物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)教學(xué)中創(chuàng)新學(xué)習和能力培養(yǎng)的探索

李博涵

摘 要 無論在知識經(jīng)濟時代還是信息社會，創(chuàng)新能力的高低是衡量高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要標志之一。物聯(lián)網(wǎng)引領(lǐng)著二十一世紀又一次重大信息革命的浪潮。如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)本科教育中顯得尤為重要。本文試圖對物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的可能性和重要性、方法和途徑進行探討。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng) 創(chuàng)新能力 培養(yǎng)

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）這一概念國內(nèi)外普遍認可的是 MIT Auto-ID 中心Ashton 教授1999年在研究RFID時最早提出來的。在2005年國際電信聯(lián)盟（ITU）發(fā)布的同名報告中，物聯(lián)網(wǎng)的定義和范圍已經(jīng)發(fā)生了變化，覆蓋范圍有了較大的拓展，時至今日物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從概念逐步走向?qū)嵺`。同樣在高校中，“物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)”也經(jīng)歷著從無到有，從鮮見到熱門的變化。在教育部的聯(lián)合推動下全國700余所高校積極到參與物聯(lián)網(wǎng)這一新增專業(yè)的設(shè)置。如何培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)專業(yè)技術(shù)人才是反復(fù)強調(diào)的話題，但實際情況卻總是形式大于內(nèi)容。對于高校而言，利用新增專業(yè)來培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，搭載“物聯(lián)網(wǎng)”快車不應(yīng)是停留在口號上，而是要切實地在師資、教學(xué)設(shè)備、教材上進行實際加強。從電子、信息類新增專業(yè)看，物聯(lián)網(wǎng)工程是最熱的專業(yè)之一，哈工大、北京理工大學(xué)等全國30多所高校都將開設(shè)該專業(yè)。

1 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的方法和途徑

教學(xué)方法既是一種技術(shù)，也是一種綜合能力，正確的教學(xué)方法會有力地促進學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)的形成，而落后的教學(xué)方法則會成為學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)發(fā)展的阻礙因素。因此，要發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)，就必須采取有利于創(chuàng)新的教學(xué)方法，切實發(fā)展學(xué)生的聰明才智。應(yīng)該清醒地看到物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有“新、長、?！钡奶攸c。

1.1 采用啟發(fā)式、討論式的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的開放式思維

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)成立之初自身學(xué)科特點尚未成型，但集成創(chuàng)新型技術(shù)，知識體系不清晰；產(chǎn)業(yè)涵蓋面寬，邊界難以界定。物聯(lián)網(wǎng)是新增設(shè)的專業(yè)，交叉學(xué)科特性更加顯著。如何變思維封閉式為思維開放式教學(xué)對于教學(xué)是一個挑戰(zhàn)。所謂開放式思維就是要求學(xué)生不能只會死記硬背書本的知識，要著眼于不同答案或結(jié)論的自主選擇。為此，教師要科學(xué)設(shè)計課程中創(chuàng)造性活動，善于傳遞創(chuàng)造性教育新觀念，制造培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的各種機會，對學(xué)生進行各種創(chuàng)造性因素的影響，使學(xué)生受到潛移默化的教育，逐漸形成廣博的思維，做到跨學(xué)科和課程規(guī)定以外的內(nèi)容，例如可以利用課堂辯論、CAI授課、學(xué)生講課和專題討論等方法，傳遞創(chuàng)造性教育新觀念，制造培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的各種機會，對學(xué)生進行各種創(chuàng)造性因素的影響，使學(xué)生受到潛移默化的教育，逐漸形成開放式的思維。

1.2 將科學(xué)研究內(nèi)容融入教學(xué)過程之中，豐富實驗手段，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究能力

教學(xué)與科研密切相關(guān)，不可分割。在創(chuàng)新教育中，強調(diào)以學(xué)生為主體，通過教學(xué)來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，就必須探索其規(guī)律性的東西，就必須將科學(xué)研究與教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來，讓它們相互促進，共同提高。有選擇性地布置一些綜合性作業(yè)或小論文題目，讓學(xué)生嘗試進行科研研究與創(chuàng)新的基本訓(xùn)練。根據(jù)學(xué)生的興趣再加以具體指導(dǎo)，使學(xué)生初步掌握科研研究與創(chuàng)新的方法和途徑。注重實驗環(huán)節(jié)，設(shè)置多樣化的實驗。例如處理器基礎(chǔ)實驗方面可以考慮程序下載實驗，串口通信，控制器的基礎(chǔ)，虛擬演示終端控制實驗、微操作系統(tǒng)，基礎(chǔ)通信實驗可以設(shè)置線信道監(jiān)聽，無線報警，SimpliciTI網(wǎng)絡(luò)通訊實驗，射頻標簽RFID部署；自組織網(wǎng)絡(luò)實驗可以設(shè)置指定路由多跳網(wǎng)絡(luò)的實驗，簡單的泛洪協(xié)議的多跳路由網(wǎng)絡(luò)的實驗；

1.3 將科研與實踐應(yīng)用結(jié)合起來，為學(xué)生提供、創(chuàng)造更多的實踐機會，強化學(xué)生的社會參與意識

目前高校某些專業(yè)的人才培養(yǎng)在實際工程能力方面和社會需求存在著天然鴻溝。這就需要企業(yè)和高校之間采取有效的橋梁與杠桿來跨越障礙協(xié)同發(fā)展。上面提到了將在教學(xué)中引入科研能力培養(yǎng)，那么在科研中也同時要注重工程實踐能力的培養(yǎng)。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學(xué)科交叉性決定只學(xué)好某幾門課程，或者是僅僅是掌握某一學(xué)科（比如計算機、電子、通信等）是不足以滿足社會的需求的。讓學(xué)生接觸新的無線技術(shù)DSRC，Bluetooth，WiFi，ZigBee，RFID 和NFC的知識。通過設(shè)計豐富、多元化的實驗教學(xué)方式，可以為物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)學(xué)生打下扎實的應(yīng)用基礎(chǔ)，為將來創(chuàng)造出更多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及產(chǎn)品積累經(jīng)驗。目前在許多大型辦公場所、商業(yè)Mall等經(jīng)濟金融聚集的地方已經(jīng)采用了先進物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，適時采取現(xiàn)場實地考察，親身體驗的方式，讓師生共同感受物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給生活帶來的改變。

2 物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程內(nèi)容和教學(xué)手段創(chuàng)新

2.1 專業(yè)課程體系設(shè)置

為了適應(yīng)新的人才培養(yǎng)目標，首先在教學(xué)內(nèi)容上要堅持體現(xiàn)時代性的特點，讓學(xué)生掌握最新的知識內(nèi)容，了解世界最新的發(fā)展動態(tài)，使學(xué)生的知識層次和結(jié)構(gòu)與世界先進水平趨于同步。在教學(xué)中，應(yīng)把本學(xué)科前沿的最新研究信息、動態(tài)及成果有機地引進課堂，拓寬學(xué)生的知識面，強化學(xué)生的創(chuàng)新意識。其次在課程體系上要重新優(yōu)化，按知識、能力、素質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)展的要求來制定與社會發(fā)展相適應(yīng)的教學(xué)計劃和課程體系，開設(shè)專門的創(chuàng)新課程，培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新智能和創(chuàng)新方法。此外，在課程設(shè)置上適當調(diào)整必修、選修課的比例，增加選修課的數(shù)量和廣度，使精力充沛、有余力的學(xué)生選擇更多適合自己的課程，塑造學(xué)生全面而和諧發(fā)展的個性，從而培養(yǎng)全面發(fā)展的復(fù)合型人才，使學(xué)生在未來工作中具備全面素質(zhì)及創(chuàng)新能力，適應(yīng)現(xiàn)代社會對人才的需要。物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的課程內(nèi)容的設(shè)置目前尚處于摸索階段。如圖1所示為探索中的一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)課程體系設(shè)置。

具體到各個知識模塊，首先是網(wǎng)絡(luò)支持核心技術(shù)這一塊。必須要了解物聯(lián)網(wǎng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展、相關(guān)的路由協(xié)議、MAC協(xié)議、物理層設(shè)計、通信標準。在傳感層：無線節(jié)點硬件和核心協(xié)議棧軟件設(shè)計，RFID無源、有源標簽設(shè)計技術(shù)，低功耗無線設(shè)計，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，安全和加密原理和設(shè)計是基礎(chǔ)；網(wǎng)絡(luò)層：多種網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)設(shè)計，HF，UHF-RFID讀卡器設(shè)計，掌握主流無線和無線網(wǎng)絡(luò)標準，主要的路由算法是掌握物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)管理的關(guān)鍵。以往這些知識模塊一個專業(yè)的學(xué)生很難同時學(xué)到，但是這些都是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)應(yīng)該掌握的基礎(chǔ)知識。在更高一層的應(yīng)用層，側(cè)重于服務(wù)支持技術(shù)的時間同步技術(shù)、節(jié)點定位技術(shù)、容錯容侵技術(shù)、安全設(shè)計技術(shù)、服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證以及場景感知技術(shù)等等。

2.2 教學(xué)和學(xué)習手段創(chuàng)新，用更多“輕量級泛在化”的教學(xué)手段替代傳統(tǒng)的教學(xué)手段

隨著信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，經(jīng)濟社會迅速發(fā)展，在教學(xué)中必須采用新的現(xiàn)代化多媒體教學(xué)手段，通過聲音、圖像等多種表現(xiàn)形式使教學(xué)直觀、形象，用教學(xué)內(nèi)容的動態(tài)和知識的新穎激發(fā)學(xué)生的興趣和創(chuàng)新激情，促使學(xué)生綜合能力不斷得到發(fā)展和完善。筆者認為學(xué)習物聯(lián)網(wǎng)可以以物聯(lián)網(wǎng)的方式來學(xué)習之，這算是“以彼之道，還施彼身”的另類解讀吧。利用信息技術(shù)提供學(xué)生一個可以在任何地方、隨時、使用手邊可以取得的科技工具來進行學(xué)習活動的4A（Anyone，Anytime，Anywhere，Anydevice）學(xué)習。例如，可以根據(jù)學(xué)生興趣將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)按感知層，傳輸層，應(yīng)用層等層次分為不同的小組，利用智能手機和通訊軟件使學(xué)生將課堂內(nèi)外的學(xué)習互通有無，小組內(nèi)部資源共享，小組外部資源競爭。讓學(xué)生體會到感知技術(shù)無處不在，知識在不斷更新。

3 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)的革命性發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)具有產(chǎn)業(yè)鏈長，帶有長尾效應(yīng)，涉及多個產(chǎn)業(yè)群的特點，其應(yīng)用范圍遍及智能交通、環(huán)境保護公共安全、智能家居、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)測、個人健康等幾乎各行各業(yè)。預(yù)計物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信網(wǎng)之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮。有專家預(yù)測10年內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)就可能大規(guī)模普及，這一技術(shù)將會發(fā)展成為一個上萬億元規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。因此，社會對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面的人才需求巨大。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程學(xué)習和培養(yǎng)上作者提出了一些新的思路和方法。物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)的當務(wù)之急是要積極開展教育改革試點與實踐工作，為后續(xù)還將新增設(shè)的“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”專業(yè)的高校提供依據(jù)。對待物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)這一高校新增專業(yè)應(yīng)該既充滿期待，也要踏踏實實地做實事。無論是億或萬億物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展都將是一個長期的過程，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)課程的建設(shè)與大學(xué)生創(chuàng)新培養(yǎng)也同樣需要經(jīng)歷一個逐步成熟的過程。

基金項目：國家自然科學(xué)基金（60673127）；中國博士后科學(xué)基金（No.20100481133）；江蘇省博士后基金 （1001005B）；南京航空航天大學(xué)青年科技創(chuàng)新基金 （NS2012023）的資助

參考文獻

[1] 桂小林.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)課程體系探索.計算機教育，2010.16：1-3，9.

[2] 陳向益，王良民，熊書明.物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系建設(shè)的思考.科教導(dǎo)刊，2012.33.

[3] 劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導(dǎo)論.科學(xué)出版社，2010.

[4] 吳功宜.對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)體系建設(shè)的思考.計算機教育，2010.21：26-29.

[5] 吳功宜.智慧的物聯(lián)網(wǎng)—感知中國與世界的技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[6] 教育部高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)委員會.高等學(xué)校計算機科學(xué)與技術(shù)計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)公共核心知識體系與課程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.