传感网应用开发课程教学改革与实践探究

周茉

［摘 要］物联网作为战略性新兴产业，其发展繁荣需要大量精通物联网技术的专业人才。对此，高职院校应顺应时代发展需要，抓住物联网产业发展机遇，适时调整电子信息类专业人才培养目标，做好电子信息类专业课程建设，争取为物联网行业发展培养更多优秀人才。文章以武汉船舶职业技术学院传感网应用开发课程为例，结合物联网产业发展需要，提出重构人才培养模式、探索多元化教学方法、建立多层次的实训教学平台、多途径加强师资培训等人才培养策略。

［关键词］传感网；电子信息；教学改革

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2023.18.078

［中图分类号］G712；TP212.9［文献标识码］A［文章编号］1673-0194（2023）18-0239-03

0     引 言

“物联网概念”是利用信息传感设备，将任意物体与网络连接，进行信息交换和通信的一种网络概念。物联网概念的问世，打破了人们的传统思维，伴随其近年来的快速发展，已经逐渐成为新一代信息技术的重要组成部分，被世界公认为是继计算机、互联网、移动通信网之后的世界信息产业第三次浪潮。2021年，人力资源社会保障部发布的《新职业——物联网工程技术员就业景气现状分析报告》显示，未来5年物联网行业人才需求缺口总量超过1 600万人［1］。为了抓住这一机遇，满足物联网产业的发展需要，许多本科及职业院校都加大了专业建设投入，开设了物联网相关专业。

目前，武汉船舶职业技术学院还没有开设物联网工程专业，为了满足行业发展需要，可依托现有的电子信息类专业开展物联网技术人才培养工作。以下将以武汉船舶职业技术学院电子信息技术专业中的传感网应用开发课程为例，结合现代互联网信息技术探究教学改革措施，希望能为物联网产业发展培养更多电子信息专业人才提供参考。

1     课程教学存在的问题

1.1   学生学习主动性不强

高职阶段学生的学习节奏与高中有所不同，高中学习多是教师讲解，学生通过反复练习加深知识记忆；高职院校则大多是大班授课，需要学生能够在理解理论知识基础上，在课下自主学习相关专业技能知识。然而，刚经过高考洗礼的高职学生面对高职“轻松”的课堂学习氛围，难免会有所放松，加之信息时代智能手机的广泛应用，课堂上常会出现学生玩手机不认真听讲的现象，而传感网应用开发课程技术性、专业性较强，理解掌握上确实存在一定难度，若课上不认真听讲，课下练习则会步履维艰，长此以往，学生在专业课学习上会产生厌烦、畏难情绪，会对学习缺乏积极主动性［2］。

1.2   课程内容多且复杂

以传感网应用开发课程内容为例，该课程涉及多种综合技术，如传感技术、计算机网络技术、嵌入式技术、通信技术等，理论涵盖方向多且技术内容庞杂，学生学习起来难度较大，教学难度较高。

2     课程教学改革

针对以上教学中存在的问题，笔者从以下几个方面着手提出改革方案，希望能够帮助学生更好地学习这门专业课程。

2.1   根据市场需求，调整课程体系

职业院校的教学内容和进度一般是根据专业标准按照既定内容开展的，而物联网行业技术发展与应用前景日新月异，为了使学生所学专业技能符合市场需求，职业院校应结合区域内行业发展对人才的需求，及时调整人才培养方案，构建与之对应的课程教学体系和内容。武汉船舶职业技术学院电子信息专业每年年末会邀请物联网相关企业工程师到学校来一起探讨专业培养方案。针对每年企业对人才的不同需求，优化课程标准，更新专业课程，调整新学年的课程体系和教学内容，确保课程教学和实习实训课紧跟新技术发展步伐［3］，让学生学习的专业技能有用武之地。

2.2   课堂教学内容和教学方法

2.2.1   结合案例开展教学

传感网应用开发课程理论难度较大，教师在教学中不能只注重理论分析，还要重点讲授基于传感技术搭建的系统应用，结合实例帮助学生理解物理概念和工程概念。例如，教师在讲授数据采集时，可以选用智能家居设备作为交互场景来解释传感网的应用场合。要实现智能设备的万物互联目标，需要对家居内的环境参数进行数据采集及处理，在此可以给学生设置“需要用到哪些类型的传感设备”等问题，帮助学生理解并记忆相关知识点；在讲授Wi-Fi通信的3种工作模式——station、soft-AP和station+soft-AP时，仅灌输概念，学生难以理解，若让学生自己使用手机连接Wi-Fi上网，依次分析3种工作状态，则会达到事半功倍的效果。通过这些深入浅出的例子，加深学生对概念的理解。另外，为开阔学生的视野，课堂教学案例不应局限于电子工程问题，应辐射到生物、经济、社会等各学科领域。

2.2.2   采用多元化教学手段

互联网时代，传统的“填鸭式”“满堂灌”的教学方式已不再适用，应结合“互联网+”，采用多元化的教學手段调动学生的积极性。教师可以充分利用多媒体播放实拍的传感网应用实例，如基于控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）线的汽车工业生产线、基于485总线的智能安防系统；还可以将枯燥、难懂的专业知识编辑成5～10分钟的视频短片，帮助学生理解有难度的专业知识，加强学生对物联网的了解，增强学科自信，使学生自主学习。例如，在课堂上播放物联网技术用于船舶生产到运营的视频：物联网在船舶行业的应用实现了数据共享与数据处理，从船舶生产角度来讲，物联网技术的使用优化了生产流程，提高了产品质量与生产效率；从船舶运营角度来看，在船舶的关键设备上按照物联网技术要求嵌入传感器，实现了船舶的智能化处理，利用全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、卫星通信、自动雷达标绘仪（Automatic Radar Plotting Aids，ARPA）、电子海图显示等技术，使基地管理人员能在线对整船或者某一关键设备进行监控［4］。通过现实案例的讲解，学生能深入了解物联网技术的应用，增强对专业知识的认可，提高学科自信。

课堂教学中可以将灌注式教学改为启发式教学，打破教材内容的局限，将与专业相关的最新技术、工艺、设备内容引入课堂，围绕专题，采用提问、讨论等方式，激发学生的即兴思维；借助科普视频、提问抢答、学生自主演讲等方式丰富课堂教学形式，提高课堂教学效果；利用线上线下相结合的方式，打造“互联网+”网络化、数字化、个性化、终身化学习形态。2021—2022学年第一学期，传感网应用开发课程在实训室进行，在课程组负责人带领下，教研室全员上阵，以学习通为平台，组建线上学习资源库，内容涵盖课程所需微课、PPT、数字化教材、习题库、仿真软件和实操视频等，学生可以根据自己的学习情况调整学习进度，拓展了学习的时间和空间。

2.3   建立层次化的实训实践平台

2021年武汉船舶职业技术学院和唯众物联网公司合作投资建设了物联网综合实训室，实训环境大大改善，实验内容灵活丰富，有效提升了学生的编程能力和工程综合能力。实训教学平台为两个层次，分别为基础性实验平台与创新性实践平台。基础性实验平台致力于巩固学生课堂专业理论知识，多为验证型实验；创新性实践平台致力于培养学生的工程创新能力和综合素养的兴趣，多为项目开发型实验。

2.3.1   基础性实验平台

基礎性实验平台的实训内容按照自下而上的内容设计思路，从单片机、传感器、无线传感网三方面覆盖物联网嵌入式开发的关键技术。利用物联网融合平台创建一个可体验的应用场景，加深初学者对物联网感知、网络、应用的三层体系结构及相关技术的认知和理解。通过一个简单工程的创建、编译、下载过程，学生可以掌握目前传感层开发环境主流软件的安装、配置、操作方法。另外，实训内容还包含图像化编辑工具及物联网融合云平台。对于零编程基础或编程较弱的学生来说，可以通过图像化编辑工具去理解程序语言。这种编程环境是学习程序设计较有利的工具，解决了绝大多数学生编程语法入门难的痛点。

在基础实验课堂上采用分组式项目驱动教学，以学生为主体、教师为主导推进教学实施。所有项目中，学生任务分工明确，需要根据教师设定的步骤，循序渐进地完成电路原理分析、软件调试、硬件实物连接及故障检测等。同时，小组内和小组间引入竞争机制，激发学生的进取意识和集体荣誉感。

2.3.2   创新性实践平台

创新性实践平台形式多种多样：①利用教师的科研与学术活动，开阔学生的视野，拓展学生的思维空间，扩大信息交换来源。在教师指导下，参加不同层次的科学研究项目，在实践中得到锻炼。②鼓励学生参加学术研讨会和学术报告会，扩大学生的知识面，增加知识深度，增加对行业的了解。③建设学生工作室，实行开放式管理，吸引学生在课外实验室选做实验或自行设计实验，学生根据自己设计的实验方案进行项目开发。创新性实践平台的建立既可以为学科竞赛活动储备生力军，又可以培养学生运用知识、融合知识、创新知识的综合能力，有利于提升学院信息类专业毕业生的社会竞争力。

2.4   加强师资培训

职业教育目标是培养具有一定技术技能和基础文化知识的劳动者，职业教育侧重于实践技能和实际工作能力的培养。国内大部分职业院校的教师来自更偏重专业知识的高校毕业生，而拥有扎实技术实操能力的“蓝领”教师较为稀缺。对此，应鼓励教师参加职业院校素质提高计划及专业职业核心能力培训，打造职业院校“双师型”教师队伍，选派教师与校外优质单位交流合作，利用假期和业余时间到企业中去，让专业教师真正走到一线了解具体工程项目，更好地促进教产相长，提高教师的实际操作能力。

此外，教师可以积极参与职业技能等级证书培训及开发，把行业、企业所需的最新知识、技术技能融入人才培养方案；利用课余时间，用学校的实验室、自己的科研团队等为行业企业提供技术支持，这样既能实现学校和企业共同育人、合作双赢，又能提高自身业务能力［5］。

2.5   建立“1+X”证书制度培训体系

“1+X”证书制度中的“X”证书是与区域、行业、产业及时代特征紧密相连的，可以组织行业内的专家以及专任教师梳理相关职业技能等级标准与专业课程的关系，以“1+X”职业资格证书为标准，仔细分析相关“X”证书（传感网应用开发职业技能证书）所需要的岗位职业能力、工作内容及需要具备的相应知识点和技能点，将行业新技术、新规范等融入已有的课程内容；利用模块化组织课程内容中的知识点，便于以后灵活组合相应知识点来适应未来不断变化的新形势［6］。如传感网应用开发职业技能等级证书，该证书主要考核的知识点包含数据采集，有线组网通信中的总线通信开发技术和短距离无线通信，通信协议开发中的读写配置参数指令开发和控制设备指令的开发等。该证书注重的是理论和实际的结合，主张学有所用，以实际的职业素养为导向，考查学生在实际工作过程中是否拥有专业技术技能水平［7］。

3     课程实施改革后的效果

课程改革实施面向电子信息技术及通信技术专业两个年级8个班的课程内容，在此方案的指导下，教师的主导性和学生积极性都得到了明显改善。教学过程中贯彻以学生为本的理念，教学内容从原理、仿真、实物制作到课后网上层层拓展，逐步破解教学重难点；实训环节分组分工机制充分调动了学生学习的积极性，绝大部分学生在课上会主动完成角色分工任务，学生之间逐渐形成互学互助、合作共赢的良好氛围。结合目前物联网发展及省赛、国赛中知识技能点，学生熟悉实验软件搭建及设备，掌握了软件拖曳组合方法和代码上传运行调试过程，也了解了单片机软件控制电子器件的基本方法。对于学有余力的学生，鼓励其着手实施拓展任务，尝试探索物联网典型应用开发。课程考核评价贯穿教学全过程，实时反馈考评结果，学生能第一时间感受到努力付出带来的成就感和集体荣誉感，同时能及时弥补学习中的不足。

4     结束语

本文根据武汉船舶职业技术学院电子信息类人才培养定位，结合区域经济发展对高级技术应用型人才的需求，通过学校与企业合作，探索与目前市场人才需求相对应的课程教学体系，针对物联网课程教学作出了积极有效的尝试，力求促进武汉船舶职业技术学院电子信息类专业物联网课程建设和学生职业能力的培养，真正为技术性应用型人才培养服务。

主要参考文献

［1］杨凯.让青年科创人才在物联网世界挑大梁当主角［N］.光明日报，2023-02-21（12）.

［2］王莹.“互联网+”背景下高职物联网专业教学实践［J］.科技资讯，2019（18）：141-143.

［3］徐磊.构建具有现代职业教育特征的应用型本科产学合作人才培养模式［J］.统计与管理，2015（11）：145-146.

［4］魏杨.物联网技术在船舶智能制造中的应用［J］.船舶物资与市场，2019（12）：79-80.

［5］刘毅敏.浅议物联网环境下电子信息类专业课程建设及人才培养［J］.现代计算机，2016（8）：47-49.

［6］刘敏等.基于1+X证书制度的校企协同本科层次职业人才培养模式研究［J］.职业教育，2021（3）：6-7，18.

［7］郭晓华.面向“1+X”证书制度的技术技能人才培养课程改革［D］.石家庄：河北师范大学，2021：26.