基于CDIO的物联网技术专业课程群建设研究.pdf

九江职业技术学院学报九江职业技术学院学报（舒展：基于CDIO的物联网技术专业课程群建设研究）2023.137基于CDIO的物联网技术专业课程群 建设研究舒展（九江职业大学，江西九江332000）摘 要：课程群建设是以专业人才培养目标为导向，系统地将专业课程进行合理规划、管理以及深度 融合的一种教学改革形式。物联网技术专业作为交叉型应用学科，在专业建设中普遍存在着 课程设置缺乏层次、课程之间关联薄弱、课程脱离项目实践、课程教师缺乏沟通独立施教等 问题。对于以培养应用型人才的交叉型学科来说，进行系统化的教学改革势在必行。通过以 CDIO项目化工程教育理念为引导，以专业为整体进行资源优化和课程交叉融合的教学改革，对于推进应用型人才培养模式的改革与创新具有重要意义。关键词：物联网课程群；教学改革；CDIO模式中图分类号：G641 文献标识码：A 文章编号：1009-9522（2023）01-0037-050引言引言物联网作为国家新兴战略性产业，其技术体系 承载了大数据、云计算、边缘计算以及人工智能等 多项技术，技术层面涉及传感层、网络层和应用层 三个层面，属于新兴的交叉型应用学科。从产业趋 势来看，产业主体正在由移动互联往物物互联的方 向演进，应用遍及医疗健康、身份认证、远程智能 控制、运动健身、家居安防等多个领域，随之也将 带来更多的就业岗位，而与此同时，产业的发展也 导致人才市场需求要求更加全面的专业技能和实践 综合能力。在新工科教育改革的背景下，各校都在 探索研究应用型人才培养模式的改革与创新，其中 CDI0模式作为一种工程教育理念，在全国多所高 校的教育改革应用中，取得了较为显著的成果。有 的研究通过应用任务驱动、项目分解和经验递进原 理来进行软件类课程体系建设；有的研究则采用 CDI0模式对教学设计和教学组织形式与指导方法 进行的研究和改革；也有的研究以工程背景教师 参与以及优化课程教学设计来提高对学生工程实践 的培养，除此以外，还有的研究以形成一体化专 业课程体系作为研究目标，提出了“连接-合并”结构方式以及课程群整合案例方式。1 CDIO模式的基本原理模式的基本原理CDIO是将产品研发到产品运行之间的生命周 期划分为构思（Conc eive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operat e）四个阶段，用综合 的工程培养方式来培养学生的工程基础知识、个人 能力、人际团队能力和工程系统能力。CDI0模式 的核心是将项目化思维融入教学过程，经过阶段化 的分解与引导，在学生掌握基础知识的基础上，调 动学生的主体自觉性，通过开放性思维训练和团体 协作方式，来培养学生的工程实践能力。收稿7 期：2022-04-04作者简介：舒展，女，江西九江人，硕士，讲师，研究方向为物联网技术、软件开发。基金项目：2018年江西省高校人文社会科学研究项目“基于CDIO的物联网技术专业课程群建设研究”（项目编号:JY18219）。九江职业技术学院学报九江职业技术学院学报Journal of Jiujiang Voc at ional&Tec hnic al College2023.1382物联网课程群建设的意义物联网课程群建设的意义物 技术专业作为一个跨专业学科，其具有及专业科目 多、多等特点，特别是对于高职院校学，学 遍认为专业多、难、实 力要 高，同时学生还存在对专业整体理解不足、对 间关联性认知。在这种，体系化的课综合建设，明确 间的 和延续关系，加深间的融合和 关系，不仅可以提升专业力，全 专业资源，强化专业竞力。群建设是 体系为基础，程协同组合为手段，互补为目的，于专业特色，合理统合专业主干，来形 目工,实 教学，来建立多 全面化评价考核体系，促进并推动专业教育模式改革。3基于基于CDIO的物联网课程群教学改革的物联网课程群教学改革3.1“基础-专业-综合”层次化课程群体系物联网技术体系涉及传感层、和应用层三个，专业知 及电子信息、传感器技术、技术和程序编程与设计等多个。本研究以 CDI0 为,目实训为目标，将专业课程划分为“基础-专业-综合”三个，具体课划分 如图1所示。其中，基础 群以掌握基础知识和培养学 手操作能力为主，基本电子技术基础、基本 技术 及 序设计基 础等；专业 群则主要 全面的专业知识及训练学生的设计 维能力，不仅 传感器技术、单 技术、技术、技术物 传感层和 的专业知识，设计 的相关技术知识；而综合 课群则侧重于系 综合项目实训和 学 行 自主创新，包括嵌入式技术、Android项目开发等 实践性项目课程。基础 专业 综合电工电子技术 数字电子技术 计算机网络 c语言程序耐 物联网概论 数据库技术与应用网络互联技术 面向对象程序设计(Java)单片机技术 传感器与检测技术 自动识别技术 无线组网技术 电子电工实训嵌入式技术Android项目开发物联网编程技术单片机仿真实训物联网项目策划与实施 企业项目实训图1物联网专业“基础-专业-综合”层次化课程群体系然后，在“基础-专业-综合”三个层次中再 前后的关联关系，以CDI0 为 来 建体系 设。物 技术专业设计 上涉及电子设计、设计和 设计,实现 上则涉及 实现、实现和 实现，而运作 上则是由、和 综合化的综合项目实训来体现，如图2所。设计 上：1)电子设计 电工电子技术 基础的电子电 基础知，电子技术 深入学 电子 关知，传感器与检测技术 则用于对物 传感层的各个传感器原件的 原理和 全面的学习；2)设计 则是 计 为基础，后互联技术 对 技术 深入的学习，全掌 配置、部署和设计；3)设计 iC 言程序设计为入门，随后深入学 对象序设计，掌 一 的 序设计 力，同 学 后 台 部 关技能，为实现 和运作 做准备。图2物联网专业基于CDIO模式的层次化课程群体系实现 上：1)实现，电子 电工实训 学 的电 设计和实现 力，单 技术 将电子电、电、C 言 三门 综合深，目 教学，训 学的 设计和编 力，技术加深学生对物 专业技术的了解，掌握基于单片技术和传感器技术的射频、二维 多种物 技术；2)实现，九江职业技术学院学报九江职业技术学院学报(舒展：基于CDIO的物联网技术专业课程群建设研究)2023.139组网技术课程在c c 2530单片机技术的基础上融入 zigbee无线组网技术，训练学生掌握并实现zigbee 组网和Z-St ac k通讯；3)软件实现方面，Android 项目开发课程，用于锻炼学生的项目设计和开发能 力，而物联网编程技术则采用pyt hon语言进行教 学，衔接底层开发和应用层开发，提升学生的编程 技术 力。在运作层面，通过项目运作的方式，从嵌入式 技术、物联网综合项目开发和企业实践项目开发三 个角度展开教学，层次递进地使学生掌握专业化、综合、实 的 目 设计、和运作 力。3.2“融合-共享”的课程协同模式课程群建设不仅应该从人才培养目标出发，针 对人才市场需求，对专业课程规划进行全局化构 建，还应从教学资源最优化，优势互补、资源共 享、团队共建等方面来达到资源的优化，形成一个 系统而全面的整体化教学体系。通过对物联网技术专业对应岗位人才需求的知 识与技术结构进行调研，在设置合理的课程群体系 的基础上，针对大专学生的特点和优势，以精准稳 固的基础知识教学为学生打好牢固的理论基础，再 以项目化专业实训课程对学生的动手能力进行提 高，层层递进、逐步深入地使学生的整体素质得到 提升和发展。在此过程中，有效统合各个课程，精 简课程间的重复性内容，有针对性地构建“融合-共享”的课程协调模式，将极大地提高教学效率、优化教学资源利用情况、增强课程群任课教师之间 的沟通交流、加强专业体系内的课程联结与紧密 性。物 专业 的 性和 性的 特 征，分别建立融合型综合教学项目和共享型教学案 例库，来对教学资源进行配置优化和重点开发。1)建 融合 综合教学 目物联网应用技术专业知识涉及面广、应用性 强，各个专业课程之间的相互依赖性较高，前后延 续性强，对于学生的动手实践能力要求较高，而且 专业课程的专业性较强，课程的项目内容多种多 样，在没有整体统筹性的规划下，容易出现各门课 程过分独立，项目任务彼此割离，或者是出现知识 点重复、项目训练相互冲突等情况。本研究以 CDI0模式的工程化体系为引导，结合物联网专业，建物 融合 综合教学 目，分为基于android和java的应用层开发项目和物联网 综合应用仿真设计项目，其中具体的课程与涉及项 目层次如表1、表2所示。通过建立融合型的综合 教学项目，以项目为核心，将多门课程进行有序融 合，既能让学生从层次结构上理解物联网专业课程 之间的关联，还能够将分散的教学资源进行集中配 置，构建更适合培养学生工程化素质的综合类实训 目。表1基于android和java的应用层开发项目 涉及课程及项目层次基于android和 java的应用层 开发项目课程名称项目层次面向对象程序设计(JAVA)组件设计、开发android 目应用设计、界面规划、应 用开发数据库技术与应用后台数据库存储、管理与 维护物联网编程与应用平台设计与开发表2物联网综合应用仿真设计项目涉及课程及项目层次物联网综合应用仿真设计项目课程名称项目层次物联网项目策划与实施项目系统设计、子项目部署传感器与检测技术传感层硬件配置与调试技术射频元件配置与调试计网络部署与规划技术无线传感网部署、配置与调试Android 目应用设计、界面规划、应用开发物联网编程与应用平台设计与开发2)建 教学案现 的物 教学案，大多 于单个课程内部，但物联网专业的专业特性决定了专 业 之间的关系是 互间 所、所 续的 复杂综合状态。譬如传感器与检测技术课程的应用 项目，是属于物联网综合项目中传感层的各个监测。本研 基于物 专业的专业特性，建 通用共享型的教学案例库，打破了以往课程之间存 在的壁垒，减少了因重复冗余而造成的课程间资源 消耗，确立起了以CDI0模式为主导的课程群内部 九江职业技术学院学报九江职业技术学院学报Journal of Jiujiang Voc at ional&Tec hnic al College2023.140课程间相互联合互补的课程群模式。图3物联网综合项目设计结构图以一个完整的物 综合项目设计阶段为例，首先 目总体分析和设计，目 设计目规划、结构和，然后分别从 和软件两个 目设计，如图3所。其中目要 所需要的传感器类和数量，合适的 技术与产品，设计要求的；而 则 与用互的前端设计，种所 的设计和实现具体 的 设计”教学案由物 技术的教学 同打造，综合项目的需求，汇聚多门 的专业案例，形成一个整合的完整的项目案，筹的 增间的 性，各个 的案 仅 实现的教学，整体项目的演 现其在物 体系中的具体作用。教学案，使得学 仅 学习到对应专业课程的具体的专业知识和技能，够从物 整体 层更加直观地了解到所学 的 和。3.3“个人-团队”综合考核体系在采用CDIO 的基础上，计的高职学生的实际教学，将项目 划分为基本项目实现、项目 设计、项目运行调试这三个，同“个人-团队”双标准考核的综合 体系对学，具体 标准见表3。在基本项目实现，主要 学生对项目的准确，正确地 目分析，将抽象的提 体的 标，体的 标和 的设计、部署与。目进设计，则是针对学 力和动手能力较强的学生，在完成基本项目实现后，提供23个 的对项目系 强化的项目要求，训练学 力的同时，激发学生之间相互的竞争意识，学生整体。目运行调试，是对项目 收，根调试和演 的，合 目 的要，学 体的现象加深对整体项目的理解，同 学生掌 目 的 和手段。表3基于CDIO模式的“个人-团体”考核体系考核 项目考核标准个人考核团体 考核基本项目 实现1.按要求完成项目的硬件部署与雌；2.按要求完成项目的软件程序设计；个 人在团 体内所 承担的 任务分 工进行 考核根据项目完成度进行考核目功能设计在原有项目任务的基础上，进行新增 的设计与实现；项目运行 调试对项目进行运行演示，通过调试进行目；在采用基于CDI0模式的“个人-团体”考核 体系教学实 中，学 反馈项目 更加清晰，评分准确透明，项目演 直观，合，的专长 合理的分工，间 互 和竞争。不少同学为 够完成更有难度的 取更高的分数，不仅 研，还积极与其他同学。实践证明，基于CDI0模式的“个人-体”体系 仅 够从、设计、实现和运作角度对学 全面性的，够从个人层激 个 的 性和竞 意，够从 体部 和协作”体系不仅能够完教学 目，分 的 要 对 同能力水平的学，能够准确地了解学生对项目知识的掌，够有效地调动学生的观 性，激发学生的 心，调动学 一步深入钻研的学习兴趣。4针对物 技术专业的课程群建设，从CDIO的四个 要求出发，以增强学生竞 力、提高素质、提高教学效率为目的，构建了“基 础-专业-综合”群体系，建设了“融合-”的 协同，“个-”九江职业技术学院学报九江职业技术学院学报(舒展：基于CDI0的物联网技术专业课程群建设研究)2023.141综合考核体系进行教学考核。实践证明，上述研究 成果不仅能够对教学资源进行精简、融合与优化,提升课程的整体综合性，提高教学质量和教学效 率，还能增强专业内相关课程间的联系，促进教师 间的相互交流，同时通过采用综合型课程考核方 式，对学生进行全面的项目化工程化考核，训练培 养学生的综合工程素质和项目技能，更有利于培养 复合型项目化技术人才。参考文献1程欣.CDI0理念下基于室内效果图制作过程的软件类课 程群构建城市建筑,2019(16)：0-41.2李广琼，陈荣元，黄少年，等.基于工程教育模式的计算 机网络工程课程群教学改革研究与实践J.科技视界,2020(29)：19-22.3姜万昌，郭树强，苏畅，等.CDI0模式下软件专业工程类 课程体系优化研究J无线互联科技,2020(7)：90-91.4孔凡文，李丽红,周秀丽，等.基于CDI0模式的MEM专 业学位研究生课程体系优化J.中国多媒体与网络教学 学报,2019(9)：30-31.5杨晓欢，吴珊，张仕霞.基于CDI0模式的Java课程群实 践教学体系研究以西南财经大学天府学院为例J.信息与电脑(理论版)，2020(1)：232-233.On CDIO-based Curriculum Group Construction for IoTShu Zhan(Jiujiang Voc at ional universit y,Jiujiang,Jiangx i,332000)Abstract:Guided by t he t alent t raining goal,t he c onst ruc t ion of c urric ulum group is a f orm of t eac hing ref orm t hat syst emat ic ally plan，manage and deeply int egrat e t he prof essional c ourses.As an applied int erdisc iplinary c ourse，t he Int ernet of Things t ec hnology major generally has problems in prof essional c onst ruc t ion,suc h as lac k of hierarc hy of c urric ulum,weak c orrelat ion bet ween c ourses,det ac hment of c ourses f rom projec t prac t ic e,and lac k of c ommunic at ion and independent t eac hing by c ourse t eac hers.For t he c ult ivat ion of applied t alent s,it is imperat ive t o c arry out syst emat ic t eac hing ref orm.Guided by t he CDI0 projec t-based engineering educ at ion c onc ept，t he t eac hing ref orm of resourc e opt imizat ion and c ross-int egrat ion of c ourses wit h prof essionalism as a whole is of great signif ic anc e t o promot e t he ref orm and innovat ion of applic at ion-orient ed t alent t raining mode.Key words:IoT c urric ulum group；t ransf ormat ion of educ at ion；CDI0 Model