基于物联网的大学计算机专业实践教学研究

孟超 陈松乐 曹亚东

摘 要：高校实践教学在培养本科生创新能力方面发挥着重要作用，尤其在计算机专业教学中，实践教学是一些核心课程的主要部分。培养具有创新精神和实践能力的人才是高校实践教学的指导方针。通过分析物联网的特点，围绕目前高校计算机专业实践教学的实际情况，针对物联网中心建设进行研究，并结合专业特点，提出以“学生为主，教师为辅”的全新、多层次实践教学体系，以更好地培养学生的动手实践能力。

关键词：物联网；实践教学；计算机专业

DOIDOI：10.11907/rjdk.181139

中图分类号：G434

文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2018）010-0213-03

英文摘要Abstract：Practical teaching plays an important part in the cultivation of students′ innovative ability.Especially in the teaching of Computer Science，practice teaching is often the main part of some core courses.It′s the guideline that we should focus on teaching and research in order to cultivate the students′abilities of innovation and practice.This paper is based on the college experiment teaching characteristics and realistic situation of the IoT major. Combining with advanced educational philosophy and teaching methods，we study the requirements of the engineering center of the Internet of things.During the construction of the professional laboratory，we propose "Student oriented，teacher assisted" as a practical teaching system， which integrates with the textbook knowledge closely to train students′ practical ability.

英文關键词Key Words：Internet of things；practice teaching；computer specialty

0 引言

物联网技术是新一代信息技术，其定义简单而言即物物相连形成一个网络，具体包括两层含义：①物联网是新一代信息技术的核心内容，是互联网的延伸和扩展；②物联网利用无线感知节点实现任意物品与物品之间进行通信、信息交互与资源共享。物联网技术通过智能感知、智能识别与普适计算等信息通信技术，广泛应用于网络融合中。因此，物联网技术是继计算机、互联网之后全球信息产业发展的第三次高潮。

我国目前掌握物联网技术的高层次人才极度短缺，成为制约IT产业发展的主要瓶颈，因此亟需培养大批符合现代发展需要的物联网技术人才[1]。然而，由于高校物联网专业开设时间不长，通常较为注重理论培养，而对实践教学重视不足。文献[2]、[3]针对实践教学中的问题，从实验教学内容设置、实验平台构建、实验教学模式创新、考核评价机制改进等4个方面提出改革与创新的具体举措，并取得了较好的教学效果；在文献[4]、[5]中，针对本科教学特点提出“五层次+六模块”的培养模式，以夯实学生专业基础，着力培养学生的创新实践能力。然而，目前已有文献提出的实践培养计划都是以理论学习为主，实践课程为辅，这种培养方法明显不适合当前物联网专业的实践需求[6-8]。

本文从探讨传统实践教学体系存在的问题入手，以物联网创新教育教学实践为核心，研究如何构建物联网工程技术人才培养创新实践基地。

1 实践教学体系设计

1.1 教学现状

为抓住物联网技术发展机遇，南京邮电大学计算机学院开设了物联网专业方向，但现有计算机实践教学尚停留在理论教学的辅助阶段，而且是以教师为主的单向传授，教学形式与内容单一，未充分考虑学生个体的兴趣爱好，无法有效激发学生的主观能动性与创新性，因而该教学方式已不能适应现代信息化发展的需要。

1.2 实践教学体系架构

依据实践创新由浅入深的规律，构建实践教学体系架构。根据专业培养目标，将实践课程分为：基础实验、技能实验、工程创新实践与科研创新实践。该教学体系采用“学生为主，教师为辅”的全新教学理念，以提高学生分析、解决实际问题的能力，同时积极引导学生参与教师的科研工作[9]。

基础实验是指学生在校内实验室进行的实验活动，可加深学生对专业基础理论知识的理解，为下一步应用创新打下坚实基础。实验课程主要包括：信息系统设计、数据结构、计算机导论等。该部分课程可作为物联网开发与设计方向的先导课程。

技能实验的目的是培养学生的专业知识技能。实验教学通常采用课内外结合的教学方式，对课内知识点作进一步延伸拓展，为学生提供各种开发式课题。学生可根据教学目标和自己的兴趣，自主选择一个方向，教师进行辅助指导，以进一步提高学生的实战技能。该部分的主要课程有：物流网络实践、物联网络设计与应用、嵌入式应用系统开发等。

创新实践的目的是培养学生的应用创新能力。该部分以南京邮电大学网络实验教学为依托，采用产学研项目合作的创新教学模式，为具有独立创新能力的学生提供个性化创新平台。依据学生个人特点确定科研创新项目，积极鼓励学生参加全国性创新计划，也可参与企业科研项目。将一个大项目分解为若干模块，每个模块由一个学生负责，同时每个项目组由一位教师进行技术指导与进度管理。目前实验中心为学生提供的课题有：移动系统开发、网络系统设计、机器人设计等[10]。创新实践教学平台架构如图1所示。

基础实验平台是为学生掌握专业基础知识而设置的，目的是培养学生对于软硬件设计的兴趣，该课程主要面向大学低年级学生。

专业技能训练平台是为专业课教学实践设置的，目的是培养学生的综合应用能力与团队协作能力。采用实验室开发课题的方式，学生根据自己兴趣方向开展独立的专业技能实践。该课程主要面向大二、大三年级学生。

科研创新实践平台是为培养大学生个人创新能力而设置的，采用的形式为产学研合作方式。实践创新平台是一个开放式平台，其教学内容完全开放，学生可通过申请项目或立项方式参与到科研实践与工程应用中，实现了实验室资源的有效利用。同时建立由企业与指导教师多方参与的实践教学评价制度，以加强对学生创新素质的培养与考核[11]。

1.3 实践教学内容设计

在实验内容设计上，需着重于对学生综合能力的培养，以提高学生的科研素养、团队创新与协作能力[12-13]。

实践教学内容主要包括基础实验、专业技能实验与创新实验。基础实验包括数据结构实验、管理信息系统设计实验与网络工程实验3部分。数据结构实验是对学生综合能力的训练，也是对课堂教学效果的有效检验。实验题通常比平时的习题复杂许多，也更接近于实际。实验着眼于原理与应用的结合，培养从事软件开发与物联网设计工作所必需的基本技能；管理信息系统设计实验也提供了类似训练课程；网络工程实验培养学生在网络互连方面的基本技能，其还可以与数据结构实验相结合，进行网络优化算法设计方面的训练。

专业技能实验包括物联网应用实验、嵌入式开发实验与物流网络工程实验。物联网应用实验主要包括传感器实验与物联网设计实验。传感器实验主要培养学生对传感器技术的应用能力，能够利用传感网知识設计信息网络；嵌入式开发实验可通过基于ARM的网关对网络流量、感知结点进行管理与相应的信息处理，利用无线网络实现将大数据传输至服务器进行存储，在此基础上，还可通过PC实现数据库管理以及网络维护等功能，以满足不同用户的需要；物流网络工程实验主要利用传感网络、控制系统、软件开发系统等组件实现对物联网架构的模拟与应用[14-15]。

创新实验包括大学生创新项目、企业创新项目与科技创新项目。大学生创新项目是指学生可根据兴趣自主命题，根据实验室的现有设备开发应用产品；企业创新项目是指学生参与的产学研合作项目[16-17]，通过校企合作平台，企业和高校实现了创新成果、设备资源和人才的全面共享，从而实现双方合作利益的最大化；科技创新项目为指导教师自主设立的项目，其目的是针对学生在学习中的知识薄弱点作进一步巩固与加深[4，18-20]。

2 实践教学评价指标

依据实践教学培养创新人才的目标，建立多层次的实践教学评价指标。在评价体系中导入“能力指标”，包括学习能力、操作能力与创新能力，如表1所示。

创新能力评价指标能够对学生在具体应用实践中体现出的各方面能力与获得的实践成果等进行有效评价，其中实践成果主要包括授权专利与竞赛获奖等。

3 结语

基于物联网的计算机专业实践教学需要对物联网相关学科知识进行有效融合。本文以物联网创新教育教学实践为核心，针对物联网中心建设进行研究，结合专业特点，提出以“学生为主，教师为辅”的全新、多层次的实践教学体系，强调将整体知识体系与基本工程训练相结合，努力培养学生的创新意识，以培养适应现代IT业发展的、高素质、复合型拔尖人才。

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（责任编辑：黄 健）