CDIO理念在物联网工程专业课程教学改革中的实践探索

穆磊+陈建英+谢盈

摘要摘要：以《RFID原理与应用》课程为例，按照CDIO理论中的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面培养学生的工程能力。教师讲授过程结合现代化教学手段和信息资源拓展教学内容，以应用案例为驱动，启发学生带着问题积极思考；实验过程以“思路启发+尝试验证”为主导思想，操作内容从观察现象到剖析本质；对课程考核方式与评价方法等环节进行改革，加大动手、思考、组织及协作能力的考核力度。通过对学生评教、课程效果、创新成果的有效分析，使教学过程能进一步巩固课堂知识，提高学生主动学习和获取课外知识的兴趣，培养学生的创新能力、分析和解决问题的能力，教学实践取得了较好效果。

关键词关键词：CDIO；RFID；应用驱动；物联网工程；教学改革

DOIDOI：10.11907/rjdk.162425

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）001019203

引言

1999年，以物品编码、RFID技术和互联网技术为基础，美国Auto-ID中心首先提出了物联网概念。物联网被称为计算机和互联网后的第3次信息化产业革命发展浪潮。产业发展，人才先行，人才是科技发展的关键。物联网专业建设是社会需求发展的必然，是我国当前一项重要的战略任务。目前我国从事物联网行业的人才匮乏，为了培养国家战略性新兴产业发展需要的高素质专业人才，近年来，数百所高校设立了物联网工程专业[1]。由于物联网是一门新兴学科，其理论和应用实践都在不断发展变化中，不少高校在物联网专业相关课程体系建设、课程实践、教学模式改革等方面作出了很多探索尝试[24]。当今，随着以多媒体、网络化和智能化为特征的现代信息技术的飞速发展，人类迈进了信息化社会，特别是计算机多媒体融图、文、声于一体的认知环境的出现，使人们关于教育、教学的传统观念受到冲击。为了适应时代发展，必须引入新型的教学理念和教学方式，以激发学生学习兴趣，提高教学质量。

作为高等工程教育的一种新型框架，CDIO以先进的工程教育理念、较强的实践可操作性、全面系统的课程体系、普遍适应的人才培养模式，赢得了众多高等工程院系的青睐[5]。物联网工程类课程应用实践性强，适合采用CDIO的教育理念和评价标准开展教学。为激发学生的学习兴趣，本文以CDIO工程教育理念为指导，探讨CDIO视野下案例驱动的工程类课程教学方式，并介绍了西南民族大学物联网专业课程教学改革实践与取得的成效。

1物联网工程专业内涵与特色定位

物联网学科是将信息感知、信息传输、信息处理、信息领域应用相结合的综合性理论与技术的新兴学科。物联网工程专业是以计算机、网络与通信、控制融合为主要特征的综合性专业，涉及计算机、通信、控制、电子、信息安全、数学、物理以及工程等多个专业知识，学生应按复合型工程类人才进行培养。物联网工程本科专业具有鲜明的综合性、交叉性和應用性特点，以“厚基础，重理论，强实践，求创新，促应用”为特色，以“夯实学科基础，注重专业交叉，强化工程实践，培养创新能力”为思路，以理论教学和工程实践为两条主线，核心是培养学生综合利用理论知识分析和解决问题的工程实践能力、工程创新能力和综合素质[3，6]。

西南民族大学物联网工程专业培养掌握与物联网相关的计算机、自动控制、通信与传感的基本知识、理论、技术和方法，能够运用物联网通信架构、射频识别、无线传感、信息采集处理等技术实现广泛的智能化应用解决方案，具有较高综合素质、较强实践创新能力的物联网领域高级技术人才。培养的学生需要具备综合运用多学科知识、物联网技术和现代化工程工具实现智能化应用解决方案的能力，能够胜任物联网系统及产品研发、集成、技术支持等方面工作，因而对学生工程化实践能力的教育培养提出了较高要求。

2CDIO理念

CDIO（Conceive，Design，Implement and Operate）是近年来国际工程教育改革的最新成果，以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习并进行工程实践，按照工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面培养学生的工程能力，运用综合培养的方式使学生达到4个层面的预定目标[4]。

CDIO理念提供给学生更多获取知识的方法和渠道，把学习过程中的发现、探索、研究等认知活动突显出来，使认知学习过程能更多地成为学生发现问题、提出问题、解决问题的过程。在该理念下，教师要创造提升学生学习兴趣的教学环境，在整个教学活动中扮演一位在适当时机给予学生提示的组织者、引领者，提供知识积累与探索的情境，启发学生带着问题积极思考，让其逐渐掌握抽象知识与具象产品之间的联系并加以运用，从而提升工程能力。

3具体实践

以《RFID原理与应用》课程为例，课程的教学对象是物联网工程专业的大二学生，该门课程是其第一门专业基础课。考虑到教学对象的特点，本课程的基本目标是使学生能掌握、熟悉射频识别技术及相关的基本概念原理、射频识别技术的相关协议，以及RFID应用系统及其设计方法等，逐步培养学生掌握射频识别技术的系统集成设计及分析能力，通过典型案例了解射频识别技术在社会生产环节中的应用。教学的核心思想是建立学生对物联网专业的感性认识，掌握RFID技术基本原理和系统应用知识，提升对专业的兴趣，为其未来参加工作、增强就业竞争力打下良好基础。

在具体教学过程中，将课程中的工程基础知识以“教师讲授+实验实践”的方式，依托丰富的信息课程资源拓展教学内容，同时对课程考核方式与评价方法等环节进行改革，引入CDIO理念，加大学生动手、思考、组织及协作能力的考核力度，根据一定的占比进行考核分配。

3.1课程讲授

教师讲授课程不再单向介绍知识点，而是结合现代化教学手段和信息资源，对书本知识进行拓展，扩大学生知识面，提高学生的创新思维能力。以应用为驱动，通过视频案例播放，启发学生思考。教师总结分析步骤，让学生参与到教学活动中，以增加对学习内容的理解深度。以文字形式呈现的书本内容是单维、扁平、静态的，而视频包含文字、声音、动画、影像等诸多元素，其呈现的知识信息内容是多维、立体、动态的，可调动学生视觉、听觉能力协调配合，将教学内容以多维度、多视角方式呈现，提高学习效率。在本学期中，结合授课章节内容，分别采用RFID公交报站系统、RFID门禁系统、牧场电子标签、未来商店、智慧餐厅等系统案例视频，播放前提出问题，播放中启发学生思考，播放后学生发言讨论，教师最后总结。在这样的教学安排下，学生课堂注意力集中，讨论活跃，获得了较好效果。

3.2教学实验

实验实践是物联网工程专业相关课程的重要环节。课程开始前，通过交流，了解到学生已掌握C语言编程和逻辑电路的基本知识，而对于嵌入式相关技术尚未深入学习。本课程是软硬件结合的课程，根据学生的知识基础和特点，结合现有实验条件，以PC端软件控制试验箱硬件完成RFID基本功能作为实验主线贯穿实验教学设计全过程，实验教学计划难度设置合理，循序渐进，可增加学生对专业的自信心，避免出现畏难情绪。实验过程以“思路启发+尝试验证”为主导思想，知识点和操作内容由浅入深，引导学生从观察现象到剖析本质。先从对RFID综合应用有感官的认知，观察试验箱配套软硬件，结合读写标签，观察分析协议数据包的格式，逐步启发学生分析软硬件背后的运作原理和过程。实验过程介绍了PC端软件开发的基本过程和设计开发工具，以及dll调用方式的优缺点及用法，学生通过VB调用dll中的基本操作函数，实现自己编写软件、控制硬件实验箱完成RFID基本功能。

3.3课程考核

在课程考核部分，以课程综合设计作业为载体，加入团队系统设计及展示答辩环节。引入协作和良性竞争机制，培养学生的团队分工和协作理念，便于取长补短，学会沟通和协调。同时，通过良性竞争促进任务的高效完成，实现共赢。在课程综合设计作业评价机制上，发挥学生自主权，调动学生的参与积极性。例如团队项目展示答辩时，引入学生投票机制，将投票结果按一定比例权重体现到该团队项目的总成绩上，可体现学生的参与性，激发其学习兴趣。同时，通过权重系数的调整，使学生评价的影响具有一定可控性，防止恶意刷票行为对结果产生影响。

4教学效果

从学生评教方面看，该学期《RFID原理与应用》课程参评学生人数62人，综合平均评分4.953分（总分5分）。在激发学生的学习兴趣和主动性、注重学生能力培养，教学内容能反映或联系学科的发展前沿，能给予学生独立思考、联想和创新的启迪，以及采用现代教育技术手段等评价指标上，均有57人以上评分为优秀，从学生主体的角度对该教学方式加以肯定。

从课程效果方面看，作为该课程期末考核的重要部分，组织学生团队从需求分析、方案构思、设计实现到演讲答辩等多个环节进行全面实践，形成了矿井定位、动物管理、自助导游、iCard等多个系统设计方案，锻炼了学生的系统分析设计能力、团队协作能力以及现场表达与应变能力。部分团队的系统设计方案在繼续完善后，有潜力成为较好的专业创新作品。

从创新成果方面看，在2016年学校计科学院大学生创新创业训练计划立项项目中，2014级物联网专业学生取得了较好成绩，立项项目包括国家级项目1项、省级项目1项、校级项目3项，在与2014级各专业的对比中表现突出，其中4个项目和RFID技术相关。值得一提的是，非本专业学生中，与RFID有关的项目占3项，本专业学生也作为主要成员参与其中。

综上所述，从教学过程和效果看，《RFID原理与应用》课程的教学方式符合CDIO工程教育理念，取得了较好的实际效果，学生反映良好。

5结语

《RFID原理与应用》课程的实践教学过程在物联网工程相关专业引入CDIO理念方面作出了一些有益尝试。结果表明，该教学方式巩固了课堂知识，提升了学生主动学习和获取课外知识的兴趣，培养了学生的创新能力以及分析与解决问题的能力，取得了较好的教学效果。

学校其它物联网工程相关专业课程也在继续贯彻、推广CDIO理念。在后续教学过程中，考虑继续增强课堂互动机制，引导学生们正确、合理地利用移动互联技术，并将其常用的微信互动、微博上墙等交互方式引入课堂，以激发学生的学习兴趣与思考的热情，将CDIO理念进一步融入课程教学与学生培养工作中。

物联网工程专业人才培养质量是一项复杂的系统工程，西南民族大学开设物联网工程专业时间不长，只能从近几届学生的课程学习效果和创新竞赛成果分析CDIO理念引入实践教学的影响。从目前的效果看，在物联网工程相关专业引入CDIO理念，在提高实践教学质量、促进物联网工程专业的实践教学改革中发挥了重要作用，也希望能为物联网工程及其它理工科专业的教学实践提供有益借鉴。

参考文献：

[1]物联网工程专业最好的20所大学[EB/OL].[20160318].http：//learning.sohu.com/20160318/n440958984.shtml.

[2]王志良，闫纪铮，石志国，等.物联网学科建设与教学实践探讨[J].计算机教育，2012（19）：4549.

[3]余琍，赵健，黄传河，等.物联网工程专业建设与实践教学研究[J].计算机教育，2013（15）：9497.

[4]崔贯勋，王勇，王柯柯，等.基于CDIO的物联网工程专业实践教学体系的研究与实践[J].实验技术与管理，2013，30（5）：111114.

[5]顾学雍.联结理论与实践的CDIO——清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009（1）：1123.

[6]王志良，闫纪铮.普通高等学校物联网工程专业知识体系和课程规划[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

责任编辑（责任编辑：黄健）

第1期 李秋生，黄隆胜，刘小燕：基于PBL的电子信息专业基础课程教学设计研究软 件 导 刊2017年标题