物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)的探索

朱俊嶺　邵平　王俊波　田慶

摘要：物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的人才培養(yǎng)計劃中，創(chuàng)新實踐是必不可少的環(huán)節(jié)，本文在分析計算機(jī)專業(yè)實踐教學(xué)過程、物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)需求的基礎(chǔ)上，提出了一種學(xué)生能力培養(yǎng)的組織模式，對開放實驗平臺的建立、教師與學(xué)生團(tuán)隊的建設(shè)、創(chuàng)新項目的選題及組織等內(nèi)容進(jìn)行了探索。經(jīng)驗表明，該實踐教學(xué)方案與課堂教學(xué)相互補(bǔ)充，能在課程設(shè)計、畢業(yè)論文、學(xué)生競賽等各個方面發(fā)揮重要作用，著力于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力，取得了較好的人才培養(yǎng)效果及專業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；實踐教學(xué)；創(chuàng)新團(tuán)隊；培養(yǎng)方案

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）08-0152-02

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、電信網(wǎng)等信息傳輸載體，將所有能被尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)，它可以將現(xiàn)實世界數(shù)字化，是當(dāng)今社會最具潛力的產(chǎn)業(yè)之一，并能引發(fā)人類生產(chǎn)生活方式的重要變革，因此使具有理論知識與實踐能力的人才培養(yǎng)迫在眉睫。在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的建設(shè)過程中，研究并建立包括創(chuàng)新教育、實踐教學(xué)、教學(xué)方法和管理機(jī)制等在內(nèi)的人才培養(yǎng)體系就顯得非常重要了[1]。

從當(dāng)前的發(fā)展趨勢來看，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)涉及電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等多種信息技術(shù)，作為個體很難完全掌握所有需要的知識[2]。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用必須建立在一個團(tuán)隊的基礎(chǔ)上，因此在學(xué)生創(chuàng)新實踐教學(xué)的建設(shè)過程中團(tuán)隊建設(shè)就顯得非常重要了。另外，技術(shù)上的創(chuàng)新一般是大公司、大企業(yè)所推動的，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)更多的是利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新，在學(xué)生創(chuàng)新實踐教學(xué)中對現(xiàn)有技術(shù)的原理及應(yīng)用要有深入的理解。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中所涉及到的技術(shù)及學(xué)生創(chuàng)新實踐的需要[3]，對實踐教學(xué)的培養(yǎng)計劃和實施方案進(jìn)行建設(shè)是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)中的一項緊迫任務(wù)。

學(xué)生創(chuàng)新實踐教學(xué)的建設(shè)離不開開放的實驗平臺、教師團(tuán)隊、學(xué)生團(tuán)隊以及合理的制度建設(shè)。以開放的實驗平臺作為學(xué)生創(chuàng)新的實踐中心，以教師團(tuán)隊作為學(xué)生創(chuàng)新的技術(shù)支撐及指導(dǎo)，以學(xué)生團(tuán)隊構(gòu)建學(xué)生創(chuàng)新實踐的主體，以合理的制度建設(shè)作為創(chuàng)新實踐教學(xué)的保障。

二、開放實驗平臺的建立

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的建設(shè)必須結(jié)合計算機(jī)學(xué)科的專業(yè)情況與特點，對學(xué)生的主要培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)應(yīng)用人才，因此學(xué)生創(chuàng)新實踐應(yīng)該放在物聯(lián)網(wǎng)平臺及相關(guān)軟件設(shè)計這一部分。在物聯(lián)網(wǎng)學(xué)生實踐教學(xué)環(huán)境中，學(xué)生必須具備的基本技能包括程序設(shè)計、CPU體系結(jié)構(gòu)、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信與協(xié)議四個方面，因此在學(xué)生創(chuàng)新實踐中必須建立四個開放實驗平臺，開放實驗平臺的建立如圖1所示。

1.程序設(shè)計開放實驗平臺，這一平臺可以和計算機(jī)學(xué)院的ACM/ICPC競賽平臺相結(jié)合，讓學(xué)生進(jìn)行充分的程序設(shè)計訓(xùn)練，從而具有較好的c/c++、java程序設(shè)計能力，這一平臺以大一學(xué)生為主，可在學(xué)院組織程序設(shè)計大賽，較好的學(xué)生進(jìn)入ACM集訓(xùn)隊，參與ACM/ICPC競賽或者省一級的java程序員競賽等比賽項目，以項目帶動學(xué)生的積極性。

2.CPU體系結(jié)構(gòu)開放實驗平臺。讓學(xué)生掌握一兩種主流的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺，其中包括ARM系列（STM32）、msp430系列、cc2530/2540等soc，為了更好地掌握理解開發(fā)平臺，把匯編語言程序設(shè)計的主要教學(xué)內(nèi)容從8086調(diào)整到了ARM體系結(jié)構(gòu)及其匯編語言，目標(biāo)是為了與學(xué)生創(chuàng)新實踐相結(jié)合，打下很好的硬件設(shè)計基礎(chǔ)。提供相應(yīng)開放實驗平臺，學(xué)生在學(xué)習(xí)單片機(jī)課程之后，就可以進(jìn)入CPU開放實驗室了解和學(xué)習(xí)這些開發(fā)平臺，在這些平臺上完成常規(guī)的實驗以及項目實訓(xùn)。這一平臺以提升學(xué)生的動手能力操作為主，主要項目可參與嵌入式系統(tǒng)大賽或者電子設(shè)計大賽等競賽項目。

3.OS開放實驗平臺，讓學(xué)生掌握物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的一兩種主流的操作系統(tǒng)。學(xué)生在嵌入式操作系統(tǒng)課程中系統(tǒng)學(xué)習(xí)了UCOSII，LINUX等，并完成了相關(guān)課程設(shè)計，在開放實驗室中，學(xué)生可以了解和學(xué)習(xí)Android、TinyOS、Conitki等物聯(lián)網(wǎng)平臺的操作系統(tǒng)，并完成相應(yīng)的常規(guī)實驗，對操作系統(tǒng)的基本構(gòu)成、工作機(jī)制、系統(tǒng)移植剪裁和實時任務(wù)調(diào)度、協(xié)議棧的研究等內(nèi)容進(jìn)行針對性實驗。這一平臺主要培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊，以創(chuàng)新項目為主體，以實踐培養(yǎng)能力為目標(biāo)。

4.網(wǎng)絡(luò)通信與協(xié)議開放實驗平臺。讓學(xué)生掌握一兩種主流的物聯(lián)網(wǎng)通信方式，包括zigbee、bluetooth、6LoWPAN、wifi等，對于協(xié)議棧的原理、代碼、移植等進(jìn)行實驗。這一平臺主要培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，以物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽為競賽項目，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，包括智能家居、智能交通、智能設(shè)施、智能服務(wù)等應(yīng)用環(huán)境，提高學(xué)生項目分析與系統(tǒng)實施的能力，為以后就業(yè)與創(chuàng)業(yè)打下良好基礎(chǔ)。

三、團(tuán)隊建設(shè)與項目實施

創(chuàng)新實踐教學(xué)的實施離不開教師團(tuán)隊與學(xué)生團(tuán)隊，聯(lián)系教師與學(xué)生的關(guān)鍵在于基礎(chǔ)實驗以及創(chuàng)新項目，構(gòu)建教師團(tuán)隊及學(xué)生團(tuán)隊，進(jìn)行合理的創(chuàng)新項目的選題及實施有著非常重要的作用。

1.教師團(tuán)隊的建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容涉及多學(xué)科、多課程知識的結(jié)合，作為個體很難掌握全部所需的知識與細(xì)節(jié)，因此團(tuán)隊建設(shè)是學(xué)生創(chuàng)新實踐中必不可少的內(nèi)容。結(jié)合實際情況，把計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)工程等各專業(yè)的方向特色相結(jié)合，以教師和實踐教學(xué)條件為基礎(chǔ)進(jìn)行學(xué)生開放實驗平臺的建設(shè)，把各系部所有教師的專業(yè)及相關(guān)課程緊密結(jié)合起來，由各專業(yè)課教師根據(jù)總體目標(biāo)和重要性精心安排并負(fù)責(zé)各個開放實驗平臺的基礎(chǔ)實驗及創(chuàng)新實驗，提供多條技術(shù)路線，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的興趣點和特長，形成指導(dǎo)教師的團(tuán)隊，這個團(tuán)隊是學(xué)生創(chuàng)新實踐的后盾與基礎(chǔ)。

2.學(xué)生團(tuán)隊的建設(shè)。學(xué)生以創(chuàng)新實驗平臺為實踐基地，學(xué)生在完成基礎(chǔ)實驗之后可以根據(jù)自己的興趣與專長選擇相應(yīng)創(chuàng)新實驗，然后可以由指導(dǎo)教師選拔或者學(xué)生自由組隊，與指導(dǎo)教師在相互自愿雙向選擇的基礎(chǔ)上形成創(chuàng)新團(tuán)隊，創(chuàng)新團(tuán)隊由導(dǎo)師負(fù)責(zé)，可以由多名教師聯(lián)合指導(dǎo)，導(dǎo)師負(fù)責(zé)課題的可行性研究、任務(wù)分配、開題、指導(dǎo)、中期檢查、課題的流程控制等，以創(chuàng)新課題申報的方式向?qū)W院申報，學(xué)術(shù)委員會對創(chuàng)新課題進(jìn)行審核及任務(wù)布置與下達(dá)。

3.創(chuàng)新項目的選題與實施。創(chuàng)新項目的選題主要有兩個來源：一個是來自于教師的科研項目，任務(wù)分解之后可以選擇相應(yīng)的學(xué)生團(tuán)隊來完成實施；另一個的主要來源是學(xué)生的自主選題，根據(jù)學(xué)生在實際學(xué)習(xí)、生活中發(fā)現(xiàn)的問題，提出選題，申請項目，但是學(xué)生往往由于知識的積累和認(rèn)識的局限性，選題有一定的限制，這時需要結(jié)合教師團(tuán)隊進(jìn)行聯(lián)合申報，教師對整個選題進(jìn)行適度指導(dǎo)及建議，完成可行性分析，向?qū)W院提交申報書。

四、能力培養(yǎng)與成果體現(xiàn)

提供開放實驗平臺，可以把枯燥的理論教學(xué)貫穿于學(xué)生實踐活動中，教學(xué)模式由傳統(tǒng)的教師講授轉(zhuǎn)化成學(xué)生自學(xué)、小組討論、專題研究等多種教學(xué)模式，學(xué)生在項目實施過程中，培養(yǎng)資料查找、需求分析、方案設(shè)計、軟硬件平臺搭建、軟件測試等全過程，培養(yǎng)學(xué)生的獨立性和自主性，另外還可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊精神、組織協(xié)調(diào)能力等，真正以學(xué)生為主體，使之得到全面發(fā)展。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)培養(yǎng)的是能以現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)實際應(yīng)用的專門人才，需要強(qiáng)調(diào)學(xué)生的應(yīng)用創(chuàng)新能力和工程創(chuàng)新能力，因此在專業(yè)的建設(shè)過程中，要重視建設(shè)配合理論教學(xué)、提高學(xué)生動手能力的實踐教學(xué)環(huán)境和環(huán)節(jié)。本科教育的傳統(tǒng)課程更注重理論教學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才必須把理論知識應(yīng)用在實踐中，在學(xué)生創(chuàng)新平臺的基礎(chǔ)上，設(shè)計相關(guān)課程、學(xué)生的畢業(yè)論文、參加各種大學(xué)生競賽的題目等，這些都可以在創(chuàng)新平臺上完成。經(jīng)驗表明，這對學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)至關(guān)重要，鼓勵學(xué)生完成學(xué)生論文，同時讓學(xué)生參與競賽也能更好地促進(jìn)課堂教育，對教師和學(xué)生都可以起到相互促進(jìn)的作用。

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