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[摘要]針對目前工科教學(xué)中存在的忽視學(xué)生主體地位、缺乏真實實踐環(huán)節(jié)等問題，提出了結(jié)合校企各自優(yōu)勢的項目案例教學(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)工程專業(yè)為例，介紹了幾個不同的項目案例教學(xué)實踐及產(chǎn)生的教學(xué)效果，以期能進(jìn)一步豐富工科學(xué)生的實踐教學(xué)新模式。

[關(guān)鍵詞]新工科;物聯(lián)網(wǎng)工程;項目案例教學(xué)法;教學(xué)實踐;新型教學(xué)模式

繼計算機、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，國家急需大量具有理論素養(yǎng)和實踐能力的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才。2010年7月，教育部批準(zhǔn)了30多所高校開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)。后期又陸續(xù)有更多的高校申報開設(shè)了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，現(xiàn)在已基本形成了物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學(xué)體系和標(biāo)準(zhǔn)。物聯(lián)網(wǎng)作為國家戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，迫切需要大批理論扎實、實踐技能高強的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(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踐環(huán)節(jié)、研究環(huán)節(jié)。每個高校都根據(jù)自身的特色和條件實施了各具風(fēng)格的物聯(lián)網(wǎng)實踐教學(xué)。西安理工大學(xué)也在原有課堂教學(xué)、實踐教學(xué)基礎(chǔ)上，積極探索新型物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)實踐教學(xué)手段，其中采用了校企合作的項目式案例教學(xué)法，旨在企業(yè)真實項目驅(qū)動下，幫助學(xué)生主動建構(gòu)自身的知識體系，提高他們面對實際問題時的綜合分析能力和職業(yè)技能，以主動參與的方式來達(dá)到理論和實踐相結(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題但沒有特定的解決之道，教師是教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計者和激勵者，要最大限度地激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的熱情；學(xué)生則是這種教學(xué)法的主體參與者，通過積極參與、尋找不同的解決思路并開展深層次討論，最后找到解決方案。我們實施的項目案例教學(xué)法是基于案例法框架，聯(lián)合相關(guān)企業(yè)，以企業(yè)的真實項目需求為目標(biāo)，由企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)校教師合作設(shè)立項目案例目標(biāo)、分項模式和評價體系，使項目案例式教學(xué)法得以順利實施，達(dá)到提升學(xué)生學(xué)以致用、獨立開拓等綜合能力的目的。項目案例教學(xué)法相關(guān)研究案例教學(xué)通過模擬或者重現(xiàn)現(xiàn)實生活中的一些場景，讓學(xué)生把自己納入案例場景，通過討論或者研討來進(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，目前已擴展到其他學(xué)科應(yīng)用中。相對于注重課堂教學(xué)的傳統(tǒng)教學(xué)模式LBL（LectureBasedLearning），基于項目的學(xué)習(xí)模式PBL（ProjectBasedLearning）是一種探究式的教學(xué)方式，由美國Barrows教授首創(chuàng)，將學(xué)習(xí)設(shè)置在復(fù)雜、真實的問題場景之中，強調(diào)以學(xué)生的自主學(xué)習(xí)為主，讓學(xué)生在主動學(xué)習(xí)與探究中理解和掌握隱含在問題背后的科學(xué)知識，并逐步培養(yǎng)由半獨立到獨立解決問題的技能和自主學(xué)習(xí)能力。而且部分文獻(xiàn)針對專業(yè)學(xué)位研究生課程教學(xué)方法陳舊、課程內(nèi)容聯(lián)系實際不強的問題，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)計和PBL項目設(shè)計、計劃制訂、活動實施、成果交流與活動評價等方面詳細(xì)闡述了案例類課程PBL教學(xué)法的實施過程。還有一些文獻(xiàn)對“影視作品中跨文化交際”課程的互補教學(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)，而把項目教學(xué)法用于教學(xué)實踐。研究表明基于兩種教學(xué)模式的整合模式會對非英語專業(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)借助問卷調(diào)查和現(xiàn)場訪談等方式，從教與學(xué)雙視角對我國MBA教育中的案例教學(xué)現(xiàn)狀及效果進(jìn)行了分析，從對案例教學(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)效果評價等方面對我國MBA案例教學(xué)實施過程中存在的主要問題進(jìn)行了剖析，并提出了改進(jìn)對策和建議。2018年9月17日，教育部、工業(yè)和信息化部、中國工程院了《關(guān)于加快建設(shè)發(fā)展新工科實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0的意見》。意見提出推廣實施案例教學(xué)、項目式教學(xué)等研究性教學(xué)方法，注重綜合性項目訓(xùn)練。目前還有很多文獻(xiàn)都提到了案例教學(xué)和項目案例教學(xué)，盡管不同文獻(xiàn)的側(cè)重點不同，應(yīng)用學(xué)科也不同，但總體思想類似。共同要求一：案例要具有代表性。運用案例的目的是為了引發(fā)學(xué)生的思考，要使其通過思考發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，進(jìn)而解決問題，并形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。教師運用案例的目的必須明確，應(yīng)選擇那些具有獨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：案例要具有真實性。圍繞真實的案例進(jìn)行分析、討論，能夠使學(xué)生做到知識遷移，讓他們學(xué)到真正屬于自己的知識，并提出自己的見解。如教師為學(xué)生呈現(xiàn)了一個有關(guān)雪域高原的真實案例，那么，很多學(xué)生就會產(chǎn)生深入學(xué)習(xí)相關(guān)地理知識的欲望。其間，并不需要教師過多評論和分析，而是要讓學(xué)生主動進(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：案例要注重互動性。要引導(dǎo)學(xué)生深入思考、全員參與。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)項目案例教學(xué)實踐結(jié)合我們提出的項目案例教學(xué)法，我們在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)中引入了企業(yè)真實項目。企業(yè)導(dǎo)師和學(xué)校教師合作把企業(yè)來源項目按照項目大小和難易程度分成不同的子項目模塊，3～5位學(xué)生組成一個小組。每小組承擔(dān)其中一個子項目模塊，小組再分工或合作完成分析、設(shè)計等，最后統(tǒng)一驗收。

1.配合智能駕駛中V2X通信，設(shè)計通信功能模塊和調(diào)試驗證

對于智能駕駛中V2X（vehicletoeverything）通信，項目要求針對客戶提供的OBU（OnboardUnit）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)功能實現(xiàn)；最后需要調(diào)試驗證設(shè)計性能。我們把整個項目分成三個子項目：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)試驗證模塊。每個小組負(fù)責(zé)一個模塊，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。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來進(jìn)行數(shù)據(jù)解析和封裝。JSON是一種輕量級的數(shù)據(jù)交換格式，采用完全獨立于編程語言的文本格式來存儲和表示數(shù)據(jù)，易于人們閱讀、編寫，同時也易于機器解析和生成，有效地提升了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。而cJSON是c語言的一種JSON解析器。對V2X應(yīng)用中OBU接收到的前向碰撞預(yù)警、前方擁堵提醒、信號燈信息感知和車速引導(dǎo)等各種預(yù)警信息設(shè)計新的消息轉(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)計中對預(yù)警內(nèi)容采取了及時有效的控制措施。

2.車聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)壓縮算法

車聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)中需要將車輛上配備的攝像頭畫面多線程地顯示到監(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。比如在停車場中的自動泊車系統(tǒng)，需要多方位的數(shù)據(jù)信息和時空信息才可以在停車場中選擇合適的停車位，導(dǎo)引車輛智能泊車。我們把整個項目分成四個子項目：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)計符合本項目的算法。解決方法：設(shè)計編寫了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間，最后選擇了兩種合適的壓縮算法。編寫了實現(xiàn)代碼腳本，設(shè)置了不同的環(huán)境參數(shù)，實時修改監(jiān)控界面。在案例教學(xué)法實踐中，學(xué)生在幀內(nèi)數(shù)據(jù)壓縮時采用了基于LZ77算法的改進(jìn)思路，使用“滑動窗口”的方法來尋找文件中的相同部分，也就是匹配串。它是指一個任意字節(jié)的序列，而不僅僅是可以在文本文件中顯示出來的那些字節(jié)的序列。這里的串強調(diào)的是它在文件中的位置，它的長度隨著匹配的情況而變化。在幀間壓縮時針對兩幀之間的數(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，這樣在解壓時只需要異或一次就可以得到原來的數(shù)據(jù)。

3.開發(fā)AI平臺的用戶認(rèn)證中心

基于OAuth2.0和JWT的多源賬號認(rèn)證服務(wù)框架，開發(fā)AI平臺用戶認(rèn)證中心。項目來源企業(yè)要求我們采用Vertx作為開發(fā)框架。因此，我們把項目分為三個子項目，分別是Linux免密配置模塊、用戶鑒權(quán)模塊和賬號映射模塊這3個WEB服務(wù)。由于這個項目開發(fā)主要使用計算機就可以開展工作，因此本項目分為三個小組，每個小組由3位學(xué)生組成。解決方法：第一小組設(shè)計采用HTML、JS等完成分配前端頁面的展示，與項目服務(wù)端的交互主要通過Ajax實現(xiàn)。首先利用SSHJ的java代碼庫實現(xiàn)、Linux集群賬號的驗證登錄功能，其次利用OpenSSH的DSA密鑰認(rèn)證系統(tǒng)完成SSH公鑰證書部署，實現(xiàn)對Linux服務(wù)器的免密配置。第二小組采用通行證登錄，通過OAuth2.0協(xié)議對接通行證完成用戶授權(quán)登錄，授權(quán)方式采用OAuth2.0協(xié)議中的授權(quán)碼模式，完成用戶鑒權(quán)模塊。用戶在通行證登錄界面完成賬號的驗證后，獲取授權(quán)code，在應(yīng)用后臺根據(jù)code獲取token。第三小組在前面基礎(chǔ)上，采用JWT對已授權(quán)用戶完成驗證，并將授權(quán)用戶映射到平臺數(shù)據(jù)庫的匿名賬號，進(jìn)一步更新賬號映射模塊。評價考核體系物聯(lián)網(wǎng)工程課程實踐面向于多學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用，配合漸進(jìn)式的教學(xué)內(nèi)容項目化，評價考核方式的整體思路是將原有的面向于知識的考核方式，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，最終的成績評定采用多種因素共同決定。考核過程匯總采用多種考核方式，分成多個考核階段，采用多種考核類型，強化學(xué)生課外自主學(xué)習(xí)的能力，增加實際項目創(chuàng)新、拓展性討論等環(huán)節(jié)的成績在學(xué)生成績評定中的比重。項目驅(qū)動案例教學(xué)中我們采取了靈活的考核機制，因不同項目的難易程度和考核重點有所不同?？己顺煽?yōu)榈燃壷?，分?yōu)秀、良好、及格和不及格四個等級，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項目來重修。

在多次的探索與教學(xué)實踐工程中，我們摸索和總結(jié)了校企合作項目驅(qū)動的案例教學(xué)法對課堂教學(xué)的補充和促進(jìn)功能。學(xué)生通過參與實際的企業(yè)項目，在實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)量和工程實踐能力。我們還針對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)探索了校企合作的項目案例教學(xué)法，對相應(yīng)的項目進(jìn)行了梳理和提升，以更好地適應(yīng)新工科背景下對學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力的的深度訓(xùn)練。

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作者:樊秀梅 張興輝 阿喜達(dá) 孫盛 單位:西安理工大學(xué)自動化與信息工程學(xué)院