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职业学校物联网专业实践教学体系改革探索
作者：江帆
来源：《江苏教育研究》2019年第03期
摘要：针对当前职业学校物联网实践教学体系中存在的体系结构不完整、重理论而轻实践、缺少高水平实践教学平台等问题，构建了“一个主体、两大平台、三类培养”的物联网专业实践教学体系，以理实一体为主要教学模式，以实验实训、校企合作两大平台为依托，着重培养学生的创新能力、就业能力与工程实践能力。该实践教学体系实施以来，形成了“想学、会学、爱学”的学习氛围，有效地提升了学生的实践能力与创新能力。 关键词：教学改革;教学策略;实践教学;教学模式;物联网
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-（2019）01C-0027-04 一、研究背景
近年来，随着高职院校物联网专业规模不断扩大，物联网应用技术专业的学生在数量上不断增加的同时，也出现了与企业需求脱节的现象。物联网作为我国战略性新兴产业，需要大量的技术人才，但企业却很难招聘到合适的毕业学生。究其原因，是当前职业学校的物联网专业实践教学体系存在问题。
一是缺乏基于职业岗位能力的成熟的人才培养模式。其课程体系、知识结构、实践能力培养等方面还处于初级阶段，未形成完整的体系。二是重理论而轻实践。教师在日常教学过程中往往注重理论知识的传授，忽视了项目实践的重要性。三是缺少综合性的高水平实践教学平台。目前，大多数的物联网教学平台是基于计算机专业的教学平台，没有专门化的物联网专业的实践教学平台。四是传统的课堂教学模式已经无法适应多学科融合的物联网专业特性。 为此，江苏联合职业技术学院苏州工业园区分院以“夯实专业基础，注重学科交叉，强化工程实践，培养创新能力”为思路[1]，以提升实践能力为突破口，进行物联网专业教学改革，调整教学策略，构建“一个主体、两大平台、三类培养”实践教学体系。 二、物联网专业实践教学体系教学改革探索
物联网技术属于多学科交叉融合的技术，其显著特点是重理论、强实践、厚基础、求创新、促应用。通过对企业岗位需求的分析，对原有的实践教学环节加以调整，采用新的教学策略，重新构建教学模式，以提高学生的动手能力。同时，需要考虑学生是否可以完成物联网相关应用领域的开发能力。[2]物联网专业实践教学体系包含以下三个方面。 （一）一个主体：理论与实践相结合的理实一体化教学体系
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物联网专业的教学过程应遵循由浅入深、由易到难、逐步递进的原则，理论基础为实践教学取得良好的教学效果奠定了坚实的基础，实践教学对理论知识起到引导、检验、巩固的作用，同时能够激发学生的学习兴趣。因此，构建理实一体化的教学体系，能够有效解决当前物联网专业教学过程中存在的理论与实践两者关系难以协调的问题。[3]结合学校物联网专业人才培养方案，以物联网专业实践教学工作为依托，提出融理论教学与实践教学为一体的实践教学目标，以专业基础薄弱但学习兴趣浓厚的学生为对象，构建按学年理论教学与按阶段实践教学相结合的一体化实践教学体系。
1.按学年理论教学。按照物联网专业人才培养方案，按照学期逐步开展基础知识理论教学、专业知识理论教学与系统开发理论教学3个部分。基础知识理论教学主要在新生入校后的第一学年（第一、第二学期）开展，主要开设公共基础类课程和通识教育类课程，学生主要学习数学、物理、英语等基础课，“电工基础”“数字电子技术”“模拟电子技术”“C语言程序设计”等专业必修课程，主要目的是增加学生知识的深度与广度，培养学生的自主学习能力与逻辑思维能力，初步掌握物联网系统的基本概念与基础知识。
专业知识理论教学主要在第二学年至第三学年（第三学期至第六学期）开展，主要开设“ZigBee技术”“Java程序设计”“短距离无线通信”“RFID技术”“C#程序设计”等应用性较强的专业基础课程，主要目的是使学生掌握物联网基础知识的核心内容，学习各种物联网技术与方法。
系统开发理论教学主要在第四学年至第五年学年上学期（第七学期至第九学期）开展，根据前三个学年的学习内容，主要开设“C#物联网程序设计”“Android物联网程序设计”“Qt嵌入式应用程序开发”“物联网课程设计”“物联网技术与应用”等个性化较强的课程，教师有针对性地指导学生完成物联网应用程序的设计与开发，学生独立完成一个物联网应用系统，主要培养学生解决实际问题的能力，同时选择课题完成毕业设计项目。
2.按阶段实践教学。在实践教学过程中，根据按学年理论教学的进度，对应设计按阶段逐层递进式的实践教学内容，分为三个层次：公共基础课实践教学阶段、专业课实践教学阶段、项目化实践教学阶段。在公共基础课实践教学阶段，主要教学内容为电子电路设计以及单片机应用。例如，采用IAR软件结合C语言实现点亮流水灯等简单应用，主要目的是使学生掌握简单硬件电路的设计方法，掌握单片机程序开发方法及调试过程，掌握常用软件的使用方法、操作流程、调试及解决编译错误的方法，让学生对简单物联网系统的开发方法与过程形成初步的感性认识。
在实践教学阶段，运用在专业知识理论教学中学习到的专业基础知识，结合学生的学习兴趣以及专业知识掌握程度，设计并开发简单的物联网应用系统，要求包含物联网体系架构中的感知层、网络层和应用层三个层次。通过本阶段的学习，学生能够理解物联网的三层体系结构，掌握每个层次的关键技术、数据接口、通信协议等，能够完成如智能交通系统、智能家居系统、智慧农业系统等综合性较强的项目设计，培养学生综合运用各种物联网核心技术解决实际问题的能力。
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在项目化实践教学阶段，根据物联网专业人才培养方案，将企业真实的物联网项目引入到实践教学体系之中，将其分解、细化，提炼出知识点与技能点，转化为物联网教学项目。学生根据在系统开发理论教学中学到的C#、Java、Qt等编程技术，结合应用背景，完成项目开发，实现物联网应用层的功能。以“智慧城市”应用层开发为例，包含网络通信应用软件开发，PC客户端应用软件开发以及Android端（移动端）应用软件开发，学生通过本阶段的学习，能够掌握应用物联网编程软件实现物联网系统功能的能力。
3.理实一体的问题驱动式教学法。在“一个主体”的教学过程中，以理论知识为基础，以项目实践为导向，坚持理论与实践相结合，按照“学习—实践，再学习—再实践”的教学过程，学生先基于项目内容学习理论知识，然后完成实践操作，在实践过程中遇到困难或不理解的地方，再次学习相关理论知识，然后再完成项目实践，如此不断采用螺旋式增量学习模式，直至最终解决问题，完成项目实践。整个过程始终贯穿“提出问题—分析问题—解决问题—结果评价”的问题驱动式教学方法。[4]
（二）两大平台：知识与应用相结合的教学体系
构建创新型物联网实践教学体系是科学、严谨、复杂的，不仅要求学生具备扎实的专业理论基础，同时还必须具备较强的工程实践能力。“一个主体”的教学方法可以有效地巩固学生的专业理论知识，如何切实有效地提升学生的工程实践能力是构建创新型物联网实践教学体系需要解决的另一个难题。结合学生实践能力较弱，但学习兴趣浓厚这一学情，以具体的物联网项目开发为主线，以提升学生的物联网工程实践能力为目标，提出实验实训与校企合作两大平台，实现所学知识与企业应用相结合，为此，重点开展以下两个方面的工作。
1.实验实训平台建设。结合学校实际情况，将实验实训平台建设分为两期进行。第一期主要完成物联网专业基础实验平台的建设，包括物联网移动互联教学科研平台、全功能物联网教学科研平台、物联网综合教学平台。第二期主要完成物联网项目大数据信息融合应用系统的建设，包含两个方面，一是物联网项目应用系统建设，包括智能交通实训系统、智慧农业实训系统、智能家居实训系统、物联网工程综合实训系统;二是基于云计算的大数据处理与信息分析系统，主要用于对物联网实训系统的数据进行分析处理，提供决策支持。[5]
物联网实验实训平台主要用于提升学生的工程实践能力，同时也可用于教师完成科研课题。利用实验平台的教科研功能，学生可参与教师科研项目的设计、开发、测试等工作。学生通过参与教师的科研课题，锻炼自身的创新能力与实践能力，及时了解学科的最新动态，并根据自身特点尽早确定自己的研究方向。
学生还可以利用实验室的资源，申请校内大学生创新设计项目，以项目为载体，以解决问题为目的，在任务驱动下进行自主学习、主动实践。同时，通过创新设计项目，可以提升学生的物联网工程实践能力、解决实际问题的能力和项目管理能力。[6]