物联网工程专业实践类课程教学改进研究

韩旭东

关键词：物联网工程；教学方法；项目案例；实践能力

0 引言

随着传感器、通讯、网络、计算机、大数据等技术的发展，物联网技术应运而生。数据感知、传输、存储、分析，可视化展示的物联网解决方案在工业、农业、医疗、交通、物流、智能家居等領域均已得到广泛的应用和认可。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》指出，要加快发展现代产业体系，要壮大战略性新兴产业，要加快数字化发展、建设数字中国[1]，并将物联网纳入7大数字经济重点产业。因此未来物联网产业规模将会不断扩大，物联网专业就业前景广阔。为适应国家和社会对物联网人才的巨大需求，我国很多院校都开设了这一专业。然而企业用人单位多反映物联网专业毕业生存在理论知识与实际项目需求脱节，应用能力较弱[2]等问题。这些问题对物联网工程专业的课程，尤其是实践类课程的教学质量提出了挑战。因此研究如何与时俱进更新物联网工程专业实践类课程的教学内容，改进其教学方法，提高学生的实践能力和创新能力具有很强的现实意义。

近年来，很多研究人员对此问题进行了研究探索，如房爱东等从物联网专业课程群出发，提出建立多层次实践教学体系和多环节实践教学[3]；侯跃恩等提出一种靶向目标人才培养法，将教学过程和项目需求结合，有效提高了学生各方面的素质[2]；刘德兵等提出累进式、多课程协同、教产协同的实践授课体系和以赛促学的实践训练模式，学生的工程实操能力得到了提升[4]。张伟等在分析了物联网专业存在问题的基础上，提出应加大实践类课程在培养方案中的课时比例，力争达到35%以上[5]；孙泽宇等人认为物联网教学中必须突出课程的实践性，课程改革中应将教学核心放在实验、实践中，提出以实践为核心的课程建设方案[6]。众多研究都强调了实践类课程的重要性，但对于实践类课程的具体教学内容和形式提及较少。本文在分析了实践类课程教学中存在问题的基础上，提出一种改进教学方法，并阐述了详细的实施步骤。

1 物联网工程实践类课程教学中的问题

1.1 教学案例存在滞后性

传统教学的案例一般来源于教材，很多是验证性封闭式案例[7]，重在覆盖知识点，实用价值一般不高。而社会发展日新月异，需求变化和技术迭代速度都很快，相比之下教材的更新相对较慢[8]，因此使用教材案例进行教学，容易与时代脱节[9]，不利于激发学生的学习兴趣，实践经验和技能难以直接应用于工作岗位，不利于后续的就业。

1.2 缺乏互动交流

实践教学中一般要求学生独立开发完成某个案例，较少涉及或并不涉及需求分析，实现方案的讨论，接口的对接，协同开发等过程。这种开发模式虽然可以一定程度上培养学生独立思考和学习能力，但缺少沟通交流机会，一旦养成习惯，有时是不利于学生的就业的。在绝大部分的项目实践过程中，沟通和协作是必不可少的，有时甚至是至关重要的。比如项目经理要负责与客户进行需求对接，需要从客户的口头描述中提炼出真正的需求；需要和团队成员开会讨论实现方案，分配任务和协调相关人员，制定开发计划和确定完成的时间节点；前端开发人员要与后端开发人员沟通，确定数据接口和数据格式，并进行联合调试；测试人员要与开发人员沟通，说明问题现象和复现的条件，协助进行问题定位并进行复测等。此外交流和协作也可以调动学生的学习积极性。因此在教学中应当锻炼和提高学生的沟通、交流和协作能力。

1.3 考核方式较为单一

传统实践类课程往往只对项目结果进行考核，即项目系统能否正常运行，未对学生的开发过程进行评价[9]。这样基本上只能对编码能力有所评价。但学生之间的差异是客观存在的，有些学生编码能力较强，有些同学擅于规划设计，有些同学喜欢沟通和表达。在实际项目开发中，项目团队成员也是各司其职，并不要求都进行编码，每个岗位有不同的考核方式，这样才能提高项目整体推进效率。因此单一的考核形式不利于因材施教，发掘学生的潜能。

1.4 开发缺乏延续性

在实践课课程结束之后，学生在没有教师监督和指导的情况下，一般缺乏继续学习和锻炼的动力或者机会，即使学生有学习意愿，也难以独自发掘合适的项目，或组建合适的开发团队和环境，在课程实践中获得的经验并没有得到及时巩固和提升，可能到毕业时从该实践课程中获得的技术经验已经生疏。

2 实践类课程教学改进研究

为了解决上述问题，本文提出了一种针对实践类课程教学的改进方法。在校企合作的基础上，课前教师根据企业的项目资料，设计基础案例和综合案例；课程教学中，基础案例学生独立完成，复杂案例学生以小组形式完成；课后通过组织企业实习和学科竞赛的方式，进一步锻炼学生的实践应用能力。具体实施步骤设计如下。

2.1 设计课程案例

在校企合作的基础上，教师和企业共同选出应用广泛、方案成熟、技术流行的项目，在消除敏感信息（如客户相关信息的资料或代码）之后，结合教学内容设计案例。案例应难易兼顾，分为两类：基础案例和综合案例。

1） 基础案例

基础案例旨在覆盖课程相关的知识点，应当包括三类题型：填空、功能添加和改错。设计填空题时，教师可以将与课程知识点相关的部分源码删除，让学生补充完整；设计功能添加题时，可以将原有的控件、按钮、菜单等相关功能删除，让学生仿照已有功能重新添加，或添加新的功能；设计改错题时，可以在项目代码中手动引入常见错误，让学生识别和修正。

2） 综合案例

综合案例由学生分组完成，为防抄袭和互相参考，每个组应尽量使用不同的案例。案例中应尽可能包含前端界面、后端业务、模块接口、网络传输、数据库、硬件操作等实践要素。项目原有的文档资料可作为学生编写文档的模板和评判成绩的参考。

2.2 案例教学过程

教学中，教师需要介绍每个案例的主要功能、实现原理、代码框架、使用的主要技术等，并布置阶段性任务，设定各阶段完成的时间节点和交付的成果（包括内容和格式要求，以企业项目原有文档为模板），与各小组成员进行详细的需求对接，执行阶段性点评和最终考评等。具体实施时应先进行基础案例再进行综合案例，难度由简单到复杂，使得学生较容易接受。

1） 基础案例

该部分的任务要求每个学生独立完成。其中填空题一般较为简单，有利于加深对课程单个知识点的理解，体会其在具体项目中的使用方法和作用；功能添加和改错可以使学生更进一步了解项目运行机理和整体架构。通过完成这部分案例，学生能够掌握课程的基本知识点，锻炼独立思考的能力，同时添加新功能和改错也是职场新人常见的任务，有利于以后的实习和就职。

2） 综合案例

该部分的任务要求学生组队完成。学生组建项目小组，模拟企业团队完成项目开发的各个阶段。学生完成案例需要经过的步骤或阶段包括：分组、角色划分、需求分析、原型设计、模块划分、编码、测试，以及各阶段成果输出等。教师在此过程中，需要协助的工作包括与各组学生对接项目详细需求，指导和解答技术难题，监督开发进度，检查阶段性成果，进行阶段性点评和最终评价等。

①分组

可遵循自愿原则，但需保证每组人员数量适中（建议4～6人），强弱分开（避免成绩好的学生集中在一组），并选出组长；最终组长将各组成员分配情况报给教师。

②角色划分

由组内学生自主协商决定，角色包括但不限于项目经理、UI工程师、前端开发工程师、后端开发工程师、测试工程师等，其中项目经理只能1人担任，前后端开发工程师应安排多人担任，为提高项目开发效率，建议一人可担任多个角色。项目经理负责根据实际情况，协调小组内人员任务，确保在各个时间节点将阶段性成果交给教师。自主协商选择角色使得学生能根据自身特点和兴趣，发挥自身优势，体验不同岗位的工作内容，为以后择业起到一定的参考作用。

③需求分析

在教师将实践案例分到小组并进行简单介绍以后，小组成员可以就项目的应用场景，和各功能详细需求，与教师进行充分讨论，项目经理写出《需求分析文档》。

④原型设计

在需求明确的前提下，由UI工程师进行界面设计，使用Axure、蓝湖等成熟的原型设计工具或在线平台，将项目最终形态“描绘”出来，输出《原型设计文档》。

⑤模块划分

在《原型設计文档》确定之后，前端开发工程师根据原型页面进行任务划分，后端开发工程师根据项目原型对业务模块进行划分，前后端开发工程师协商前后端数据传输方式和数据格式，写出《前后端接口文档》。

⑥编码

前端开发工程师依据《原型设计文档》编码完成页面渲染，并依据《前后端接口文档》从后端获取数据并填充到页面中，后端开发工程师编码完成业务处理，并依据《前后端接口文档》，向前端提供数据。前后端工程师开发完成后，需要进行联合调试，打通业务流程，并部署项目，交由测试工程师进行测试。

⑦测试

测试工程师根据《需求分析文档》对项目最终的产品进行测试，编写《测试报告》，由教师评阅后，重新交给开发人员进行修改和进一步测试。功能测试通过之后，测试工程师编写《用户使用手册》。

⑧成绩评定

教师根据阶段性成果（包括上述文档）检查情况和项目最终答辩情况，对项目完成情况给出一个总体评价（基准分数）。项目经理根据组内成员的不同表现和贡献，给每一位组员进行打分（组内分数）。教师最后在基准分数基础上，依据每个成员组内分数，对每个成员的最终成绩酌情调整。

上述案例设计难度由浅入深，引导学生从课本逐步走入项目，是对职场工作的模拟，锻炼了学生的综合实践能力，有助于提高就业竞争力。

2.3 组织实习和指导竞赛

课程进行中或结课之后，对于表现突出，成绩优异，项目参与度较高的学生，可组织和推荐到相关企业参加实习。由此学生可进一步锻炼和提高实践应用能力，企业也省去了筛选合适毕业生的成本。实习过程中如果学生表现良好，在双方同意的情况下，学生可与企业达成合作意向，毕业后可留在企业继续工作，实现就业。另外，对于学科兴趣浓厚的学生，可指导学生参加学科竞赛，设计完成技术新颖、实用性强的作品，既锻炼了创新能力，又开阔了眼界，对学生以后找工作，或是创业都不无裨益。

3 教学效果

在2022—2023学年第一学期采用了该教学方法，开展了《移动应用开发实践》的授课，授课对象为2020 级物联网工程专业的一个班共28个学生。个人成绩评定部分包括：基础成绩（占30%，根据基础案例情况打分，总分100） ，综合项目成绩（70%，根据综合案例情况打分，总分100） 。相比于同期使用传统模式授课的班级，采用改进教学方法的教学班课堂整体气氛更为活跃，学生学习积极性较高，最终成绩也较好。课程结束以后，对班级内基础较好、能力较强的学生，推荐进入企业实习，并且指导参加相关竞赛，情况如下表1所示。可见改进的教学方法能有效提升学生的实践和创新等能力。

4 结束语

本文对物联网专业实践类课程教学存在的一些问题进行分析，提出课前案例准备，课中因材施教并进行过程性考核，课后持续实践地改进教学方法，在教学实践中初显成效。专业实践类课程应不断优化和改进教学方法，提高学生实践、创新和协作等能力，才能培养出符合我国现代化建设需要的专业人才。