【学术论文】物联网工程专业综合实践教学模式研究-安徽智能学习技术与系统工程研究中心

【学术论文】物联网工程专业综合实践教学模式研究

点击量：时间：2023-05-20 编辑：罗添

摘要：在“新工科”建设背景下，物联网工程专业在人才培养和课程建设方面仍需要不断革新，其中物联网工程专业综合实践是物联网工程专业的重要必修课。针对物联网工程专业综合实践课程中出现的实训效果不理想、学生学习兴趣不足等问题，探索一整套新的教学模式。从时间维度、项目案例库和监督评价机制等方面重建综合实训的课程体系。结合安徽师范大学物联网工程专业在课程学习中的反馈和对比可知，该体系对提升学生综合素质和工程能力具有一定的实际指导意义。

关键词：新工科;物联网工程;综合实践;教学模式;课程体系;人才培养;

0 引言

物联网工程综合实践是一门专业集中实践课，是全国高校物联网工程专业的一门必修课。通过一段时间集中的实验和实训，让学生充分动手；通过物联网综合应用系统的实践训练，使学生能将已学过的学科核心课程知识及专业选修课程知识综合运用于物联网或计算机应用系统设计中，从而培养学生知识综合应用能力、科学研究能力及复杂系统设计能力。通过教学和实践的结合、感知体验与动手开发的结合、方案设想与实际验证的结合，提高学生的动手能力，积累实践经验，提升学生在相关行业的竞争力^[^1]。不少授课教师总结经验，提出了一些课程改革措施^[^2,3,4]，主要目标都是强化学生的理论基础，提高学生技术创新能力，加强物联网专业学生实践能力的核心素质培养，并已取得一些成效。

随着“新工科”专业建设和工程教育认证的逐步深入，物联网工程专业学科的交叉性，体现了物联网人才培养是一项系统工程^[^5]，物联网工程综合实践在物联网工程专业培养目标中具有重要意义。因此，需要结合实际分析问题，不断探索优化教学模式，提高课程目标达成度。

1 物联网工程综合实践课程现状与问题分析

物联网工程综合实践课不同于课程实验课，主要区别如下：

(1）课程目标不同：综合实践是以设计完成某个项目为目标；实验课是以完成某个知识点的学习或验证为目标。

(2）教学过程不同：综合实践是在连续时间内（一般1～2周）综合运用所学知识完成某个项目；实验课是配合理论课每个星期都须进行，持续一个学期。

(3）考核要求不同：综合实践考查一个组对某个项目的完成度，考核内容是对这个项目的分析、设计、测试和目标达成情况；实验课考核内容是实验的设计流程和结果^[^6]。

当前，物联网工程综合实践课主要采用三种授课方式：专业教师授课、公司技术人员授课和混合授课。专业教师授课指本校专业教师指导学生进行综合实践，一般是依托本校的仪器设备，组织学生分组完成实验、提交作品和报告等材料^[^7]。公司技术人员授课指技术公司或培训公司的技术人员充当指导老师的角色，一般是带设备来校或学生到公司集中实训^[^8]。混合授课是本校教师和公司技术人员配合完成实训，主要授课一般是公司技术人员，本校老师负责教务管理^[^9]。但是物联网工程综合实践更应该注重全过程，而不仅仅是集中实训的这一两周。否则，无论采用哪种授课方式都很难达到预期目标。

目前，物联网工程专业综合实践教学中存在的主要问题如下：

(1）准备时间短，实训效果不理想

综合实训集中在一两周，甚至一周内完成，这期间包括了材料准备、方案设计、代码编写、测试和撰写报告等步骤，时间原因导致各个步骤都比较仓促，不能很好地完成。加上设备数量不足、材料损坏等问题更是影响了实际实训时间。

(2）涉及专业知识面较窄，达不到综合训练目的

物联网有完整的体系结构，学生应该训练的是利用物联网专业知识解决问题的能力，但在实训中，很多学生为了省事省时，选择一个简单的软件系统或单片机，体现不出也体会不到物联网从感知、传输到数据分析、智能应用的专业架构，从而达不到综合实训的目的。

(3）教学方式不利于激发学习兴趣

虽然授课方式多样，但是教学方式都存在问题^[^10]。公司技术人员授课大多按照培训方式进行，老师讲解，学生照做；校内老师授课会给学生一些自主权，但在完成过程中可能会因为各种原因发现比较难，根本无法完成，学生也就失去了兴趣。

2 LIIR教学模式探索

针对物联网工程专业综合实践教学中存在的问题，设计了一套新颖的教学模式，力求提高学生学习兴趣，提升教学效果。

2.1 LIIR模式

LIIR是指学习（Learning）、模仿（Imitation）、创新（Innovation）和实现（Realization）。LIIR模式不再是把实训集中在一两周内，而是把课程内容分散到平时，分阶段完成，集中实训时间只是其中一个阶段。主要的阶段如下：

(1）学习阶段：选择方向，研究项目库中与实训方向相关的优秀项目设计案例，学习或温习欠缺的知识，了解项目架构和模块。

(2）模仿阶段：按照流程实现对优秀案例的模仿、复现，能够准备好项目所需的软硬件，完成框架的搭建、核心代码的编写和项目的正常运行。

(3）创新阶段：确定自己的创新项目，可以在模仿的基础上进行改进升级，鼓励有新的创意进行独立分析和设计。

(4）实现阶段：将创新方案实现，与老师和同学一起分析问题、讨论难点、实现系统、完成项目报告，同时将优秀案例备份到案例库供下学年同学学习。

LIIR模式的时间分配见表1所列，可动态调整。LIIR的运行过程如图1所示。

表1 LIIR模式时间分配

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2.2 LIIR模式的实施关键点

(1）分散学习和集中实训结合

采取分散与短期集中、学习与实训相结合的教学形式，前两个阶段的案例和基础知识的学习采取分散教学方式，利用学校自建或超星尔雅等网络平台进行教学的组织管理，可以共享技术资料、分享学习经验等。第三、四阶段则采用集中的方式，组织学生进实验室，分组协作，头脑风暴，提高教学效果。

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图1 LIIR教学模式运行过程

(2）建立优秀案例库

案例库案例主要有三个来源：第一，来自实际的工程项目，如学院承担的横向项目，合作公司的工程项目（不涉密）；第二，来自学院专业相关的获奖竞赛作品、创新创业项目和优秀毕业设计；第三，来自上学年本课程的优秀案例。当然，这些项目往往会有重合。案例库需要进行分类，可以按照智慧农业、智慧交通、智慧校园等领域分类，也可以按照Zig Bee、Wi Fi和蓝牙等技术分类。案例库的存储建议建立单独的FTP存储空间，做好备份，也可利用百度网盘、超星课堂等平台存储。

(3）监督和评价机制

没有好的监督和评价机制，LIIR模式无法正常运转。要做好学习、模仿阶段的监督，否则无法达到实践效果，建议借助平台打卡、群内确认等方式建立学习监督机制。要做好创新和实现阶段的评价，否则案例库可能无法得到较好的更新，学生做作业也会出现敷衍的现象。最后根据四个阶段的完成情况在创新性、完整性和规范性等方面进行综合评价。

3 育人效果

LIIR教学模式在安徽师范大学物联网工程专业物联网综合实训课程中实施了3年时间，在安徽师范大学赭麓学堂建立了课程平台，形成优秀案例30多项、技术视频1 000小时。学生的平均评教分由原来的92分提升到95分，反馈的信息包括“真正学到一些项目知识”“体验了合作的乐趣”和“把大牛的项目进行了升级，超开心”等。通过LIIR教学模式的实施，使学生进一步掌握物联网应用相关的软硬件环境搭建和设备操作，体验企业级项目的开发流程，按照工程规范进行项目开发，更重要的是锻炼了团队意识，培养了自学能力，坚定了对物联网专业学习的信心和兴趣。