CDIO理念在物联网专业课程开放式教学中的实践研究

崔智勇，邱晓红，凌 云

（江西理工大学 软件工程学院，江西 南昌 330013）

一、引言

继网络与通信技术产生之后，物联网已成为推动世界工程技术飞速发展的一个重要生产力，为未来新兴产业的发展提供着无限产能，是我国重点培育的五大新兴产业技术之一。物联网通过物品与物品间或人与物品间相互联系的方式实现了万物间的信息交互，改变着现代生活的同时带动了微电子、传感器、图像识别系统等一系列产业技术的发展。因此，培养出适合国家经济发展战略且符合行业发展特色的物联网专业人才已成为高等院校的教学目标。自2012年教育部设置物联网专业以来，很多高校已在物联网工程专业的教学体系建设、教学方式改革、教学实践环节等方面做出了大量的探索与尝试，本文以先进的CDIO工程教育理念为指导，全面系统地探讨了物联网工程类课程开放式教学体系的改革，以适应培养高素质新工科人才的目标，逐步提高物联网专业的教学质量。

二、CDIO教学改革理念在物联网专业的教学模型

自2004年国际合作组织CDIO成立以来，组织专注于研究国际工程教育改革与推广，提出以Conceive（构想）、Design（设计）、Implement（落实）、Operate（运作）四个元素为核心的CDIO工程教育改革理念，具体大纲内容逐级细化为3级、70条、300款。该理念强调对学生系统工程能力的培养，培养团队合作意识及个人自主发展意识，注重工程系统实践能力与工程基础知识，同时注重开拓创新结合普遍适应的人才培养模式，推动了新工科背景下创业创意创新教育的发展，受到众多高等院校新工科专业的关注。其最终愿景是培养出满足现代产业发展所需的具有系统CDIO过程教育背景的工程型人才。

我们参考CDIO理念构思了物联网专业的开放式教学模型，如图1所示，系统地将学生必须具备的工程技术知识、团队合作能力、个人技能与整个CDIO构思、设计、实施和运行有机结合并表达出来，使得教育改革方向明确、系统框架易于实施，也符合开放式实践教学理念，从而更适应物联网技术人才的培养。

图1 CDIO理念在物联网专业的开放式教学模型

三、“设计与落实”物联网专业的课程体系建设

物联网技术主要包含外部感知、信息传输、消息处理与反馈控制等四个部分，另外智能技术也贯穿其中，同时，它还涉及计算机软件工程、网络通信和电子信息等多个学科的融合。为培养能够系统掌握物联网相关技能的复合型高级工程人才，课程体系应尽可能多地涵盖信息领域宽广的知识点，包含信息从感知、传输到处理反馈的各个环节，设置课程体系应包括通识教育、专业基础课、专业核心课和创新实践课四个部分，如图2所示。

图2 物联网专业课程体系框架图

专业课程的设置依据考研深造和就业方向不同分为三大类：以微电子与感知为方向，主要课程包括传感器、RFID、单片机、嵌入式系统和物联网控制等课程；以网络与通信为方向，主要课程包括通信原理、数字信号处理、交换技术、综合布线、信息安全与无线传输定位等课程；以软件与测试为方向，主要课程包括数据结构、数据库、云存储和数据融合等课程。本科四年学习中，学生在第一年巩固通识基础课，为大四考研深造奠定基础。通过第二年的学习，学生能够构建出物联网体系框架，并接触专业基础课，从而专业方向更加明确。第三年逐步开设专业核心课程并大量引入实验课，锻炼实践操作能力，同时提供了相关学科竞赛的机会。第四年学生综合运用所学知识进企业参与毕业实习，并从中完成毕业设计选题。

四、“运作”物联网工程专业的教学实践

CDIO理念强调培养学生工程系统实践结合基础知识，所以除完成基本课程实验外，还应促进建立开放式实验教学环境。依托我院最新建设的物联网综合实验室，将部分专业核心课程安排在实验室授课，使得学生在听课之余能够多接触实验设备，促进学生的实践能力培养，正符合CDIO教育改革所倡导的工程实践理念。

以专业核心课程《RFID原理及应用》在2018—2019第一学期的教学情况为例，本课程是旨在培养学生掌握与射频技术、身份识别系统设计及优化等相关科学技术而设立的重要理论与应用型课程。教学内容既包含工程工作所需的数学、电磁场方面知识，又包含工程基本理论与基本专业技能，同时利用CDIO理念进行顶层构想。结合授课章节内容，设计了不同射频频率的车库RFID道闸和RFID智能门锁、LED屏幕控制和ETC通道模拟等系统案例实验，提高学生将理论知识与工程实践相结合的解决实际问题的能力，极大地激发学生的学习兴趣。因此本课程在期末学生从教学准备、教学过程等8项教学评价中，第7条教学中是否注重启迪思维、激发兴趣、联系实际、培养能力这一项满意度最高，达到93.7%。在日常教学落实中，利用教学场地现有实验条件将课程中的工程知识点与课程实验相结合，依托先进的移动教学平台增强师生间教学互动，同时利用平台资源查阅、答题和讨论等评价方法运作教学过程，统计到平时成绩人均89.1分。从46名学生的百分制评教结果来看，综合评分为93.52分，大部分同学给出各项良好以上评价，表现出学生对课程教学效果的肯定。

五、结语

物联网作为一门新兴学科，通过感知、识别、信息处理及反馈等技术，广泛应用于信息化时代的各个方面。对物联网人才的培养模式也要突破传统，着重加强工程实践能力和创新能力的培养。本文将构想、设计、落实、运作四个元素融入物联网专业实践教学过程中，建立结合CDIO理念的物联网专业课程开放式教学模型。并在《RFID原理及应用》课程的教学过程中引入CDIO理念进行了一些有益实践，教学效果反应较好，尤其是学生利用理论知识处理工程问题的能力得到提高，提升了学生自主学习的兴趣。