新工科背景下物聯(lián)網(wǎng)工程課程建設(shè)探索與實(shí)踐
——以“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”課程為例

王 甜，李 霄，李曉芳，喻振杰，謝光前，李曙英

（1.常州工學(xué)院 計(jì)算機(jī)信息工程學(xué)院 常州市軟件技術(shù)研究與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 常州 213032；2.三明學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，福建 三明 365004）

0 引 言

為了改造升級(jí)傳統(tǒng)工科專業(yè)，進(jìn)一步適應(yīng)人工智能、智能制造等新領(lǐng)域的科技革命與產(chǎn)業(yè)變化，加快培養(yǎng)新興領(lǐng)域工程科技人才以響應(yīng)國家戰(zhàn)略需求，工程教育改革已成為高校提質(zhì)增效培養(yǎng)人才的新浪潮。自2017 年2 月起，“新工科”建設(shè)受到教育部的大力推進(jìn)，通過提高學(xué)生創(chuàng)新應(yīng)用、工程實(shí)踐與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，塑造創(chuàng)新型與多元化的卓越工科人才[1]。通過五年的建設(shè)，一批“新工科”專業(yè)如物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等陸續(xù)由教育部批準(zhǔn)設(shè)立，以產(chǎn)學(xué)合作、協(xié)同育人計(jì)劃項(xiàng)目的方式推進(jìn)高校人才培養(yǎng)模式的變革，滿足產(chǎn)業(yè)和技術(shù)發(fā)展的最新需求，進(jìn)一步促進(jìn)了學(xué)校資源配置方式與評(píng)價(jià)體系的改革[2]。

教育部在2010 年根據(jù)國家新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要新設(shè)立的相關(guān)本科專業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)工程是一個(gè)嶄新的專業(yè)，而“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”是物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程之一，在人才培養(yǎng)方案中處于重要地位。本科教育在整個(gè)高等教育體系中占有舉足輕重的作用，因此強(qiáng)化本科教學(xué)是高等教育質(zhì)量提升的核心和關(guān)鍵。物聯(lián)網(wǎng)工程作為“新工科”建設(shè)的重點(diǎn)專業(yè)，其課程體系改革應(yīng)遵循新工科理念，輔以多元化、創(chuàng)新性的教學(xué)方法，培養(yǎng)出具有較強(qiáng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維的人才，以適應(yīng)新時(shí)代、新環(huán)境與新業(yè)態(tài)的發(fā)展需求。

1 課程建設(shè)背景與必要性

隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)以及科技和產(chǎn)業(yè)革命的迅猛發(fā)展，工科類高校必須更加關(guān)注學(xué)科專業(yè)建設(shè)與社會(huì)需求的耦合關(guān)系。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域在感知、通信組網(wǎng)、信息處理和應(yīng)用服務(wù)等方面衍生出了大量新技術(shù)和新方案[3]。從物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)體系來看，感知層方面，由原來通過各類傳感器感知、采集數(shù)據(jù)發(fā)展到以射頻識(shí)別RFID 和無線網(wǎng)絡(luò)WiFi 為標(biāo)志的無源感知方式，到近期智能多模態(tài)感知方式逐漸興起；通信傳輸層方面，從傳統(tǒng)的藍(lán)牙、ZigBee 等為代表的短距離組網(wǎng)技術(shù)逐步發(fā)展為以低功耗、廣域網(wǎng)為特征的NB-IoT 與LoRa通信技術(shù)；平臺(tái)管理方面，人工智能、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)展迅速，云平臺(tái)的深入應(yīng)用與普及為數(shù)據(jù)的處理與存儲(chǔ)提供了新途徑；在實(shí)際應(yīng)用層次，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊，從智慧工業(yè)、智慧物流、智慧家居、車聯(lián)網(wǎng)、智能農(nóng)業(yè)到智能醫(yī)療設(shè)施、無人駕駛等，體現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)滲透到生活的方方面面。因此，培養(yǎng)優(yōu)秀的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)技術(shù)人才是高校本科專業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵任務(wù)[4]。

“新工科”強(qiáng)調(diào)工程實(shí)踐與應(yīng)用創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)指明了方向，物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)作為實(shí)踐應(yīng)用類與專業(yè)核心、特色課程的典型代表，對(duì)其課程建設(shè)與教學(xué)模式進(jìn)行改革與實(shí)踐，對(duì)于提升物聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)專業(yè)師生的專業(yè)技術(shù)水平、教學(xué)實(shí)踐能力、創(chuàng)新業(yè)務(wù)水平，推動(dòng)高等院校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程建設(shè)，促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)，夯實(shí)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)用型人才的儲(chǔ)備等都具有非常重要的價(jià)值與意義，也是當(dāng)前的熱門課題。

2 課程教學(xué)情況與面臨的問題

目前我國很多高校圍繞人才培養(yǎng)目標(biāo)和模式，提出了“強(qiáng)化基礎(chǔ)，注重實(shí)踐，著眼能力，設(shè)計(jì)創(chuàng)新”的思想。但在實(shí)際的理論與實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中仍然存在一些限制與不足，教學(xué)模式、教學(xué)資源和實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)以及師資隊(duì)伍結(jié)構(gòu)與質(zhì)量等仍須進(jìn)一步改革與完善，學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維亟待加強(qiáng)。下面對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)實(shí)際情況與問題展開分析與探究。

2.1 教學(xué)模式缺乏多元化創(chuàng)新

面對(duì)“新工科”與省級(jí)一流專業(yè)建設(shè)中培養(yǎng)工程實(shí)踐應(yīng)用型和創(chuàng)新型新工科人才的目標(biāo)與要求，傳統(tǒng)的單一教學(xué)模式已經(jīng)不能滿足人才培養(yǎng)的需求。在數(shù)字化時(shí)代下，如何借助于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)集成豐富、前沿的教學(xué)資源與先進(jìn)的信息技術(shù)手段，構(gòu)建活潑有趣的課堂環(huán)境，設(shè)計(jì)探究型的學(xué)習(xí)情境和多元化的評(píng)價(jià)模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和提升工程認(rèn)證的達(dá)成度，實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)等問題，向教學(xué)設(shè)計(jì)人員提出了新的課程建設(shè)與改革的要求。

2.2 教學(xué)資源偏理論化和碎片化

教學(xué)資源的建設(shè)包括教材建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)[5]。由于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)是新興專業(yè)，相關(guān)的教材比較匱乏，特別是關(guān)于“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”課程方面的書籍與教學(xué)資料較少。市面上與該課程相關(guān)的可選教材多數(shù)將物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)、安全設(shè)計(jì)、軟件工程基礎(chǔ)等知識(shí)分開介紹，且偏理論化，學(xué)生接受的知識(shí)偏碎片化，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程設(shè)計(jì)的流程以及各模塊的實(shí)現(xiàn)方式理解不深刻。因此，優(yōu)秀的教材建設(shè)勢(shì)在必行，同時(shí)課程教學(xué)視頻、電子版教學(xué)課件和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源建設(shè)等配套資料也亟待建設(shè)完善。

2.3 實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)不能滿足課程建設(shè)要求

“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”課程一般設(shè)置為32 或48 學(xué)時(shí)，其中24 或40 學(xué)時(shí)為理論課程，8 個(gè)學(xué)時(shí)為設(shè)計(jì)型或驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，本校實(shí)驗(yàn)課程集中于智能家居與安防應(yīng)用下的基于MATLAB 模式的人臉識(shí)別與步態(tài)識(shí)別實(shí)驗(yàn)，受限于課時(shí)與實(shí)驗(yàn)工具箱的可擴(kuò)展性不足，導(dǎo)致學(xué)生的實(shí)踐能力鍛煉不夠。通過課程學(xué)習(xí)，學(xué)生基本只能掌握本學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)技能，缺乏專業(yè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)閷?shí)踐時(shí)間短、設(shè)備落后，并且選取的實(shí)踐項(xiàng)目較簡單，與企業(yè)實(shí)際的項(xiàng)目相比存在著很大的差異，無法適應(yīng)多元化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求。另外，由于實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)等原因，缺乏綜合性的實(shí)訓(xùn)室和具有豐富工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的實(shí)踐指導(dǎo)老師等。

(三)征召王羲之的詔書所到地名。當(dāng)年皇帝征召王羲之的詔書到達(dá)地都含有“詔”字的地名，上述傳說的六詔村在王罕嶺東北山下；真詔村則在王罕嶺東南山下；長詔村又在王罕嶺南的沃洲山下。這些與王右軍當(dāng)年活動(dòng)地域有一定關(guān)系。

2.4 教師隊(duì)伍知識(shí)結(jié)構(gòu)有待完善

師資隊(duì)伍來源渠道單一，年輕教師雖具備一定學(xué)歷，但缺乏相當(dāng)比例的雙師型人才。教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員缺乏物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與企業(yè)頂崗實(shí)習(xí)經(jīng)歷。另外，“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”是一門綜合性較高的課程，一般在本科大四學(xué)年開設(shè)，其所涵蓋的學(xué)科知識(shí)具有交叉性和復(fù)雜性，在計(jì)算機(jī)類的專業(yè)課程基礎(chǔ)上，還包含嵌入式開發(fā)技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)RFID、物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)與信息融合、數(shù)據(jù)庫原理、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、自動(dòng)控制技術(shù)、視頻語音智能處理技術(shù)以及信息系統(tǒng)集成等學(xué)科內(nèi)容，其教學(xué)內(nèi)容繁雜的特點(diǎn)，對(duì)教師的知識(shí)儲(chǔ)備提出了更高的要求。優(yōu)質(zhì)高效地完成教學(xué)任務(wù)需要教師具備專業(yè)的綜合實(shí)踐與創(chuàng)新能力；而當(dāng)前高校師資隊(duì)伍中具有工科背景的教師緊缺，專任教師的工程背景偏弱、工程實(shí)踐能力不強(qiáng)，授課內(nèi)容和形式與行業(yè)實(shí)際存在脫節(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致一流人才培養(yǎng)受限。

3 課程教學(xué)改革策略

3.1 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法設(shè)計(jì)的優(yōu)化

3.1.1 教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方面

物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，了解其主要過程、方法與要素是完成一項(xiàng)物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目的前提和基礎(chǔ)[6]。按照“新工科”建設(shè)要求，很多高校按照工程專業(yè)認(rèn)證要求和德育目標(biāo)修訂課程大綱，設(shè)計(jì)符合課程專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和德育相結(jié)合的大綱內(nèi)容。該課程的主要特色是著重培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)的實(shí)踐能力和項(xiàng)目管理能力，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)工程全生命周期的知識(shí)體系架構(gòu)組織教學(xué)要素，由淺入深地設(shè)置章節(jié)內(nèi)容，精準(zhǔn)表述章節(jié)關(guān)系。以工程認(rèn)證“培養(yǎng)能力”的課程目標(biāo)為導(dǎo)向，改革傳統(tǒng)的教育教學(xué)方法。針對(duì)技術(shù)革新周期短、產(chǎn)業(yè)環(huán)境前沿等市場(chǎng)形勢(shì)，課程引入智慧小屋和智能安防等創(chuàng)新課題作為案例，基于物聯(lián)網(wǎng)由底向上的分層架構(gòu)，結(jié)合RFID、各類傳感器與控制器、無線傳感網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等關(guān)鍵技術(shù)以拓展教學(xué)內(nèi)容，提升教學(xué)質(zhì)量。

具體課程目標(biāo)主要包括：（1）掌握物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠?qū)⑺鶎W(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)與方法綜合運(yùn)用于具體的物聯(lián)網(wǎng)工程案例中，具備從需求分析、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心與網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)計(jì)、工程項(xiàng)目勘查與測(cè)試、工程實(shí)施與維護(hù)等步驟規(guī)劃與設(shè)計(jì)典型物聯(lián)網(wǎng)工程系統(tǒng)的基本能力；（2）熟悉物聯(lián)網(wǎng)組網(wǎng)的一般架構(gòu)與系統(tǒng)集成方法，能夠按照物聯(lián)網(wǎng)工程生命周期的思維撰寫階段性文檔，具有一定的工程管理與決策能力。以物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展和企業(yè)需求為指引，課時(shí)有限須避免貪多求全，根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)和技術(shù)支撐構(gòu)建出科學(xué)合理的知識(shí)架構(gòu)與課程體系[7]，如圖1 所示。突出物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)的思路與方法，以項(xiàng)目化教學(xué)方式將枯燥的理論蘊(yùn)涵于生動(dòng)的實(shí)例中，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深，結(jié)合理論與實(shí)踐領(lǐng)悟課程內(nèi)容。

圖1 教材知識(shí)體系思維結(jié)構(gòu)導(dǎo)圖[8]

3.1.2 “課程思政”元素融入教學(xué)設(shè)計(jì)

在2020 年修訂的大綱中，“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”課程進(jìn)一步融入了國家總體安全觀、“四個(gè)自信”、社會(huì)主義核心價(jià)值觀等思政元素，將思政教育與專業(yè)知識(shí)傳授相融合，建立知識(shí)點(diǎn)與思政元素和德育功能之間的相互映射關(guān)系。以國家教育部設(shè)立該專業(yè)的目的為初衷，通過學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的過程，探究科學(xué)問題的思維、方法及科學(xué)精神，貫徹落實(shí)習(xí)近平主席提出的科技強(qiáng)國、網(wǎng)絡(luò)安全的戰(zhàn)略，以潛移默化、潤物細(xì)無聲的方式傳遞給學(xué)生。課程章節(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及融合思政內(nèi)容見表1 所列。

表1 “物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”課程主要章節(jié)與思政元素的映射關(guān)系

3.1.3 教學(xué)方法設(shè)計(jì)方面

基于疫情形勢(shì)的常態(tài)化，結(jié)合課程的性質(zhì)，“線上+線下”的混合式教學(xué)模式受到越來越多的重視，該模式將互聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)的信息技術(shù)和海量教學(xué)資源更好地與線下的課堂教學(xué)相結(jié)合，從上課前的教學(xué)資源與教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)、課堂后的復(fù)習(xí)鞏固與效果檢驗(yàn)四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新與改革，如圖2所示，形成“4+3+4”的教學(xué)模式，即課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)、課后鞏固和考評(píng)反饋四個(gè)環(huán)節(jié)，具體化為每個(gè)環(huán)節(jié)下的三項(xiàng)任務(wù)，結(jié)合不同環(huán)節(jié)的四項(xiàng)線上教學(xué)資源庫與平臺(tái)展開教學(xué)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性與參與度。采用項(xiàng)目化與探究式的教學(xué)方式，以物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施的系統(tǒng)工程的一般過程及其關(guān)鍵技術(shù)為重點(diǎn)，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的混合式教學(xué)模式，既充分利用線上多元化資源豐富教學(xué)內(nèi)容，又充分發(fā)揮線下教學(xué)的監(jiān)管反饋?zhàn)饔茫袑?shí)提高教學(xué)質(zhì)量。

圖2 “4+3+4”教學(xué)模式

以物聯(lián)網(wǎng)工程全生命周期案例—智能建筑控制系統(tǒng)為例，對(duì)教學(xué)過程作如下介紹：

（1）課前準(zhǔn)備。教師將本章的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成具體的教學(xué)任務(wù)，如本課題主要涉及傳感器技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、機(jī)電一體化控制、WiFi 通信技術(shù)、云服務(wù)器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、手機(jī)APP 遠(yuǎn)程控制開發(fā)等知識(shí)點(diǎn)。課前將中國大學(xué)MOOC 上河海大學(xué)開設(shè)的“物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)綜合實(shí)踐”的在線資源推送給學(xué)生，并將學(xué)生隨機(jī)分組。通過線上教學(xué)平臺(tái)，教師可實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況并且實(shí)施有針對(duì)性的監(jiān)督和指導(dǎo)，引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課堂知識(shí)的熱情和解決問題的興趣。

（2）課堂教學(xué)。該環(huán)節(jié)是學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)與實(shí)踐技能的關(guān)鍵步驟，結(jié)合目前疫情的常態(tài)化趨勢(shì)，線上與線下相結(jié)合的混合教學(xué)模式已成為較為高效與靈活的教學(xué)形式[9]。在課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，任課教師參考教案首先從物聯(lián)網(wǎng)工程架構(gòu)的角度對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行分解和剖析，使學(xué)生深入了解設(shè)計(jì)與規(guī)劃的目標(biāo)。例如，一個(gè)完整的智慧建筑系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)按照物聯(lián)網(wǎng)層次架構(gòu)分析，包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。因此，典型智慧建筑系統(tǒng)架構(gòu)可擴(kuò)展為辦公樓建筑生態(tài)環(huán)境感知系統(tǒng)、辦公樓建筑基礎(chǔ)設(shè)施智能監(jiān)控系統(tǒng)、管理與服務(wù)系統(tǒng)、電子服務(wù)平臺(tái)和運(yùn)行服務(wù)平臺(tái)等。其中，辦公樓基礎(chǔ)設(shè)施智能監(jiān)控子系統(tǒng)又可以分解為大樓各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施控制，如燈光控制、空調(diào)控制、窗簾控制、電器控制和多媒體智慧終端等嵌入式感知和通信能力，具備可監(jiān)控可管理的功能，從而實(shí)施智能化的控制模式。辦公樓管理與服務(wù)子系統(tǒng)可分解為門禁管理系統(tǒng)、考勤管理系統(tǒng)、收費(fèi)管理系統(tǒng)、會(huì)議報(bào)到系統(tǒng)等[6]。其次，以“項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)，任務(wù)引領(lǐng)學(xué)習(xí)”的方式展開課堂教學(xué)，以某個(gè)典型的智能建筑園區(qū)規(guī)劃與設(shè)計(jì)項(xiàng)目為應(yīng)用場(chǎng)景，圍繞其設(shè)計(jì)若干子項(xiàng)目，包括物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需求分析、邏輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心與物聯(lián)網(wǎng)安全設(shè)計(jì)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和工程實(shí)施與管理維護(hù)，從工程實(shí)施方法論的角度，按照工程邏輯開展課堂教學(xué)，將學(xué)生需要掌握的理論知識(shí)融合在項(xiàng)目的分析和實(shí)施過程中，通過不同階段子項(xiàng)目的方案設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生以工程思維來了解物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)的任務(wù)和方法，并應(yīng)用到今后具體的工程建設(shè)中，逐步具備規(guī)劃與設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)工程的能力。

（3）鞏固復(fù)習(xí)。課后教師可以使用頭歌或畢博平臺(tái)將課堂上的重難點(diǎn)推送給學(xué)生，并督促學(xué)生完成學(xué)習(xí)平臺(tái)上的章節(jié)知識(shí)測(cè)試。教師線下對(duì)學(xué)生存在疑惑的問題作進(jìn)一步解答，使學(xué)生進(jìn)一步消化課堂知識(shí)并得到提升。例如，教師在講解辦公樓管理與服務(wù)子系統(tǒng)即門禁管理系統(tǒng)時(shí)，課后將本設(shè)計(jì)延伸到異常情況下的門禁報(bào)警數(shù)據(jù)是否可以上傳到云端，對(duì)異常圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和分析，進(jìn)一步減少安全事故的發(fā)生。另外，DAS 門禁管理系統(tǒng)相比其他門禁應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于采用的數(shù)據(jù)庫便于與第三方數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)接和集成。通過對(duì)比設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了工程教育專業(yè)認(rèn)證以學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向與持續(xù)改進(jìn)的理念，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐精神和創(chuàng)新能力。

（4）考評(píng)反饋?？己酥饕ㄆ綍r(shí)作業(yè)練習(xí)、單元測(cè)驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)踐和期末考試四部分內(nèi)容。平時(shí)作業(yè)練習(xí)一般是教師針對(duì)本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容結(jié)合相應(yīng)實(shí)際應(yīng)用案例布置的練習(xí)題，比如在課程第三章的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)結(jié)束后，布置相應(yīng)的如“針對(duì)智能家居設(shè)計(jì)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)，完成全方位監(jiān)控管理”，在第四章的數(shù)據(jù)中心與物聯(lián)網(wǎng)安全設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)結(jié)束后，可基于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)布置相應(yīng)的如“任選一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)實(shí)訓(xùn)仿真平臺(tái)與新大陸物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)（NLECloud），嘗試根據(jù)云平臺(tái)上的策略工具實(shí)現(xiàn)具體的功能，完成某個(gè)場(chǎng)景下的云端智能控制”。

OBE 能力導(dǎo)向教育對(duì)課程考評(píng)體系提出了新要求，提出多樣化、多階段的過程性考核對(duì)于學(xué)生能力的評(píng)價(jià)更為合理。因此，除了常規(guī)的平時(shí)作業(yè)以外，單元測(cè)驗(yàn)可設(shè)置為1 ～2 周一次，主要考核學(xué)生對(duì)于本周內(nèi)學(xué)習(xí)的基本理論知識(shí)和項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)的知識(shí)點(diǎn)的掌握情況；教師可以通過慕課堂后臺(tái)實(shí)時(shí)看到學(xué)生的學(xué)習(xí)與答題情況，分析成績分布規(guī)律，在教學(xué)中實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果與反饋，從而及時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整教學(xué)方法，學(xué)生通過查看作業(yè)的評(píng)價(jià)與反饋，更加清楚學(xué)習(xí)過程中的薄弱環(huán)節(jié)并及時(shí)強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果[10]。

另外，實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)可將智能建筑園區(qū)控制系統(tǒng)中劃分出的若干個(gè)子系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)任務(wù)分配給項(xiàng)目小組，每個(gè)小組的學(xué)生分別對(duì)應(yīng)需求、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等角色，按角色完成一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與實(shí)施的全過程，教師在學(xué)生分組設(shè)計(jì)過程中提供針對(duì)性指導(dǎo)。通過各小組學(xué)生介紹合作規(guī)劃與設(shè)計(jì)的總體方案、實(shí)驗(yàn)演示及回答問題、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等階段完成考核與評(píng)分，從而獲得一定的實(shí)踐環(huán)節(jié)分?jǐn)?shù)。

相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，基于綜合能力考查的多元化考核方式能夠形成正反饋的全過程，將過程中的階段測(cè)試與結(jié)果考核進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，便于構(gòu)建科學(xué)有效的課程考核與評(píng)價(jià)體系與機(jī)制[7]；師生的互動(dòng)環(huán)節(jié)也有效地促進(jìn)了教與學(xué)，有力支撐了OBE 理論強(qiáng)調(diào)的“通過傳授知識(shí)，培養(yǎng)某種能力”的課程目標(biāo)。

3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的優(yōu)化

3.2.1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

以專業(yè)教師所承擔(dān)的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)科研項(xiàng)目與物聯(lián)網(wǎng)學(xué)科競賽課題作為驅(qū)動(dòng)力，推動(dòng)創(chuàng)新型開發(fā)與實(shí)踐項(xiàng)目的建設(shè)，與區(qū)域智能制造等優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)緊密銜接，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新應(yīng)用能力，樹立團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。一方面，鼓勵(lì)學(xué)生積極準(zhǔn)備并參加高校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新大賽、全國大學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)大賽、程序設(shè)計(jì)大賽、數(shù)學(xué)建模大賽、RoboCup 機(jī)器人世界杯中國賽與“藍(lán)橋杯”全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽等權(quán)威性賽事，強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力。其中許多比賽項(xiàng)目已經(jīng)具有豐富的辦賽基礎(chǔ)，歷年積累的典型案例和競賽題目能夠反映技術(shù)前沿，對(duì)課堂內(nèi)外形成有益補(bǔ)充。在此基礎(chǔ)上，教學(xué)組老師依據(jù)因材施教的教育理念，設(shè)計(jì)難易程度不同的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。另一方面，依托物聯(lián)網(wǎng)工程系教師所研究的前沿創(chuàng)新領(lǐng)域縱橫向科研項(xiàng)目，涉及到區(qū)塊鏈、LoRa 與NB-IoT 傳輸技術(shù)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星定位、Android 移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)、嵌入式智能識(shí)別技術(shù)等，從中凝練出難度不等的創(chuàng)新科研實(shí)踐課題，經(jīng)過專家審核組建學(xué)生實(shí)驗(yàn)課堂試題訓(xùn)練庫。

3.2.2 可擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)?zāi)K和平臺(tái)研發(fā)

近年來，為了使人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求合軌，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室陸續(xù)購置RFID 物流應(yīng)用、智能家居和智慧農(nóng)業(yè)等實(shí)訓(xùn)集成設(shè)備、工具箱等，集成了多個(gè)開發(fā)板和傳感節(jié)點(diǎn)，但設(shè)備數(shù)量偏少且核心組件跟不上物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日新月異的發(fā)展，通用性與可擴(kuò)展性不足，使用方式靈活性欠缺。目前物聯(lián)網(wǎng)新興技術(shù)發(fā)展迅速，NB-IoT 模組、LoRa 模塊、智能網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)、云平臺(tái)與云存儲(chǔ)等，對(duì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)環(huán)境提出了新要求。以Arduino 系列開發(fā)板、樹莓派等新技術(shù)為代表的易擴(kuò)展型開發(fā)板近年來受到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用，技術(shù)日益成熟且使用便捷，各種云平臺(tái)資源，例如中移物聯(lián)OneNET、華為云、阿里云、騰訊云等為用戶提供了方便、高效的服務(wù)，在課程建設(shè)過程中教學(xué)組通過自主設(shè)計(jì)開發(fā)、購置擴(kuò)展模塊與組件等途徑構(gòu)建了用于教學(xué)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，例如“物聯(lián)網(wǎng)工程智能創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”研發(fā)的智能家居組件，在這些平臺(tái)上學(xué)生可以進(jìn)行二次開發(fā)，后續(xù)還可以繼續(xù)擴(kuò)展其他創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，以滿足“新工科”背景下對(duì)于創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求。

3.2.3 虛擬仿真平臺(tái)的開發(fā)和應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)對(duì)硬件的要求較高，但高校的硬件設(shè)施很多不能完全滿足學(xué)生實(shí)踐的需求，虛擬仿真平臺(tái)可以有效地解決在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)設(shè)備方面投入不足導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)器材設(shè)備落后，實(shí)驗(yàn)局限于嵌入式方向?qū)τ诤唵卫碚摰尿?yàn)證，以及對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)中的智能模塊實(shí)驗(yàn)支撐較弱的問題。虛擬仿真技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、傳感技術(shù)和人工智能技術(shù)等虛擬化現(xiàn)實(shí)生活環(huán)境的一種仿真系統(tǒng)，形成了一種高端化的人機(jī)交互界面與接口。例如，在物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目化開發(fā)過程中結(jié)合所涉及到的各種通信傳輸模塊和傳感器模塊等，將涉及的各種開發(fā)板做成模型為學(xué)生提供選型。另外，將每一款開發(fā)板的芯片手冊(cè)、硬件原理圖等學(xué)習(xí)資料導(dǎo)入仿真平臺(tái)，學(xué)生可以通過查閱資料在教師的指導(dǎo)下學(xué)習(xí)模塊的開發(fā)，在此基礎(chǔ)上可以根據(jù)具體需求結(jié)合仿真軟件如MATLAB、LabView、OMNet++等開展仿真實(shí)驗(yàn)。在物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)過程中，教師可將物聯(lián)網(wǎng)工程實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)嵌入到虛擬仿真平臺(tái)上，使得學(xué)生學(xué)習(xí)方式更加靈活、多樣，能夠自主地設(shè)計(jì)和構(gòu)建復(fù)雜的物聯(lián)網(wǎng)工程系統(tǒng)，逐步構(gòu)建起一套多層次、多元化和模塊化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用和創(chuàng)新能力。例如，在疫情防控背景下物聯(lián)網(wǎng)工程系搭建“基于RFID 的防疫物資城市調(diào)配”虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使得本專業(yè)課程被評(píng)為江蘇省首批虛擬仿真實(shí)驗(yàn)類的一流本科課程。

3.3 師資體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

近年來，國務(wù)院陸續(xù)頒布了《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實(shí)施意見》和《關(guān)于深化產(chǎn)教融合的若干意見》等文件，明確說明要強(qiáng)化校企合作與協(xié)同育人策略的實(shí)施，探究校企之間合作的創(chuàng)新機(jī)制，激勵(lì)高校教育融入企業(yè)需求與前沿技術(shù)，構(gòu)建產(chǎn)教融合的新型育人體系。很多高校積極探索校企課程共建，邀請(qǐng)企業(yè)工程師、學(xué)校任課教師與系部主任多角度商定人才培養(yǎng)模式與教學(xué)大綱。按照市場(chǎng)對(duì)人才的實(shí)際需求和應(yīng)用技能等綜合素質(zhì)，確定課程體系，選擇課程內(nèi)容。校企協(xié)同開展課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)的指導(dǎo)，由產(chǎn)業(yè)教授、行業(yè)專家對(duì)現(xiàn)有師資進(jìn)行培訓(xùn)?？紤]到物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)發(fā)展較快的特點(diǎn)，這樣的發(fā)展思路對(duì)于本門課程的改革具有啟發(fā)性的作用。

現(xiàn)有高校的“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)課程”人才的培養(yǎng)目標(biāo)難以適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求，作為教學(xué)活動(dòng)的引導(dǎo)者，教師要有更扎實(shí)的理論知識(shí)和更高的行業(yè)眼界。在理論學(xué)習(xí)方面，利用中國大學(xué)MOOC 網(wǎng)、愛課程等國家精品和省級(jí)一流在線開放課程的學(xué)習(xí)資源緊密關(guān)注前沿教學(xué)內(nèi)容，鼓勵(lì)任課教師在慕課上建設(shè)獨(dú)立/同步SPOC，在超星、爾雅等電子資源平臺(tái)上建設(shè)線上課堂，線下組織精品課程的學(xué)習(xí)與聽課，進(jìn)一步提升教師的理論水平。高校應(yīng)該注重培養(yǎng)“雙師型”教師，聘請(qǐng)企業(yè)工程師對(duì)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)教師進(jìn)行專業(yè)師資培訓(xùn)，使得教師有更多機(jī)會(huì)參與到企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)生活中去，掌握企業(yè)應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)，從而提高教師對(duì)于該門課程教學(xué)的質(zhì)量與水平。

為此，開設(shè)本課程的物聯(lián)網(wǎng)工程系與企業(yè)合作，逐漸建立多個(gè)校企合作基地，申報(bào)立項(xiàng)教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”教學(xué)改革實(shí)踐等，依托項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生有機(jī)會(huì)接觸市場(chǎng)的實(shí)際需求與行業(yè)的前沿技術(shù)領(lǐng)域，通過參與實(shí)際物聯(lián)網(wǎng)工程項(xiàng)目，幫助學(xué)生構(gòu)建起工程能力體系，鍛煉學(xué)生的工程實(shí)踐動(dòng)手能力與應(yīng)用創(chuàng)新能力，為今后深入學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和走向工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié) 語

“互聯(lián)網(wǎng)+”與傳統(tǒng)行業(yè)加速融合，以“新工科”建設(shè)與省級(jí)一流專業(yè)建設(shè)要求為導(dǎo)向，結(jié)合“物聯(lián)網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)”課程的特點(diǎn)與目標(biāo)，從教學(xué)情況及面臨的問題出發(fā)，對(duì)于教學(xué)模式缺乏多元化創(chuàng)新、現(xiàn)有教學(xué)資源偏理論化和碎片化、實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)不能滿足課程建設(shè)要求和教師隊(duì)伍知識(shí)結(jié)構(gòu)有待完善等問題，借鑒CDIO 教育模式，以綜合能力培養(yǎng)為目標(biāo)，從改革優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和師資體系結(jié)構(gòu)出發(fā)，將思政教育貫穿全教學(xué)環(huán)節(jié)，結(jié)合線上線下混合式的“4+3+4”教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和學(xué)習(xí)興趣。通過校企合作、協(xié)同育人，將人才培養(yǎng)目標(biāo)與企業(yè)需求接軌，進(jìn)一步結(jié)合虛擬仿真平臺(tái)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽和科研項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)踐育人環(huán)節(jié)，優(yōu)化師資體系結(jié)構(gòu)，最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力和解決復(fù)雜工程問題能力的目的。