案例导向的物联网实践教学方法探究

杜宁　车楠　杨慧晶

摘 要：物联网是目前各高校建立的新兴专业学科，具有多学科融合以及面向系统级工程应用的特点。文章从物联网实践教学的意义出发，分析了现有物联网实践教学存在的主要问题，并结合哈尔滨理工大学软件学院物联网实践教学过程，提出了案例导向的物联网实践教学策略。

关键词：物联网；案例教学；实践教学；教学方法

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2015）04-0048-02

物联网被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮，在智能交通、公共安全、工业监测、环境监测、智能家居等各方面都有着广泛的需求和应用前景。然而，国内高素质物联网技术人才匮乏已成为制约物联网产业发展的瓶颈，因此培养与国际接轨的物联网技术人才成为亟待解决的问题。为此，各高校纷纷开设物联网专业学科，将其作为教学和科研的新方向。但是，目前各高校物联网教学体系和课程的设立仍然处于起步和探索阶段，特别是现有的实践教学手段无法适用于物联网这样一个多学科融合、面向系统级工程应用的学科，很难培养出具有工程能力、创新能力和设计能力的综合型人才，远远不能满足物联网人才市场的需求，必须提出新的实践教学方法来改变现状。本文根据物联网方向的工程特性，提出以案例为导向的物联网实践教学方法，通过搭建开放的实践平台，设计丰富的学习案例，让学生从系统级层面来认识物联网，激发学生的创造性。

一、物联网实践教学改革的意义

物联网专业相比其他专业具有多学科融合的特点，由通信、计算机、电子等方向共同组成，是一门应用性强、信息技术集成的创新型工程应用学科。因此，学科体系建立应该遵循“物联网专业跨学科知识的融合和贯通必须通过实践来进行”这一原则，必须认识到实践教学在物联网人才培养过程中起着至关重要的作用。物联网专业本科生培养基本思路应该是强化基础、注重实践。“重理论轻实践”和“重实践轻设计”的教学方法很难让学生从工程角度认知物联网，无法实现从微观的阶段性目标向宏观的长远目标转移，在专业的建立和工程人才的培养两方面存在不足，无法培养工程应用型人才。高度重视实践环节，推进实践模式的改革和创新是高校物联网教学不断完善的必由之路。

二、物联网实践教学存在的主要问题

目前各高校物联网实践教学尚处于摸索阶段，在实际教学过程中存在着很多不足。具体存在以下主要问题。

（一）实践教学环节薄弱

目前高校物联网专业教学主要采用理论教学和实践教学相结合的方式，然而实践教学仅仅作为理论教学的补充和原理验证，考核方式也以理论知识为主，导致教师和学生对实践环节重视不足。同时，由于物联网专业教学对教师水平要求比较高，加之现有物联网实验设备操作相对复杂、学习周期长，教师在开展实践教学时会缩减一些难度较大的实验，导致实践教学环节在整个物联网教学中相对薄弱。

（二）实践教学方法单一

在物联网相关课程的实践教学中， 仍然采用传统的教学方式，即教师以每门专业课程的知识点验证为主线进行实践教学。对于物联网这个综合性专业，这样的教学方式已不能很好地适应新形势下的教育体制。学生对物联网认识的思路非常狭窄， 自主设计能力差， 不利于学生对课程体系的整体认识，无法提高学生思维能力、创新能力、独立分析问题和解决问题的能力，最终导致学生对学习失去了兴趣。

（三）实验项目设置缺乏关联性

物联网课程实验项目设置都以单一课程为单位，没有兼顾整个课程体系之间的内部联系，缺乏系统性、工程性的逻辑关联关系。在这样的实践教学指导下，学生学习缺乏主动性，无法将理论和实践融会贯通。高校开展物联网实践教学不能孤立地以单门课程为核心，应该重视物联网专业课程之间存在的紧密的逻辑关联关系，必须通过课程间的学习和关联逐步建立起整个物联网系统设计的概念。

（四）实验平台不完备

物联网实验设备缺乏统一的标准，主要以设备厂商生产和高校自制设备为主，受研发周期和研发能力的影响，水平参差不齐。实验平台相对复杂，教学难度提高。

三、物联网案例教学的实施策略

通过对物联网实践教学所存在不足进行分析，最主要的问题是现有的实践教学手段不能满足物联网方向对实践型人才培养的需求，必须提出行之有效的教学方法来改变现状。本文结合哈尔滨理工大学软件学院物联网方向实践教学开展过程，根据物联网专业特点，提出将案例教学方法切实运用到物联网实践教学中，在软件学院自主研发的基于软硬件开源的物联网开发平台上搭建教学案例。以案例为导向，突出软件工程专业优势，建立适应学科发展的实践体系，提高教学效果，让学生系统地认知物联网，锻炼动手能力，培养行业所需人才。

具体的实施方案如下。

（一）开发面向实际需求的实践案例

物联网在国际以及国内都是新兴的战略化产业，在工业制造和实际生活中都有广泛的应用，在某些行业已经形成一套产业体系。参照成熟工业标准，软件学院自主研发的基于软硬件开源的物联网开发平台是将开源软硬件Arduino平台和Digi公司出品的物联网XBee模块产品线相结合的物联网实验仪器，具有与国际顶尖实验教学水平相接轨的特点，在此平台上所搭建的物联网教学案例除了兼顾理论教学特点，同时参照行业标准，研发的项目模型具有实际应用价值，使教学与产业接轨，激发学生的兴趣和创新能力，提高学生的实践能力。

（二）设计覆盖理论教学课程的实践案例

物联网实践课程需要以专业基础课程为基础，面向真实完整的物联网工程项目设计实践内容。实践环节课可设置在基础理论课之后，在大二年级即可开始基础的实践课程教学，然后逐步进入到结合实际的物联网项目实训环节，在实训环节中，通过引入企业实际物联网项目对学生进行训练。物联网专业所设置的课程包含软件开发、嵌入式、传感器网络、RFID以及系统移植等诸多方面，这些看似独立的课程在物联网系统的建立过程中交叉运用，相辅相成，形成一套完整的智能网络控制系统，最终实现物物相连。所以案例设计要完成对所开课程的覆盖，在自制设备所设置的实验项目基础上完成案例设计，点面结合，让学生体会到物联网理论体系与具体实践的关系，让教师在教学过程中有落脚点来直观阐述问题。

（三）制定突出软件工程专业特点的实践教学案例设计方案

物联网涉及通信、信息、电子、计算机、自动控制和传感技术等多个专业，在案例教学过程中应处理好物联网实践教学与软件工程基础课程的关系，在涵盖专业科目的基础上，运用基础学科理论知识。

（四）构建开放的物联网体系架构与实训模式

物联网系统构建应该始终坚持开放的原则，与国际领先物联网研究机构进行广泛、充分的互动合作。在参考国际物联网市场相关技术标准的同时，勇于创新，与国内外物联网产业对接，了解系统架构的广泛性，提高其可扩展性，为学生提供二次开发的学习机会。成熟的案例设计有助于学生在原有模式上完成创新项目，丰富实践案例，最终形成产业化产品，为专业实训模式的建立提供扎实的基础。物联网用途广泛，遍及智能交通、环境保护、政府工作、公共安全等多领域。在教学案例的选择上要依据所开设实验项目内容及学生的水平，设计难度适中并能引发学生兴趣的案例，例如智能照明系统、智能家居和智能停车场等。

（五）确立完善的项目开发模式

物联网是个综合性学科，软硬件结合，又可细分为系统架构、终端界面设计、网络搭建和传感器节点设计等方向。在实例研究和教学过程中，应参考公司项目开发模式，根据项目功能进行模块划分。让学生在了解基本架构的基础上，根据自身兴趣针对某一方面进行深入学习和开发，加强专项人才培养力度。针对有创新想法的学生组建团队，参与竞赛或创新实验等，提高学生自主开发的能力。

实际教学实践过程表明，以案例为导向的实践教学过程在物联网教学过程中具有明显的优势，具体表现如下：1.通过设计全方位覆盖物联网方向专业课的实践案例，让学生体会到理论课程设置的关联性和整体性，进一步强化理论和实践教学；2.通过建立通用的工业级案例开发框架，为完成物联网案例库提供前期支持，同时为学生竞赛、项目驱动、创新创业项目提供开放体系框架参考，提高学生的学习主动性，激发学生的自主创新意识；3.通过构建案例教学实践体系，将项目实施作为主线贯穿于实践教学的全过程，提高学生的工程实践能力。

总之，物联网案例实践教学在自制设备设置实验项目上进行综合和强化，将理论和实验相结合，辅助完成软件学院物联网方向的理论和实践体系结构的建立。实践证明，以案例为导向的实践教学方法适用于物联网实践教学，同时也是物联网实践教学体系建立的必然需求。

参考文献：

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[3]吴功宜.对物联网工程专业教学体系建设的思考[J].计算机教育，2010，（21）.