2011年工业和信息化部制定并印发《物联网“十二五”发展规划》,要求在已具备的技术、产业和应用基础上大力发展物联网,在关键核心技术上攻坚克难,使物联网技术体系逐步完备并实现产业化。产业的发展需要人才的支持,教育部2010年开始增设物联网工程专业,以期为物联网相关产业培养高素质人才。毕业生已过三届,但物联网工程专业的培养方案仍有待修订,其培养方案与课程体系还在设计与完善中,作为其重要的专业基础课,课程改革势在必行,如何提升教学效果,更好地为专业人才培养目标服务是个值得探讨的问题。
一、课程教学现状与存在问题
目前传感器的课程内容设置主要有三种:一按工作原理分类讲授,在重点木科高校按照工作原理的讲解居多,这种内容设置系统性好,但传感器种类众多,工作机理复杂,常常涉及物理、机械、电子、材料、化工、环境、地质、核技术等方面知识的交又,对学生相关基础知识的掌握程度要求甚高,不适用于学生基础较薄弱以实践能力培养为主的应用性高等院校。二按被测对,这种分类便于学生理论联系实际,但内容庞杂,知识点系统化存在难度,同一测量参数涉及多类传感器,从课程角度很难一一涉猎。且信息技术发展迅速,内容容易缺乏时效性,对于新型传感器的应用十分考验学生融会贯通、举一反三的能力。三按项目应用,项目应用教学注重学生动手能力的培养,很多教学研究论文都有提及,主要应用于高职高专、应用型木科院校。由以课木理论知识为中心转变为以工程项目为中心,由以课堂教学为中心转变为以实训操作为中心,可以极大提高学生学习兴趣与主观能动性,但容易出现项目实用价值不高、缺乏典型性以及仟务分工与项目实施存在困难等问题。
二、教学改革方式的探索
1.根据物联网专业培养目标整合教学内容
物联网涉及传感、通信与信息处理三个层次,学科交又性强,应用创新是物联网技术的发展核心,传统的传感器课程内容设置不能满足技术创新应用的人才培养目标。从应用出发,将内容模块化。在物联网技术应用中,数据的真实可靠有效是关键,担当数据采集功能的传感器在整个系统的构建中要求学生具备根据系统需求选择传感器的能力,及其对所选传感器应用于实践的能力。
以物联网的典型应用智能家居为构建目标为例,确立数据采集对象,如温度、光照、人体监测、气体等,以其中的气体监测对象为例,不同应用场景需求不一样,传感器的选型也有极大区别,需对气体传感器的分类与工作原理及其主要特性参数有所了解。例如,在厨房,可燃气体的监测,选用前需弄清可燃气体主要成分和安全浓度;若在客厅,空气质量的监测,考虑门窗常开状态,其测量范围与特性参数与卧室门窗常闭的环境亦有所不同。
课堂教学由实际应用案例引出典型传感器,进而解析其选型原因、工作原理、特性参数与使用注意事项。以点带面,内容在于精而不在于多。对于应用型木科院校的物联网工程专业学生来说,理论基础不够扎实,动手能力强,这种教学内容设计便于学生案例重建,提升学习兴趣,主观上愿意深人了解传感器的相关特性及应用,进而举一反三,融会贯通。
2.加强课堂教学形式的组织与教学过程的设计,提升课堂教学效果
课堂教学从案例出发,案例实物演不或者成熟案例视频演不,学生总结案例作品功能,教师从型号、主要参数、工作特性、工作原理、优缺点、使用注意事项等方面着手剖析案例所用传感器,并找出同类传感器,组织学生进行讨论,叙述其是否可替换及其缘由。最后由教师总结该类传感器工作原理、工作特J吐及其选型注意事项等。学生可提前准备相关传感器的资料以备课堂讨论需要,从实际应用出发,模拟案例设计中的方案讨论环节让学生参人设计,提升课堂教学效果。
3.多元化考核,促进学生传感器应用能力的提升
考核分为实践考核和理论考核两大模块。其中理论考核分为平时课前复习提问和期末理论试题考核,平时课前复习提问主要考核学生对上节课重要理论知识的掌握程度;期末理论试题考核以书面形式考查学生对传感器工作原理、基木特性等重要理论知识的掌握程度。实践考核分实验考核和课程设计两部分,实验部分主要针对某一类传感器的应用,例如,霍尔传感器的工作特性测试、霍尔测速等;课程设计要求学生根据指定选题从课题前期资料调研、方案设计、可行性分析、到系统构建、系统调试与测试完成一个传感器应用的系统设计与实现。
三、总结
传感器课程发展历时良久是经典课程,不乏各类精品教材与精品课程网站,但针对物联网工程这个新兴专业的特殊需求,其教学内容、教学方法与形式、考核方式等都需结合学生实际特点不断完善与创新。