CDIO理念在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程教學改革中的實踐探索

穆磊+陳建英+謝盈

摘要摘要：以《RFID原理與應(yīng)用》課程為例，按照CDIO理論中的工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面培養(yǎng)學生的工程能力。教師講授過程結(jié)合現(xiàn)代化教學手段和信息資源拓展教學內(nèi)容，以應(yīng)用案例為驅(qū)動，啟發(fā)學生帶著問題積極思考；實驗過程以“思路啟發(fā)+嘗試驗證”為主導思想，操作內(nèi)容從觀察現(xiàn)象到剖析本質(zhì)；對課程考核方式與評價方法等環(huán)節(jié)進行改革，加大動手、思考、組織及協(xié)作能力的考核力度。通過對學生評教、課程效果、創(chuàng)新成果的有效分析，使教學過程能進一步鞏固課堂知識，提高學生主動學習和獲取課外知識的興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、分析和解決問題的能力，教學實踐取得了較好效果。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：CDIO；RFID；應(yīng)用驅(qū)動；物聯(lián)網(wǎng)工程；教學改革

DOIDOI：10.11907/rjdk.162425

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）001019203

引言

1999年，以物品編碼、RFID技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，美國Auto-ID中心首先提出了物聯(lián)網(wǎng)概念。物聯(lián)網(wǎng)被稱為計算機和互聯(lián)網(wǎng)后的第3次信息化產(chǎn)業(yè)革命發(fā)展浪潮。產(chǎn)業(yè)發(fā)展，人才先行，人才是科技發(fā)展的關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)建設(shè)是社會需求發(fā)展的必然，是我國當前一項重要的戰(zhàn)略任務(wù)。目前我國從事物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的人才匱乏，為了培養(yǎng)國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的高素質(zhì)專業(yè)人才，近年來，數(shù)百所高校設(shè)立了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)[1]。由于物聯(lián)網(wǎng)是一門新興學科，其理論和應(yīng)用實踐都在不斷發(fā)展變化中，不少高校在物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)相關(guān)課程體系建設(shè)、課程實踐、教學模式改革等方面作出了很多探索嘗試[24]。當今，隨著以多媒體、網(wǎng)絡(luò)化和智能化為特征的現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人類邁進了信息化社會，特別是計算機多媒體融圖、文、聲于一體的認知環(huán)境的出現(xiàn)，使人們關(guān)于教育、教學的傳統(tǒng)觀念受到?jīng)_擊。為了適應(yīng)時代發(fā)展，必須引入新型的教學理念和教學方式，以激發(fā)學生學習興趣，提高教學質(zhì)量。

作為高等工程教育的一種新型框架，CDIO以先進的工程教育理念、較強的實踐可操作性、全面系統(tǒng)的課程體系、普遍適應(yīng)的人才培養(yǎng)模式，贏得了眾多高等工程院系的青睞[5]。物聯(lián)網(wǎng)工程類課程應(yīng)用實踐性強，適合采用CDIO的教育理念和評價標準開展教學。為激發(fā)學生的學習興趣，本文以CDIO工程教育理念為指導，探討CDIO視野下案例驅(qū)動的工程類課程教學方式，并介紹了西南民族大學物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程教學改革實踐與取得的成效。

1物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)內(nèi)涵與特色定位

物聯(lián)網(wǎng)學科是將信息感知、信息傳輸、信息處理、信息領(lǐng)域應(yīng)用相結(jié)合的綜合性理論與技術(shù)的新興學科。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是以計算機、網(wǎng)絡(luò)與通信、控制融合為主要特征的綜合性專業(yè)，涉及計算機、通信、控制、電子、信息安全、數(shù)學、物理以及工程等多個專業(yè)知識，學生應(yīng)按復合型工程類人才進行培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)具有鮮明的綜合性、交叉性和應(yīng)用性特點，以“厚基礎(chǔ)，重理論，強實踐，求創(chuàng)新，促應(yīng)用”為特色，以“夯實學科基礎(chǔ)，注重專業(yè)交叉，強化工程實踐，培養(yǎng)創(chuàng)新能力”為思路，以理論教學和工程實踐為兩條主線，核心是培養(yǎng)學生綜合利用理論知識分析和解決問題的工程實踐能力、工程創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)[3，6]。

西南民族大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)掌握與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的計算機、自動控制、通信與傳感的基本知識、理論、技術(shù)和方法，能夠運用物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)、射頻識別、無線傳感、信息采集處理等技術(shù)實現(xiàn)廣泛的智能化應(yīng)用解決方案，具有較高綜合素質(zhì)、較強實踐創(chuàng)新能力的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域高級技術(shù)人才。培養(yǎng)的學生需要具備綜合運用多學科知識、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)代化工程工具實現(xiàn)智能化應(yīng)用解決方案的能力，能夠勝任物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及產(chǎn)品研發(fā)、集成、技術(shù)支持等方面工作，因而對學生工程化實踐能力的教育培養(yǎng)提出了較高要求。

2CDIO理念

CDIO（Conceive，Design，Implement and Operate）是近年來國際工程教育改革的最新成果，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習并進行工程實踐，按照工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力4個層面培養(yǎng)學生的工程能力，運用綜合培養(yǎng)的方式使學生達到4個層面的預(yù)定目標[4]。

CDIO理念提供給學生更多獲取知識的方法和渠道，把學習過程中的發(fā)現(xiàn)、探索、研究等認知活動突顯出來，使認知學習過程能更多地成為學生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的過程。在該理念下，教師要創(chuàng)造提升學生學習興趣的教學環(huán)境，在整個教學活動中扮演一位在適當時機給予學生提示的組織者、引領(lǐng)者，提供知識積累與探索的情境，啟發(fā)學生帶著問題積極思考，讓其逐漸掌握抽象知識與具象產(chǎn)品之間的聯(lián)系并加以運用，從而提升工程能力。

3具體實踐

以《RFID原理與應(yīng)用》課程為例，課程的教學對象是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的大二學生，該門課程是其第一門專業(yè)基礎(chǔ)課?？紤]到教學對象的特點，本課程的基本目標是使學生能掌握、熟悉射頻識別技術(shù)及相關(guān)的基本概念原理、射頻識別技術(shù)的相關(guān)協(xié)議，以及RFID應(yīng)用系統(tǒng)及其設(shè)計方法等，逐步培養(yǎng)學生掌握射頻識別技術(shù)的系統(tǒng)集成設(shè)計及分析能力，通過典型案例了解射頻識別技術(shù)在社會生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。教學的核心思想是建立學生對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的感性認識，掌握RFID技術(shù)基本原理和系統(tǒng)應(yīng)用知識，提升對專業(yè)的興趣，為其未來參加工作、增強就業(yè)競爭力打下良好基礎(chǔ)。

在具體教學過程中，將課程中的工程基礎(chǔ)知識以“教師講授+實驗實踐”的方式，依托豐富的信息課程資源拓展教學內(nèi)容，同時對課程考核方式與評價方法等環(huán)節(jié)進行改革，引入CDIO理念，加大學生動手、思考、組織及協(xié)作能力的考核力度，根據(jù)一定的占比進行考核分配。

3.1課程講授

教師講授課程不再單向介紹知識點，而是結(jié)合現(xiàn)代化教學手段和信息資源，對書本知識進行拓展，擴大學生知識面，提高學生的創(chuàng)新思維能力。以應(yīng)用為驅(qū)動，通過視頻案例播放，啟發(fā)學生思考。教師總結(jié)分析步驟，讓學生參與到教學活動中，以增加對學習內(nèi)容的理解深度。以文字形式呈現(xiàn)的書本內(nèi)容是單維、扁平、靜態(tài)的，而視頻包含文字、聲音、動畫、影像等諸多元素，其呈現(xiàn)的知識信息內(nèi)容是多維、立體、動態(tài)的，可調(diào)動學生視覺、聽覺能力協(xié)調(diào)配合，將教學內(nèi)容以多維度、多視角方式呈現(xiàn)，提高學習效率。在本學期中，結(jié)合授課章節(jié)內(nèi)容，分別采用RFID公交報站系統(tǒng)、RFID門禁系統(tǒng)、牧場電子標簽、未來商店、智慧餐廳等系統(tǒng)案例視頻，播放前提出問題，播放中啟發(fā)學生思考，播放后學生發(fā)言討論，教師最后總結(jié)。在這樣的教學安排下，學生課堂注意力集中，討論活躍，獲得了較好效果。

3.2教學實驗

實驗實踐是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)相關(guān)課程的重要環(huán)節(jié)。課程開始前，通過交流，了解到學生已掌握C語言編程和邏輯電路的基本知識，而對于嵌入式相關(guān)技術(shù)尚未深入學習。本課程是軟硬件結(jié)合的課程，根據(jù)學生的知識基礎(chǔ)和特點，結(jié)合現(xiàn)有實驗條件，以PC端軟件控制試驗箱硬件完成RFID基本功能作為實驗主線貫穿實驗教學設(shè)計全過程，實驗教學計劃難度設(shè)置合理，循序漸進，可增加學生對專業(yè)的自信心，避免出現(xiàn)畏難情緒。實驗過程以“思路啟發(fā)+嘗試驗證”為主導思想，知識點和操作內(nèi)容由淺入深，引導學生從觀察現(xiàn)象到剖析本質(zhì)。先從對RFID綜合應(yīng)用有感官的認知，觀察試驗箱配套軟硬件，結(jié)合讀寫標簽，觀察分析協(xié)議數(shù)據(jù)包的格式，逐步啟發(fā)學生分析軟硬件背后的運作原理和過程。實驗過程介紹了PC端軟件開發(fā)的基本過程和設(shè)計開發(fā)工具，以及dll調(diào)用方式的優(yōu)缺點及用法，學生通過VB調(diào)用dll中的基本操作函數(shù)，實現(xiàn)自己編寫軟件、控制硬件實驗箱完成RFID基本功能。

3.3課程考核

在課程考核部分，以課程綜合設(shè)計作業(yè)為載體，加入團隊系統(tǒng)設(shè)計及展示答辯環(huán)節(jié)。引入?yún)f(xié)作和良性競爭機制，培養(yǎng)學生的團隊分工和協(xié)作理念，便于取長補短，學會溝通和協(xié)調(diào)。同時，通過良性競爭促進任務(wù)的高效完成，實現(xiàn)共贏。在課程綜合設(shè)計作業(yè)評價機制上，發(fā)揮學生自主權(quán)，調(diào)動學生的參與積極性。例如團隊項目展示答辯時，引入學生投票機制，將投票結(jié)果按一定比例權(quán)重體現(xiàn)到該團隊項目的總成績上，可體現(xiàn)學生的參與性，激發(fā)其學習興趣。同時，通過權(quán)重系數(shù)的調(diào)整，使學生評價的影響具有一定可控性，防止惡意刷票行為對結(jié)果產(chǎn)生影響。

4教學效果

從學生評教方面看，該學期《RFID原理與應(yīng)用》課程參評學生人數(shù)62人，綜合平均評分4.953分（總分5分）。在激發(fā)學生的學習興趣和主動性、注重學生能力培養(yǎng)，教學內(nèi)容能反映或聯(lián)系學科的發(fā)展前沿，能給予學生獨立思考、聯(lián)想和創(chuàng)新的啟迪，以及采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段等評價指標上，均有57人以上評分為優(yōu)秀，從學生主體的角度對該教學方式加以肯定。

從課程效果方面看，作為該課程期末考核的重要部分，組織學生團隊從需求分析、方案構(gòu)思、設(shè)計實現(xiàn)到演講答辯等多個環(huán)節(jié)進行全面實踐，形成了礦井定位、動物管理、自助導游、iCard等多個系統(tǒng)設(shè)計方案，鍛煉了學生的系統(tǒng)分析設(shè)計能力、團隊協(xié)作能力以及現(xiàn)場表達與應(yīng)變能力。部分團隊的系統(tǒng)設(shè)計方案在繼續(xù)完善后，有潛力成為較好的專業(yè)創(chuàng)新作品。

從創(chuàng)新成果方面看，在2016年學校計科學院大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃立項項目中，2014級物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學生取得了較好成績，立項項目包括國家級項目1項、省級項目1項、校級項目3項，在與2014級各專業(yè)的對比中表現(xiàn)突出，其中4個項目和RFID技術(shù)相關(guān)。值得一提的是，非本專業(yè)學生中，與RFID有關(guān)的項目占3項，本專業(yè)學生也作為主要成員參與其中。

綜上所述，從教學過程和效果看，《RFID原理與應(yīng)用》課程的教學方式符合CDIO工程教育理念，取得了較好的實際效果，學生反映良好。

5結(jié)語

《RFID原理與應(yīng)用》課程的實踐教學過程在物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)專業(yè)引入CDIO理念方面作出了一些有益嘗試。結(jié)果表明，該教學方式鞏固了課堂知識，提升了學生主動學習和獲取課外知識的興趣，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力以及分析與解決問題的能力，取得了較好的教學效果。

學校其它物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)專業(yè)課程也在繼續(xù)貫徹、推廣CDIO理念。在后續(xù)教學過程中，考慮繼續(xù)增強課堂互動機制，引導學生們正確、合理地利用移動互聯(lián)技術(shù)，并將其常用的微信互動、微博上墻等交互方式引入課堂，以激發(fā)學生的學習興趣與思考的熱情，將CDIO理念進一步融入課程教學與學生培養(yǎng)工作中。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量是一項復雜的系統(tǒng)工程，西南民族大學開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)時間不長，只能從近幾屆學生的課程學習效果和創(chuàng)新競賽成果分析CDIO理念引入實踐教學的影響。從目前的效果看，在物聯(lián)網(wǎng)工程相關(guān)專業(yè)引入CDIO理念，在提高實踐教學質(zhì)量、促進物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的實踐教學改革中發(fā)揮了重要作用，也希望能為物聯(lián)網(wǎng)工程及其它理工科專業(yè)的教學實踐提供有益借鑒。

參考文獻：

[1]物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)最好的20所大學[EB/OL].[20160318].http：//learning.sohu.com/20160318/n440958984.shtml.

[2]王志良，閆紀錚，石志國，等.物聯(lián)網(wǎng)學科建設(shè)與教學實踐探討[J].計算機教育，2012（19）：4549.

[3]余琍，趙健，黃傳河，等.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)建設(shè)與實踐教學研究[J].計算機教育，2013（15）：9497.

[4]崔貫勛，王勇，王柯柯，等.基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學體系的研究與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2013，30（5）：111114.

[5]顧學雍.聯(lián)結(jié)理論與實踐的CDIO——清華大學創(chuàng)新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究，2009（1）：1123.

[6]王志良，閆紀錚.普通高等學校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系和課程規(guī)劃[M].西安：西安電子科技大學出版社，2011.

責任編輯（責任編輯：黃?。?/p>

第1期 李秋生，黃隆勝，劉小燕：基于PBL的電子信息專業(yè)基礎(chǔ)課程教學設(shè)計研究軟 件 導 刊2017年標題