校企合作項目驅動案例教學法探究

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[摘要]針對目前工科教學中存在的忽視學生主體地位、缺乏真實實踐環節等問題，提出了結合校企各自優勢的項目案例教學法，探索新工科背景下的新型教學模式。文章以物聯網工程專業為例，介紹了幾個不同的項目案例教學實踐及產生的教學效果，以期能進一步豐富工科學生的實踐教學新模式。

[關鍵詞]新工科;物聯網工程;項目案例教學法;教學實踐;新型教學模式

繼計算機、互聯網之后，物聯網掀起了世界信息產業的第三次浪潮，國家急需大量具有理論素養和實踐能力的物聯網工程專業人才。2010年7月，教育部批準了30多所高校開設物聯網專業。后期又陸續有更多的高校申報開設了物聯網工程專業，現在已基本形成了物聯網專業的教學體系和標準。物聯網作為國家戰略產業之一，迫切需要大批理論扎實、實踐技能高強的物聯網專業人才。物聯網工程專業在常規的課堂理論教學之外，也加入了很多新穎的實踐環節、研究環節。每個高校都根據自身的特色和條件實施了各具風格的物聯網實踐教學。西安理工大學也在原有課堂教學、實踐教學基礎上，積極探索新型物聯網專業實踐教學手段，其中采用了校企合作的項目式案例教學法，旨在企業真實項目驅動下，幫助學生主動建構自身的知識體系，提高他們面對實際問題時的綜合分析能力和職業技能，以主動參與的方式來達到理論和實踐相結合的目標。案例教學法是由哈佛商學院(HBS)首創的管理教學法，是一種以案例為基礎的教學法。本質上案例是提出一種特定問題但沒有特定的解決之道，教師是教學環節的設計者和激勵者，要最大限度地激發學生主動學習的熱情；學生則是這種教學法的主體參與者，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法是基于案例法框架，聯合相關企業，以企業的真實項目需求為目標，由企業導師和學校教師合作設立項目案例目標、分項模式和評價體系，使項目案例式教學法得以順利實施，達到提升學生學以致用、獨立開拓等綜合能力的目的。項目案例教學法相關研究案例教學通過模擬或者重現現實生活中的一些場景，讓學生把自己納入案例場景，通過討論或者研討來進行學習的一種教學方法，注重教與學雙方的雙向交流，最初主要用在管理學、法學等學科，目前已擴展到其他學科應用中。相對于注重課堂教學的傳統教學模式LBL（LectureBasedLearning），基于項目的學習模式PBL（ProjectBasedLearning）是一種探究式的教學方式，由美國Barrows教授首創，將學習設置在復雜、真實的問題場景之中，強調以學生的自主學習為主，讓學生在主動學習與探究中理解和掌握隱含在問題背后的科學知識，并逐步培養由半獨立到獨立解決問題的技能和自主學習能力。而且部分文獻針對專業學位研究生課程教學方法陳舊、課程內容聯系實際不強的問題，以地下工程施工案例分析課程為例，從課程內容整合、教學案例設計和PBL項目設計、計劃制訂、活動實施、成果交流與活動評價等方面詳細闡述了案例類課程PBL教學法的實施過程。還有一些文獻對“影視作品中跨文化交際”課程的互補教學模式及其理論適存性進行了研究，將案例教學法應用于跨文化交際的理論教學，而把項目教學法用于教學實踐。研究表明基于兩種教學模式的整合模式會對非英語專業學生跨文化交際學習產生“1+1>2”的教學效果。文獻借助問卷調查和現場訪談等方式，從教與學雙視角對我國MBA教育中的案例教學現狀及效果進行了分析，從對案例教學重要性的認知、教師教學方式及學生參與情況、教學案例的選擇及匹配性、案例教學效果評價等方面對我國MBA案例教學實施過程中存在的主要問題進行了剖析，并提出了改進對策和建議。2018年9月17日，教育部、工業和信息化部、中國工程院了《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》。意見提出推廣實施案例教學、項目式教學等研究性教學方法，注重綜合性項目訓練。目前還有很多文獻都提到了案例教學和項目案例教學，盡管不同文獻的側重點不同，應用學科也不同，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學生的思考，要使其通過思考發現問題、提出問題，進而解決問題，并形成良好的學習習慣。教師運用案例的目的必須明確，應選擇那些具有獨特性和代表性的案例引導學生圍繞案例進行思考。共同要求二：案例要具有真實性。圍繞真實的案例進行分析、討論，能夠使學生做到知識遷移，讓他們學到真正屬于自己的知識，并提出自己的見解。如教師為學生呈現了一個有關雪域高原的真實案例，那么，很多學生就會產生深入學習相關地理知識的欲望。其間，并不需要教師過多評論和分析，而是要讓學生主動進行思考和感悟。共同要求三：案例要具有啟發性。案例教學法并非單純地讓學生尋找答案，而是要關注他們探索的過程。案例要具有啟發性，應能夠引發學生的思考。共同要求四：案例要注重互動性。要引導學生深入思考、全員參與。物聯網工程專業項目案例教學實踐結合我們提出的項目案例教學法，我們在物聯網工程專業的教學實踐環節中引入了企業真實項目。企業導師和學校教師合作把企業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位學生組成一個小組。每小組承擔其中一個子項目模塊，小組再分工或合作完成分析、設計等，最后統一驗收。

1.配合智能駕駛中V2X通信，設計通信功能模塊和調試驗證

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，一方面進行消息調制和封裝，形成內部消息格式，提供給內部相應單元實現相應的功能；另一方面需要將內部消息命令進行解析，發送給OBU進行相應功能實現；最后需要調試驗證設計性能。我們把整個項目分成三個子項目：消息調制和封裝模塊、內部消息命令進行解析模塊、調試驗證模塊。每個小組負責一個模塊，每小組5人（由于設備數量限制，組員人數略多），5位學生共同分析設計任務，最后明確分配每人承擔的不同內容，分頭查找相關資料進行設計。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格式的數據包，并且傳來的數據信息很多，需要提取內部相應單元所需的特定信息，最后選用cJSON來進行數據解析和封裝。JSON是一種輕量級的數據交換格式，采用完全獨立于編程語言的文本格式來存儲和表示數據，易于人們閱讀、編寫，同時也易于機器解析和生成，有效地提升了網絡的傳輸效率。而cJSON是c語言的一種JSON解析器。對V2X應用中OBU接收到的前向碰撞預警、前方擁堵提醒、信號燈信息感知和車速引導等各種預警信息設計新的消息轉換格式。OBU將信息發送給V2X模塊，V2X將獲取的數據包進行解析、提取、再封裝形成內部消息格式的數據包存放在Buffer上供內部其他單元使用。設計中對預警內容采取了及時有效的控制措施。

2.車聯網中的數據壓縮算法

車聯網智能系統中需要將車輛上配備的攝像頭畫面多線程地顯示到監控界面，由于數據量大，需要采取適當的數據壓縮算法，既保障數據的快速傳輸，又保證數據的保真度。比如在停車場中的自動泊車系統，需要多方位的數據信息和時空信息才可以在停車場中選擇合適的停車位，導引車輛智能泊車。我們把整個項目分成四個子項目：幀內數據壓縮算法、幀間壓縮算法，壓縮算法的壓縮比和壓縮時間。幀內數據壓縮算法小組5位學生，幀間壓縮算法小組4位學生，壓縮比小組4位學生，壓縮時間小組3位學生。大家明確各自的目標，查找相關的壓縮算法和設計符合本項目的算法。解決方法：設計編寫了9種幀內數據壓縮算法，配合3種幀間壓縮算法，權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。編寫了實現代碼腳本，設置了不同的環境參數，實時修改監控界面。在案例教學法實踐中，學生在幀內數據壓縮時采用了基于LZ77算法的改進思路，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的序列。這里的串強調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據有大量的重復數據，進行異或之后有大量重復的“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據。

3.開發AI平臺的用戶認證中心

基于OAuth2.0和JWT的多源賬號認證服務框架，開發AI平臺用戶認證中心。項目來源企業要求我們采用Vertx作為開發框架。因此，我們把項目分為三個子項目，分別是Linux免密配置模塊、用戶鑒權模塊和賬號映射模塊這3個WEB服務。由于這個項目開發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位學生組成。解決方法：第一小組設計采用HTML、JS等完成分配前端頁面的展示，與項目服務端的交互主要通過Ajax實現。首先利用SSHJ的java代碼庫實現、Linux集群賬號的驗證登錄功能，其次利用OpenSSH的DSA密鑰認證系統完成SSH公鑰證書部署，實現對Linux服務器的免密配置。第二小組采用通行證登錄，通過OAuth2.0協議對接通行證完成用戶授權登錄，授權方式采用OAuth2.0協議中的授權碼模式，完成用戶鑒權模塊。用戶在通行證登錄界面完成賬號的驗證后，獲取授權code，在應用后臺根據code獲取token。第三小組在前面基礎上，采用JWT對已授權用戶完成驗證，并將授權用戶映射到平臺數據庫的匿名賬號，進一步更新賬號映射模塊。評價考核體系物聯網工程課程實踐面向于多學科專業基礎知識的綜合應用，配合漸進式的教學內容項目化，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，變為面向于應用的考核方式。采用多樣化的考核方式，注重考核學生的綜合能力，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，強化學生課外自主學習的能力，增加實際項目創新、拓展性討論等環節的成績在學生成績評定中的比重。項目驅動案例教學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。考核成績為等級制，分優秀、良好、及格和不及格四個等級，學生考核合格者獲得相應學分，學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實踐工程中，我們摸索和總結了校企合作項目驅動的案例教學法對課堂教學的補充和促進功能。學生通過參與實際的企業項目，在實踐中逐步鞏固和加深了物聯網理論應用系統的各方面內容，符合學生的認知規律，有助于提高教學質量和工程實踐能力。我們還針對物聯網工程專業探索了校企合作的項目案例教學法，對相應的項目進行了梳理和提升，以更好地適應新工科背景下對學生實踐能力和創新能力的的深度訓練。

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作者:樊秀梅 張興輝 阿喜達 孫盛 單位:西安理工大學自動化與信息工程學院