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关键词:物联网专业;实践教学;教学模式
中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)35-0150-03
一、概述
物联网在当今社会已成为一个热点话题,它正不断应用到我们的生活中。物联网是指通过装置在物体上的各种传感设备,如射频识别RFID装置、红外感应器、全球定位系统GPS、激光扫描器等,按照约定的协议,通过相应的接口把物体与互联网相连,进行信息交换和通信,以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种巨型网络[1,2]。2010年,教育部开始将物联网、传感器网络作为战略性新兴产业相关专业的重点,鼓励各大高校申报相关专业。作为培养市场所需人才的高校来说,物联网专业实践教学显得尤为重要,建设物联网实验室也成为当务之急。高等院校物联网专业应该注重培养具有物联网专业基础知识和具有较强的物联网专业实践能力的全方位人才[3,4],这就要求高等院校在物联网实践教学方面建立和完善适应于学生发展的实践教学体系。
二、物联网体系结构和关键技术
根据研究,按照自底向上的方法,物联网体系结构从技术和功能角度可以分为三层,即感知层、网络层和应用层。其结构框图如图1所示。
感知层主要是前端信息采集以及控制终端,要求能够全面感知物理世界的各种信息,由各种传感器以及传感器网络组成,是物联网信息的源头。用于物联网信息感知的传感器主要有温湿度传感器、气体传感器、水质传感器等。它利用射频识别(RFID)器件、嵌入式设备、无线传感网等全面感知物体的各种信息,具有节点数量多、成本低等特点[5]。可见,感知层是物联网体系结构的底层技术,是物联网关键技术之一。
网络层由光载无线交换系统(主要包括光载无线交换机、远端射频单元、模拟光纤、WIFI设备服务器和以太网交换机)和其他网络设备共同组成,是各种信息与互联网的融合、传输和接入层,是基于TCP/IP协议的网络平台[6]。
应用层的主要作用是支持物联网应用系统中各类平台技术的运行,这些技术包括物联网信息存储技术、物联网信息共享和交互技术以及各行业末端网络应用技术等,主要实现物联网与行业技术的深度融合和无处不在的智能化功能[7]。应用层是由后台数据中心、远程客户端以及装载在其中的各种应用程序共同组成的,实现对前端信息和控制终端的管理和应用。
这三个层次基本涵盖了物联网主要的核心知识和应用范围,为物联网专业的教学指出了明确的方向。
三、物联网专业实践教学典型解决方案
我国高校开设物联网专业是近五年的事,由于整个专业起步比较晚,相对来说,实践教学环境的配备更迟一步,不管是各大高校还是服务于高校的企业单位,对该专业的实践教学配套设施都还处于起步阶段。如何定位高校的物联网专业教学,如何确定相应的实践教学模式,对此,本文进行了相关分析和总结。
(一)体验实践的广泛感知模式
物联网专业本身与电子、通信、计算机领域密切相关,但它也应该有自己明显的特性。据了解,各大高校的物联网专业基本都设置在计算机学院或信息学院,如何把物联网专业与同学院其他专业区分开来?基于物联网专业具有很强的工程实践特性,一些大学从实践环节入手,针对物联网实验教学环节和专业实验内容给出了解决方案。该方案认为实验室建设应该重视基本应用开发能力的培养、应该建立宽泛的可操作环境,让学生在实验时有可选性,鼓励创新精神,从而培养学生对实际物联网应用项目的整体把握能力。
方案中指出,对物联网专业实践教学环节应该从专业认识、毕业设计、生产实习、竞赛活动等方面进行改进。据调查,新生的专业认识一般是统一参观专业实验室或某个网络公司或以讲座形式向学生展示专业的发展,使学生获得对自己专业的初步认识。新的解决方案是建立特定行业物联网“综合演示实训中心”,通过参观该实训中心,让学生从整体上认识物联网专业及其应用场合,从而增加学生对专业的理解,激发学生对专业的兴趣。生产实习方面,通常是带领学生到生产现场进行参观实习。由于物联网是一个新兴行业,可供学生进行参观实习的工业生产现场比较少,因此需要重新制定物联网专业实习解决方案。经调研发现,建立“物联网综合演示实训中心”供学生感性体验,或者利用学校与企业联合共建的物联网相关示范基地以及学校自建的实训中心是比较有效的方案。专业基础学习,应做到学与做同行。为满足多样化需求,应完善丰富专业基础教学实验室,从而丰富课程设计的综合实验内容。如果教师时间紧,可以采用第三方提供的产品方案。通过学科竞赛,让学生可以在创新、理论付诸实践、团队合作三个方面促进增长。
在高校物联网专业实验内容拓展方面,方案给出了三步走策略:综合演示实训类、应用实训类以及基础教学实验类。对于综合演示实训类,针对高校的行业特点,建立其相应的应用型实训中心,比如智能家居系统、智能门禁系统、智能安防系统等,提供专业认识、科技创新、科研、毕业设计等内容。对于应用实训类,构建通用典型的物联网小型系统以及中规模应用系统,比如智能停车管理实训室、智能农业实训室等,提供专业认识、课程设计、科技竞赛及创新相关的实验服务。对于基础教学实验类,进行专业基础、课程设计等专业基本能力培养,比如传感器、单片机、FPGA实验室等。
(二)精品案例教学模式
对于概念和应用宽泛的物联网专业来说,与其面面俱到广而不精,不如采用精品案例教学模式。学校结合自身的长处,选择适合自己的培养方向,这不仅可以充分利用现有资源,更能体现针对性,且学生容易入门。为此,一些企业随之打造了类似产品,以求能够通过某个具体精品案例,把物联网的三层结构体现得淋漓尽致,在追求精品的同时,不失整体的实践教学模式。
方案中,物联网技术应用领域教学选取了典型的案例――智能家居,其结构框图如图2所示。智能家居融合自动化控制系统、无线通信技术、计算机网络技术和传感器技术于一体,形成智能化、网络化的家居控制系统,将家中的各种设备(如照明系统、音视频设备、窗帘控制、安防系统、空调控制、数字影院系统等)通过家庭网络连接到一起,从而实现全方位的信息交互,保持信息交流畅通,环保节能,节约资金,增强家居安全。智能家居系统可提供的实验为智能移动视频监控实验、智能门禁实验、智能电灯控制实验、智能窗帘控制实验、家居环境参数采集实验,通过这些实验,可以使学生更好地锻炼动手能力。
方案通过智能家居系统引出物联网关键技术,该技术主要分为物联网传感技术、物联网接入教育、物联网网络技术等。物联网传感技术可提供多款CPU,例如8051核CPU、cortex m3核CPU和FPGA等,使学生能够学习不同复杂度、不同成本的CPU连接传感器进行信号采集的流程。物联网传感技术还可以提供多款传感器。物联网传感技术实验的核心思想是提供一套可以更换CPU芯片的、能够连接多种传感器的试验教学装置,目的是让学生能够学习各种传感器的应用,包括传感器信息采集、传感器信号分析和接口电路设计。其优势特点是提供一套能够使用不同类型CPU实现传感器信息采集与处理的实践教学装置,提供多种传感器应用,包括声音、电磁、温度、湿度、气体、红外、光照、机械动作等多种感知信号。提供多样的传感器接口,包括模拟接口、数字接口和开关量接口。物联网接入技术的核心思想是提供这样一套实验装置:在完成无线网络管理和射频识别信息处理的同时,可以将数据通过不同网络路径传输到网络中心,目的是让学生掌握WIFI、GPRS、3G网络组成,信息传输过程中的关键性参数配置,传输性能分析等内容。物联网网络技术核心思想是提供一套能够涵盖物联网网络层关键性技术,即软交换技术和IPv6技术的实践教学装置和教学资源,使学生能够掌握主流的网络信息交换技术。
(三)二次研发实践模式
对于体系比较庞大、涉及知识比较繁多的物联网专业来说,让学生亲自动手实践从底层到顶层完整走一遍的思路或许是一条学习捷径。二次研发教学模式即让学生在现有实验箱的基础上完成个性设置和修改部分功能模块的方式体验物联网系统的工作流程,从而学习相关知识。一些公司推出了二次开发实验平台,如基于WSN(Wireless Sensor Network)的物联网解决方案体系架构ATOS平台,该平台框架如图3所示。ATOS物联网开发平台采用一套设备两套协议的方式,这两套协议包括标准的Zigbee协议和基于TinyOS的开源自主协议。TOS系统采用开源TinyOS操作系统,向用户公开了路由协议和上层软件源代码,用户可以根据各种应用需求对系统进行二次开发,包括传感器设置,数据采集、存储、访问等环节均提供二次开发接口,用户可以修改和设计自己所关注的部分,从而实现应用系统的开发工作。这给高校初学物联网的学生提供了简单易行的软硬件开发机会。
ATOS平台主要设计了传感器数据采集、基站数据汇聚、网关对外发送、采集系统解析以及远程服务器数据接收和存储等功能,它从整体上为物联网专业的学生提供了从传感数据到终端用户的各个流程,让实践过的学生能够彻底理解物联网从底层到应用层再到终端的基本架构。
该方案不同于其他实训模式,传统的实训模式多为“现场观摩为主、基本不予参与”,在本方案中,学生可以根据系统提供的二次开发平台,重现上述具备的所有功能,或根据自己的需求改写新的控制逻辑,因此具备较好的学习参与度。另外,该方案还可采用硬件组态的设计模式,根据不同的需求选配不同模块组建自己的试验平台,以适应实验教学的需要。而且,系统中绝大部分设备和器件,如传感器、气动部件等,都是工业现场使用的标准工业级元件,学生如同实践在一个真实生产的过程中,能够学到真正实用的专业知识和操作技能。
另外,ATOS平台中的实训定位功能,也能更好地全面地锻炼物联网专业的学生。该功能体现为室内人员精确定位技术的演示与测试,它采用基站定位技术,即利用已知基站来定位移动点的位置,在对信息进行收集与统计之后,实现轨迹与区域的实时定位等功能。与传统的RFID刷卡式人员定位不同,它可灵活地实现人员随时随地定位。
四、总结
物联网行业的兴起,为高校学生提供了广阔的就业前景。物联网专业所涉及的硬件、软件及网络大多是现有技术的综合应用,因此,物联网专业是工程实践性较强的学科,若要培养出理论知识与动手能力于一身的综合型人才,就需要高校制定出一套完善的物联网实践教学体系。由于物联网的提出本身涉及多门学科,故其课程体系具有一定的交叉性和动态发展特性,因此,物联网专业实践教学面临新模式的挑战,这也给各高校根据自身优势摸索出新专业办学特色提供了良好机遇。
参考文献:
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[5]桂小林.物联网技术专业课程体系探索[J].计算机教育,2010,(16).
物联网工程专业培养的是工程应用型人才,必须高度重视与理论教学相辅相成的实验教学环境建设。物联网专业核心课程RFID的实践教学是掌握RFID系统设计和开发的保证。我们在教学实践中发现,本课程的教学难度较大且不易达到良好的教学效果,尤其是在课程内容的选择上,存在两方面的问题,一是课程内容较多地涉及电子学科的内容,专业跨度较大,而目前本三批次计算机相关专业的学生硬件基础较为薄弱,导致学生学习困难。针对这个问题,教师应首先明确RFID应用系统的本质是一个嵌入式系统,是软件与硬件的综合体,是软件、硬件协同设计的工程,应该在一个整体的框架内协调工作,同时认识到计算机硬件研究与开发也是本专业不可或缺的组成部分,具有软件开发不可替代的地位和广阔的应用前景;其次,应根据物联网专业的特点适当删减部分偏电子的内容,突出课程重点。射频识别技术本身类型很多,实验内容几乎涉及所有类型的RFID技术,而实验课时偏少,导致学生无法抓住重点,不能深入学习。针对这一问题,课程教学应选择当前应用最普遍的高频ISO14443协议下的RFID技术为对象,力求通过对该类RFID系统的学习设计,使学生掌握RFID技术的基本概念、理论、方法,从而对RFID技术有一个总体、系统的了解和掌握。同时,教师可结合学习方法论进行教学,培养学生举一反三、灵活运用知识的能力,鼓励学生通过自主学习了解和掌握其他类的RFID技术。
2物联网专业实践硬件平台
目前,市场上的RFID实验设备都比较封闭,大多仅能完成验证性实验。为满足实践教学的需要,我们设计了专业实验平台,在设计硬件时遵循模块化的设计思想,以保证系统的通用性和可扩展性。实验平台设计为三大部分:主控MCU、射频控制模块、天线及匹配电路。主控MCU模块是整个系统的核心,采用苏州大学飞思卡尔嵌入式中心开发的SD-FSL-KL25-EVB开发板,MCU采用MKL25Z128VLK4芯片,其工作频率为48MHz,性能达到0.93DMIPS/MHz。该板是KL25MCU的最小系统,所有I/O引脚引出,可外扩多种外设并提供丰富的再扩展接口,为接入超高频及低频RFID电路提供便利。射频控制模块主要提供对射频读写芯片的控制操作,天线及匹配电路为RFID卡提供电源并在读写模块与RFID卡之间传送信息。采用模块化设计为系统保留了较多的操作空间,学生通过查看原理图可以快速掌握各模块的功能和原理,对射频控制模块及天线电路进行电路焊接并方便地完成读写器的制作与调试。
3物联网专业实践教学创新
1)实践平台创新。为提供系统可扩展的创新实验环境,减少重复的开发劳动,我们针对实验平台设计了在线编程功能,可将用户的应用程序在线写入MCU的Flash存储区的用户程序空间,支持用户的二次开发。Flash存储空间就被分成了两个部分,平台在首次使用时,将读写模块软件烧写并驻留在MCU的Flash存储区中。驻留的读写模块软件占用部分存储空间,剩余的存储空间可供用户的应用程序使用。读写模块软件由3部分组成:MCU监控程序、读写卡操作API接口以及与标签通信的底层通信函数。监控程序可以实现用户应用程序的在线写入,每次系统复位后首先运行驻留的监控程序,判断用户存储空间是否有用户程序,若有则转入用户程序执行,否则等待。按照与标签的通信流程,将底层通信操作使用函数的形式封装起来,就形成了读写模块的底层通信函数(或称低级函数)。在此基础上,将对标签的操作按统一的接口形式封装起来,构成高级函数,作为API接口提供给用户,形成应用系统与标签之间数据交换的接口。应用系统只需要向读写模块发送操作命令,由读写模块完成对标签的读、写等操作。非接触通信的所有具体操作细节则由底层通信函数完成。平台支持学生模块化地完成各类实验,最终实现并部署一个实际的应用系统。
2)实践活动创新。创新性实践活动是培养学生的创新能力和提高专业素质的基础。学校鼓励学有余力的学生在课余时间进行与物联网RFID相关的应用系统开发,锻炼其对相关知识与技能的综合运用能力。学生可自主选择实践活动或参加教师的工程项目、科研课题,指导教师则为学生提供良好的开发环境。通过实践,学生能够逐步实现从应用模拟到创新设计的转变。
4物联网专业校外实训基地建设
随着物联网技术的迅速发展,物联网已形成了庞大的产业链。有针对性地培养具有不同专业背景和实践技能的高素质人才,对行业发展具有重要意义,也是应用型本科院校教学培养的重要目标,为此,学校应主动与物联网、RFID相关企业共建校外实训基地,为物联网工程及相关专业学生提供实习机会。学校应结合企业的实际需求,协商制订相应的实习计划与方案,使学生将理论知识与具体项目实践相结合,在实习中掌握最新的物联网应用技术,深入体会企业文化,获得相应的工程和开发经验,提高自身的就业竞争力。苏州是经济发达地区,相关企业众多,目前苏州大学计算机科学与技术学院已与多家企业合作建立了实训基地,且这些基地已投入使用。为建立稳定长效的合作关系,苏州大学计算机科学与技术学院制定了比较完善的合作方案。首先,校外实训工作在学院直属的对外合作办公室领导下统一进行,既有利于学生的组织与管理,又有利于加强与企业的沟通,及时发现并解决合作中出现的矛盾与问题。其次,关心企业需求,将企业需求融入学生培养过程。实训一般由企业提供项目课题,以企业技术人员为主导、以学生为主体完成项目开发,所得成果为企业与学生共有;同时积极吸引企业参与学生培养过程,通过讲座、就业培训等活动,提高学生的专业综合素质,培养其沟通交流和团队合作精神,使学生更好地满足企业的人才需求。再次,加强实训期的教学管理。校外实训一般都在最后1~2个学期进行,对学生教学管理较为松散,为此,学院推行全员导师制,由一名教师指导几个学生共同参与实训,加强对学生的教学管理。教师在对学生实习活动进行管理的同时,还需熟悉企业的运作模式与前沿技术的应用情况,了解企业实际需求,通过反馈总结,调整教学内容与方式,从而提高教学的针对性和教学质量。
5结语
[关键词]物联网;实训实验课;信息化
高速发展的互联网技术大大的改变了人们的生活和工作方式,人们的教育理念正在不知不觉中发生变化。多媒体、网络、云技术等新技术手段取代了传统的“黑板+粉笔”。作为信息技术使用和接收能力最快的高等院校,进行一场新的教育技术革命是无法避免和迫在眉睫的。我国职业院校信息化建设的主要目标是“通过信息化来改变传统的教育方式,促进现代化教育的形成,并从根本上提高职业院校的教学水平。”
一、什么是课程的信息化建设
随着高职教育的不断发展,教育部已经明确提出了实施教育信息化建设工程的要求,明确了高等职业教育信息化的概念。高职院校的教学目标不同于本科院校,他以培养高素质技术型人才为己任,提升学生的综合素质、培养学生的创业就业能力,提高教育质量是关键。
课程信息化教学不仅具有学生喜闻乐见的教学手段,而且具有实时的互动能力,扩充了教学资源库,完备了教学体系,如教学网站、网络辅助教学、学习资源库、游戏学习、仿真学习、互动学习等。与传统的模式相比,这些教学平台不仅形式新颖,还引进许多新的教学理念,强调以学生为中心,更加注重发挥学生的主动性,是教学发展的必然趋势和追求目标。
二、当前我国职业院校课程信息化建设现状分析
1.软硬件发展不平衡,互相掣肘。
在高职院校信息化建设过程中,一直以来“重”硬件建设、“轻”软件建设现象较为普遍。很多院校的信息化建设都将主要的精力和侧重点放在有形的硬件建设上,在传统的想法上认为硬件的建设只需要保证硬件够用,然后就进行大规模的建设就可以。而对硬件上运行的内容――应用方案和应用软件没有进行认真的研究、设计和建设,以至于投入大量资金建成的校园网及管理系统只用来进行简单的文件传输和新闻浏览,硬件没有或是只发挥了微乎其微的作用。还有一种情况是,开发了很多应用的软件可是使用时才发现,硬件不能配合。还是导致软件不能发挥作用。这种软硬件相互掣肘的情况比比皆是,严重影响了信息化建设的成效。
2.信息化建设的激励评价机制不健全。
1)学校没有足够重视信息化教学手段的使用。信息化教学手段的成果没有与教师考核、评优和职称晋升挂钩。导致教师在教学中教学的方式方法没有向信息化手段倾斜。
2)对高职学生的学习特点不够明确,没有将信息技术同课程相结合。书本内容可以换一种表现形式,例如用多媒体手段等。
3)学校举办的各种对教师的培训比较少,难以使他们真正掌握和利用现代教育信息技术和方法进行教学和管理工作。
三、物联网实训试验课程信息化建设的重要意义
课程的信息化建设是一种利用现代各种信息化手段向学生进行全方位传递信息的教育。在高等学校教学质量与教学改革工作占有重要地位,信息技术与教学相结合变更了传统的教学模式,在优化课堂教学结构等方面起到了积极的作用。
四、我校开展物联网实训试验课程的基本情况
我校是一所集干部培训与高职教育于一体的、有着60余年历史的老校。公共安全系为我校比较有特色的系部之一,开展计算机方面的教学已有近二十年的历史。2013年,我系首次开展了物联网方面的教学――《物联网应用技术基础》,此课程为全系必修课,主要的内容为讲解什么是物联网以及它对我们生活的影响、物联网的基本应用领域、物联网应用基本原理的讲解。此课程的开展受到学生的一致好评。在2015年,我系为更好的服务教学、提高教学质量、激发学生学习兴趣,建设了物联网实训室,开设了物联网实训试验课程。此课程极大激发了学生的学习热情,但是由于资金有限、空间有限,在教学中不可能人手配备一套试验设备。在学生的学习热情与我们能够提供的试验环境之间有了很大的冲突。
因此,我们萌生了能否建立信息化的实训试验平台,将一些试验演示视频放于网上、将实验室虚拟化,既可以环节试验设备不够用的矛盾又可以使学生的何时何地想学就学。
五、物联网实训试验课信息化构建的框架
通过本课题的研究与建设,探索出一个适合高职学生的,侧重于物联网公共安全领域应用的物联网实验课程信息化教学模式。
1.信息化课程教学展示的建设。以PowerPoint和目前比较先进的微课、幕课技术作为教学展示的主要手段。摒弃了传统的板书模式,以多媒体、视频、动画作为主要说明方法。学生喜闻乐见、通俗易懂、在心理上没有抵触情绪,易于接受相关的知识内容。而且这些信息化的教学展示可以挂于校园网上,便于学生随时随地的学习、有针对性地学习。
2.实验过程视频文件库的建设。将若干个试验实训项目分别拍摄为视频文件,突出实验细节,强化注意事项,并将这些视频文件整理成库,作为教学最有力的辅助手段。
3.信息化考试系统的建设。建立信息化的考试系统,摒弃传统的纸质试卷和一对一的实验考试模式,以网络化的方式建立网络实验考试模式。并定期的丰富和完善题库的建设。
4.多媒体实验题库的建设。最为课后练习的主要手段,建立多媒体的实验题库,一改传统的几大题型,针对实验实训课程的特殊性,建立适合的多媒体形式题库。
六、课题研究过程中的问题和经验总结
1.信息化建设需要事前规划,有计划、有步骤的有序安排
信息化建设是一项艰巨的、长期的、复杂的系统工程,不能走一步看一步,必须在前期做好预案。院校信息化建设已经开展了很多年,有许多可借鉴的建设经验和模式。应在学校符合学院大的发展规划的前提下,制定完整的建设发展方案,按部就班的分阶段、有步骤的实施。
2.职业教育是高职院校的显著特点,在教学的内容、形式和教学手段上都要突出其职业教育的特点,高职的信息化建设同样要围绕这个大的中心展开,要将实践性教学放在首位。可以通过实训室网络模拟化,为学生提供与真实工作相似的环境,在这种环境下的教学更能够提高学生对专业技能的掌握,提高学生的就业竞争力能力。
3.高职院校的信息化建设要多放借鉴,取长补短。需要走出去学习国内外的优秀高职院校信息化建设范例,要积极的组织行业专家和企业人员对院校的信息化建设出谋献策,对这些建议进行分析和研究,作为学院进行信息化建设的重要参考。
七、结束语
[关键词]:课程体系;职业能力;教学组织;质量监控
[中图分类号]G712[文献标识码]A
自物联网作为我国国家发展战略以来,物联网技术及应用迎来了高速发展时期,从而导致大量物联网人力资源的短缺。各大高校及职业院校纷纷设立物联网学院、专业或专业方向来培养物联网相关专业人才。然而,高职院校的物联网技术应用专业的人才培养目标是什么,课程体系究竟怎么构成,如何进行教学组织是摆在广大高职院校面前的一道难题。我院在骨干院校建设过程中,进行了一些探索,以便与同行探讨。
一.课程体系构建过程
1.1 职业能力分析
职业能力分析就是将本专业所对应的职业或职业群所涉及的职业活动分解为若干独立的任务领域,再对任务领域进行分析,获得完成每个工作项目的具体工作任务,根据对具体工作任务的分析,可以得到完成这些任务学生应该具备哪些能力,掌握哪些知识和技能,从而分析得出对应的专业核心课程。针对物联网技术应用专业,我们通过向重庆、成都、北京、广州、上海等100多家电子通信类企业发放调查表,获得物联网技术应用专业所对应的工作岗位及主要工作任务如表1所示:
表1 业职业岗位及典型工作任务
根据对工作岗位主要工作任务的细化分析,我们可以得到针对这些工作任务所需要的职业能力是什么。如表2所示。
表2 岗位―能力对应表
1.2 确定人才培养目标
经过对职业岗位工作任务、工作内容以及能力要求的详细分析和论证,得到学生培养目标为:通过工学结合办学模式培养适应社会主义现代化建设需要的,德智体全面发展的,具有基础扎实,实践能力强,掌握物联网信息技术的基本理论知识和基本技能,受到严格的科学实验和科学研究初步训练;能在项目工程师指导下,从事物联网工程项目规划、施工管理;从事物联网设备安装、调试和维护;物联网项目售后服务、维护保养与管理;物联网智能终端产品的生产制造与辅助设计的高素质技术技能型人才。
1.3 岗位能力对应的课程分析
根据对岗位进行分析,得到对应工作岗位需要学生掌握什么样的能力,针对这些能力要求,对应着哪些核心课程,如表3所示。
表3 岗位―能力―课程对应表
1.4 课程体系形成
作为新一代高职学生应该具备五个方面的良好素质:思想政治素质、文化科技素质、专业素质、职业素质、身心素质。我们在课程体系设计过程中,除了要培养学生的专业素质之外,还要培养学生正确的世界观、人生观,培养学生如何正确分析和解决在人生发展过程中遇到各种问题的能力。因此,最终的课程体系包含三大模块:通识教育模块、专业教育模块和选修模块(如图1所示),其中:
通识教育模块包括三个部分:公共类课程(体育、英语、计算机基础等),思想政治理论类课程(如思想和中国特色社会主义理论体系概论等),职业类课程(如心理健康,职业生涯规划等)。
专业教育模块包括专业基础类课程(如电子技术基础、通信技术基础、物联网技术概论、计算机网络、程序设计基础等),专业核心课程是针对职业岗位方向的课程(如传感器安装与调试、自动识别产品安装与维护、网络设备安装管理与维护、物联网工程布线、物联网工程规划与实施、物联网系统管理与维护等课程)。
图1 物联网应用技术课程体系框架
选修类课程包括专业选修课(如Android程序设计等提高学生兴趣及拓展知识面的课程),公共选修课程(如音乐欣赏等用于提高学生人文素质的全校选修类课程)。
另外,根据高等职业教育的特点,实践课程与理论课程教学课时比例约为1:1。
二、教学组织与考核
2.1 在教学方法上,充分运用行动导向教学法,采用了项目教学法、小组协作学习、角色扮演教学法、案例教学法、引导文教学法、头脑风暴法、卡片展示法、模拟教学法、自主学习等多种教学方法。
2.2 在教学模式上,根据专业课程改革采取以实践为主线来组织课程内容开展教学的特点,专业教学模式广泛采取理论与实践教学的一体化、教室与实训室的一体化。教学内容采用企业的真实项目,实现以“一体化、开放式”、“项目导向式”等为主要的教学模式。
2.3 在教学组织上,采用三学期制的大模块课程组织方式,即学生在学习完一门课程后,即可完成对应岗位的相关工作,同时可以考取相应的资格证书。同时,如果合作企业联盟中相关企业物联网应用项目比较多的时候,学生可以安排到实际的工作场景进行企业实践,完成相关项目后,再回到学校学习。反之,如果企业工程比较少,学生则留在学校学习,同时聘请企业工程师到校为学生教授部分课程。这种模式我们称为“旺入淡出”模式。
三、质量监控
与合作企业共同建立和完善专业教学核心环节的制度及考核评价标准。通过有效的教学管理,强化师生自我监控意识,充分发挥广大教师的积极性、主动性和创造性,激发学生内在动力,调动学生自主学习的积极性,全面提高教学质量,教学质量监控和评价体系从四个方面进行。
3.1 完善教学过程监控
按照ISO9000质量管理体系,加强教学过程的控制。包括对各环节尤其是实验、实训、顶岗实习三大关键实践教学环节的监控。
3.2 完善教学质量反馈
强化教学质量反馈,包括每周的学生意见反馈,每学期进行1次教师测评等,对教学质量进行监控。
3.3 完善实训评价体系
构建各类现场实习实训评价体系,与企业共同实施实践教学的考核与评价。
3.4 完善质量追踪机制
将就业水平、企业满意度作为衡量人才培养质量的核心指标。引入“麦可思”专业调研公司,收集人才市场和用人单位的信息,在毕业生人数较多的单位建立教学信息反馈点,每年进行毕业生跟踪调查,召开招生、就业研讨会,将有关信息及时反馈到各教学环节中。不断总结经验,结合新情况,探索教学质量监控与评价的新方法,逐步形成较为完善的教学质量监控与评价体系。
四、总结
我院在物联网应用技术专业建设中,经过大量详实的调研,通过职业岗位能力分析,从而形成专业课程体系,在教学组织与教学方法上大胆创新,并严格规范地对人才培养过程进行质量监控,引入买可思人才满意度评价机制,并反馈到人才培养方案及教学组织过程等环节进行改进,形成了一个科学有效的人才培养机制。在实践过程中,取得了一定的效果。
参考文献
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关键字:物联网工程;卓越工程师;嵌入式系统;人才培养
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1673-9795(2014)02(b)-0000-00
大力发展物联网产业将成为今后一项具有国家战略意义的重要决策[1],物联网是继计算机,互联网后又一个信息技术综合应用的代名词,掀起信息产业第三浪潮,其重要性显而易见,因此国家2011年在全国55所高校开设物联网专业,该专业是国家战略型新兴产业急需的且指定大力发展的电子信息类专业,未来有着很大的需求和发展空间。从2012年开始,我校实施了教育部制定的“卓越工程师教育培训计划”,该计划旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的各类型工程技术人才,为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[2]。
物联网工程专业是我校特色专业之一,我校将物联网工程专业作为“卓越计划”重点培养专业之一,因此,结合“卓越计划”的要求,深入进行“嵌入式系统”课程教学改革势在必行,以学生为中心,以开拓知识视野、激发学习热情、培养实践能力为目的,为国家提供大批动手能力强,满足企业发展要求,适应社会经济发展需求的高质量各类型工程技术人才。
一、教学现状
目前嵌入式系统教学存与许多其它工科专业共存的问题[3]。比如,课时安排不合理,实验课时较少;重传统理论教学,轻实验教学;实验教学方式比较单一、实验内容陈旧,缺乏创新性,跟不上目前嵌入式发展水平;实验教学缺少对非智力能力和综合能力的训练;实验室嵌入式系统实验的设备过于陈旧,实验室管理制度不完善;不能利用校外有效的合作资源进行实验教学内容的拓展[4];课程考核方式不完善,往往单纯从理论考试成绩和实验结果评判,忽略实验过程,上述种种问题,导致目前许多学生学完嵌入式系统课程之后,即使考到高分,依然不能独自完成教学大纲要求之内的相对简单、容易实现的嵌入式系统项目的开发,学生完全处于纸上谈兵阶段,这样培养出来的学生不符合卓越工程师的要求,更不符合企业和国家所需要的复合型工程技术人才的要求。
二、以创新实践能力培养为原则的改革
1. 开展研究性学习
在理论教学中,改变传统填鸭式教学方法,老师不再只是对着现有的课本或者PPT直接讲解嵌入式系统的理论知识,而是通过提出目前实际嵌入式系统研究和开发过程中遇到的问题,或者将已有嵌入式产品中存在的问题作为探究背景,通过设置让学生和老师之间展开开放式讨论和自由提问的环节,让学生积极参加到课堂活动中来,最后,将老师的点评总结作为课堂内容的点睛环节,旨在将枯燥的基础理论知识是如何运用到实际嵌入式系统开发中、以及如何解决实际问题的过程讲解给学生。通过这种研究性的学习方式,给学生留下更加深刻的印象,激发学生学习嵌入式系统开发的兴趣,使学生对嵌入式系统的理论知识的本质有更加深刻的认识,在以后的学习过程中将知识熟练运用到实践开发项目中去。
2. 开放设计性实验
去除以往实验结果单一,过程机械化,没有拓展性,缺乏综合型和研究型的基础验证型实验[5]。改用内容比较新颖,又不太复杂的开放设计性实验,比如,当前智能手机和游戏开发是一个很流行的研究方向,智能手机中简单游戏就是一个很好的嵌入式具体应用的例子,所以我们可以选取一些相对简单、开放性强、形式新颖、吸引力足的嵌入式系统开发的游戏案例来取代已经沿用多年的实验内容,使实验课的内容真正做到来源于实际案例,又促进实际嵌入式系统开发的功能。开放性设计实验不仅丰富嵌入式系统的实验内容,而且使实验本身更加有趣、贴近生活。更重要的是在进行上述开放性设计实验的过程中,学生可以亲身体会到实践是如何检验真理、理论与实践之间如何相互促进的道理,在一定程度上可以激发学生学习嵌入式系统的兴趣,培养学生敢于创新、敢于探索、不怕困难的科研精神。
3. 以竞促学
学科竞赛是学生实践能力培养的一种重要方式,竞赛是对学生更高一层次的要求,是考察学生综合能力的一个重要方法[6]。目前诸如博创杯嵌入式比赛,“ZLG杯”中国大学生ARM嵌入式系统电子设计竞赛,微软嵌入式大赛,全国大学生电子设计竞赛等都是含金量较高的比赛,通过参加竞赛可以发掘出嵌入式系统这门课程真正的魅力所在,解决嵌入式系统实践环节中缺乏挑战与创新的不足,真正提升学生实际动手操作解决特定问题的能力,提高实践环节的质量。在比赛过程中不仅对学生嵌入式系统及其它学科知识的拓展有所帮助,而且能够培养学生团队竞争和配合意识。
4. 嵌入式系统实习实训
物联网专业作为“卓越计划”重点培养专业之一,对于实践训练要求自然极高,改变以往实习完全以老师讲解为主导,动手环节较少,完全违背实习实训方式,将学生带到当地对嵌入式研究具有一定规模的企业公司参加实习培训,了解目前企业嵌入式系统的研发流程和水平。同时将实习实训的主导权下放给学生,锻炼学生实际动手操作能力,以一种学生为主,老师为辅的实训方式让学生真正融入到嵌入式系统开发中来。
5. 改革考核方式, 体现综合能力
事实证明“一张试卷打天下”的考核方式往往并不能真正反映出学生对于知识的掌握和运用情况。为了督促学生认真做好嵌入式实验,真正考核学生实验动手和实验观察能力[7]。可将嵌入式系统课程成绩分为: ①笔试理论成绩,该项占40%,主要考察嵌入式操作系统概述、微处理器与调试技术、ARM体系结构和指令集、ARM开发工具和汇编程序设计、嵌入式存储器和接口技术等; ②开放设计性实验的成绩,该项占40%,主要考察每次实验课学生出勤次数,具体操作步骤,实验结果完成情况以及实验报告;③课外创新成绩,该项占10%,主要考察学生参加各种嵌入式比赛、实战项目开发和创新实验实践活动的获奖情况;④学期末的实习实训成绩,该项占10%,主要考察在实习实训阶段指定项目开发的完成情况。
结语
工程师是未来世界的塑造者[8]。嵌入式系统是一门实践性很强的课程,因此采用课内外、校内外相结合的实践教学体系,以卓越工程师的基本要求为导向,使学生能熟悉掌握嵌入式系统设计方法,掌握一种开发工具,熟悉一种调试方法,使学生在学完嵌入式系统课程后,能真正掌握最基本的嵌入式系统开发,成为一名合格优秀的卓越工程师。
参考文献
[1] 2009年11月3日总理向首都科技界发表了题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话.
[2] 王娜君, 王杰, 李旦, 高胜东. 基于工程能力培养的实验教学改革探索[J]. 教育探索, 2011,(10): 49-50.
[3] 冼进, 贾德良, 毕盛. 嵌入式系统实验课的教学改革初探[J]. 实验室研究与探索, 2010, 30(8): 282-284.
[4] 周爱国. 大学生实践能力培养存在的问题及对策[J]. 教育探索, 2009, (1):74-75.
[5] 李秀娟, 张晓东, 鲁可, 张杰. “嵌入式系统”开放实验室建设与实践[J]. 实验室研究与探索, 2011, 30(5): 156-158.
[6] 殷建军, 张明武, 万军洲. 竞教结合的嵌入式系统实践教学改革[J]. 计算机教育, 2011, (6): 1-4.
[7] 俞建新. 略论嵌入式系统的实验教学[J]. 实验室研究与探索, 2006. 25(7): 741-745.
[8] 龚克. 转变观念大胆试验建立卓越工程师教育培养的中国模式[J]. 中国高等教育, 2010, (18): 10-12.