對這個問題,教師應首先明確RFID應用系統的本質是一個嵌入式系統,是軟件與硬件的綜合體,是軟件、硬件協同設計的工程,應該在一個整體的框架內協調工作,同時認識到計算機硬件研究與開發也是本專業不可或缺的組成部分,具有軟件開發不可替代的地位和廣闊的應用前景;其次,應根據物聯網專業的特點適當刪減部分偏電子的內容,突出課程重點。射頻識別技術本身類型很多,實驗內容幾乎涉及所有類型的RFID技術,而實驗課時偏少,導致學生無法抓住重點,不能深入學習。針對這一問題,課程教學應選擇當前應用最普遍的高頻ISO14443協議下的RFID技術為對象,力求通過對該類RFID系統的學習設計,使學生掌握RFID技術的基本概念、理論、方法,從而對RFID技術有一個總體、系統的了解和掌握。同時,教師可結合學習方法論進行教學,培養學生舉一反三、靈活運用知識的能力,鼓勵學生通過自主學習了解和掌握其他類的RFID技術。
2物聯網專業實踐硬件平臺
目前,市場上的RFID實驗設備都比較封閉,大多僅能完成驗證性實驗。為滿足實踐教學的需要,我們設計了專業實驗平臺,在設計硬件時遵循模塊化的設計思想,以保證系統的通用性和可擴展性。實驗平臺設計為三大部分:主控MCU、射頻控制模塊、天線及匹配電路。主控MCU模塊是整個系統的核心,采用蘇州大學飛思卡爾嵌入式中心開發的SD-FSL-KL25-EVB開發板,MCU采用MKL25Z128VLK4芯片,其工作頻率為48MHz,性能達到0.93DMIPS/MHz。該板是KL25MCU的最小系統,所有I/O引腳引出,可外擴多種外設并提供豐富的再擴展接口,為接入超高頻及低頻RFID電路提供便利。射頻控制模塊主要提供對射頻讀寫芯片的控制操作,天線及匹配電路為RFID卡提供電源并在讀寫模塊與RFID卡之間傳送信息。采用模塊化設計為系統保留了較多的操作空間,學生通過查看原理圖可以快速掌握各模塊的功能和原理,對射頻控制模塊及天線電路進行電路焊接并方便地完成讀寫器的制作與調試。
3物聯網專業實踐教學創新
1)實踐平臺創新。為提供系統可擴展的創新實驗環境,減少重復的開發勞動,我們針對實驗平臺設計了在線編程功能,可將用戶的應用程序在線寫入MCU的Flash存儲區的用戶程序空間,支持用戶的二次開發。Flash存儲空間就被分成了兩個部分,平臺在首次使用時,將讀寫模塊軟件燒寫并駐留在MCU的Flash存儲區中。駐留的讀寫模塊軟件占用部分存儲空間,剩余的存儲空間可供用戶的應用程序使用。讀寫模塊軟件由3部分組成:MCU監控程序、讀寫卡操作API接口以及與標簽通信的底層通信函數。監控程序可以實現用戶應用程序的在線寫入,每次系統復位后首先運行駐留的監控程序,判斷用戶存儲空間是否有用戶程序,若有則轉入用戶程序執行,否則等待。按照與標簽的通信流程,將底層通信操作使用函數的形式封裝起來,就形成了讀寫模塊的底層通信函數(或稱低級函數)。在此基礎上,將對標簽的操作按統一的接口形式封裝起來,構成高級函數,作為API接口提供給用戶,形成應用系統與標簽之間數據交換的接口。應用系統只需要向讀寫模塊發送操作命令,由讀寫模塊完成對標簽的讀、寫等操作。非接觸通信的所有具體操作細節則由底層通信函數完成。平臺支持學生模塊化地完成各類實驗,最終實現并部署一個實際的應用系統。
2)實踐活動創新。創新性實踐活動是培養學生的創新能力和提高專業素質的基礎。學校鼓勵學有余力的學生在課余時間進行與物聯網RFID相關的應用系統開發,鍛煉其對相關知識與技能的綜合運用能力。學生可自主選擇實踐活動或參加教師的工程項目、科研課題,指導教師則為學生提供良好的開發環境。通過實踐,學生能夠逐步實現從應用模擬到創新設計的轉變。
4物聯網專業校外實訓基地建設
隨著物聯網技術的迅速發展,物聯網已形成了龐大的產業鏈。有針對性地培養具有不同專業背景和實踐技能的高素質人才,對行業發展具有重要意義,也是應用型本科院校教學培養的重要目標,為此,學校應主動與物聯網、RFID相關企業共建校外實訓基地,為物聯網工程及相關專業學生提供實習機會。學校應結合企業的實際需求,協商制訂相應的實習計劃與方案,使學生將理論知識與具體項目實踐相結合,在實習中掌握最新的物聯網應用技術,深入體會企業文化,獲得相應的工程和開發經驗,提高自身的就業競爭力。蘇州是經濟發達地區,相關企業眾多,目前蘇州大學計算機科學與技術學院已與多家企業合作建立了實訓基地,且這些基地已投入使用。為建立穩定長效的合作關系,蘇州大學計算機科學與技術學院制定了比較完善的合作方案。首先,校外實訓工作在學院直屬的對外合作辦公室領導下統一進行,既有利于學生的組織與管理,又有利于加強與企業的溝通,及時發現并解決合作中出現的矛盾與問題。其次,關心企業需求,將企業需求融入學生培養過程。實訓一般由企業提供項目課題,以企業技術人員為主導、以學生為主體完成項目開發,所得成果為企業與學生共有;同時積極吸引企業參與學生培養過程,通過講座、就業培訓等活動,提高學生的專業綜合素質,培養其溝通交流和團隊合作精神,使學生更好地滿足企業的人才需求。再次,加強實訓期的教學管理。校外實訓一般都在最后1~2個學期進行,對學生教學管理較為松散,為此,學院推行全員導師制,由一名教師指導幾個學生共同參與實訓,加強對學生的教學管理。教師在對學生實習活動進行管理的同時,還需熟悉企業的運作模式與前沿技術的應用情況,了解企業實際需求,通過反饋總結,調整教學內容與方式,從而提高教學的針對性和教學質量。
5結語
[關鍵詞]物聯網;實訓實驗課;信息化
高速發展的互聯網技術大大的改變了人們的生活和工作方式,人們的教育理念正在不知不覺中發生變化。多媒體、網絡、云技術等新技術手段取代了傳統的“黑板+粉筆”。作為信息技術使用和接收能力最快的高等院校,進行一場新的教育技術革命是無法避免和迫在眉睫的。我國職業院校信息化建設的主要目標是“通過信息化來改變傳統的教育方式,促進現代化教育的形成,并從根本上提高職業院校的教學水平。”
一、什么是課程的信息化建設
隨著高職教育的不斷發展,教育部已經明確提出了實施教育信息化建設工程的要求,明確了高等職業教育信息化的概念。高職院校的教學目標不同于本科院校,他以培養高素質技術型人才為己任,提升學生的綜合素質、培養學生的創業就業能力,提高教育質量是關鍵。
課程信息化教學不僅具有學生喜聞樂見的教學手段,而且具有實時的互動能力,擴充了教學資源庫,完備了教學體系,如教學網站、網絡輔助教學、學習資源庫、游戲學習、仿真學習、互動學習等。與傳統的模式相比,這些教學平臺不僅形式新穎,還引進許多新的教學理念,強調以學生為中心,更加注重發揮學生的主動性,是教學發展的必然趨勢和追求目標。
二、當前我國職業院校課程信息化建設現狀分析
1.軟硬件發展不平衡,互相掣肘。
在高職院校信息化建設過程中,一直以來“重”硬件建設、“輕”軟件建設現象較為普遍。很多院校的信息化建設都將主要的精力和側重點放在有形的硬件建設上,在傳統的想法上認為硬件的建設只需要保證硬件夠用,然后就進行大規模的建設就可以。而對硬件上運行的內容――應用方案和應用軟件沒有進行認真的研究、設計和建設,以至于投入大量資金建成的校園網及管理系統只用來進行簡單的文件傳輸和新聞瀏覽,硬件沒有或是只發揮了微乎其微的作用。還有一種情況是,開發了很多應用的軟件可是使用時才發現,硬件不能配合。還是導致軟件不能發揮作用。這種軟硬件相互掣肘的情況比比皆是,嚴重影響了信息化建設的成效。
2.信息化建設的激勵評價機制不健全。
1)學校沒有足夠重視信息化教學手段的使用。信息化教學手段的成果沒有與教師考核、評優和職稱晉升掛鉤。導致教師在教學中教學的方式方法沒有向信息化手段傾斜。
2)對高職學生的學習特點不夠明確,沒有將信息技術同課程相結合。書本內容可以換一種表現形式,例如用多媒體手段等。
3)學校舉辦的各種對教師的培訓比較少,難以使他們真正掌握和利用現代教育信息技術和方法進行教學和管理工作。
三、物聯網實訓試驗課程信息化建設的重要意義
課程的信息化建設是一種利用現代各種信息化手段向學生進行全方位傳遞信息的教育。在高等學校教學質量與教學改革工作占有重要地位,信息技術與教學相結合變更了傳統的教學模式,在優化課堂教學結構等方面起到了積極的作用。
四、我校開展物聯網實訓試驗課程的基本情況
我校是一所集干部培訓與高職教育于一體的、有著60余年歷史的老校。公共安全系為我校比較有特色的系部之一,開展計算機方面的教學已有近二十年的歷史。2013年,我系首次開展了物聯網方面的教學――《物聯網應用技術基礎》,此課程為全系必修課,主要的內容為講解什么是物聯網以及它對我們生活的影響、物聯網的基本應用領域、物聯網應用基本原理的講解。此課程的開展受到學生的一致好評。在2015年,我系為更好的服務教學、提高教學質量、激發學生學習興趣,建設了物聯網實訓室,開設了物聯網實訓試驗課程。此課程極大激發了學生的學習熱情,但是由于資金有限、空間有限,在教學中不可能人手配備一套試驗設備。在學生的學習熱情與我們能夠提供的試驗環境之間有了很大的沖突。
因此,我們萌生了能否建立信息化的實訓試驗平臺,將一些試驗演示視頻放于網上、將實驗室虛擬化,既可以環節試驗設備不夠用的矛盾又可以使學生的何時何地想學就學。
五、物聯網實訓試驗課信息化構建的框架
通過本課題的研究與建設,探索出一個適合高職學生的,側重于物聯網公共安全領域應用的物聯網實驗課程信息化教學模式。
1.信息化課程教學展示的建設。以PowerPoint和目前比較先進的微課、幕課技術作為教學展示的主要手段。摒棄了傳統的板書模式,以多媒體、視頻、動畫作為主要說明方法。學生喜聞樂見、通俗易懂、在心理上沒有抵觸情緒,易于接受相關的知識內容。而且這些信息化的教學展示可以掛于校園網上,便于學生隨時隨地的學習、有針對性地學習。
2.實驗過程視頻文件庫的建設。將若干個試驗實訓項目分別拍攝為視頻文件,突出實驗細節,強化注意事項,并將這些視頻文件整理成庫,作為教學最有力的輔助手段。
3.信息化考試系統的建設。建立信息化的考試系統,摒棄傳統的紙質試卷和一對一的實驗考試模式,以網絡化的方式建立網絡實驗考試模式。并定期的豐富和完善題庫的建設。
4.多媒體實驗題庫的建設。最為課后練習的主要手段,建立多媒體的實驗題庫,一改傳統的幾大題型,針對實驗實訓課程的特殊性,建立適合的多媒體形式題庫。
六、課題研究過程中的問題和經驗總結
1.信息化建設需要事前規劃,有計劃、有步驟的有序安排
信息化建設是一項艱巨的、長期的、復雜的系統工程,不能走一步看一步,必須在前期做好預案。院校信息化建設已經開展了很多年,有許多可借鑒的建設經驗和模式。應在學校符合學院大的發展規劃的前提下,制定完整的建設發展方案,按部就班的分階段、有步驟的實施。
2.職業教育是高職院校的顯著特點,在教學的內容、形式和教學手段上都要突出其職業教育的特點,高職的信息化建設同樣要圍繞這個大的中心展開,要將實踐性教學放在首位。可以通過實訓室網絡模擬化,為學生提供與真實工作相似的環境,在這種環境下的教學更能夠提高學生對專業技能的掌握,提高學生的就業競爭力能力。
3.高職院校的信息化建設要多放借鑒,取長補短。需要走出去學習國內外的優秀高職院校信息化建設范例,要積極的組織行業專家和企業人員對院校的信息化建設出謀獻策,對這些建議進行分析和研究,作為學院進行信息化建設的重要參考。
七、結束語
[關鍵詞]:課程體系;職業能力;教學組織;質量監控
[中圖分類號]G712[文獻標識碼]A
自物聯網作為我國國家發展戰略以來,物聯網技術及應用迎來了高速發展時期,從而導致大量物聯網人力資源的短缺。各大高校及職業院校紛紛設立物聯網學院、專業或專業方向來培養物聯網相關專業人才。然而,高職院校的物聯網技術應用專業的人才培養目標是什么,課程體系究竟怎么構成,如何進行教學組織是擺在廣大高職院校面前的一道難題。我院在骨干院校建設過程中,進行了一些探索,以便與同行探討。
一.課程體系構建過程
1.1 職業能力分析
職業能力分析就是將本專業所對應的職業或職業群所涉及的職業活動分解為若干獨立的任務領域,再對任務領域進行分析,獲得完成每個工作項目的具體工作任務,根據對具體工作任務的分析,可以得到完成這些任務學生應該具備哪些能力,掌握哪些知識和技能,從而分析得出對應的專業核心課程。針對物聯網技術應用專業,我們通過向重慶、成都、北京、廣州、上海等100多家電子通信類企業發放調查表,獲得物聯網技術應用專業所對應的工作崗位及主要工作任務如表1所示:
表1 業職業崗位及典型工作任務
根據對工作崗位主要工作任務的細化分析,我們可以得到針對這些工作任務所需要的職業能力是什么。如表2所示。
表2 崗位―能力對應表
1.2 確定人才培養目標
經過對職業崗位工作任務、工作內容以及能力要求的詳細分析和論證,得到學生培養目標為:通過工學結合辦學模式培養適應社會主義現代化建設需要的,德智體全面發展的,具有基礎扎實,實踐能力強,掌握物聯網信息技術的基本理論知識和基本技能,受到嚴格的科學實驗和科學研究初步訓練;能在項目工程師指導下,從事物聯網工程項目規劃、施工管理;從事物聯網設備安裝、調試和維護;物聯網項目售后服務、維護保養與管理;物聯網智能終端產品的生產制造與輔助設計的高素質技術技能型人才。
1.3 崗位能力對應的課程分析
根據對崗位進行分析,得到對應工作崗位需要學生掌握什么樣的能力,針對這些能力要求,對應著哪些核心課程,如表3所示。
表3 崗位―能力―課程對應表
1.4 課程體系形成
作為新一代高職學生應該具備五個方面的良好素質:思想政治素質、文化科技素質、專業素質、職業素質、身心素質。我們在課程體系設計過程中,除了要培養學生的專業素質之外,還要培養學生正確的世界觀、人生觀,培養學生如何正確分析和解決在人生發展過程中遇到各種問題的能力。因此,最終的課程體系包含三大模塊:通識教育模塊、專業教育模塊和選修模塊(如圖1所示),其中:
通識教育模塊包括三個部分:公共類課程(體育、英語、計算機基礎等),思想政治理論類課程(如思想和中國特色社會主義理論體系概論等),職業類課程(如心理健康,職業生涯規劃等)。
專業教育模塊包括專業基礎類課程(如電子技術基礎、通信技術基礎、物聯網技術概論、計算機網絡、程序設計基礎等),專業核心課程是針對職業崗位方向的課程(如傳感器安裝與調試、自動識別產品安裝與維護、網絡設備安裝管理與維護、物聯網工程布線、物聯網工程規劃與實施、物聯網系統管理與維護等課程)。
圖1 物聯網應用技術課程體系框架
選修類課程包括專業選修課(如Android程序設計等提高學生興趣及拓展知識面的課程),公共選修課程(如音樂欣賞等用于提高學生人文素質的全校選修類課程)。
另外,根據高等職業教育的特點,實踐課程與理論課程教學課時比例約為1:1。
二、教學組織與考核
2.1 在教學方法上,充分運用行動導向教學法,采用了項目教學法、小組協作學習、角色扮演教學法、案例教學法、引導文教學法、頭腦風暴法、卡片展示法、模擬教學法、自主學習等多種教學方法。
2.2 在教學模式上,根據專業課程改革采取以實踐為主線來組織課程內容開展教學的特點,專業教學模式廣泛采取理論與實踐教學的一體化、教室與實訓室的一體化。教學內容采用企業的真實項目,實現以“一體化、開放式”、“項目導向式”等為主要的教學模式。
2.3 在教學組織上,采用三學期制的大模塊課程組織方式,即學生在學習完一門課程后,即可完成對應崗位的相關工作,同時可以考取相應的資格證書。同時,如果合作企業聯盟中相關企業物聯網應用項目比較多的時候,學生可以安排到實際的工作場景進行企業實踐,完成相關項目后,再回到學校學習。反之,如果企業工程比較少,學生則留在學校學習,同時聘請企業工程師到校為學生教授部分課程。這種模式我們稱為“旺入淡出”模式。
三、質量監控
與合作企業共同建立和完善專業教學核心環節的制度及考核評價標準。通過有效的教學管理,強化師生自我監控意識,充分發揮廣大教師的積極性、主動性和創造性,激發學生內在動力,調動學生自主學習的積極性,全面提高教學質量,教學質量監控和評價體系從四個方面進行。
3.1 完善教學過程監控
按照ISO9000質量管理體系,加強教學過程的控制。包括對各環節尤其是實驗、實訓、頂崗實習三大關鍵實踐教學環節的監控。
3.2 完善教學質量反饋
強化教學質量反饋,包括每周的學生意見反饋,每學期進行1次教師測評等,對教學質量進行監控。
3.3 完善實訓評價體系
構建各類現場實習實訓評價體系,與企業共同實施實踐教學的考核與評價。
3.4 完善質量追蹤機制
將就業水平、企業滿意度作為衡量人才培養質量的核心指標。引入“麥可思”專業調研公司,收集人才市場和用人單位的信息,在畢業生人數較多的單位建立教學信息反饋點,每年進行畢業生跟蹤調查,召開招生、就業研討會,將有關信息及時反饋到各教學環節中。不斷總結經驗,結合新情況,探索教學質量監控與評價的新方法,逐步形成較為完善的教學質量監控與評價體系。
四、總結
我院在物聯網應用技術專業建設中,經過大量詳實的調研,通過職業崗位能力分析,從而形成專業課程體系,在教學組織與教學方法上大膽創新,并嚴格規范地對人才培養過程進行質量監控,引入買可思人才滿意度評價機制,并反饋到人才培養方案及教學組織過程等環節進行改進,形成了一個科學有效的人才培養機制。在實踐過程中,取得了一定的效果。
參考文獻
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關鍵字:物聯網工程;卓越工程師;嵌入式系統;人才培養
中圖分類號:G4 文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)02(b)-0000-00
大力發展物聯網產業將成為今后一項具有國家戰略意義的重要決策[1],物聯網是繼計算機,互聯網后又一個信息技術綜合應用的代名詞,掀起信息產業第三浪潮,其重要性顯而易見,因此國家2011年在全國55所高校開設物聯網專業,該專業是國家戰略型新興產業急需的且指定大力發展的電子信息類專業,未來有著很大的需求和發展空間。從2012年開始,我校實施了教育部制定的“卓越工程師教育培訓計劃”,該計劃旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的各類型工程技術人才,為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務[2]。
物聯網工程專業是我校特色專業之一,我校將物聯網工程專業作為“卓越計劃”重點培養專業之一,因此,結合“卓越計劃”的要求,深入進行“嵌入式系統”課程教學改革勢在必行,以學生為中心,以開拓知識視野、激發學習熱情、培養實踐能力為目的,為國家提供大批動手能力強,滿足企業發展要求,適應社會經濟發展需求的高質量各類型工程技術人才。
一、教學現狀
目前嵌入式系統教學存與許多其它工科專業共存的問題[3]。比如,課時安排不合理,實驗課時較少;重傳統理論教學,輕實驗教學;實驗教學方式比較單一、實驗內容陳舊,缺乏創新性,跟不上目前嵌入式發展水平;實驗教學缺少對非智力能力和綜合能力的訓練;實驗室嵌入式系統實驗的設備過于陳舊,實驗室管理制度不完善;不能利用校外有效的合作資源進行實驗教學內容的拓展[4];課程考核方式不完善,往往單純從理論考試成績和實驗結果評判,忽略實驗過程,上述種種問題,導致目前許多學生學完嵌入式系統課程之后,即使考到高分,依然不能獨自完成教學大綱要求之內的相對簡單、容易實現的嵌入式系統項目的開發,學生完全處于紙上談兵階段,這樣培養出來的學生不符合卓越工程師的要求,更不符合企業和國家所需要的復合型工程技術人才的要求。
二、以創新實踐能力培養為原則的改革
1. 開展研究性學習
在理論教學中,改變傳統填鴨式教學方法,老師不再只是對著現有的課本或者PPT直接講解嵌入式系統的理論知識,而是通過提出目前實際嵌入式系統研究和開發過程中遇到的問題,或者將已有嵌入式產品中存在的問題作為探究背景,通過設置讓學生和老師之間展開開放式討論和自由提問的環節,讓學生積極參加到課堂活動中來,最后,將老師的點評總結作為課堂內容的點睛環節,旨在將枯燥的基礎理論知識是如何運用到實際嵌入式系統開發中、以及如何解決實際問題的過程講解給學生。通過這種研究性的學習方式,給學生留下更加深刻的印象,激發學生學習嵌入式系統開發的興趣,使學生對嵌入式系統的理論知識的本質有更加深刻的認識,在以后的學習過程中將知識熟練運用到實踐開發項目中去。
2. 開放設計性實驗
去除以往實驗結果單一,過程機械化,沒有拓展性,缺乏綜合型和研究型的基礎驗證型實驗[5]。改用內容比較新穎,又不太復雜的開放設計性實驗,比如,當前智能手機和游戲開發是一個很流行的研究方向,智能手機中簡單游戲就是一個很好的嵌入式具體應用的例子,所以我們可以選取一些相對簡單、開放性強、形式新穎、吸引力足的嵌入式系統開發的游戲案例來取代已經沿用多年的實驗內容,使實驗課的內容真正做到來源于實際案例,又促進實際嵌入式系統開發的功能。開放性設計實驗不僅豐富嵌入式系統的實驗內容,而且使實驗本身更加有趣、貼近生活。更重要的是在進行上述開放性設計實驗的過程中,學生可以親身體會到實踐是如何檢驗真理、理論與實踐之間如何相互促進的道理,在一定程度上可以激發學生學習嵌入式系統的興趣,培養學生敢于創新、敢于探索、不怕困難的科研精神。
3. 以競促學
學科競賽是學生實踐能力培養的一種重要方式,競賽是對學生更高一層次的要求,是考察學生綜合能力的一個重要方法[6]。目前諸如博創杯嵌入式比賽,“ZLG杯”中國大學生ARM嵌入式系統電子設計競賽,微軟嵌入式大賽,全國大學生電子設計競賽等都是含金量較高的比賽,通過參加競賽可以發掘出嵌入式系統這門課程真正的魅力所在,解決嵌入式系統實踐環節中缺乏挑戰與創新的不足,真正提升學生實際動手操作解決特定問題的能力,提高實踐環節的質量。在比賽過程中不僅對學生嵌入式系統及其它學科知識的拓展有所幫助,而且能夠培養學生團隊競爭和配合意識。
4. 嵌入式系統實習實訓
物聯網專業作為“卓越計劃”重點培養專業之一,對于實踐訓練要求自然極高,改變以往實習完全以老師講解為主導,動手環節較少,完全違背實習實訓方式,將學生帶到當地對嵌入式研究具有一定規模的企業公司參加實習培訓,了解目前企業嵌入式系統的研發流程和水平。同時將實習實訓的主導權下放給學生,鍛煉學生實際動手操作能力,以一種學生為主,老師為輔的實訓方式讓學生真正融入到嵌入式系統開發中來。
5. 改革考核方式, 體現綜合能力
事實證明“一張試卷打天下”的考核方式往往并不能真正反映出學生對于知識的掌握和運用情況。為了督促學生認真做好嵌入式實驗,真正考核學生實驗動手和實驗觀察能力[7]。可將嵌入式系統課程成績分為: ①筆試理論成績,該項占40%,主要考察嵌入式操作系統概述、微處理器與調試技術、ARM體系結構和指令集、ARM開發工具和匯編程序設計、嵌入式存儲器和接口技術等; ②開放設計性實驗的成績,該項占40%,主要考察每次實驗課學生出勤次數,具體操作步驟,實驗結果完成情況以及實驗報告;③課外創新成績,該項占10%,主要考察學生參加各種嵌入式比賽、實戰項目開發和創新實驗實踐活動的獲獎情況;④學期末的實習實訓成績,該項占10%,主要考察在實習實訓階段指定項目開發的完成情況。
結語
工程師是未來世界的塑造者[8]。嵌入式系統是一門實踐性很強的課程,因此采用課內外、校內外相結合的實踐教學體系,以卓越工程師的基本要求為導向,使學生能熟悉掌握嵌入式系統設計方法,掌握一種開發工具,熟悉一種調試方法,使學生在學完嵌入式系統課程后,能真正掌握最基本的嵌入式系統開發,成為一名合格優秀的卓越工程師。
參考文獻
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