基于Raspberry Pi 的物联网专业竞赛与创新人才培养的实践研究

绪论：

物联网技术正在深度地改变着人类生活和生产方式。伴随着物联网技术飞速发展的当今时代，高校物联网工程专业的人才培养也面临着巨大的挑战。作为学生创新能力与实践能力培养的平台之一，科技竞赛无疑在物联网人才培养上发挥着非常重要的作用。

对于物联网工程专业的教学来说，选用像 RaspberryPi 这样的开源硬件平台作为开发板，利于教师组织带领学生开展相关学习与实践，并结合项目培养学生的创新能力与动手能力；同时，参加省赛和国赛可以给予学生与其他高校选手交流的机会，提高学生的开阔眼界、竞赛意识。

竞赛体系的建设与实施情况如下表所示：

开展教学过程中，需注重发掘特长生，兼顾学生的差异性与选择性，让学生主动积极地参与学科竞赛，以赛促学，创建以赛促学的创新实验教学模式。通过参加科技创新竞赛，可以提高学生的自主学习能力、创新意识及创新精神，培养学生良好的学习习惯，培养学生的终身学习观。科技竞赛是培养学生创新能力的独特方式。学生要想取得科技竞赛的胜利，必须克服一个又一个难关，又要在规定的时间内找到最理想的解决方案，在这样快节奏的比赛中得到锻炼，能够更好地理解专业知识和提高创新意识。

1. 物联网人才培养的理论基础

随着物联网技术的发展，高校要承担起培养学生的能力，满足社会发展对物联网人才需求的责任。但是传统的高校教学模式过于注重理论知识的讲解，忽略实践能力的培养，阻碍了学生全面发展的可能。因此，对于物联网工程教育而言，有必要根据行业需求出发去重新思考和设计高校人才培养的培养方案。

物联网专业人才培养模式改革是各高校当前研究的热点之一。从实践与应用能力培养、加深市场了解程度、贯彻创新 + 服务方面入手对教学进行全方位改革。通过 CDIO 的教育理念，把工程实践贯穿于课堂教学当中，在教学过程中不断改进和完善教师的教学理念和专业水平，促使学生能够更多的主动探究课内所学的知识和技能，提高自身的工程实践能力和创新能力。

产教融合是物联网人才培育的有效方式之一。对于校企合作来说，可以从深化产学研合作方面着手。把一些企业的真实项目的案例作为课堂教学的实际背景资料带进课堂，通过实践教学环节培养学生的动手实践能力以及创新意识；根据实际情况建设完备的实验实训基地，让学生可以有机会动手操作物联网系统的搭建、传感器的配置及数据采集、云平台的应用以及数据分析等工作，做到理论结合实践。

学科竞赛在物联网工程专业人才培养过程中的作用不可忽视，在校赛中培养学生的创新精神与实践热情，在省赛、国赛等各类竞赛中提供与其他专业的高手切磋交流的机会，在比赛中开阔眼界、练就过硬的本领，锻炼自己的比赛心态，提高自身的综合素质和竞争力。

建立实践教学体系，应当将产业、创新、科学紧密结合。以往实践教学所占有的资源创新不够、拓展不够、综合性和开放性也不够；缺少全程贯通整个物联网专业开发、生产的综合性的项目实验资源；学生没有“全链条”的感受，“全链条”做项目设计开发；没能全链条参与项目，缺少面向工程实际，面向创新项目和面向企业级的实践训练。

物联网技术的不断发展要求教育工作者时刻关注知识和教学内容的更新迭代，可通过组织学生实验、项目等方式让学生进行实践性教学活动，把所学知识运用到具体的实践中；加强与物联网相关的企事业单位的合作，带领学生参与到实际项目的开发当中，学习相关的物联网应用场景和具体的技术需求，同时也号召教师不断学习物联网的相关技术，提高自身的教学水平和实践水平。

2.Raspberry Pi 在物联网中的应用

基于物联网的快速发展，Raspberry Pi 凭借着自身的优势— 灵活且成本低成为了物联网教学实验和开发的重要载体。作为 它不仅可以应用于物联网教学实验的实验室环境监测、数据采集等基础知识上，还可以应用在物联网的教学实验创新实践当中。

在物联网数据采集及共享领域上，Raspberry Pi 作为网关使用可以发挥其自身特有的优点，通过软件以及协议使物联网设备性能受限的问题得到改善；同时对数据真实性、可靠性具有较高的保障作用，来实现多样化数据需求。在实验室安全监测系统中，Raspberry Pi 与多种传感器相配合完成数据的采集工作，从而获得对温湿度以及有害气体浓度等数据信息的实时采集，实现对于实验室的安全防护预警。

根据物联网专业特点来进行跨学科、跨专业的项目融合实践教学，通过 RaspberryPi 项目的设计开发充分融合电子工程、通信技术等专业知识。项目设计中要融入模块化设计理念，从学生能够快速上手的模块开始，逐步引入有难度的模块来提高学生的自信心。

IoT 技术用于教育培养方面能够使人才培养方式获得更多的机会。基于Raspberry Pi 搭建的物联网教育平台，在感知层采用各种类型的传感器、RFID 标签等设备实现对学习相关数据的采集，同时，物联网技术还提供对学习数据的大数据分析和个性化的服务能力，从而提供给学生一种具有针对性的、更加高效灵活地学习体验方式。

针对应用型人才培养来说，用 RaspberryPi 建立物联网专业实践教学平台是较为理想的途径之一，在设计企业所需项目的过程中培养学生物联网专业知识和技能。这对培养学生的综合职业素质、提高教学成效、促进企业用人方面有显著作用。

将物联网技术引入 Raspberry Pi 中可以设计出创新型教育模式；整个系统以分层结构为支撑，由感知层、网络层、平台层、应用层以及用户层组成，将数据采集到应用服务的过程全部涵括。

3. 物联网专业竞赛的设计与实施

物联网专业竞赛作为培养创新型人才的重要途径，运用科技竞赛的形式有利于提升学生专业技能和创新能力，在开展竞赛工作时应合理设置竞赛内容、规范操作流程、健全完善制度，将竞赛育人功能发挥到最大化。现如今与物联网专业有关的比赛种类很多，包括全国性的高规格比赛以及校内的专业赛等，都可以让学生有很好的学习及实训的场所，根据竞赛性质和难易程度来分主要的比赛情况如表所示。

竞赛驱动型的人才培养模式需要着重于专业的指导与训练，提供给参赛学生确定学习目标、确定实践项目的参考。针对物联网专业的特点，让学生对接企业专业技术工程师，并按不同比赛项目开展技能培训，提高参赛选手的实践、创新及应急应变的能力； 发挥教师的指导作用，开设面向全校的公开课，邀请相关专家开展公开评比活动，在技术交流平台开展源代码共享等形式供学生自主学习与相互交流，以此激发学生的兴趣点。

通过学科竞赛，可以让同学们了解到更多行业的项目及案例，了解并掌握行业需求与市场变化，锻炼学生们动手实践能力，在物联网技术应用方面提升自身优势，展示出比赛带来的明显效果。并且在竞赛举办过程中遵从流程开展工作，保障竞赛活动顺利运行，落实育人的目的。

就实践情况来看，物联网专业竞赛对于创新创业教育起到了不可替代的作用，在促进教学研究、教育改革、课程更新以及创新型人才的培养等方面都发挥了不可忽略的核心作用，“课程 + 项目 + 竞赛”式的特色培养方式能够培养学生勤于创新的品质及严谨求实的科学态度、脚踏实地的做人准则、团结协作的团队意识与勇担责任的拼搏精神。

创新型、应用型人才的培养，对于提高物联网工程专业人才培养质量，推动产业与区域经济协同持续发展具有深远意义。竞赛实践要与产业发展、创新实践、科学前沿紧密对接，激发学生的学习热情，培养学生的自主学习与创新能力，全面提升学生的综合应用能力和实践能力。

4. 实践教学中的挑战与对策

物联网专业竞赛和创新人才培养过程中也面临许多困难，但是在这些困难中孕育着机会，通过采取恰当的应对策略、建立系统的改进方案，提高教学质量和人才培养的效果是大有可为的。竞赛能培养学生的专业技能与职业能力，使学生能在比赛中提高自身的实际操作能力、职业素养，以及为今后从事工作打下基础；学生的比赛经历会使他们更好地认识自身所学知识，同时也会因为参加竞赛活动而更加具有职业认同感，并能促使他们在竞赛的过程中不断提升自己的思维水平。当下物联网实践教学也有一定的难处：由于教学资源有限性，导致了学生的实践机会较少；设备更新换代的速度与技术的发展速度相比较慢

面对上述问题，学校应从不同角度加以应对，在教学资源上可以借助校企联合建设实验室的方式，亦或引入企业中的真实项目案例等方法来拓展实践教学的资源。人才的培养模式要以赛促学，结合创新创业教育，培养学生解决问题的能力、工程实践技能和创新精神，将国家级大学科技园作为创业平台，推动优质的团队、创业项目孵化落地，同时双创大赛获奖同学具有比较好的问题解决能力、创新意识、团队协作意识，他们更易于就业和找工作。

要开展好教师队伍建设工作。加强专业技术人员培训，组织教师下企业锻炼，提高实践教学水平；鼓励和支持教师参加科研项目和技术改造创新，把科研成果尽快转化为教学内容，不断更新和完善课堂教学内容。建立和完善科学的教师评价机制，把指导学生参加各种比赛并取得成绩计入教师考核评价范围中。

课程体系改革需要注重理论与实践的结合，增加实践课时比重，强化项目驱动式教学。科技竞赛对学生的影响是多方面的，能够促进就业、提升就业质量、提升科研能力、推动深造。因此，要将竞赛要素融入课程设计，通过竞赛检验来提升学生的职业发展能力。结合上述对策措施的落实，物联网专业实践教学质量将会得到提高；同时，学生可掌握扎实的专业知识和专业技能，并形成创新意识与实践能力，为以后的职业发展打下良好基础。

5. 结束语：

基于物联网人才培养的研究，探索基于 Raspberry Pi 的专业竞赛实践教学模式，通过对目前教学实践的总结分析，发现该模式具有显著的优势：能有效提高学生的实践能力和培养学生的创新意识。为满足物联网行业发展迫切需要的应用型、复合型人才需求，在原有的教学模式的基础上进行改革创新是非常必要的，可以通过建设物联网实验实训基地、设置完善的相关实验项目让学生自己动手去体验和操作物联网系统的搭建、传感器的选择及数据的采集、云平台的搭建以及相关的数据处理分析等具体的实验内容。通过对物联网知识的亲自实践来更加深地理解物联网的知识，同时也培养学生的团队协作能力和解决实际问题的能力。

从课程体系建设的角度看，把理论课与行业实践结合的体系有助于学生成绩的提升。比如，以讲授物联网操作系统与边缘计算、物联网安全技术应用等专业的课程方式教授，增加学生的动手能力，有助于培养学生解决复杂问题的能力。又如，基于 OBE 的教学模式及评价体系可以实现学生个体化分层教学、过程化评价，可以充分调动起学生的积极性，提高学生的学习热情。

物联网人才培养的未来发展可以从三个方面来展开。一是，在教学内容方面，应继续完善课程体系，与时俱进地追踪物联网技术发展前沿动态，并把最新的技术、理念融入到教学内容之中；二是，在教学方法方面，可以进一步加强与企业之间的合作交流，一方面可以和企业共建实验室，另一方面还可以与企业联合开展一些科研项目，以更好地服务于实践教学；三是，在创新能力培养方面，要加强创新创业教育，在实践中以赛促学，充分发挥好国家级大学科技园的作用，提高创新项目的孵化效率。

在物联网高速发展的同时，对人才培养也要与时俱进，在研究过程中要紧密结合产业发展需求，充分结合新技术新手段开展教学工作，并不断建立完善学生培养评价体系，加强实践动手能力培养；此外还要以全新的培养思路培养出更多的创新型优秀人才推动物联网行业发展。在教学改革中不断尝试探索、完善新方法、新模式，在保证教学质量前提下改善课程结构及实践环节，不断完善物联网专业的培养体系，从而确保教育教学改革的科学合理。

参考文献：

[1] 王招娣，杨数强，王军 . “双创”驱动下基于 CDIO 教育理念的一体化科技竞赛实践路径研究 [J]. 大众科技 ， 2024.

[2] 张阁 . 中职数控技术应用专业教学与评价模式改革分析 [J]. 中国机械， 2024.

[3] 李晓琪，许慧燕，潘丽峰，王俊. 多维视角下物联网工程专业应用型人才培养路径研究 [J]. 信息与电脑（ 理论版 ）， 2024.

作者简介：

麦康泉（1992-），男，汉族，本科讲师，人工智能训练师二级，研究方向：无通信技术，信息技术，传感网络技术

张高翔（1989-），男，汉族，硕士讲师，高级电子商务师，SYB 创业导师，研究方向：电子商务、农业电商、管理信息系统。张保新：（1965-）男，汉族，本科高级工程师，物联网应用技术专业带头人，研究方向：移动应用技术，传感器技术

田书竹：（1982-），男，汉族，硕士高级工程师，飞行器数字化制造技术专业主任，研究方向：模具设计与制造，机械制图，飞行器技术

基金项目：2024-2025 学年教育教学改革项目“产中校融合背景下的物联网专业技能竞赛与创新人才培养模式研究－以Raspberry PI 平台教学为例”（项目编号：JA202403）