物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課程體系建設(shè)的思考

陳向益　王良民　熊書(shū)明

摘要本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的課程體系建設(shè)進(jìn)行了探討，指出了課程體系建設(shè)中存在的問(wèn)題和解決的思路，提出培養(yǎng)計(jì)算思維能力和工程應(yīng)用能力的一體兩翼的課程方案，明確了物聯(lián)網(wǎng)工程面向行業(yè)應(yīng)用的課程建設(shè)方向，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的建設(shè)進(jìn)行了初步的嘗試。

關(guān)鍵詞物聯(lián)網(wǎng)工程課程體系建設(shè)計(jì)算思維工程應(yīng)用

0引言

隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN（WirelessSensorNetwork）以及射頻識(shí)別技術(shù)RFID（RadioFrequencyIdentification）的研究和應(yīng)用推廣，傳統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)始向物物相聯(lián)的深入方向發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)（IOT：InternetofThings）應(yīng)運(yùn)而生，物聯(lián)網(wǎng)的主要功能是“全面地感知，正確地認(rèn)知，智慧的處理”。①2009年溫家寶總理參觀中國(guó)科學(xué)院微系統(tǒng)所無(wú)錫傳感網(wǎng)工程中心，提出要盡快建設(shè)“感知中國(guó)”的中心，隨之無(wú)錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院成立，物聯(lián)網(wǎng)成為一個(gè)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的下一個(gè)熱點(diǎn)。

為了適應(yīng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，教育部批準(zhǔn)在高校設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)，以培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)人才，我校作為第一批教育部批準(zhǔn)成立的物聯(lián)網(wǎng)工程本科專(zhuān)業(yè)正式成立，并于2011年開(kāi)始招生。在專(zhuān)業(yè)成立之初，我們就確立了物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)和方案，并精心規(guī)劃和制定了人才培養(yǎng)的課程體系。2012年初，為引導(dǎo)高校主動(dòng)適應(yīng)國(guó)家戰(zhàn)略和地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求，根據(jù)《教育部財(cái)政部關(guān)于“十二五”期間實(shí)施“高等學(xué)校本科教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程”的意見(jiàn)》（教高〔2011〕6號(hào)）提出的“十二五”期間啟動(dòng)實(shí)施“專(zhuān)業(yè)綜合改革試點(diǎn)”項(xiàng)目的要求，本校的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)申請(qǐng)并成為第一批專(zhuān)業(yè)綜合改革試點(diǎn)，重新更新了專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，并進(jìn)行了課程體系的改革。下面從幾個(gè)方面談?wù)勥@次課程體系建設(shè)的一些體會(huì)。

1當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)課程體系存在的主要問(wèn)題

物聯(lián)網(wǎng)工程屬于國(guó)家新興的戰(zhàn)略知識(shí)產(chǎn)業(yè)，國(guó)內(nèi)開(kāi)設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的高校都是首次試水，國(guó)外又沒(méi)有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒，因此在專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方案和課程體系的建設(shè)上思路各異，多數(shù)高校是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)科交叉的特點(diǎn)來(lái)設(shè)置課程的，雖然借鑒成熟的已有學(xué)科的做法值得肯定，但是由于對(duì)新產(chǎn)業(yè)前景和培養(yǎng)目標(biāo)認(rèn)識(shí)不充分，普遍存在以下兩個(gè)問(wèn)題：

（1）專(zhuān)業(yè)特色不突出。當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置大多是將各個(gè)交叉學(xué)科的課程直接設(shè)置在物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的課程體系之中，比如計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)相關(guān)的課程、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的課程以及通信和電子技術(shù)相關(guān)專(zhuān)業(yè)的課程。最終的結(jié)果是課程體系繁雜，內(nèi)容繁多，真正體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)特色的課程少之又少，體現(xiàn)不出專(zhuān)業(yè)的特色。

（2）缺乏行業(yè)應(yīng)用支撐。物聯(lián)網(wǎng)工程雖然是剛剛興起的新專(zhuān)業(yè)，但是某些概念和技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)相關(guān)行業(yè)應(yīng)用多年，行業(yè)應(yīng)用知識(shí)和背景對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要，如果沒(méi)有行業(yè)應(yīng)用的支撐，物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)將失去目標(biāo)和方向。

2課程體系建設(shè)的思路和措施

針對(duì)以上的兩個(gè)問(wèn)題，物聯(lián)網(wǎng)工程系的教師進(jìn)行了大量的調(diào)研和專(zhuān)題討論，形成了一致的意見(jiàn)，并進(jìn)行了卓有成效的嘗試，以下是本次課程體系建設(shè)的基本思路和措施。

2.1培養(yǎng)兼具計(jì)算思維和工程能力的物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)卓越人才

創(chuàng)新型高素質(zhì)人才培養(yǎng)是課程體系建設(shè)的最重要的指導(dǎo)方針。在實(shí)際的建設(shè)過(guò)程中，我們認(rèn)為計(jì)算思維、工程能力是物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)人才的兩種基本素質(zhì)，研究型創(chuàng)新人才離不開(kāi)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)，工程應(yīng)用創(chuàng)新型人才則依賴(lài)于大量的工程應(yīng)用實(shí)踐。通過(guò)構(gòu)建合理的課程體系來(lái)完成這兩種能力的培養(yǎng)。

（1）計(jì)算思維能力的培養(yǎng)相關(guān)課程。物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)在于“聯(lián)”，而聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)是計(jì)算芯片，所以計(jì)算思維能力是物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中必須貫穿培養(yǎng)的一種基本素質(zhì)。計(jì)算機(jī)模型是從數(shù)學(xué)問(wèn)題的研究中發(fā)明出來(lái)的，而且邏輯又是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因此計(jì)算數(shù)學(xué)思維能力對(duì)物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)極為重要。

課程設(shè)置的時(shí)候，專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了培養(yǎng)計(jì)算思維能力的系列課程，供本專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在本科四年的不同階段進(jìn)行學(xué)習(xí)。離散數(shù)學(xué)、形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)、計(jì)算復(fù)雜性和可計(jì)算理論、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法分析與設(shè)計(jì)等，涵蓋了從基本的邏輯、集合論、代數(shù)結(jié)構(gòu)、圖論到形式語(yǔ)言與自動(dòng)機(jī)、計(jì)算復(fù)雜性理論、數(shù)據(jù)的組織和算法等層次，這些從抽象到具體的計(jì)算思維能力將為學(xué)生提供從理論到實(shí)踐的理論基礎(chǔ)以及從實(shí)踐到理論的數(shù)學(xué)抽象能力。

（2）工程能力培養(yǎng)相關(guān)課程。包括物聯(lián)網(wǎng)工程、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)、軟件工程、射頻識(shí)別技術(shù)、無(wú)線單片機(jī)和ZigBee技術(shù)、協(xié)議分析和編程、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、Android操作系統(tǒng)和移動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)等工程應(yīng)用能力培養(yǎng)課程。通過(guò)這些課程系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力。

2.2強(qiáng)化專(zhuān)業(yè)特色，突出行業(yè)應(yīng)用方向，以?xún)?yōu)勢(shì)學(xué)科支撐行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)人才跨學(xué)科培養(yǎng)

物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)業(yè)是多專(zhuān)業(yè)的融合與提升，需要多專(zhuān)業(yè)的匯聚，取其共性，建立基礎(chǔ)教學(xué)體系；各院?？筛鶕?jù)自身行業(yè)應(yīng)用背景優(yōu)勢(shì)建立具有各自應(yīng)用方向特點(diǎn)的課程和實(shí)訓(xùn)。②

物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的特殊性在于，其課程體系包含物聯(lián)網(wǎng)共性支撐技術(shù)及行業(yè)應(yīng)用技術(shù)兩個(gè)部分，通過(guò)打破信息產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)工科專(zhuān)業(yè)的壁壘，充分利用本校食品安全、汽車(chē)交通和環(huán)境監(jiān)控三方面優(yōu)勢(shì)學(xué)科群，著重于行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)人才的培養(yǎng)。因此課程體系中，設(shè)計(jì)了行業(yè)應(yīng)用選修模塊，結(jié)合本學(xué)校食品學(xué)院、汽車(chē)學(xué)院和環(huán)境學(xué)院在學(xué)科和研究方面的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了食品安全物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)三個(gè)行業(yè)應(yīng)用選修模塊，學(xué)生必須從這三個(gè)模塊中選擇一個(gè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，并獲得相應(yīng)的學(xué)分才能畢業(yè)，使得學(xué)生及早了解將來(lái)畢業(yè)后的服務(wù)的行業(yè)知識(shí)。

2.3更新完善教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化課程設(shè)置，形成具有鮮明特色的專(zhuān)業(yè)核心課程群

在本次課程體系建設(shè)的過(guò)程中，考慮通過(guò)優(yōu)化課程設(shè)置，更新完善教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化物聯(lián)網(wǎng)工程的專(zhuān)業(yè)特色。借鑒現(xiàn)有的課程確定物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的需要設(shè)置的課程，吸收消化現(xiàn)有課程的教學(xué)計(jì)劃、方案和內(nèi)容，融合若干課程的知識(shí)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)化成為物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)核心課程。

下面以“無(wú)線單片機(jī)與ZigBee技術(shù)”專(zhuān)業(yè)課程為例進(jìn)行說(shuō)明該策略。該課程主要涉及到微機(jī)原理和接口技術(shù)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、ZigBee協(xié)議和開(kāi)發(fā)等教學(xué)內(nèi)容。在傳統(tǒng)的教學(xué)課程體系中，這些內(nèi)容都分散在各自獨(dú)立的課程之中，甚至課程還被分散開(kāi)設(shè)在不同的學(xué)期，導(dǎo)致學(xué)生們對(duì)課程之間知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)片面而孤立，不能有效地融會(huì)貫通、學(xué)以致用。

我們把這些課程內(nèi)容有機(jī)地融合在一門(mén)課程之中，適當(dāng)?shù)卦黾釉撻T(mén)課程的學(xué)時(shí)，但總體而言，課程學(xué)習(xí)的學(xué)時(shí)相比以前獨(dú)立開(kāi)設(shè)多門(mén)課程反而減少了，減輕了學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。在設(shè)置課程內(nèi)容的時(shí)候，擬分四步執(zhí)行：

第一步，通過(guò)借鑒已有的微機(jī)原理和接口技術(shù)、匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、單片機(jī)原理及應(yīng)用、微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、ZigBee協(xié)議和開(kāi)發(fā)課程體系，找到它們的共性和交叉內(nèi)容，并舍棄其中一些陳舊的技術(shù)知識(shí)，從而有效地精簡(jiǎn)課程的知識(shí)體系。

第二步，根據(jù)前面確定的課程教學(xué)內(nèi)容，吸收學(xué)習(xí)已有的課程內(nèi)容，比如，微機(jī)原理和接口技術(shù)主要講解的是PC機(jī)即以Intelx86微處理器為核心的計(jì)算機(jī)的原理和接口技術(shù)，而單片機(jī)原理及應(yīng)用主要講解的是IntelMCS-51單片微型計(jì)算機(jī)的原理、接口、應(yīng)用和控制技術(shù)，這是兩種不同的微型計(jì)算機(jī)，但是所講授的技術(shù)和原理很多時(shí)候是一致的，并且很多時(shí)候兩者都會(huì)涉及到匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容，從目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，將它們的教學(xué)內(nèi)容融合在一門(mén)課程之中更為合適，在物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)中，無(wú)線聯(lián)網(wǎng)以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的開(kāi)發(fā)將是未來(lái)的技術(shù)應(yīng)用重點(diǎn)內(nèi)容，而無(wú)線單片機(jī)將成為無(wú)線聯(lián)網(wǎng)和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的核心，所以必須進(jìn)行課程的融合。

第三步，通過(guò)分析課程之間的知識(shí)點(diǎn)，完成課程內(nèi)容的有機(jī)融合，打通課程之間任督二脈，讓學(xué)生學(xué)以致用，學(xué)而知用。

第四步，將融合后的內(nèi)容轉(zhuǎn)化升華為物聯(lián)網(wǎng)工程專(zhuān)業(yè)的特色課程。

2.4重視實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課程，培養(yǎng)學(xué)生的理論聯(lián)系實(shí)踐的動(dòng)手能力

實(shí)踐是工科專(zhuān)業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)極其重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，因此在課程體系設(shè)置中，安排了認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、上機(jī)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等多個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，涵蓋了從本科一年級(jí)到四年級(jí)的全部階段。

認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)安排學(xué)生參觀相關(guān)的企業(yè)了解企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和企業(yè)的需求；偏軟件類(lèi)的課程安排的上機(jī)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力和軟件工程管理能力；偏硬件課程的實(shí)驗(yàn)使得學(xué)生在通過(guò)小型的實(shí)驗(yàn)深刻領(lǐng)會(huì)和理解設(shè)備的工作原理和軟硬件的協(xié)同設(shè)計(jì)能力；課程設(shè)計(jì)則是通過(guò)綜合型的軟件或者軟硬件開(kāi)發(fā)的實(shí)踐認(rèn)識(shí)一個(gè)小型項(xiàng)目的分析、設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程；生產(chǎn)實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)通過(guò)讓學(xué)生進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行鍛煉和學(xué)習(xí)，了解企業(yè)的實(shí)際需要，思考如何將所學(xué)知識(shí)與未來(lái)所從事的行業(yè)聯(lián)系起來(lái)。另外，積極與相關(guān)企業(yè)建立廣泛的聯(lián)系，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，聯(lián)合開(kāi)展科研項(xiàng)目、人員培訓(xùn)等，是一種校企雙贏的舉措。③

3小結(jié)

物聯(lián)網(wǎng)工程作為一個(gè)新興的專(zhuān)業(yè)，高校都在進(jìn)行相關(guān)的嘗試，課程體系仍在不停的改革之中。在建設(shè)課程體系過(guò)程中，必須把握好人才自我成長(zhǎng)需要與社會(huì)對(duì)人才需求之間的關(guān)系，有效保證課程體系中課程之間的依賴(lài)性和連續(xù)性，同時(shí)注重學(xué)生的邏輯思維能力、工程素質(zhì)以及創(chuàng)新能力培養(yǎng)，為物聯(lián)網(wǎng)工程培養(yǎng)既能從事科學(xué)研究也能從事工程應(yīng)用創(chuàng)新的綜合素質(zhì)人才。