競爭性項目實踐教學方法在計算機類課程中的應用

劉鵬　傅婷婷

摘要：項目實踐是提高學生動手和創(chuàng)新能力的重要手段，但目前存在重驗證輕創(chuàng)新、學生能動性不高、考核機制不完善等問題。文章以物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程為例，提出一種基于競爭的項目實踐教學方法。通過競爭提高學生的積極性，通過引入項目組加強交流，通過項目報告引導學生互相學習，最后從多個方面進行考核。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程；項目教學；競爭

0 引言

高校計算機相關本科專業(yè)（如計算機科學與技術、軟件工程、網(wǎng)絡工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等）都非常強調培養(yǎng)學生的動手實踐能力，重要的專業(yè)課程都設置有專門的實驗環(huán)節(jié)。歐美國家（如英國、美國）很注重學生實際動手能力的培養(yǎng)，例如計算機專業(yè)，每門課程的實驗學時都不少于課程總學時的一半，而且實驗、平時作業(yè)和測試要占課程成績的70%，期末考試成績只占總成績的30%，甚至更少，這充分說明了他們的教學理念是面向過程的重能力教育。一般課堂授課的要求較松，而實驗課程則嚴格得多，直接關系到本門課程的最終成績。

要提高學生的能力，并不僅僅是設置實踐環(huán)節(jié)那么簡單。目前，國內很多課程的實踐環(huán)節(jié)都是驗證型的，即根據(jù)實驗步驟進行，最后比較試驗結果和理論預期?；蛘唠m然有一定的獨立思考和開發(fā)要求，實際還是模仿教師上課的例子完成，存在很多問題。

物聯(lián)網(wǎng)工程是近幾年才興起的新專業(yè)，其顯著特點是以實際應用為驅動、多學科交叉、關聯(lián)領域廣、知識更新快、社會需求量大。辦學指導思想定位于“寬口徑、厚基礎、高素質、強能力、有特色”。針對培養(yǎng)實踐和創(chuàng)新能力的基本要求，以及多學科交叉所帶來的實踐難度，以物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程為依托，我們提出并設計了競爭性項目實踐教學方法，選取物聯(lián)網(wǎng)的幾個關鍵領域的實際問題，通過分組的形式，組內分工合作，組間競爭，最終完成項目并進行報告，取得了非常理想的效果。該方法可以推廣到其他含有實踐環(huán)節(jié)的計算機課程中。

1 項目教學現(xiàn)狀

項目教學在文科課程也可稱為案例教學，有著悠久歷史。以講授課本知識為主的課堂授課形式要求學生在45分鐘內被動地接受知識，除非語言表達相當精彩，否則很難保證學生精力的集中。學生被動地跟從，一旦在某個地方開了小差，思路就無法再跟上了。項目教學不是要替代課堂理論教學，而是充分給予學生思考的時間，調動學生分析問題的積極性。它以學生為中心，教師作為輔助，針對不同知識點選擇典型的項目，采用螺旋記憶方法，幫助學生把知識和解決問題的能力印在腦海中。

1.1 項目教學特點

根據(jù)課程的內容，總結出一些經(jīng)典的項口或案例。學生通過學習和實踐這些項目，可以了解項目的標準開發(fā)過程，分析方法，解決問題的思路，實現(xiàn)的工具及手段。項目教學有如下優(yōu)勢：

1）學生為中心，教師為輔助。

項目教學中，學生以個體或者分組為單位，分析問題、討論問題、解決問題。分組合作還可鍛煉學生的團隊分工合作能力以及項目的管理能力；教師則只是作為輔助，回答學生的問題，給予必要的指導并監(jiān)督學生的進度。跟被動聽講不同，學生可以根據(jù)自身情況掌握各階段的投入時間。

2）任務驅動教學。

項目教學是一種典型的任務驅動教學法，基本過程為提出任務、分析任務、學生操作、交流討論、鞏固創(chuàng)新、總結等。在任務的驅動下，促使學生自主思考，并通過自主學習、協(xié)作學習等方法，探求解決問題的途徑。合作學習教學法即結構式分組教學模式，和任務驅動教學法相結合，對學生進行合理分組，使之相互合作和激勵，主動積極地參與學習，培養(yǎng)學生探索創(chuàng)新能力和團結協(xié)作的精神。

3）團隊合作與領導力。

計算機課程的一些綜合項目，往往需要若干學生合作完成。文獻檢索、方案制訂、代碼編寫、硬件制作、測試、成果報告等都需要不同的學生做好自己的分內工作。對于大型項目，還需設置一名項目經(jīng)理，由其統(tǒng)一分配任務，組織討論和協(xié)調任務，因此，使學生成為不同層次的決策者，運用所學的基本方法和技巧，建立模型，用量化的、科學決策的方法解決實際的問題。

1.2 項目教學的現(xiàn)狀

不少學校在實踐教學中引入了改革和創(chuàng)新，寧波大學提出了一種基于項目的技術類課程的學習方法，并就其優(yōu)勢、局限性以及改進措施進行了探討，具有很好的借鑒意義。文獻[5]針對應用型先進制造技術卓越工程師的培養(yǎng)標準和知識能力的具體要求，采用專業(yè)能力進階培養(yǎng)和項目教學法的先進理念，構建出核心專業(yè)知識模塊、理論教學課程體系、實踐教學體系、人文與職業(yè)素質培養(yǎng)體系、整個課程體系魚骨圖以及相應的學分要求。新加坡理工學院基于CDIO模式的專業(yè)課程體系是以項目為主線，把應達到的知識目標、能力目標和素質目標融入到項目教學中。項目教學的實施需提供項目制作室，還要提供學生討論、研討的空間，教給學生學習和思考的方法?？偟膩砜?，目前基于項目的實踐教學還存在以下主要問題：

1）項目及案例老化。

計算機類專業(yè)的知識和技術的更新往往很快。十年前的經(jīng)典項目，放到當前可能就不再具備代表性。而年輕人往往熱衷于追尋新鮮事物，因此，拿以前的項目來訓練學生，常會使他們失去新鮮感，難以投入百分之百的精力。

2）項目及案例缺乏代表性。

技術的發(fā)展使得在完成一個項目時，往往具有多種選擇，因此，采用何種方式才能最大程度地給予學生最基本的知識是一個見仁見智的問題。一些項目學生在教師的引導下能夠完成，但是換一個領域，可能就失去主張。一個好的項目或者案例，并不一定是最新的，但必須具有舉一反三的潛力，使學生即使面臨新問題也可以用老方法來解決。

3）場地和設備條件的限制。

一般來講，學生人數(shù)和場地、設備的矛盾總是普遍存在的，因此，在具體實踐中，往往將若干學生分為一組，而對各個學生的分工，卻沒有具體規(guī)定，這樣就會出現(xiàn)一個學生做，其他學生看的情況。教師在考核的時候，難免出現(xiàn)分數(shù)不客觀、不公正的現(xiàn)象。endprint

4）項目間缺乏交流。

學生開始實踐項目后，要么自己做自己的，要么就可能抄襲其他學生的方案，所以有的學生很忙，有的學生卻顯得很空，只等別人做好就直接“拿來主義”。最后一個班中的項目方案、代碼、硬件、結果等都高度同質化。學生在做項目的時候，教師未能協(xié)調交流和提供便利。

5）考核方法不全面。

目前對于實踐環(huán)節(jié)的考核，主要是從出勤率、實驗報告、項目結果幾個方面來完成。其他研究往往只是對這幾項所占比例的探討。其實后兩者很難避免學生的抄襲行為，教師往往通過詢問每個學生一些問題加以甄別，這樣會耗費大量精力。學生對于自己項目的表達，以及對他人項目的質疑能力都沒有被列入考核中。

6）項目間缺乏競爭。

從根本上講，激發(fā)學生對知識的渴望應該是他們認真學習的原動力。然而目前，少部分學生的動力來自對分數(shù)的追求，大部分學生其實對自己并沒有太高的要求，抱著及格萬歲心態(tài)的學生也不在少數(shù)。因此，對于缺乏競爭的、獨立完成的項目實踐，很難真正調動學生的主觀能動性。

1.3 項目教學的基本要求

為了使實踐教學成為和理論教學具有相同重要性的教學手段，并充分發(fā)揮作用，對其進行改革是必要的，且要滿足以下基本要求：

1）培養(yǎng)學生實際動手解決問題的能力。

重理論、輕實踐的問題在很多高校依然存在，寄希望于通過最后的畢業(yè)設計，來大幅提高學生的實踐能力。實際上，實踐能力是需要通過4年的學習逐步積累的，絕不可能一蹴而就。高分低能和企業(yè)對學生項目經(jīng)驗的看重，已經(jīng)為畢業(yè)即失業(yè)埋下伏筆。一方面，學生可以從網(wǎng)絡中找到千篇一律的畢設課題的所有資源；另一方面，因為工作難找所消耗在找工作的時間進一步壓縮了畢業(yè)設計的時間，兩者陷入了惡性循環(huán)。因此，培養(yǎng)學生實際動手解決問題的能力必須從設計好每一門重要課程的項目實踐開始。

2）激發(fā)學生的學習興趣。

項目實踐是以學生為中心的，調動學生積極性的重要性不言而喻。枯燥的、或過于簡單的案例和項目會使學生缺乏足夠的動力去嘗試如何更好地解決問題，而是安于現(xiàn)狀或者等待教師幫忙。好的項目教學方法，必須能夠激發(fā)學生的學習興趣。

3）促進學生間的交流。

學生進入社會工作后，總是處于某個團隊中，因此從大學階段就需要培養(yǎng)這些能力。交流可以是組內的，也可以是組間的。交流的形式可以是協(xié)作，也可以是競爭?？偠灾苊狻澳阕瞿愕?，我做我的”和“你做你的，我抄你的”兩種傾向。

4）充分利用現(xiàn)代教育技術。

21世紀的高等教育已經(jīng)不局限于教師和實驗室。教師在設計項目時，因充分利川現(xiàn)代教育技術。例如，利用網(wǎng)絡來組織學習，利用網(wǎng)絡來共享資源，利用網(wǎng)絡來組織開發(fā)團隊，用視頻來展示作品等。

5）允許失敗。

挫折和失敗是人生的必經(jīng)階段，如何引導學生在失敗中學習并能正確地面對失敗，非常重要，這是在許多課程中都是被忽視的問題。評價一個學生在本門課程的成績，容易只關注最終的結果成功與否，然而，在實踐中，對教師失敗的評價也是非常難以把握和應對的。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程項目教學難點

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是研究信息感知、傳輸、處理和應用的基礎理論與關鍵共性技術的綜合性的、跨學科、跨領域的新型學科。專業(yè)知識涉及計算機、通信、控制、電工與電子、信息安全、工程管理等多個專業(yè)，旨在培養(yǎng)系統(tǒng)地掌握相關學科基礎知識和物聯(lián)網(wǎng)基本理論、技術和應用知識，能夠勝任物聯(lián)網(wǎng)研究、開發(fā)、應用、管理等方面工作的高級復合型人才。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的顯著特點是以實際應用為驅動，多學科交叉，關聯(lián)領域廣、知識更新快、社會需求量大。而物聯(lián)網(wǎng)技術概論則是該專業(yè)的核心基礎課程，幾乎是整個專業(yè)知識的縮影。該門課程基礎打得是否扎實，直接關系到后續(xù)兩年的專業(yè)學習。除了和其他工程類課程的共性問題，南于該課程每章的知識跨度很大、綜合性高，給項目的設計和教學帶來了極大的挑戰(zhàn)，主要難點如下：

1）項目綜合性強。

作為對低年級本科生的鍛煉，并取得良好的教學成效，項目的選擇就必須在本科教學的控制難度之內，然而，物聯(lián)網(wǎng)工程作為新興專業(yè)，有許多知識和技能是學生缺乏或者要在將來學習的。我們在設計項目時，不僅要依托學生已學到的技能，還要具有一定的探索，避免過于霋也本科生的理解和認知范圍。依據(jù)目前的情況，靠單個學生是很難完成的，因此，一方面需要教師花費大量的時間和精力來編寫和篩選合適的項目，另一方面又必須采用組隊的方式來完成。

2）項目有一定難度。

物聯(lián)網(wǎng)技術概論的項目，可能涉及射頻識別、傳感器網(wǎng)絡、定位、手機應用、智能決策等不同方面，每個章節(jié)都對應將來一門課程所要展開的內容，任何項目的開發(fā)都需要若干學時，因此在短短一學期的一門課中，要求學生掌握多樣新技術并能具體開發(fā)項目幾乎是不可能的。如何使學生能夠在有限的時間得到更充分的鍛煉是極大的挑戰(zhàn)。

3）項目考核有難度。

對于綜合性項目，需要多名學生參與，分工各異，因此，怎么評價一個項目組的成績和項目組中各學生的成績是一個較難解決的問題；另一方面，對于項目實踐，還應考察學生的組織決策能力、演說表達能力和考察評判他人項目的能力。

4）實驗場地和設備的問題。

在物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程中，每個項目要求的場地和設備都不一樣。例如，傳感網(wǎng)要求使用多個傳感器節(jié)點，并在一定區(qū)域部署，采集一些有意義的數(shù)據(jù)；射頻識別項目要求使用閱讀器和若干標簽來組成一個可用的系統(tǒng)；定位系統(tǒng)要求在手機上編程并在數(shù)百平米的場地內實現(xiàn)定位。因此，這些項目同期開展時，設備的提供、場地的選擇和教師的指導都會成為一個挑戰(zhàn)。

5）項目競爭和演示困難。

各個項目的成果形式具有很大的差異性，這就給項目的成果演示帶來了困難。大部分項目都不能通過輸入幾個數(shù)據(jù)或者點幾下鼠標就能看到實際結果，而是要通過實際、在線數(shù)據(jù)的讀取。成果的多樣性，也給如何判定競爭組的成績帶來困難。endprint

3 競爭性項目實踐教學在物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程中的應用

盡管目前物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程可供選擇的教材較多，但是其核心內容一般包括自動識別技術（RFID）、傳感器技術、定位系統(tǒng)、智能信息設備、混合網(wǎng)絡（互聯(lián)網(wǎng)、無線寬帶網(wǎng)絡、無線低速網(wǎng)絡、移動通信網(wǎng)絡等）、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、海量信息處理、智能決策、安全和隱私保護等。杭州電子科技大學在物聯(lián)網(wǎng)方向的科學研究很好地為設計項目實踐提供了理論和設備基礎，使學生在低年級的時候就對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案和側重點有所了解，并引導他們向不同的方向發(fā)展。我們利用三分之二的學期上完理論課，最后三分之一的時間設計了5個綜合項目供學生實踐，要求其能夠運用所學物聯(lián)網(wǎng)技術的知識，借助豐富的網(wǎng)絡資源，合作完成一個綜合的項目。我們針對項目實踐教學，提出了具體的方案，也可以推廣到其他課程，具體教學實踐過程包括項目設計、合理分組、項目選定、計劃制訂、項目開發(fā)、成果展示、項目評價7個環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1左邊主干為項目實踐模式的7個主要環(huán)節(jié)，右邊則是對教師角色行為的描述。針對前述項目教學的現(xiàn)狀以及物聯(lián)網(wǎng)技術概論課程教學的難點，我們在該實踐模式的各個環(huán)節(jié)提出了不同的改革和實施方案。

3.1 項目設計

在項目設計階段，教師要充分考慮項目的代表性和難度。為使項目更具有對抗性，在設計的時候要依賴教師的經(jīng)驗，并把每個項目分成甲、乙兩組，一般這個階段要花費1～2個月左右的時間。筆者結合杭州電子科技大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，選取了5個主要項目，分別是：

1）基于手機的QR二維碼識別。

該項目要求學生在手機上實現(xiàn)一個應用，能夠根據(jù)輸入的文字生成二維碼，并能對手機攝像頭所拍攝的二維碼還原解析，該項目需要學生了解二維碼的編碼原理，手機攝像頭圖像的獲取，圖像分析和安卓平臺的程序編寫。甲、乙組的競爭性在于互相制訂內容讓對方生成二維碼，互相解析對方提供的二維碼。

2）基于RFID的超市結算。

該項目要求學生編寫基于PC的超市結算系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過RFID閱讀器和標簽可以實現(xiàn)快速自動結帳。該項目需要學生了解自動識別技術原理，PC端管理信息系統(tǒng)的實現(xiàn)和RFID硬件系統(tǒng)的驅動編寫。甲、乙組競爭性在于互相結算對方隱藏的商品，看是否準確結算，是否重復計算等。

3）教室照明監(jiān)測傳感網(wǎng)。

該項目要求學生在指定場所部署傳感器網(wǎng)絡，并能把各傳感器節(jié)點的光照數(shù)據(jù)在基站顯示出來，通過檢測光傳感器數(shù)據(jù)，判斷目標移動軌跡。該項目需要學生了解傳感器網(wǎng)絡原理，傳感器節(jié)點的編程和傳感器數(shù)據(jù)的處理與顯示。甲、乙組競爭性在于互派學生亂序訪問對方傳感器節(jié)點，看對方是否能正確刻畫出該學生的移動路徑。

4）基于環(huán)境特征的邏輯定位。

該項目要求學生在手機上編制程序，利用聲音、閣像、運動等傳感器來判斷手機攜帶者所處的邏輯環(huán)境。該項目要求學生掌握手機編程、手機傳感器數(shù)據(jù)的獲取和處理、邏輯定位方法。甲、乙組競爭性在于互派學生攜帶對方手機訪問若干場所，看對方是否能正確判斷該學生的邏輯位置。

5）手機定位及位置隱私保護。

該項目要求學生在手機和PC上編制程序，根據(jù)手機所出的位置提供虛擬的基于位置的服務。該項目要求學生掌握PC端服務器程序的編寫，手機端程序的編寫，以及雙方的網(wǎng)絡通信編寫，隱私保護方法。甲、乙組競爭性在于一方學生攜帶手機進入另一方的服務提供場所，并利用隱私保護方法保護自己，而服務器方要盡量對手機方進行定位和識別。

3.2 合理分組

因為每一個項目都有很強的綜合性，甚至涉及好幾種編程語言及開發(fā)環(huán)境，因此每個隊伍的分工就非常重要。我們在分組上引入了企業(yè)中項目組的概念，設置一個組長作為項目經(jīng)理，負責總體制訂方案和協(xié)調，在組里還需要英文較好的學生專門負責收集文獻資料，需要編碼的學生，需要對硬件有了解的學生，需要最后制作項目報告和PPT的學生，還需要能夠演講的學生?？傊?，要很好地完成一個項目，必須在各個位置上都有合理的人員配置。在分組前，教師要總體簡述下人員的配置建議，然后由學生根據(jù)愛好自由進行分組。教師最后給予審查，若有不合理的地方，還需重新修正分組。

3.3 項目選定

分組完成后進入項目選擇階段。教師要對每個項目的內容、難度、所需要的技術做系統(tǒng)的介紹，然后由項目組內討論決定要選的題目。在分組方面，教師首先要尊重學生的自由選擇意愿，又要適時地給予建議。如若一個項目超過兩組選擇，可以通過抽簽的方式?jīng)Q定。

3.4 計劃制訂

在確定項目后，需要由組長帶頭制訂項目計劃，確保項目實踐的有序開展。計劃內容主要包括目標、分工、進度、開發(fā)工具等。教師在該過程中需要給予必要的指導，保證計劃合理并能最終完成項目。

3.5 項目開發(fā)

項目開發(fā)階段和其他項目教學一樣，主要是學生在組長的組織下收集材料、編寫代碼、制作硬件等。在這個階段教師要做好指導工作，和學生時刻保持聯(lián)系，以便即時幫助學生解決項目過程中遇到的不能解決的問題，從而維持學生的進度和興趣。

3.6 成果競爭

為了激勵學生的積極性，成果競爭是本項目實踐教學引入的重要手段。成果競爭階段分為PPT演講和項目演示階段。在PPT演講階段，各小組要充分介紹和推銷項目的動機、內容和原理。而競爭小組在聽取報告后，要提出各種疑問，找到對方弱點。在項目演示階段則是直接競爭，要千方百計地找到對方的錯誤和最終效果。在競爭中獲勝的學生能顯著增加成就感。演講階段是非常重要的，因為一般一個學生在整個課程過程中只參與一個項目的開發(fā)，那對其他項目的學習則直接來自其他組的項目PPT演講，并鼓勵他們提出關心的問題，這在考核分數(shù)上也會加以體現(xiàn)。

3.7 項目評價

項目評價是非常重要的一環(huán)。在本方法中，考核分數(shù)由組分數(shù)加個人分數(shù)構成。組分數(shù)來自于對項目開發(fā)過程、項目完成情況、PPT報告情況、提問和回答問題情況、競爭時取得的加分等構成。個人分數(shù)包括平時的出勤，在項目組中承擔的任務量，以及表現(xiàn)和貢獻等。其中，個人分數(shù)要充分尊重組長給出的參考意見。通過以上考核，可以充分反映出學生在項目實踐中的情況，調動他們的積極性。特別地，還要關注未完成項目和在競爭中失敗的項目，在語言上要鼓勵鞭策，在分數(shù)上要酌情給予。endprint

4 競爭性項目實踐教學的實踐效果及不足

競爭性項目在杭州電子科技大學物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)首批學生的教學實踐中應用，受到學生的歡迎，取得了較好的教學效果。學生按照要求，很快分成了10組，并選出組長。在選擇項目題目時，氣氛熱烈，有些題目不得不用抓鬮的方式選出參與小組。在項目開發(fā)過程中，學生明顯積極性增強，內部討論交流頻繁，且初步體現(xiàn)了一定的分工。在項目完成后的競爭演示階段，可以看出雙方都強烈渴望戰(zhàn)勝對方。踴躍提問、質疑這些行為在平時上課時非常少見。有兩組幾乎爭論到“兵戎相見”的地步，依靠教師才平息下來?？v觀整個過程，基本上被選為組長的學生都體現(xiàn)了良好的素質，培養(yǎng)了開發(fā)和組織能力。

同時，通過和學生交流及反思，我們也發(fā)現(xiàn)了目前方法的一些不足。首先，選出的5個題目還不能完全代表物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的主要專業(yè)知識，需要進一步提高；其次，每組的人數(shù)太多，依然存在部分得過且過的學生；第三，受到場地和設備的限制，主要還是選取了一些方便實施的項目，如手機程序開發(fā)等；最后，在一門課程中指導教師需要掌握如此多種不同種類的技術，對教師本身的業(yè)務素質也是前所未有的挑戰(zhàn)。

5 結語

基于項目的實踐教學在計算機類課程中越來越得到重視，因其能充分發(fā)揮學生的能動作用，從教師中心轉變?yōu)閷W生中心。強調學生自主學習、自我決策，提高學生分析問題、解決問題的實際動手能力，真正培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人才。

我們針對項目案例老化、學生交流不積極、重驗證輕創(chuàng)新、考核不科學，以及競爭j生不強等主要問題，才用競爭性項目實踐教學方法，受到了學生歡迎，提高了學生的積極性，基本達到了預期的效果。

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（見習編輯：劉麗麗；編輯：趙廓）endprint