2020年教育部发布《教育部办公厅关于推荐第二批新工科研究与实践项目的通知》,在以互联网､物联网为核心的新一轮科技和产业革命背景下,物联网专业成为与国家战略性新兴产业密切相关的专业[1]｡而以智慧城市､智慧交通､智慧家居为主的智慧行业,是物联网方向的热点应用领域,同时对相关专业人才的需求呈现旺盛增长的态势｡

近年来,随着导航定位技术及大数据的迅速发展,物联网产业中导航定位技术已广泛应用于位置服务､监控安防､智慧交通等领域[2]｡尤其在智慧应用中,多种导航技术融合已经成为主流,例如通过全球定位系统(GPS)､惯性导航系统､无线通信技术和地理信息系统的有效融合,导航定位技术可以实现高精度的位置估计,并提供实时的导航指引[3]｡在城市管理方面,导航定位技术的应用对于实现智慧城市的目标至关重要｡通过将导航定位技术应用于城市的交通管理､公共安全､紧急救援和资源调度等领域,城市可以实现更高效的运行和管理｡在智慧交通领域,导航定位技术发挥着不可替代的重要作用,利用高精度定位信息可对交通流量进行监测､优化交通信号配时,从而减少交通拥堵和提升交通效率[4]｡此外,导航定位技术在物流和供应链管理中也扮演着重要的角色｡通过实时跟踪货物的位置和运输状态,企业可以更好地管理物流流程,提高运输效率并降低成本｡导航定位技术还可以帮助优化仓储管理､货物配送和路线规划,从而提供更快速､可靠的物流服务[5]｡导航定位技术的发展对于推动创新和改善各个行业具有重要的意义,它不仅可以提供准确的位置信息和导航指引,还可以改善城市管理､物流运输和其他领域的效率和安全性,推动智慧产业的发展和创新｡

然而,传统的基于行业用户需求而建立的集中式高精度导航定位服务模式在可靠性､可扩展性以及服务多样性等方面已无法满足大众用户的精密定位需求[6]｡智慧云定位是一种创新的定位与信息管理技术,将智慧城市及交通应用中多种定位信息来源进行综合管理,结合大数据进行定位数据分析并反馈于相关应用,实现多种定位技术的数据共享和应用优化配置｡它基于云计算平台和大数据分析技术,将各种定位技术和传感器数据集成在一起,以提供更准确､可靠的定位服务｡智慧云定位通过智能算法和数据处理技术,综合利用各种导航技术优势,弥补其局限性[7]｡例如当使用GPS定位时,由于建筑物､山脉或信号干扰等原因,可能会出现定位不准确或无法定位的情况｡此时,智慧云定位可以通过与其他定位手段(如Wi-Fi定位､蓝牙定位)结合,利用其优势来提供更可靠的定位结果｡智慧云定位具有广泛的应用前景,它可以应用于智慧交通系统,提供准确的车辆定位和导航服务,帮助优化交通流量和提升交通运输效率[8]｡在智慧城市中,智慧云定位可以用于定位公共设施､管理城市资源和提供智能导航服务[9]｡此外,智慧云定位还可以应用于物流和供应链管理､智能安防系统､室内定位导航等领域｡

因此,本文在深入学习领会新工科建设产教融合､校企合作协同育人理念的基础上,结合当前导航技术实践培养无法满足物联网专业培养需求的现状,开展新工科背景下面向新工科的物联网导航定位实践平台建设探索｡针对当前物联网专业教学实践应用有待提升先进性的状况,本文将导航技术与云计算､云定位技术相结合进行实践教学研究及人才培养｡紧密结合当前智慧定位技术热点,建立导航定位技术的实践平台,引入现代导航技术面向智能物联网的新应用｡紧跟科技发展热点,丰富教学实践内容,孵化培养创新实践人才,结合当前大数据技术､导航定位技术在智慧城市､智慧交通中的热点需求,与企业开展合作育人､合作发展｡

一、基于OBE的新工科导航定位云实践平台建设思路

结合OBE教学理念中目标导向及需求导向教育[10],以长三角区域经济发展与智慧城市､智慧交通和智慧家居行业需求为导向,制订紧密结合智慧产业企业人才需求的物联网专业新型人才培养方案和教学实践平台建设,旨在与产业深度融合,培养出能够适应长三角区域经济发展及科技发展的新型工科人才｡按照“两牵引､一融合､一交互”进行实践平台建设思路规划｡

(一)需求牵引方案

结合长三角区域智慧产业发展需求,依托企业先进､丰富的导航定位实践教学平台及资源,构建立体化实践导航定位教学体系,将其纳入复合型创新人才培养方案｡

(二)创新牵引体系

结合导航定位技术在物联网应用中的新技术发展,将创新创业教育与学科专业竞赛相结合,以促进人才培养体系的全面发展｡这一策略通过将创新创业活动进行分类和分层,使其成为人才培养过程中的重要组成部分｡

(三)开放交互合作

结合企业用人机制交互开展“政产学研用”,构建跨界开放式合作模式和人才培养方式;依据行业从业人员的能力要求,层次化共建共享实践服务平台,以达到协同育人的目的｡

(四)科研融合教学

专业教师以及政企导师共同依据科研成果和前沿研究的进展融入实践教学内容和理论教学,为提升教学水平提供了关键支持｡这种研究工作的成果可以循环反馈到实践教学中,促使教学内容与最新的知识和技术保持同步,同时提升教学质量和效果｡

从国家发展层面来看,“十四五”国家战略性新兴产业发展规划已把智慧产业摆在社会发展更加突出的位置,它代表新一轮科技革命方向,必将深入并改变社会的方方面面,由此产生的创新实践给人才培养带来了良好的启示｡高等教育为此也要与时俱进,健全新工科实践建设随产业发展和创新实践的动态调整机制,构建创新人才培养新平台,为战略性新兴产业发展提供强大人才支撑｡

二、物联网导航定位云实践平台建设目标

通过将多种定位技术集成到云平台中,可以针对不同的定位需求提供准确､可靠和高效的定位服务｡由于定位云的弹性和可扩展性,它可以根据需求自动分配和管理定位资源,因此在面对大规模的定位请求时,云定位可以动态调整资源以满足需求,确保高效的定位服务｡同时,云定位使用多种定位技术的组合,可以克服单一技术在特定环境下可能存在的缺陷或不足,提供更稳定和可靠的定位服务｡此外由于定位技术的复杂性和更新速度,单独维护和更新每种定位技术的设备和软件可能会显著增加成本和工作量｡而通过云定位,这些任务可以集中在云平台上进行,减轻了维护和更新的负担,降低了成本｡最后,云定位的灵活性和个性化应用设计,可以使用户根据自身需求定制和选择不同的定位服务,从而获得精确度､时效性和功能特性上的个性化定位体验｡因此,结合当前物联网专业方向教学实践应用与先进智慧产业紧密结合的迫切需要,将导航技术与云计算､云定位技术相结合进行实践教学研究及人才培养｡

首先,紧密结合当前智慧云及教学实践需求,设计建立综合教学演示平台｡基于该平台,学生可以使用低成本MEMS组合系统和低成本北斗接收机等设备进行实时定位和导航实验,并收集､处理和分析导航数据,利用云计算和大数据技术提高定位精度和可靠性｡通过实际操作和项目实践,学生可以深入了解定位技术的工作原理､局限性和应用场景｡从计算机专业和物联网专业课程的特色教学出发,利用低成本设备和亲身实践的方式,将理论与实践相结合,激发学生的学习兴趣和实践应用探索的热情｡通过与平台相关的课程和项目,培养解决问题､团队合作和创新思维等关键技能｡

其次,引入现代导航技术的面向智能物联网的新应用,紧跟科技发展热点,丰富教学实践内容,孵化培养创新实践人才｡基于本项目所建设的教学实践平台,帮助学生积累科学实践经验,带领学生参加创新创业项目､电子类及创新创业竞赛项目等,提升学生实践应用能力｡

最后,结合当前大数据技术､导航定位技术在智慧城市､智慧交通中的热点需求,与企业共同开展项目,在合作中进行多样化的探索和实践,通过探索新的教学模式､课程设置和评估方法,培养学生的创新精神､团队合作能力和实践能力｡探索和实践的成果可以在推广中产生示范效应,为其他院校和企业提供借鉴和参考,推动新工科建设的改革和发展｡

三、物联网专业导航定位课程体系设计

设计面向物联网专业的导航定位课程体系,结合智慧物联网及计算机云技术,教学大纲和任务分配的设计思想如图1所示,具体内容如下｡

采用渐进式学习教学思路:将理论学习糅合实践案例,把抽象的理论具体化｡通过逐层深入的学习,结合导航定位实践实验,使学生建立坚实的理论基础,帮助学生由浅入深地掌握定位与导航的相关知识概念,并逐渐将其应用于智能物联网领域｡

整合理论与实践:教学大纲编排将理论知识与实际应用相结合｡在学习定位与导航理论原理的基础上,通过惯性导航､卫星导航等基础实践项目,以及组合导航在智慧交通应用等高阶实验项目,更加深入地了解其在智能物联网领域的应用｡这种理论与实践的结合可以加强学生的综合能力和问题解决能力｡

建立综合教学研究平台:为了支持教学和实践活动,建立导航定位云综合教学研究平台｡该平台提供硬件设备､软件工具和实验环境,让学生能够参与到导航系统的设计和性能验证中｡通过这个平台,学生可以进行实时定位和导航实验,并利用云计算和大数据技术进行数据分析和应用｡

(一)课内与课外融合,创新模块化教学体系

在构建课程体系时,可以遵循以下指导原则｡基础强化与素质提升:注重打好基础知识和技能的基础,培养学生的专业素养,并提升其综合素质和能力水平｡

实践强调与协同培养:注重实践环节的设计和实施,鼓励学生积极参与实践项目和实验实践,培养其实际操作和团队协作能力｡

整体优化与特色突出:注重课程体系的整体性和协调性,确保各个课程之间的衔接和有机组织,同时凸显课程的特色和独特之处｡

基于以上原则构建完善和有效的课程体系,提供学生所需的全面培养和发展机会,以适应不断变化的现实需求,并为其未来的职业发展奠定坚实的基础｡

图1物联网专业导航定位课程体系设计理念

根据智慧产业的实际发展需求,不断更新实践教学内容,建立层层递进的模块化实践能力教学课程体系｡通过循序渐进､贯穿四年的实践教学过程,我们致力于有效促进学科间的交叉与融合｡在课内和课外实践创新活动中,统合了实习实训､工程训练､创新创业和学科竞赛等丰富多样的实践形式｡这样的综合实践教学模式旨在培养学生的综合能力和跨学科思维｡在这个过程中,学生将逐步深入学习和应用各个学科的知识和技能,通过实践项目和任务,实现学科间的有机交叉｡通过参与实习实训,获得实际工作经验和技能训练;进行工程训练,锻炼解决实际问题的能力;参与创新创业活动,培养独立思考和创新创造的能力;积极参加学科竞赛,提升专业素养和竞争力;最终进行毕业设计,将所学知识与实践应用相结合,解决实际生产应用中的技术难题｡通过实践操作和观察,学生将掌握传感器原理､RFID技术､物联网信息安全和嵌入式系统的基本原理与应用,并最终具备搭建实验环境,进行数据采集和分析,以及解决实际问题的能力｡通过开设综合项目实训等综合性基础强化课程,强化创新能力培养过程训练｡为服务导航定位实践课程体系,将增加现代导航技术､人工智能课程,并进一步增加自主创新类课程｡采取模块化知识点强化理论教学､课内实验+课外口袋型自主性实验､集中性研讨与答疑及课外团队项目等形式,激发学生对物联网创新活动的兴趣,适应新工科背景下对大学生创新能力以及实践素质的高要求｡

(二)项目与竞赛联动,创新个性化实践育人途径

教师和政企导师积极参与科学研究,可以更加深入探索导航技术领域以及智慧产业的前沿问题,并将科研成果应用到实践教学中,更新课程内容和教学方法｡基于最新的研究成果设计实践项目和案例,让学生直接参与到真实的问题解决过程中｡通过实践操作和团队合作,学生将深入理解导航技术和智慧产业的实际应用,并培养解决复杂问题的能力｡同时,教师和政企导师的参与还为学生提供了与实践领域专业人士的交流和合作机会｡学生将与导师共同工作,分享他们的经验和见解,从导师身上学习到行业内最佳实践和实用技巧｡这种跨界合作将帮助学生建立行业网络和职业导师关系,为他们未来的就业和发展提供有力支持｡整体而言,教师和政企导师的科学研究为实践教学提供了源源不断地更新内容和前沿知识,推动了教学水平的不断提升｡学生通过与导师的互动和实践经验的积累,将获得与时俱进的专业知识和实践能力,为他们在导航技术领域和智慧产业中未来的发展打下坚实的基础｡

同时从学生角度出发,在大学生创新创业训练项目的基础上,通过参加全国机器人类､无人机类学科竞赛,在提升学生导航方向专业技能的同时提升综合素养｡校政企导师可充分利用大学生创新创业项目,在导师的指导下输出一系列科研成果;亦可就某一主题,通过与企业等建立长期合作关系,为学生创造良好的主题创新､实践平台｡

四、物联网导航云定位实践平台搭建

以智慧产业需求为引导,紧密结合物联网科学与技术学科的特色和学校科技资源,进行人才孵化,培养具有实践创新能力的人才,引领学生参加学科竞赛及创新实践项目｡构建一个层层递进､相互融合的实践创业机制,涵盖实践创新能力､实践创新项目､实践创业人才及实践创新企业四个层次｡该实践平台搭建分为三个阶段｡

阶段一:理论教学改革与实践｡

在这个阶段,重点是对物联网专业课程的改革与实践｡我们致力于让学生树立正确的概念,培养科学抽象和逻辑思维能力,同时使他们掌握面向云计算技术和智慧物联网技术应用的定位与导航的理论和方法｡这将为后续的实践打下基础｡

阶段二:实践性辅助教学系统的构建｡

在第一阶段的基础上,进一步整合导航定位技术实践案例和新工科智慧应用,形成具备导航定位与云计算､大数据结合的辅助实践教学系统｡这个系统将为学生提供丰富的实践操作机会,促使他们将所学知识应用于实际问题的解决,并培养创新思维和解决问题的能力｡

阶段三:人才孵化与竞赛项目｡

第三阶段建立在前两个阶段的基础上,重点是人才孵化和引导学生参与学科竞赛和创新实践项目｡我们将提供支持和资源,帮助学生将他们的创新项目转化为实际的创业实践,培养具备实践创新能力的创业人才｡

以上三个阶段层层递进､相互融合,每个阶段都是在前一个阶段的基础上发展,以培养学生的实践创新能力并引领他们参与学科竞赛和创新实践项目｡

(一)面向智慧云计算定位应用的实践教学研究平台建设

为了满足面向智慧云计算定位应用的人工智能和大数据需求,建立一个基于云定位与导航技术的研究平台,以低成本微MEMS组合系统和低成本北斗接收机为核心构成｡该平台旨在激发学生对导航技术的热情,并通过实验系统､多媒体演示和学生参与设计等方式进行教学和研究｡

在实验系统方面,包括MEMS定位传感器､北斗卫星导航系统､GPS导航系统等定位系统､惯性/卫星低成本组合导航系统及北斗/GPS双模定位系统,并基于这些设备构建能够展示导航定位技术基本原理的教学平台,通过实物展示方式帮助学生理解导航定位技术的原理和应用｡

除实物演示外,通过多媒体演示软件建立智慧城市､智慧交通应用演示系统｡结合导航定位原理演示动画､大数据演示图形等多媒体表现方式,帮助学生更好地理解和掌握云定位的基本原理,通过动画展示相关技术的关键概念和流程,而多媒体演示软件将提供丰富的视觉呈现和实例演示,以加强学生对导航定位及云技术的学习效果｡

在上述平台建设过程中,鼓励学生积极参与平台的设计和制作过程｡学生将有机会参与硬件选型､系统组装和软件开发等方面,培养实践能力和创新思维｡此外,学生还可以通过小组项目或研究课题的形式,设计和实现基于云定位与导航技术的应用方案,进一步深入研究和探索导航技术｡通过建立这样一个综合教学研究平台,旨在提供更好的教学条件,为学生提供学习和实践导航技术的机会,并与智慧云计算､人工智能和大数据应用相结合,培养学生在该领域的专业知识和技能｡

(二)基于智慧云计算定位的新工科开放性实践教学实践与分析

随着定位与导航技术的不断发展和演进,导航技术在新工科中的地位日益重要｡在教学实践应用中,引入室内定位､无人机导航､智慧交通等新兴领域实践案例,跟随当前最新技术和趋势,为学生理解和应用所学知识甚至就业奠定基础｡

开放性实践教学分析方面,结合大数据技术,利用实践平台的导航定位传感器实测数据进行分析｡在平台中集成数据分析和可视化工具,通过展示和解释数据分析的过程和结果,使学生能够对采集到的传感器数据进行分析和展示｡这有助于学生理解数据处理的重要性和数据在导航系统中的应用以提高实践能力｡此外引入实际案例和实践项目后,学生可开放式利用所学的定位与导航技术,提出创新实践方案去解决实践技术问题｡在此过程中鼓励学生独立分析案例､提出解决方案,并自主进行实际的系统设计和实施｡

开放性教学实践的组织形式方面,鼓励学生参与实际项目,如智慧城市导航系统的设计与开发､应用案例分析等,通过以上实践项目可以提供更深入的学习体验和实践机会｡此外,采用项目制方式组织学生进行小组合作学习,共同解决问题､讨论和分享思路｡这有助于培养团队合作和沟通能力,并促进知识共享和互助学习｡

五、结束语

本文运用OBE理念,以智慧产业需求为牵引,设计了“两牵引､一融合､一交互”的导航定位云实践平台建设思路｡结合当前智慧云､云定位技术热点,建立多源异构导航定位技术实践平台､低成本MEMS组合系统､低成本北斗接收机等实践平台｡设计了课内外融合的创新模块化教学体系,将导航类课程纳入自主创新类课程,同时将导航技术先进成果与智慧产业前沿作为教学内容更新依据,最终实现面向智慧产业需求牵引的新工科物联网导航定位实践平台及课程体系建设,培养适应市场需求的创新实践类物联网专业人才｡

参考文献:

[1]周永录,普园媛,尉洪,等.面向“新工科”的“物联网技术基础实验”教学初探[J].工业和信息化教育,2020(8):54-59.

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[3]王融,熊智,刘建业,等.面向智能物联网应用的导航技术“项目式课程”教育教学改革[J].科技资讯,2022,20(23):182-185.

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[9]杨红梅,关沧海,周雅慧.一种室内位置服务云平台建设方法[J].导航定位学报,2021,9(5):96-100.

[10]苏芃,李曼丽.基于OBE理念,构建通识教育课程教学与评估体系———以清华大学为例[J].高等工程教育研究,2018(2):129-135.

基金资助:教育部产学合作协同育人项目“基于智慧云导航的创新创业教育改革研究”(230704601281655);江苏省自然科学基金青年基金“基于混合故障辨识的北斗/GPS星座联合可靠导航技术”(BK2017067);

文章来源:钟丽娜,陈慧玲,刘潇,等.面向新工科的高校物联网专业实践平台探索与构建[J].高教学刊,2025,11(04):73-77.