基于项目比赛的物联网教学模式研究

刘尚旺　孙林　周蕾　汪晓勇　范梦洋

摘 要： 针对物联网工程专业知识繁杂、课程枯燥等问题，提出基于项目比赛的物联网教学模式。从项目比赛的动员，到项目比赛的课堂开展与课下研究，再到物联网工程专业学生的综合能力的提升，阐述各阶段的经验与观点。这种实践教学模式在专业建设、人才培养、师生交流和教学改革等方面具有良好的效果与作用。

关键词： 物联网； 项目比赛； 教学模式； 综合能力； 实践教学

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）04-52-03

Abstract： Aiming at the problems that it is too complicated and boring to learn the Internet of Things（IoT） well， this paper introduces a new IoT teaching model based on the project competition. From the mobilization， to the project competition carried out in class and after class， and then to the students' comprehensive strength promoted obviously， the experiences and viewpoints of all these stages are presented. It should be pointed out that this experiment curriculum proposed has a significant effect in major construction， talent cultivation， communication between teachers and students， teaching reform， and so on.

Key words： the internet of things（IoT）； project competition； teaching model； comprehensive strength； experiment curriculum

0 引言

物联网作为下一个推动世界高速发展的“重要生产力”，是继计算机发明、互联网产生与发展之后的世界信息产业领域的第三次科技革命[1]。从国际上看，欧盟、美国、日韩等国都十分重视物联网的发展，并且进行了形形色色的开发与应用工作。在我国，与前两次世界信息产业革命截然不同，物联网从一开始即受到了我国政府、科研、教育、产业界的高度关注；也就是说，我国与国外物联网的发展处于同一起跑线上，甚至在基础建设方面处于领先地位[2]。在教育界，随着各院所高校对物联网工程专业的愈加重视，如何有效进行物联网工程专业的实践教学这一问题显得愈加严峻[3-5]。

物联网工程专业主要传授的是“集成创新型”技术，重点培养的是“工程应用型”人才[6]。就人才需求而言，对一个物联网工程专业的毕业生，用人单位在看重其物联网工程专业基础知识的同时，更加看重的是毕业生的实际动手能力[7]。通过对物联网工程专业的在校生问卷调查及毕业生的回访反馈发现，传统教学模式对本科物联网工程专业的教学效果存在较大的制约性和局限性。为此，经过充分调研论证和初步实践，提出基于项目比赛的物联网教学模式，以使物联网实践教学具有创新性、科技性、专业性和可行性[8]。

1 物联网工程专业特点分析

作为新兴专业，通过调研与专业开设实践，发现物联网工程专业具有如下特点。

1.1 知识繁杂

物联网专业多是近年批准设置的专业，专业课程的开设还不够科学完善，教师对于物联网教学模式的认识一定程度上也还处于探索阶段[9]。按照教育部规定，我院物联网工程专业开设的专业课程有：物联网信息融合、物联网感知技术及应用、物联网体系与标准、物联网中间件技术、TCP/IP协议分析、传感器技术与应用、综合布线技术、物联网前沿技术讲座、工程制图、数学建模、无线局域网、NS2仿真、Web程序设计、物联网应用程序设计、射频技术与应用、电子商务、移动通信、数字图像处理、视频语音处理技术、物联网系统综合设计、网络编程、高频电子线路、嵌入式系统等。涵盖了通讯工程、网络工程和计算机科学与技术等众多专业课程。这样，就形成了物联网工程专业知识繁杂的特点。

对物联网工程专业的大学生而言，在校学习阶段，难以梳理清楚课程学习的头绪，难以把握好学习方向与重点，而且缺乏实践动手能力的训练。根据本校计算机与信息工程学院自身地方综合性特点，以及所确定的物联网工程专业人才培养方案，应加强大型综合性实践教学模式的研究。

1.2 课程枯燥

物联网的应用无处不在，这样的特点非常适合通过项目创新驱动这种综合性的实践教学方法来调动学生的兴趣和积极性，从而达到学以致用的目的。然而目前的课程教学在这方面还是很欠缺，因而学生难免感觉课程枯燥。

本科教育是高等教育的基础和主体，基于项目比赛的创新创业训练有必要提到日程上来。在本科生中实施大学生基于项目比赛的创新创业训练计划，让大学生在本科阶段初步接触实际项目开发与初步科研训练，既有利于学校人才培养模式的转变，也有利于学生创新、创业和科研能力的提高，从而使学生的综合素质得以提升[3]。

1.3 缺乏实践

目前，我院物联网工程专业课程的开设还比较偏重理论教学，综合实践教学环节相对薄弱，缺乏一套与物联网新兴技术所对应的科学完善的实践教学体系。这大大削弱了专业课程实践及综合实训对学生素质培养的作用[5]，其弊端已有所体现。学生普遍反映所学有所限，特色不明显。教学模式改革，已成必然。

对于物联网工程专业以及与其相关的通信工程和计算机科学与技术专业的大学生，可通过项目比赛这种教学模式开展教学，促进其知识拓展，进一步提高其综合运用知识的能力。

2 基于项目比赛的新型物联网教学模式

基于项目比赛的物联网教学模式其实践方法是，学生在教师的指导下通过对一个项目进行需求分析、按照软件工程思想或硬件开发流程实施并完成，并以此去参加项目比赛的过程。基于项目比赛的新型物联网教学模式框架图如图1所示。

从图1可以看出，基于项目比赛的新型物联网教学模式是指围绕着项目比赛，在实验课程上，通过项目分析，把本学科的基础理论基础与专业课程知识充分应用到项目比赛的实施中，以取得较好的项目比赛成绩，同时达到提升物联网专业学生的综合实力的目的。在该新型教学模式的具体实施过程中，关键步骤如下。

2.1 项目比赛动员

实践教学是物联网教学中的重要环节。针对物联网工程专业所具有的普遍特点，以及其所造就的物联网工程专业综合实践环节无处下手、学生实际动手能力难以有效提高的局面，这就要求改革教学来打破传统教学模式，努力提高学生积极参与实践教学的主观能动性。以项目比赛为核心，贯彻落实理论与实践相结合的这种教学新模式有望能够实现这一目标。

这其中，至关重要的第一步就是如何调动学生积极参与到各项比赛中来。这要求领队教师积极宣讲竞赛相关知识，开拓学生视野，引导学生自行组队、科学选题、积极备赛。让学生熟悉比赛流程，了解竞赛需要的注意事项，以更好地融入到比赛中，将学生吸引到相关实验和训练中来。

2.2 项目比赛的策略与选题

针对大学生思想活跃、思维发散的特点，比赛赛项选择的策略初步定为：以物联网创意赛为重要突破口，争取技能赛和挑战赛随之有所突破。这样一来，项目比赛的选题是关键。在深入研究以往比赛获奖作品的基础上，积极引导参赛团队选择有实际应用意义、便于快速转化为生产力的综合性题目；另外，要求选题具有鲜明的物联网特色，比如要尽量选择能够体现射频识别技术（RFID）、无线传感网络（WSN）和移动互联开发（M2M）等技术特点的综合性题目。

2.3 项目比赛的课堂开展

参加各类比赛，需具备相应的专业基础知识，课堂教学的开展必不可少。课堂上，可以根据比赛项目讲授所需相关技术的专业知识，使学生主动接受知识，自觉、自主地去实现比赛作品，真正做到“教、学、做”的融会贯通、三位一体。首先，课堂教学可以根据项目比赛的相关知识，进行细致地讲解，使得学生对于项目比赛所运用的方法和技术有充分的了解。其次，通过课堂上项目比赛的讲解，不仅能够调动大家学习专业知识的积极性，而且能够调动学生积极参与实践的热情，进而全身心地投入到项目比赛研究实践中去。最后，通过模拟比赛过程，进行中期考核和比赛前验收，及时指出各组比赛中出现的问题，并提出整改方案。

2.4 项目比赛的课下研究

基于项目比赛的教学模式，不仅要求将“教、学、做”融合起来进行三位一体的课堂教学，还要重视课下的自主研究实践，使得理论知识和实践教学真正融会贯通。要求学生充分利用网络和图书馆资源，课下自主查找学习新知识，独立完成项目比赛创新作品和相关论文支撑材料的准备工作。

具体实施过程中，在硬件方面，我院建立有专门的大学生创新实验室，全天候为大赛学生开放使用。在软件方面，指导教师不定期地到创新实验室检查与指导，保证项目比赛按计划有序地完成；比赛必要开支，学院给予报销等。另外，建立完善激励政策，项目比赛获奖团队，按照获奖级别，在奖学金评定和保研政策方面都有相应的加分。

3 基于项目比赛的物联网新型教学模式的效果与作用

通过基于项目比赛的物联网教学模式的积极实施，对于物联网工程专业的教学与实践产生了明显的效果与作用。

3.1 引用项目比赛的方式，对专业建设具有重大促进作用

利用项目比赛的方式，来深入有效地开展物联网工程专业教育，能够更加明确专业建设目的，并不断地对其加以优化、改进、完善；围绕项目比赛进行教学和科研还能够切实提高教师和学生的主观能动性，提高学生的参与意识和竞争意识，督促学生自主学习、发明创造，在实践中感受成功的快乐和自信进而培养其竞争力与创新力。这些，对物联网工程专业建设均有明显的促进作用。

3.2 引用项目比赛的方式，对人才培养具有明显的效果

在完成项目比赛的过程中，学生不仅可以更好地学习和掌握相关的知识与技能，还可以得到实质性的肯定，这可以有效地提高教学质量，提高学生的学习兴趣和积极性。该方法的主体思想是以学生为中心，为主体；学生是知识的主动构建者，而不是被动的接受者。

融合RFID、WSN、M2M，其参赛作品的完成往往要求选手既具备有良好的物联网知识理论基础，又具有较强的综合应用和实际动手能力。经过整个比赛流程之后，参赛大学生的综合实力往往会有大幅度的提升。同时，教师的课上和课下指导也更具针对性和挑战性。

3.3 引用项目比赛的方式，能够有效地促进师生间的积极交流

物联网工程专业以项目比赛为依托，师生面对面交流，手把手指导，能够极大程度地引导学生在实践中自主学习；通过指导学生解决项目过程中的各种问题，学生不仅体会到竞赛的乐趣，更能感受到自身的不足，通过这种差距压力驱动方法，可以使得参赛学生在教师的指导与关怀下不断取得进步，增强师生感情与沟通交流。

3.4 引用项目比赛的方式，能够帮助教师积极进行教学改革与探索

教学的目的应是授之以渔，而不是授之以鱼，其关键是提升学生实践能力。理论是基础，实用是根本。强调实践环节，以增强学生的实践动手能力和毕业后对工作岗位的适应能力为宗旨，突出重点，强调实用。一个教师的教学方法无论多么优秀都难以做到使每个学生满意，而基于项目比赛的物联网教学方法却可以很好地解决这一问题。学生自主积极学习，在一定程度上减轻了教师的负担，提高了课堂效率，同时也让学生学会了更好地独立去解决问题的能力。

3.5 引用项目比赛的方式，取得的比赛成绩容易形成不断奋发进取的良性循环

比赛结果方面，在全国首届物联网大赛中，我校有6组队员进入华中赛区创意赛的决赛，1组队员进入挑战赛的全国决赛；在第十届博创杯嵌入式物联网大赛中，我校队员作品取得河南省赛区特等奖，进入全国决赛。这些成绩，增强了参赛师生的信心，开阔了进一步研发的视野。

这些比赛成绩的获得，得到了学院领导的肯定与支持，教师与学生更有信心也更有能力取得下一届比赛的优良成绩。周而复始，就很容易形成一个不断奋发进取的良性循环，使我院的物联网专业建设更有特色、更快地发展壮大。

4 结论

物联网作为新兴技术已经受到了广泛关注，未来必会带动整个产业的发展，从而会产生更多的创新应用和服务需求。因此，如何有效培养物联网工程专业人才成为目前多所高校面临的问题。根据调研多所高校物联网工程专业发展现状和初步实践，提出适合一般普通本科高校的基于项目比赛的物联网工程专业教学模式，并对其框架构成、组织实施及其效果作用进行了详细的阐述。简言之，基于项目比赛的物联网工程专业教学模式的总体思想是以理论为指导，以实践创新应用来驱动和增强。下一步，结合我院物联网工程专业实际开设情况与发展要求，进一步制订、完善激励师生参与项目比赛的制度方法，比如指导教师的相关课时量核定办法、参赛师生更合理的奖励办法等，以及如何有效发挥高低年级学生之间的传、帮、带作用等，继续深入探索基于项目比赛的物联网工程专业教学新模式。

参考文献：

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