校企合作的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)案例教學(xué)法研究

樊秀梅 張興輝 阿喜達(dá) 孫盛

[摘? 要]針對(duì)目前工科教學(xué)中存在的忽視學(xué)生主體地位、缺乏真實(shí)實(shí)踐環(huán)節(jié)等問(wèn)題，提出了結(jié)合校企各自?xún)?yōu)勢(shì)的項(xiàng)目案例教學(xué)法，探索新工科背景下的新型教學(xué)模式。文章以物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)為例，介紹了幾個(gè)不同的項(xiàng)目案例教學(xué)實(shí)踐及產(chǎn)生的教學(xué)效果，以期能進(jìn)一步豐富工科學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)新模式。

[關(guān)鍵詞]新工科? 物聯(lián)網(wǎng)工程? 項(xiàng)目案例教學(xué)法? 教學(xué)實(shí)踐? 新型教學(xué)模式

基金項(xiàng)目：西安理工大學(xué)教育教學(xué)改革研究重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：XJY1777）。

前? 言

繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，物聯(lián)網(wǎng)掀起了世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，國(guó)家急需大量具有理論素養(yǎng)和實(shí)踐能力的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才。2010年7月，教育部批準(zhǔn)了30多所高校開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)。后期又陸續(xù)有更多的高校申報(bào)開(kāi)設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)，現(xiàn)在已基本形成了物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)體系和標(biāo)準(zhǔn)。

物聯(lián)網(wǎng)作為國(guó)家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，迫切需要大批理論扎實(shí)、實(shí)踐技能高強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)人才。物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)在常規(guī)的課堂理論教學(xué)之外，也加入了很多新穎的實(shí)踐環(huán)節(jié)、研究環(huán)節(jié)。每個(gè)高校都根據(jù)自身的特色和條件實(shí)施了各具風(fēng)格的物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐教學(xué)。西安理工大學(xué)也在原有課堂教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)基礎(chǔ)上，積極探索新型物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)手段，其中采用了校企合作的項(xiàng)目式案例教學(xué)法，旨在企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下，幫助學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)自身的知識(shí)體系，提高他們面對(duì)實(shí)際問(wèn)題時(shí)的綜合分析能力和職業(yè)技能，以主動(dòng)參與的方式來(lái)達(dá)到理論和實(shí)踐相結(jié)合的目標(biāo)。

案例教學(xué)法是由哈佛商學(xué)院（HBS）首創(chuàng)的管理教學(xué)法，是一種以案例為基礎(chǔ)的教學(xué)法。本質(zhì)上案例是提出一種特定問(wèn)題但沒(méi)有特定的解決之道，教師是教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)者和激勵(lì)者，要最大限度地激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情;學(xué)生則是這種教學(xué)法的主體參與者，通過(guò)積極參與、尋找不同的解決思路并開(kāi)展深層次討論，最后找到解決方案。我們實(shí)施的項(xiàng)目案例教學(xué)法是基于案例法框架，聯(lián)合相關(guān)企業(yè)，以企業(yè)的真實(shí)項(xiàng)目需求為目標(biāo)，由企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)校教師合作設(shè)立項(xiàng)目案例目標(biāo)、分項(xiàng)模式和評(píng)價(jià)體系，使項(xiàng)目案例式教學(xué)法得以順利實(shí)施，達(dá)到提升學(xué)生學(xué)以致用、獨(dú)立開(kāi)拓等綜合能力的目的。

項(xiàng)目案例教學(xué)法相關(guān)研究

案例教學(xué)通過(guò)模擬或者重現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中的一些場(chǎng)景，讓學(xué)生把自己納入案例場(chǎng)景，通過(guò)討論或者研討來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法，注重教與學(xué)雙方的雙向交流，最初主要用在管理學(xué)、法學(xué)等學(xué)科，目前已擴(kuò)展到其他學(xué)科應(yīng)用中。相對(duì)于注重課堂教學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)模式LBL（Lecture Based Learning），基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式PBL（Project Based Learning）是一種探究式的教學(xué)方式，由美國(guó)Barrows教授首創(chuàng)，將學(xué)習(xí)設(shè)置在復(fù)雜、真實(shí)的問(wèn)題場(chǎng)景之中，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)為主，讓學(xué)生在主動(dòng)學(xué)習(xí)與探究中理解和掌握隱含在問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)，并逐步培養(yǎng)由半獨(dú)立到獨(dú)立解決問(wèn)題的技能和自主學(xué)習(xí)能力。而且部分文獻(xiàn)針對(duì)專(zhuān)業(yè)學(xué)位研究生課程教學(xué)方法陳舊、課程內(nèi)容聯(lián)系實(shí)際不強(qiáng)的問(wèn)題，以地下工程施工案例分析課程為例，從課程內(nèi)容整合、教學(xué)案例設(shè)計(jì)和PBL項(xiàng)目設(shè)計(jì)、計(jì)劃制訂、活動(dòng)實(shí)施、成果交流與活動(dòng)評(píng)價(jià)等方面詳細(xì)闡述了案例類(lèi)課程PBL教學(xué)法的實(shí)施過(guò)程。還有一些文獻(xiàn)對(duì)“影視作品中跨文化交際”課程的互補(bǔ)教學(xué)模式及其理論適存性進(jìn)行了研究，將案例教學(xué)法應(yīng)用于跨文化交際的理論教學(xué)，而把項(xiàng)目教學(xué)法用于教學(xué)實(shí)踐。研究表明基于兩種教學(xué)模式的整合模式會(huì)對(duì)非英語(yǔ)專(zhuān)業(yè)學(xué)生跨文化交際學(xué)習(xí)產(chǎn)生“1+1>2”的教學(xué)效果。文獻(xiàn)借助問(wèn)卷調(diào)查和現(xiàn)場(chǎng)訪談等方式，從教與學(xué)雙視角對(duì)我國(guó)MBA教育中的案例教學(xué)現(xiàn)狀及效果進(jìn)行了分析，從對(duì)案例教學(xué)重要性的認(rèn)知、教師教學(xué)方式及學(xué)生參與情況、教學(xué)案例的選擇及匹配性、案例教學(xué)效果評(píng)價(jià)等方面對(duì)我國(guó)MBA案例教學(xué)實(shí)施過(guò)程中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行了剖析，并提出了改進(jìn)對(duì)策和建議。2018年9月17日，教育部、工業(yè)和信息化部、中國(guó)工程院發(fā)布了《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實(shí)施卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見(jiàn)》。意見(jiàn)提出推廣實(shí)施案例教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)等研究性教學(xué)方法，注重綜合性項(xiàng)目訓(xùn)練。

目前還有很多文獻(xiàn)都提到了案例教學(xué)和項(xiàng)目案例教學(xué)，盡管不同文獻(xiàn)的側(cè)重點(diǎn)不同，應(yīng)用學(xué)科也不同，但總體思想類(lèi)似。

共同要求一：案例要具有代表性。運(yùn)用案例的目的是為了引發(fā)學(xué)生的思考，要使其通過(guò)思考發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題，進(jìn)而解決問(wèn)題，并形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。教師運(yùn)用案例的目的必須明確，應(yīng)選擇那些具有獨(dú)特性和代表性的案例引導(dǎo)學(xué)生圍繞案例進(jìn)行思考。

共同要求二：案例要具有真實(shí)性。圍繞真實(shí)的案例進(jìn)行分析、討論，能夠使學(xué)生做到知識(shí)遷移，讓他們學(xué)到真正屬于自己的知識(shí)，并提出自己的見(jiàn)解。如教師為學(xué)生呈現(xiàn)了一個(gè)有關(guān)雪域高原的真實(shí)案例，那么，很多學(xué)生就會(huì)產(chǎn)生深入學(xué)習(xí)相關(guān)地理知識(shí)的欲望。其間，并不需要教師過(guò)多評(píng)論和分析，而是要讓學(xué)生主動(dòng)進(jìn)行思考和感悟。

共同要求三：案例要具有啟發(fā)性。案例教學(xué)法并非單純地讓學(xué)生尋找答案，而是要關(guān)注他們探索的過(guò)程。案例要具有啟發(fā)性，應(yīng)能夠引發(fā)學(xué)生的思考。

共同要求四：案例要注重互動(dòng)性。要引導(dǎo)學(xué)生深入思考、全員參與。

物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目案例教學(xué)實(shí)踐

結(jié)合我們提出的項(xiàng)目案例教學(xué)法，我們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中引入了企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目。企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)校教師合作把企業(yè)來(lái)源項(xiàng)目按照項(xiàng)目大小和難易程度分成不同的子項(xiàng)目模塊，3～5位學(xué)生組成一個(gè)小組。每小組承擔(dān)其中一個(gè)子項(xiàng)目模塊，小組再分工或合作完成分析、設(shè)計(jì)等，最后統(tǒng)一驗(yàn)收。

1.配合智能駕駛中V2X通信，設(shè)計(jì)通信功能模塊和調(diào)試驗(yàn)證

對(duì)于智能駕駛中V2X（vehicle to everything）通信，項(xiàng)目要求針對(duì)客戶(hù)提供的OBU（On board Unit）采集信息，一方面進(jìn)行消息調(diào)制和封裝，形成內(nèi)部消息格式，提供給內(nèi)部相應(yīng)單元實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能;另一方面需要將內(nèi)部消息命令進(jìn)行解析，發(fā)送給OBU進(jìn)行相應(yīng)功能實(shí)現(xiàn);最后需要調(diào)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)性能。我們把整個(gè)項(xiàng)目分成三個(gè)子項(xiàng)目：消息調(diào)制和封裝模塊、內(nèi)部消息命令進(jìn)行解析模塊、調(diào)試驗(yàn)證模塊。每個(gè)小組負(fù)責(zé)一個(gè)模塊，每小組5人（由于設(shè)備數(shù)量限制，組員人數(shù)略多），5位學(xué)生共同分析設(shè)計(jì)任務(wù)，最后明確分配每人承擔(dān)的不同內(nèi)容，分頭查找相關(guān)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。

解決方法：由于不同的OBU采集信息格式不同，有的是一整段字符串，有的是cJSON格式的數(shù)據(jù)包，并且傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息很多，需要提取內(nèi)部相應(yīng)單元所需的特定信息，最后選用cJSON來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和封裝。JSON是一種輕量級(jí)的數(shù)據(jù)交換格式，采用完全獨(dú)立于編程語(yǔ)言的文本格式來(lái)存儲(chǔ)和表示數(shù)據(jù)，易于人們閱讀、編寫(xiě)，同時(shí)也易于機(jī)器解析和生成，有效地提升了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。而cJSON是c語(yǔ)言的一種JSON解析器。對(duì)V2X應(yīng)用中OBU接收到的前向碰撞預(yù)警、前方擁堵提醒、信號(hào)燈信息感知和車(chē)速引導(dǎo)等各種預(yù)警信息設(shè)計(jì)新的消息轉(zhuǎn)換格式。OBU將信息發(fā)送給V2X模塊，V2X將獲取的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析、提取、再封裝形成內(nèi)部消息格式的數(shù)據(jù)包存放在Buffer上供內(nèi)部其他單元使用。設(shè)計(jì)中對(duì)預(yù)警內(nèi)容采取了及時(shí)有效的控制措施。

2.車(chē)聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)壓縮算法

車(chē)聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)中需要將車(chē)輛上配備的攝像頭畫(huà)面多線(xiàn)程地顯示到監(jiān)控界面，由于數(shù)據(jù)量大，需要采取適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)壓縮算法，既保障數(shù)據(jù)的快速傳輸，又保證數(shù)據(jù)的保真度。比如在停車(chē)場(chǎng)中的自動(dòng)泊車(chē)系統(tǒng)，需要多方位的數(shù)據(jù)信息和時(shí)空信息才可以在停車(chē)場(chǎng)中選擇合適的停車(chē)位，導(dǎo)引車(chē)輛智能泊車(chē)。

我們把整個(gè)項(xiàng)目分成四個(gè)子項(xiàng)目：幀內(nèi)數(shù)據(jù)壓縮算法、幀間壓縮算法，壓縮算法的壓縮比和壓縮時(shí)間。幀內(nèi)數(shù)據(jù)壓縮算法小組5位學(xué)生，幀間壓縮算法小組4位學(xué)生，壓縮比小組4位學(xué)生，壓縮時(shí)間小組3位學(xué)生。大家明確各自的目標(biāo)，查找相關(guān)的壓縮算法和設(shè)計(jì)符合本項(xiàng)目的算法。

解決方法：設(shè)計(jì)編寫(xiě)了9種幀內(nèi)數(shù)據(jù)壓縮算法，配合3種幀間壓縮算法，權(quán)衡壓縮算法的壓縮比和壓縮時(shí)間，最后選擇了兩種合適的壓縮算法。編寫(xiě)了實(shí)現(xiàn)代碼腳本，設(shè)置了不同的環(huán)境參數(shù)，實(shí)時(shí)修改監(jiān)控界面。在案例教學(xué)法實(shí)踐中，學(xué)生在幀內(nèi)數(shù)據(jù)壓縮時(shí)采用了基于LZ77算法的改進(jìn)思路，使用“滑動(dòng)窗口”的方法來(lái)尋找文件中的相同部分，也就是匹配串。它是指一個(gè)任意字節(jié)的序列，而不僅僅是可以在文本文件中顯示出來(lái)的那些字節(jié)的序列。這里的串強(qiáng)調(diào)的是它在文件中的位置，它的長(zhǎng)度隨著匹配的情況而變化。在幀間壓縮時(shí)針對(duì)兩幀之間的數(shù)據(jù)有大量的重復(fù)數(shù)據(jù)，進(jìn)行異或之后有大量重復(fù)的“0”，可以更好地壓縮，這樣在解壓時(shí)只需要異或一次就可以得到原來(lái)的數(shù)據(jù)。

3.開(kāi)發(fā)AI平臺(tái)的用戶(hù)認(rèn)證中心

基于OAuth2.0和JWT的多源賬號(hào)認(rèn)證服務(wù)框架，開(kāi)發(fā)AI平臺(tái)用戶(hù)認(rèn)證中心。項(xiàng)目來(lái)源企業(yè)要求我們采用Vertx作為開(kāi)發(fā)框架。因此，我們把項(xiàng)目分為三個(gè)子項(xiàng)目，分別是Linux免密配置模塊、用戶(hù)鑒權(quán)模塊和賬號(hào)映射模塊這3個(gè)WEB服務(wù)。由于這個(gè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)主要使用計(jì)算機(jī)就可以開(kāi)展工作，因此本項(xiàng)目分為三個(gè)小組，每個(gè)小組由3位學(xué)生組成。

解決方法：第一小組設(shè)計(jì)采用HTML、JS等完成分配前端頁(yè)面的展示，與項(xiàng)目服務(wù)端的交互主要通過(guò)Ajax實(shí)現(xiàn)。首先利用SSHJ的java代碼庫(kù)實(shí)現(xiàn)、Linux集群賬號(hào)的驗(yàn)證登錄功能，其次利用OpenSSH的DSA密鑰認(rèn)證系統(tǒng)完成SSH公鑰證書(shū)部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)Linux服務(wù)器的免密配置。第二小組采用通行證登錄，通過(guò)OAuth2.0協(xié)議對(duì)接通行證完成用戶(hù)授權(quán)登錄，授權(quán)方式采用OAuth2.0協(xié)議中的授權(quán)碼模式，完成用戶(hù)鑒權(quán)模塊。用戶(hù)在通行證登錄界面完成賬號(hào)的驗(yàn)證后，獲取授權(quán)code，在應(yīng)用后臺(tái)根據(jù)code獲取token。第三小組在前面基礎(chǔ)上，采用JWT對(duì)已授權(quán)用戶(hù)完成驗(yàn)證，并將授權(quán)用戶(hù)映射到平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的匿名賬號(hào)，進(jìn)一步更新賬號(hào)映射模塊。

評(píng)價(jià)考核體系

物聯(lián)網(wǎng)工程課程實(shí)踐面向于多學(xué)科專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用，配合漸進(jìn)式的教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化，評(píng)價(jià)考核方式的整體思路是將原有的面向于知識(shí)的考核方式，變?yōu)槊嫦蛴趹?yīng)用的考核方式。采用多樣化的考核方式，注重考核學(xué)生的綜合能力，最終的成績(jī)?cè)u(píng)定采用多種因素共同決定。考核過(guò)程匯總采用多種考核方式，分成多個(gè)考核階段，采用多種考核類(lèi)型，強(qiáng)化學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的能力，增加實(shí)際項(xiàng)目創(chuàng)新、拓展性討論等環(huán)節(jié)的成績(jī)?cè)趯W(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定中的比重。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)案例教學(xué)中我們采取了靈活的考核機(jī)制，因不同項(xiàng)目的難易程度和考核重點(diǎn)有所不同。考核成績(jī)?yōu)榈燃?jí)制，分優(yōu)秀、良好、及格和不及格四個(gè)等級(jí)，學(xué)生考核合格者獲得相應(yīng)學(xué)分，學(xué)生考核不合格的要重新選一個(gè)項(xiàng)目來(lái)重修。

結(jié)? 語(yǔ)

在多次的探索與教學(xué)實(shí)踐工程中，我們摸索和總結(jié)了校企合作項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的案例教學(xué)法對(duì)課堂教學(xué)的補(bǔ)充和促進(jìn)功能。學(xué)生通過(guò)參與實(shí)際的企業(yè)項(xiàng)目，在實(shí)踐中逐步鞏固和加深了物聯(lián)網(wǎng)理論應(yīng)用系統(tǒng)的各方面內(nèi)容，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，有助于提高教學(xué)質(zhì)量和工程實(shí)踐能力。我們還針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)探索了校企合作的項(xiàng)目案例教學(xué)法，對(duì)相應(yīng)的項(xiàng)目進(jìn)行了梳理和提升，以更好地適應(yīng)新工科背景下對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的的深度訓(xùn)練。

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作者單位：西安理工大學(xué)自動(dòng)化與信息工程學(xué)院? 陜西西安