物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的教學(xué)探索

馬巧梅

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的教學(xué)探索

馬巧梅

根據(jù)2010年教育部的通知，物聯(lián)網(wǎng)本科及碩士相關(guān)專業(yè)在中國的重要的新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)著手設(shè)立。為了更好地培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)技術(shù)人員，樹立以學(xué)生為本的教學(xué)理念，在闡述了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)產(chǎn)生背景的基礎(chǔ)上，分析了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系結(jié)構(gòu)，進一步探討物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的實踐教學(xué)。鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，交流協(xié)作能力、創(chuàng)新實踐能力。

物聯(lián)網(wǎng)；教學(xué)體系；人才培養(yǎng)

0 引言

作為一個新興的技術(shù)領(lǐng)域，嚴重影響物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的最重要的因素之一就是專業(yè)人才的缺乏和培養(yǎng)。我們國家如果要更進一步發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)技術(shù)，將需要大量的這樣的專業(yè)技術(shù)人才。

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)是將各種信息傳感設(shè)備，如激光掃描器、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、射頻識別技術(shù)(RFID)等裝置與互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來而形成的一個巨大的網(wǎng)絡(luò)[1]。在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，首先，通過智能感應(yīng)裝置，然后到達指定的信息載體，再經(jīng)過全面感知、可靠傳送和智能處理的過程，最后，實現(xiàn)人與物、物與物之間的信息自動化交互與智能處理[2]。2010年3月，教育部發(fā)布《關(guān)于戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)相關(guān)專業(yè)申報和審批工作的通知》，隨后，我國的數(shù)百所大學(xué)準備申報和試辦物聯(lián)網(wǎng)或傳感器網(wǎng)絡(luò)相關(guān)專業(yè)，這體現(xiàn)了大學(xué)對新產(chǎn)業(yè)、新技術(shù)發(fā)展的渴望和重視，同時，如何做好物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程教學(xué)也是我們面臨的嚴峻問題。2011年出臺的 “物聯(lián)網(wǎng)十二五發(fā)展規(guī)劃”中，已指出，當前世界新一輪科技發(fā)展和經(jīng)濟的戰(zhàn)略制高點之一就是物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，所以，對于促進經(jīng)濟發(fā)展和社會進步來說，發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)是具有相當重要的實際意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系

物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)具備3個主要特征: 第一，全面感知信息，即利用傳感器、RFID、EPC 編碼等隨時隨地獲取物品的重要信息；第二，可靠傳輸，通過傳感網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)實時準確地進行傳輸物體的信息；第三，智能處理，利用各種先進技術(shù)，如云計算，對海量數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)分析和處理，并對物品實施智能化的控制。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的設(shè)置，將以其專業(yè)培養(yǎng)目標為導(dǎo)向，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系框架[3]，與感知層相關(guān)的主要課程：射頻識別技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)、條碼技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)、智能終端與接口技術(shù)[4]；與網(wǎng)絡(luò)層相關(guān)的主要課程有：通信系統(tǒng)原理、移動通信技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)；與應(yīng)用層相關(guān)的主要課程有：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、c語言程序設(shè)計、操作系統(tǒng)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理、web系統(tǒng)開發(fā)與集成、物聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用；涉及到公共技術(shù)的課程有：應(yīng)用密碼學(xué)基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)管理、信息安全等。

根據(jù)以上對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的知識體系的詳細分析，其主要專業(yè)課程為: C語言程序設(shè)計與C++、數(shù)據(jù)庫原理技術(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及應(yīng)用、RFID原理及應(yīng)用、計算機網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)原理與應(yīng)用、無線傳感器、移動通信技術(shù)、操作系統(tǒng)、傳感器與檢測技術(shù)、信息安全、應(yīng)用密碼學(xué)基礎(chǔ)、接口與智能終端技術(shù)、通信原理、Web 系統(tǒng)開發(fā)程序設(shè)計等。專業(yè)課程中的核心課程如圖1所示：

圖1 物聯(lián)網(wǎng)核心課程

因此，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系的建立[5]，應(yīng)以培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)工程技能為核心、以提高工程素質(zhì)為根本、以掌握物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)科知識為目標。

2 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的教學(xué)探索

對于物聯(lián)網(wǎng)工程本科專業(yè)的建設(shè)，由于在國內(nèi)外無先例可以借鑒，因此，對于物聯(lián)網(wǎng)工程課程的教學(xué)也是無經(jīng)驗可尋。為了適應(yīng)當今社會對物聯(lián)網(wǎng)工程應(yīng)用型人才的需求，要探索和實踐一種新型的教學(xué)模式，在實際教學(xué)過程中需要注意以下幾個方面。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程需以計算機專業(yè)課程為基礎(chǔ)

目前，個別申辦物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的大學(xué)提出的教學(xué)計劃中，開設(shè)了稱之為“物聯(lián)網(wǎng)”的十幾門、甚至二十幾門某種技術(shù)的新課程，與計算機專業(yè)課程為基礎(chǔ)的教學(xué)體系相脫離，這樣的教學(xué)計劃的設(shè)置值得我們深思。第一，從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生的背景分析，計算機技術(shù)仍然是它的發(fā)展基礎(chǔ)，并且由于它是一門新興的智能學(xué)科，與計算機技術(shù)和電子學(xué)科聯(lián)系非常緊密，將會是各行各業(yè)應(yīng)用的最終的產(chǎn)物；第二，從學(xué)科關(guān)系分析，計算機基礎(chǔ)學(xué)科也是它的知識基礎(chǔ)，其進一步的發(fā)展必須依靠計算機學(xué)科，由此可見，我們在訂制物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學(xué)計劃及所修哪些專業(yè)課程，必須做到以計算機基礎(chǔ)學(xué)科為基礎(chǔ)。另外，如果一個學(xué)校為了一個新興專業(yè)很快地開設(shè)許多門新課程，不管是師資建設(shè)還是實驗室的建設(shè)都存在一定的局限性。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)工程理論教學(xué)需以培養(yǎng)工程技術(shù)能力為目的

物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)是新世紀的一個集成新興技術(shù)，所以物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才也是“工程應(yīng)用型”人才?？己艘粋€物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)畢業(yè)生具備什么樣的能力時，第一，會考察這個學(xué)生的物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)的專業(yè)基礎(chǔ)知識；第二，看該學(xué)生是否具備物聯(lián)網(wǎng)一個實際應(yīng)用領(lǐng)域的工作能力。對于物聯(lián)網(wǎng)“工程應(yīng)用型”人才的培養(yǎng)，我們要從兩方面來考慮培養(yǎng)目標：第一，就業(yè)的能力的培養(yǎng)；第二，可從事的就業(yè)崗位。然后，根據(jù)這些需求在制定我們的培養(yǎng)計劃，同時，對理論教學(xué)和課程知識體系的設(shè)置進行調(diào)整，目的是為了提高畢業(yè)生在就業(yè)時的社會競爭優(yōu)勢。所以說，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)理論教學(xué)需以培養(yǎng)工程能力為目標。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程需以“課程精，實驗強”的教學(xué)原則

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程是一門實踐性較強的課程，所以對于物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程的教學(xué)，我們一定要做到“課程精，實驗強”的原則。為了提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的實踐能力，理解和掌握物聯(lián)網(wǎng)工程的核心專業(yè)技術(shù)，為了進一步提高學(xué)生的設(shè)計能力，需開設(shè)對應(yīng)的課程設(shè)計。通過實驗方式進行專業(yè)課程的重點和難點內(nèi)容的教學(xué)，讓學(xué)生從實際動手過程中掌握物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)技術(shù)，其中最典型的教學(xué)方式就是項目開發(fā)及物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)實訓(xùn)等。如果堅持“課程精，實驗強”的教學(xué)原則，在很大程度可以提高物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才的實踐能力。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教師需提高自身的專業(yè)技能和綜合素養(yǎng)

對于一個剛剛興起的專業(yè)來說，對應(yīng)的專業(yè)教師需要盡快提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)技能，更好地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)，掌握新內(nèi)容，如，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)就是一個典型的例子。對于大學(xué)來說，理論教學(xué)體系的建立具有一定的優(yōu)勢，但物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)的是“工程應(yīng)用型”人才，因此，教師除了不斷的提高理論教學(xué)的同時，還需要高度重視自身的實踐能力的提高。在物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的教授過程中，教師可以結(jié)合多種教學(xué)方法，應(yīng)該更注重提高實踐能力的教學(xué)方法，以下是幾種提高實踐動手能力幾種典型教學(xué)方法，分別介紹如下：

1) 項目導(dǎo)向教學(xué)法

設(shè)置一個具體的實際項目，項目中所涉及的知識點是我們近期所學(xué)的理論知識，然后以此項目為例進一步將知識點融入在實際的項目中，通過分析、設(shè)計和實現(xiàn)的思想進行工程構(gòu)建，讓學(xué)生熟悉并掌握工程項目開發(fā)的思想。在專業(yè)課程的每個章節(jié)中，則應(yīng)用案例教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生更好的掌握重要知識點，按照以下步驟循序漸進得學(xué)習(xí)：“語法，實踐知識點詳解”→“現(xiàn)場編程”→“進一步講解實踐知識點”→“提高實踐”，更好地培養(yǎng)學(xué)生實際應(yīng)用能力[6]。通過“案例教學(xué)”中的精選案例，然后將此案例分解為數(shù)個基本任務(wù)，進一步詳細講解，做到講練有機融合。使學(xué)生通過實際項目的實踐更加熟練的掌握有關(guān)物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)的知識，然后通過趣味教學(xué)、動畫演示等教學(xué)方法，讓學(xué)生建立起物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)開發(fā)的思想，集中體現(xiàn)“以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)思想。

2) 啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)法

啟發(fā)誘導(dǎo)式教學(xué)可更好地拓展學(xué)生的擴散思維能力，進一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、趣味性、和創(chuàng)造性。例如，當講射頻識別技術(shù)的工作原理時，并非直接開門見山講其原理，而是先讓學(xué)生理解“射頻識別”的概念，然后，通過詳細分析某一個具體的應(yīng)用案例，從此應(yīng)用案例的不同階段的執(zhí)行過程中，引導(dǎo)學(xué)生對其進行分析和思考，進一步得出射頻識別的工作原理，最后，結(jié)合其執(zhí)行過程更深入地理解其含義。

3) 問題驅(qū)動教學(xué)法

“問題驅(qū)動教學(xué)法”是指教材中各章節(jié)的每個重要知識點通過“提出問題→分析問題→解決問題→邊分析邊做→得出結(jié)論”的過程，以上5個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，步步推進，進一步促進學(xué)生積極思考和實踐的能力。

4) 建設(shè)工程型教學(xué)團隊

由于物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課基本都是實踐性較強課程，建設(shè)一個以工程型為主的教學(xué)團隊[7][8]勢在必得。以年齡、研究方向、職稱、學(xué)歷等梯次層級組織教學(xué)團隊，形成結(jié)構(gòu)合理化的物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)開發(fā)的工程教學(xué)團隊。團隊中的每一個教師應(yīng)做到：第一，在物聯(lián)網(wǎng)所有專業(yè)中必須有自己最擅長或者研究較深的一門課；第二，由于物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)方向的教學(xué)實踐性較強，必須具備一定的實踐能力；第三，定期進行公司或培訓(xùn)機構(gòu)的項目培訓(xùn)和學(xué)習(xí)；第四，應(yīng)該組建物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課的立體化、全方位的學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)，包括教材的遴選、電子課件、源代碼編寫、電子資料、視頻教程等，真實模擬企業(yè)項目開發(fā)的軟硬件環(huán)境；第五，制定質(zhì)量監(jiān)控和考核體系，做到以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的開發(fā)團隊，進行物聯(lián)網(wǎng)工程項目開發(fā)的學(xué)習(xí)、實踐，并且引領(lǐng)學(xué)生在項目開發(fā)中的需要增強相互溝通、協(xié)調(diào)、和合作。

2.5 物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程在實踐中的具體應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)工程在我們實際生活中的應(yīng)用案例已隨處可見，例如，公交卡，校園一卡通，第二代居民身證等等。在上海世博會期間，中國移動推出的“世博通”手機錢包應(yīng)用在上海軌道交通正式開通。全國擁有升級為RFID SIM卡的中國移動客戶，拿出手機輕輕一刷，即可自由出入上海軌道交通全部線路。

上?！笆啦┩ā笔侨蚴状伟裄FID技術(shù)與移動SIM卡技術(shù)相結(jié)合，集成世博手機票、手機錢包等多個應(yīng)用。換上RFID SIM卡的手機，除用于乘坐地鐵外，還能乘坐世博專線公交車；購買“世博手機票”，直接持手機進入世博園區(qū)；或在世博園區(qū)內(nèi)所有合作商戶進行消費支付，是目前最便利的小額支付方式。

如今，在北京、上海等具有一定經(jīng)濟實力，并且在市場化、產(chǎn)業(yè)化等各方面 走在前列的省市，正在加大投入，希望在物聯(lián)網(wǎng)的標準制定、核心技術(shù)研發(fā)、產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等層面獲得突破，搶占先機。

在教師講授物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程的知識理論的同時，必須結(jié)合具體已有的實際應(yīng)用案例，這樣學(xué)生可以從實踐中更快地掌握理論知識。

3 總結(jié)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程體系，物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才需做到：通過理論學(xué)習(xí)掌握感知層，通過物聯(lián)網(wǎng)實踐項目精通傳輸層，通過應(yīng)用層平臺軟件開發(fā)實踐應(yīng)用項目。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以應(yīng)用到各行各業(yè)，同時與其他專業(yè)也聯(lián)系緊密，所以可以嘗試進行交叉學(xué)科的相互合作，根據(jù)其他各個專業(yè)的特點，使物聯(lián)網(wǎng)工程技術(shù)更好地應(yīng)用到各行各業(yè)的應(yīng)用中，這樣也促進和提高了相關(guān)專業(yè)的發(fā)展。

[1] 物聯(lián)網(wǎng)白皮書(2011)[R]．北京:工業(yè)和信息化部電信研究院,2011.

[2] 張小平.物聯(lián)網(wǎng)知識講座(一)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2011.1(5):91-92

[3] 沈蘇彬,范曲立.物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)與相關(guān)技術(shù)研究[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) , 2009, 29 (6) : 1-11.

[4] 胡忠望.“物聯(lián)網(wǎng)工程”新專業(yè)課程體系的設(shè)計[J]．中國電力教育,2010,( 22) : 109～110．

[5] 柯強.物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)課程建設(shè)探討田[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù), 2012, 1 : 80-85

[6] 秦磊華,石柯,甘早斌.基于CDIO的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學(xué)體系[J],2013.5

[7] 彭力,謝林柏,吳治海,聞繼偉.物聯(lián)網(wǎng)工程新專業(yè)本科人才培養(yǎng)方案研討[J],2013.15

[8] 范平,物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式探析[J], 湖北科技學(xué)院學(xué)報,2013.5

The Teaching Exploration of the Major Courses of the Internet of Things Engineering

Ma Qiaomei
(Department of Computer Science, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721016, China)

According to the notification of the ministry of education in 2010, China plans to set up undergraduate related major on the Internet of things such as important strategic emerging industries. In order to culture the professional and technical personnel of the Internet of things engineering, take the student as the teaching idea, it is analyzed the knowledge system of Internet of things engineering under the basis of the background of the Internet of things engineering, which discusses the system instruction of Internet of things engineering professional course. Students are stimulated to participate actively in studying the Internet of things engineering courses, which can improve the students' the ability of autonomous learning, the ability of innovation practice and communication cooperation.

The Internet of things; Teaching System; Cultivation of Talents

TP311

A

1007-757X(2014)06-0062-03

2014.04.12)

陜西省教育廳科學(xué)研究項目（2013JK1198）；寶雞文理學(xué)院重點項目(ZK14026)

馬巧梅(1983-)，女，寶雞文理學(xué)院計算機科學(xué)系，碩士，講師，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程，網(wǎng)絡(luò)與信息安全，寶雞 721016