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[摘 要]针对目前工科教学中存在的忽视学生主体地位、缺乏真实实践环节等问题，提出了结合校企各自优势的项目案例教学法，探索新工科背景下的新型教学模式。文章以物联网工程专业为例，介绍了几個不同的项目案例教学实践及产生的教学效果，以期能进一步丰富工科学生的实践教学新模式。
[关键词]新工科 物联网工程 项目案例教学法 教学实践 新型教学模式
基金项目：西安理工大学教育教学改革研究重点项目（项目编号：XJY1777）。
前 言
继计算机、互联网之后，物联网掀起了世界信息产业的第三次浪潮，国家急需大量具有理论素养和实践能力的物联网工程专业人才。2010年7月，教育部批准了30多所高校开设物联网专业。后期又陆续有更多的高校申报开设了物联网工程专业，现在已基本形成了物联网专业的教学体系和标准。
物联网作为国家战略产业之一，迫切需要大批理论扎实、实践技能高强的物联网专业人才。物联网工程专业在常规的课堂理论教学之外，也加入了很多新颖的实践环节、研究环节。每个高校都根据自身的特色和条件实施了各具风格的物联网实践教学。西安理工大学也在原有课堂教学、实践教学基础上，积极探索新型物联网专业实践教学手段，其中采用了校企合作的项目式案例教学法，旨在企业真实项目驱动下，帮助学生主动建构自身的知识体系，提高他们面对实际问题时的综合分析能力和职业技能，以主动参与的方式来达到理论和实践相结合的目标。
案例教学法是由哈佛商学院（HBS）首创的管理教学法，是一种以案例为基础的教学法。本质上案例是提出一种特定问题但没有特定的解决之道，教师是教学环节的设计者和激励者，要最大限度地激发学生主动学习的热情;学生则是这种教学法的主体参与者，通过积极参与、寻找不同的解决思路并开展深层次讨论，最后找到解决方案。我们实施的项目案例教学法是基于案例法框架，联合相关企业，以企业的真实项目需求为目标，由企业导师和学校教师合作设立项目案例目标、分项模式和评价体系，使项目案例式教学法得以顺利实施，达到提升学生学以致用、独立开拓等综合能力的目的。
项目案例教学法相关研究
案例教学通过模拟或者重现现实生活中的一些场景，让学生把自己纳入案例场景，通过讨论或者研讨来进行学习的一种教学方法，注重教与学双方的双向交流，最初主要用在管理学、法学等学科，目前已扩展到其他学科应用中。相对于注重课堂教学的传统教学模式LBL（Lecture Based Learning），基于项目的学习模式PBL（Project Based Learning）是一种探究式的教学方式，由美国Barrows教授首创，将学习设置在复杂、真实的问题场景之中，强调以学生的自主学习为主，让学生在主动学习与探究中理解和掌握隐含在问题背后的科学知识，并逐步培养由半独立到独立解决问题的技能和自主学习能力。而且部分文献针对专业学位研究生课程教学方法陈旧、课程内容联系实际不强的问题，以地下工程施工案例分析课程为例，从课程内容整合、教学案例设计和PBL项目设计、计划制订、活动实施、成果交流与活动评价等方面详细阐述了案例类课程PBL教学法的实施过程。还有一些文献对“影视作品中跨文化交际”课程的互补教学模式及其理论适存性进行了研究，将案例教学法应用于跨文化交际的理论教学，而把项目教学法用于教学实践。研究表明基于两种教学模式的整合模式会对非英语专业学生跨文化交际学习产生“1+1>2”的教学效果。文献借助问卷调查和现场访谈等方式，从教与学双视角对我国MBA教育中的案例教学现状及效果进行了分析，从对案例教学重要性的认知、教师教学方式及学生参与情况、教学案例的选择及匹配性、案例教学效果评价等方面对我国MBA案例教学实施过程中存在的主要问题进行了剖析，并提出了改进对策和建议。2018年9月17日，教育部、工业和信息化部、中国工程院发布了《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》。意见提出推广实施案例教学、项目式教学等研究性教学方法，注重综合性项目训练。
目前还有很多文献都提到了案例教学和项目案例教学，尽管不同文献的侧重点不同，应用学科也不同，但总体思想类似。
共同要求一：案例要具有代表性。运用案例的目的是为了引发学生的思考，要使其通过思考发现问题、提出问题，进而解决问题，并形成良好的学习习惯。教师运用案例的目的必须明确，应选择那些具有独特性和代表性的案例引导学生围绕案例进行思考。
共同要求二：案例要具有真实性。围绕真实的案例进行分析、讨论，能够使学生做到知识迁移，让他们学到真正属于自己的知识，并提出自己的见解。如教师为学生呈现了一个有关雪域高原的真实案例，那么，很多学生就会产生深入学习相关地理知识的欲望。其间，并不需要教师过多评论和分析，而是要让学生主动进行思考和感悟。
共同要求三：案例要具有启发性。案例教学法并非单纯地让学生寻找答案，而是要关注他们探索的过程。案例要具有启发性，应能够引发学生的思考。
共同要求四：案例要注重互动性。要引导学生深入思考、全员参与。
物联网工程专业项目案例教学实践
结合我们提出的项目案例教学法，我们在物联网工程专业的教学实践环节中引入了企业真实项目。企业导师和学校教师合作把企业来源项目按照项目大小和难易程度分成不同的子项目模块，3～5位学生组成一个小组。每小组承担其中一个子项目模块，小组再分工或合作完成分析、设计等，最后统一验收。
1.配合智能驾驶中V2X通信，设计通信功能模块和调试验证
对于智能驾驶中V2X（vehicle to everything）通信，项目要求针对客户提供的OBU（On board Unit）采集信息，一方面进行消息调制和封装，形成内部消息格式，提供给内部相应单元实现相应的功能;另一方面需要将内部消息命令进行解析，发送给OBU进行相应功能实现;最后需要调试验证设计性能。我们把整个项目分成三个子项目：消息调制和封装模块、内部消息命令进行解析模块、调试验证模块。每个小组负责一个模块，每小组5人（由于设备数量限制，组员人数略多），5位学生共同分析设计任务，最后明确分配每人承担的不同内容，分头查找相关资料进行设计。 解决方法：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格式的数据包，并且传来的数据信息很多，需要提取内部相应单元所需的特定信息，最后选用cJSON来进行数据解析和封装。JSON是一种轻量级的数据交换格式，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据，易于人们阅读、编写，同时也易于机器解析和生成，有效地提升了网络的传输效率。而cJSON是c语言的一种JSON解析器。对V2X应用中OBU接收到的前向碰撞预警、前方拥堵提醒、信号灯信息感知和车速引导等各种预警信息设计新的消息转换格式。OBU将信息发送给V2X模块，V2X将获取的数据包进行解析、提取、再封装形成内部消息格式的数据包存放在Buffer上供内部其他单元使用。设计中对预警内容采取了及时有效的控制措施。
2.车联网中的数据压缩算法
车联网智能系统中需要将车辆上配备的摄像头画面多线程地显示到监控界面，由于数据量大，需要采取适当的数据压缩算法，既保障数据的快速传输，又保证数据的保真度。比如在停车场中的自动泊车系统，需要多方位的数据信息和时空信息才可以在停车场中选择合适的停车位，导引车辆智能泊车。
我们把整个项目分成四个子项目：帧内数据压缩算法、帧间压缩算法，压缩算法的压缩比和压缩时间。帧内数据压缩算法小组5位学生，帧间压缩算法小组4位学生，压缩比小组4位学生，压缩时间小组3位学生。大家明确各自的目标，查找相关的压缩算法和设计符合本项目的算法。
解决方法：设计编写了9种帧内数据压缩算法，配合3种帧间压缩算法，权衡压缩算法的压缩比和压缩时间，最后选择了两种合适的压缩算法。编写了实现代码脚本，设置了不同的环境参数，实时修改监控界面。在案例教学法实践中，学生在帧内数据压缩时采用了基于LZ77算法的改进思路，使用“滑动窗口”的方法来寻找文件中的相同部分，也就是匹配串。它是指一个任意字节的序列，而不仅仅是可以在文本文件中显示出来的那些字节的序列。这里的串强调的是它在文件中的位置，它的长度随着匹配的情况而变化。在帧间压缩时针对两帧之间的数据有大量的重复数据，进行异或之后有大量重复的“0”，可以更好地压缩，这样在解压时只需要异或一次就可以得到原来的数据。
3.开发AI平台的用户认证中心
基于OAuth2.0和JWT的多源账号认证服务框架，开发AI平台用户认证中心。项目来源企业要求我们采用Vertx作为开发框架。因此，我们把项目分为三个子项目，分别是Linux免密配置模块、用户鉴权模块和账号映射模块这3个WEB服务。由于这个项目开发主要使用计算机就可以开展工作，因此本项目分为三个小组，每个小组由3位学生组成。
解决方法：第一小组设计采用HTML、JS等完成分配前端页面的展示，与项目服务端的交互主要通过Ajax实现。首先利用SSHJ的java代码库实现、Linux集群账号的验证登录功能，其次利用OpenSSH的DSA密钥认证系统完成SSH公钥证书部署，实现对Linux服务器的免密配置。第二小组采用通行证登录，通过OAuth2.0协议对接通行证完成用户授权登录，授权方式采用OAuth2.0协议中的授权码模式，完成用户鉴权模块。用户在通行证登录界面完成账号的验证后，获取授权code，在应用后台根据code获取token。第三小组在前面基础上，采用JWT对已授权用户完成验证，并将授权用户映射到平台数据库的匿名账号，进一步更新账号映射模块。
评价考核体系
物联网工程课程实践面向于多学科专业基础知识的综合应用，配合渐进式的教学内容项目化，评价考核方式的整体思路是将原有的面向于知识的考核方式，变为面向于应用的考核方式。采用多样化的考核方式，注重考核学生的综合能力，最终的成绩评定采用多种因素共同决定。考核过程汇总采用多种考核方式，分成多个考核阶段，采用多种考核类型，强化学生课外自主学习的能力，增加实际项目创新、拓展性讨论等环节的成绩在学生成绩评定中的比重。项目驱动案例教学中我们采取了灵活的考核机制，因不同项目的难易程度和考核重点有所不同。考核成绩为等级制，分优秀、良好、及格和不及格四個等级，学生考核合格者获得相应学分，学生考核不合格的要重新选一个项目来重修。
结 语
在多次的探索与教学实践工程中，我们摸索和总结了校企合作项目驱动的案例教学法对课堂教学的补充和促进功能。学生通过参与实际的企业项目，在实践中逐步巩固和加深了物联网理论应用系统的各方面内容，符合学生的认知规律，有助于提高教学质量和工程实践能力。我们还针对物联网工程专业探索了校企合作的项目案例教学法，对相应的项目进行了梳理和提升，以更好地适应新工科背景下对学生实践能力和创新能力的的深度训练。
参考文献：
[1]吕艳娇，姜君. PBL教学方法对美国研究生创新能力影响[J].黑龙江高教研究，2018（11）：113-116.
[2]杨慧，江学良.专业学位硕士研究生案例类课程PBL教学法的探索与实践[J].高等建筑教育，2020，29（4）：131-136.
[3]马晶文，项目与案例教学法的互补教学模式研究[J].兰州交通大学学报，2017，36（2）：108-111.
[4]金镭，周鑫淼，章婧.案例教学法在我国MBA教育中的应用现状及问题探析[J].研究生教育研究，2020，58（4）：66-71.
[5]教育部，工业和信息化部，中国工程院.关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见[EB/OL].（2018-10-17）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742/s3860/201810/t20181017_351890.html.
[6]马秀莲.项目案例法在PB数据库应用开发教学设计中的应用，牡丹江师范学院学报（自然科学版），2012（1）：72-73.
作者单位：西安理工大学自动化与信息工程学院 陕西西安
[关键词]新工科 物联网工程 项目案例教学法 教学实践 新型教学模式
基金项目：西安理工大学教育教学改革研究重点项目（项目编号：XJY1777）。
前 言
继计算机、互联网之后，物联网掀起了世界信息产业的第三次浪潮，国家急需大量具有理论素养和实践能力的物联网工程专业人才。2010年7月，教育部批准了30多所高校开设物联网专业。后期又陆续有更多的高校申报开设了物联网工程专业，现在已基本形成了物联网专业的教学体系和标准。
物联网作为国家战略产业之一，迫切需要大批理论扎实、实践技能高强的物联网专业人才。物联网工程专业在常规的课堂理论教学之外，也加入了很多新颖的实践环节、研究环节。每个高校都根据自身的特色和条件实施了各具风格的物联网实践教学。西安理工大学也在原有课堂教学、实践教学基础上，积极探索新型物联网专业实践教学手段，其中采用了校企合作的项目式案例教学法，旨在企业真实项目驱动下，帮助学生主动建构自身的知识体系，提高他们面对实际问题时的综合分析能力和职业技能，以主动参与的方式来达到理论和实践相结合的目标。
案例教学法是由哈佛商学院（HBS）首创的管理教学法，是一种以案例为基础的教学法。本质上案例是提出一种特定问题但没有特定的解决之道，教师是教学环节的设计者和激励者，要最大限度地激发学生主动学习的热情;学生则是这种教学法的主体参与者，通过积极参与、寻找不同的解决思路并开展深层次讨论，最后找到解决方案。我们实施的项目案例教学法是基于案例法框架，联合相关企业，以企业的真实项目需求为目标，由企业导师和学校教师合作设立项目案例目标、分项模式和评价体系，使项目案例式教学法得以顺利实施，达到提升学生学以致用、独立开拓等综合能力的目的。
项目案例教学法相关研究
案例教学通过模拟或者重现现实生活中的一些场景，让学生把自己纳入案例场景，通过讨论或者研讨来进行学习的一种教学方法，注重教与学双方的双向交流，最初主要用在管理学、法学等学科，目前已扩展到其他学科应用中。相对于注重课堂教学的传统教学模式LBL（Lecture Based Learning），基于项目的学习模式PBL（Project Based Learning）是一种探究式的教学方式，由美国Barrows教授首创，将学习设置在复杂、真实的问题场景之中，强调以学生的自主学习为主，让学生在主动学习与探究中理解和掌握隐含在问题背后的科学知识，并逐步培养由半独立到独立解决问题的技能和自主学习能力。而且部分文献针对专业学位研究生课程教学方法陈旧、课程内容联系实际不强的问题，以地下工程施工案例分析课程为例，从课程内容整合、教学案例设计和PBL项目设计、计划制订、活动实施、成果交流与活动评价等方面详细阐述了案例类课程PBL教学法的实施过程。还有一些文献对“影视作品中跨文化交际”课程的互补教学模式及其理论适存性进行了研究，将案例教学法应用于跨文化交际的理论教学，而把项目教学法用于教学实践。研究表明基于两种教学模式的整合模式会对非英语专业学生跨文化交际学习产生“1+1>2”的教学效果。文献借助问卷调查和现场访谈等方式，从教与学双视角对我国MBA教育中的案例教学现状及效果进行了分析，从对案例教学重要性的认知、教师教学方式及学生参与情况、教学案例的选择及匹配性、案例教学效果评价等方面对我国MBA案例教学实施过程中存在的主要问题进行了剖析，并提出了改进对策和建议。2018年9月17日，教育部、工业和信息化部、中国工程院发布了《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》。意见提出推广实施案例教学、项目式教学等研究性教学方法，注重综合性项目训练。
目前还有很多文献都提到了案例教学和项目案例教学，尽管不同文献的侧重点不同，应用学科也不同，但总体思想类似。
共同要求一：案例要具有代表性。运用案例的目的是为了引发学生的思考，要使其通过思考发现问题、提出问题，进而解决问题，并形成良好的学习习惯。教师运用案例的目的必须明确，应选择那些具有独特性和代表性的案例引导学生围绕案例进行思考。
共同要求二：案例要具有真实性。围绕真实的案例进行分析、讨论，能够使学生做到知识迁移，让他们学到真正属于自己的知识，并提出自己的见解。如教师为学生呈现了一个有关雪域高原的真实案例，那么，很多学生就会产生深入学习相关地理知识的欲望。其间，并不需要教师过多评论和分析，而是要让学生主动进行思考和感悟。
共同要求三：案例要具有启发性。案例教学法并非单纯地让学生寻找答案，而是要关注他们探索的过程。案例要具有启发性，应能够引发学生的思考。
共同要求四：案例要注重互动性。要引导学生深入思考、全员参与。
物联网工程专业项目案例教学实践
结合我们提出的项目案例教学法，我们在物联网工程专业的教学实践环节中引入了企业真实项目。企业导师和学校教师合作把企业来源项目按照项目大小和难易程度分成不同的子项目模块，3～5位学生组成一个小组。每小组承担其中一个子项目模块，小组再分工或合作完成分析、设计等，最后统一验收。
1.配合智能驾驶中V2X通信，设计通信功能模块和调试验证
对于智能驾驶中V2X（vehicle to everything）通信，项目要求针对客户提供的OBU（On board Unit）采集信息，一方面进行消息调制和封装，形成内部消息格式，提供给内部相应单元实现相应的功能;另一方面需要将内部消息命令进行解析，发送给OBU进行相应功能实现;最后需要调试验证设计性能。我们把整个项目分成三个子项目：消息调制和封装模块、内部消息命令进行解析模块、调试验证模块。每个小组负责一个模块，每小组5人（由于设备数量限制，组员人数略多），5位学生共同分析设计任务，最后明确分配每人承担的不同内容，分头查找相关资料进行设计。 解决方法：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格式的数据包，并且传来的数据信息很多，需要提取内部相应单元所需的特定信息，最后选用cJSON来进行数据解析和封装。JSON是一种轻量级的数据交换格式，采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据，易于人们阅读、编写，同时也易于机器解析和生成，有效地提升了网络的传输效率。而cJSON是c语言的一种JSON解析器。对V2X应用中OBU接收到的前向碰撞预警、前方拥堵提醒、信号灯信息感知和车速引导等各种预警信息设计新的消息转换格式。OBU将信息发送给V2X模块，V2X将获取的数据包进行解析、提取、再封装形成内部消息格式的数据包存放在Buffer上供内部其他单元使用。设计中对预警内容采取了及时有效的控制措施。
2.车联网中的数据压缩算法
车联网智能系统中需要将车辆上配备的摄像头画面多线程地显示到监控界面，由于数据量大，需要采取适当的数据压缩算法，既保障数据的快速传输，又保证数据的保真度。比如在停车场中的自动泊车系统，需要多方位的数据信息和时空信息才可以在停车场中选择合适的停车位，导引车辆智能泊车。
我们把整个项目分成四个子项目：帧内数据压缩算法、帧间压缩算法，压缩算法的压缩比和压缩时间。帧内数据压缩算法小组5位学生，帧间压缩算法小组4位学生，压缩比小组4位学生，压缩时间小组3位学生。大家明确各自的目标，查找相关的压缩算法和设计符合本项目的算法。
解决方法：设计编写了9种帧内数据压缩算法，配合3种帧间压缩算法，权衡压缩算法的压缩比和压缩时间，最后选择了两种合适的压缩算法。编写了实现代码脚本，设置了不同的环境参数，实时修改监控界面。在案例教学法实践中，学生在帧内数据压缩时采用了基于LZ77算法的改进思路，使用“滑动窗口”的方法来寻找文件中的相同部分，也就是匹配串。它是指一个任意字节的序列，而不仅仅是可以在文本文件中显示出来的那些字节的序列。这里的串强调的是它在文件中的位置，它的长度随着匹配的情况而变化。在帧间压缩时针对两帧之间的数据有大量的重复数据，进行异或之后有大量重复的“0”，可以更好地压缩，这样在解压时只需要异或一次就可以得到原来的数据。
3.开发AI平台的用户认证中心
基于OAuth2.0和JWT的多源账号认证服务框架，开发AI平台用户认证中心。项目来源企业要求我们采用Vertx作为开发框架。因此，我们把项目分为三个子项目，分别是Linux免密配置模块、用户鉴权模块和账号映射模块这3个WEB服务。由于这个项目开发主要使用计算机就可以开展工作，因此本项目分为三个小组，每个小组由3位学生组成。
解决方法：第一小组设计采用HTML、JS等完成分配前端页面的展示，与项目服务端的交互主要通过Ajax实现。首先利用SSHJ的java代码库实现、Linux集群账号的验证登录功能，其次利用OpenSSH的DSA密钥认证系统完成SSH公钥证书部署，实现对Linux服务器的免密配置。第二小组采用通行证登录，通过OAuth2.0协议对接通行证完成用户授权登录，授权方式采用OAuth2.0协议中的授权码模式，完成用户鉴权模块。用户在通行证登录界面完成账号的验证后，获取授权code，在应用后台根据code获取token。第三小组在前面基础上，采用JWT对已授权用户完成验证，并将授权用户映射到平台数据库的匿名账号，进一步更新账号映射模块。
评价考核体系
物联网工程课程实践面向于多学科专业基础知识的综合应用，配合渐进式的教学内容项目化，评价考核方式的整体思路是将原有的面向于知识的考核方式，变为面向于应用的考核方式。采用多样化的考核方式，注重考核学生的综合能力，最终的成绩评定采用多种因素共同决定。考核过程汇总采用多种考核方式，分成多个考核阶段，采用多种考核类型，强化学生课外自主学习的能力，增加实际项目创新、拓展性讨论等环节的成绩在学生成绩评定中的比重。项目驱动案例教学中我们采取了灵活的考核机制，因不同项目的难易程度和考核重点有所不同。考核成绩为等级制，分优秀、良好、及格和不及格四個等级，学生考核合格者获得相应学分，学生考核不合格的要重新选一个项目来重修。
结 语
在多次的探索与教学实践工程中，我们摸索和总结了校企合作项目驱动的案例教学法对课堂教学的补充和促进功能。学生通过参与实际的企业项目，在实践中逐步巩固和加深了物联网理论应用系统的各方面内容，符合学生的认知规律，有助于提高教学质量和工程实践能力。我们还针对物联网工程专业探索了校企合作的项目案例教学法，对相应的项目进行了梳理和提升，以更好地适应新工科背景下对学生实践能力和创新能力的的深度训练。
参考文献：
[1]吕艳娇，姜君. PBL教学方法对美国研究生创新能力影响[J].黑龙江高教研究，2018（11）：113-116.
[2]杨慧，江学良.专业学位硕士研究生案例类课程PBL教学法的探索与实践[J].高等建筑教育，2020，29（4）：131-136.
[3]马晶文，项目与案例教学法的互补教学模式研究[J].兰州交通大学学报，2017，36（2）：108-111.
[4]金镭，周鑫淼，章婧.案例教学法在我国MBA教育中的应用现状及问题探析[J].研究生教育研究，2020，58（4）：66-71.
[5]教育部，工业和信息化部，中国工程院.关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见[EB/OL].（2018-10-17）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/moe_742/s3860/201810/t20181017_351890.html.
[6]马秀莲.项目案例法在PB数据库应用开发教学设计中的应用，牡丹江师范学院学报（自然科学版），2012（1）：72-73.
作者单位：西安理工大学自动化与信息工程学院 陕西西安