物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程設置與實踐教學體系設計

摘要：物聯(lián)網(wǎng)工程是全新的專業(yè)，建立符合物聯(lián)網(wǎng)學科特點、滿足實際要求的培養(yǎng)方案、教學計劃和教學模式，是保障培養(yǎng)物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)合格人才的關鍵。結合對高等學校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)規(guī)范的解讀以及對物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的理解，文章介紹吉林大學計算機科學與技術學院物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的課程設置與實踐教學體系的設計，闡述方案制訂的思路。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)；培養(yǎng)方案；專業(yè)課程；實踐教學體系

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)是教育部根據(jù)國家經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略需要，于2010年設立的新專業(yè)，專業(yè)歸類于計算機科學與技術。2010年，30所高校被批準開設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，2011-2013年，又有270多所學校陸續(xù)被批準開設此專業(yè)。

物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)成立之初，其知識體系、培養(yǎng)目標、培養(yǎng)計劃和培養(yǎng)模式基本上是空白。因此，建立符合物聯(lián)網(wǎng)學科特點并滿足實際要求的培養(yǎng)方案、教學計劃和教學模式，是保障物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)合格人才培養(yǎng)的關鍵。在教育部高等學校計算機科學與技術專業(yè)教學指導分委員會的指導下，首批開設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的高等院校相關專家組成了“物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)教學研究專家組”。在他們辛勤并卓有成效的工作下，《物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報告暨專業(yè)規(guī)范（試行）》（簡稱《專業(yè)規(guī)范》）與《高等學校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實踐教學體系與規(guī)范（試行）》（簡稱《體系與規(guī)范》于2012年制訂發(fā)布。兩個規(guī)范的發(fā)布使各高校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的辦學有了一個初步的依據(jù)與準則，但對這兩個規(guī)范的解讀，各個高校有自己的理解與認識，不盡相同。

吉林大學是首批獲得物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)招生資格的30所高校之一。從2011年起，我們每年招收物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)本科生60名，2015年將產(chǎn)生首批畢業(yè)生。吉林大學物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的培養(yǎng)方案有兩個版本，第一個版本于2011年制訂，第二個版本在第一版的基礎上作出了一些調(diào)整，于2013年底完成制訂。新培養(yǎng)方案結合了吉林大學計算機科學與技術專業(yè)的特色以及物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)學科交叉和實踐性強的特點。

1 課程設置的總體思路

物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，涉及的理論與技術涵蓋面廣，應用領域幾乎無所不在。日前，國外尚無同類專業(yè)，因此在物聯(lián)網(wǎng)人才培養(yǎng)方面，國外的經(jīng)驗無從借鑒。專業(yè)設立之初，國內(nèi)院校都在探索，沒有成型的培養(yǎng)方案可作參考。根據(jù)我們的理解，物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的基礎是計算機學科，不僅包含信息網(wǎng)絡方面的理論和技能，還應該具有電子科學與技術、通信工程等相近學科的部分知識與技能。物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)畢業(yè)生應該具備從事物聯(lián)網(wǎng)應用領域的研究、設計、開發(fā)、操作等工作所需的專業(yè)基本能力。專業(yè)課程設置與實踐教學體系的設計要圍繞專業(yè)基本能力的培養(yǎng)展開。

我們依托計算機科學與技術學科建設物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，確定物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)人才應該具備《高等學校計算機科學與技術專業(yè)人才專業(yè)能力構成與培養(yǎng)》定義的計算機專業(yè)人才的專業(yè)基本能力，包括汁算思維能力、算法設計與分析能力、程序設計與實現(xiàn)能力、系統(tǒng)能力等。同時，我們還應該從物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的特色出發(fā)，深刻認識這些能力在本專業(yè)的特色需求。

據(jù)此，結合吉林大學計算機科學與技術專業(yè)、網(wǎng)絡與信息安全專業(yè)的已有本科培養(yǎng)方案與教學模式，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)知識體系特點，我們研究制訂了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程，見表l

從培養(yǎng)方案中可看出，我們對原計算機科學與技術專、業(yè)課程體系進行了精簡，在保留計算機專業(yè)核心課程的前提下，增加了物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的核心課程，包括物聯(lián)網(wǎng)工程概論、傳感器原理及應用、RFID原理及應用、無線傳感網(wǎng)原理及應用、無線組網(wǎng)技術、智能信息處理技術、單片機與控制、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)分析與設計。培養(yǎng)方案中的課程設置涵蓋了《專業(yè)規(guī)范》中列出的核心知識點，但核心專業(yè)課的設置與規(guī)范中有些許差別。

2 對課程設置的解讀

《專業(yè)規(guī)范》把物聯(lián)網(wǎng)工程導論、傳感器原理及應用、RFID原理及應用、傳感網(wǎng)原理及應用、物聯(lián)網(wǎng)通信技術、海量數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理與智能決策、物聯(lián)網(wǎng)控制、物聯(lián)網(wǎng)信息安全、物聯(lián)網(wǎng)工程設計與實施10門課程作為專業(yè)核心課程。根據(jù)《專業(yè)規(guī)范》，我們設計了上述專業(yè)課程體系（見表1）。下面介紹它與《專業(yè)規(guī)范》建議的不同點以及我們的設計思考。

（1）《專業(yè)規(guī)范》建議物聯(lián)網(wǎng)工程導論課程為32學時，我們實施的是20學時。我們的出發(fā)點是，導論課是大一新生上的第一門涉及專業(yè)知識的入門課，教師要講授的不只是專業(yè)初步知識，更多的是專業(yè)內(nèi)容、大學學習方法和專業(yè)學習方法。學時太多就意味著過多地講授專業(yè)知識，而對新生來說，在未學習其他必要的先修課的情況下，很難深入理解專業(yè)知識。我們要求講授此門課程的教師知識面要廣，講課經(jīng)驗豐富，對專業(yè)理解深入，且有一定的開發(fā)經(jīng)驗。教師講授的時候要旁征博引，深入淺出，既能使學生對專業(yè)知識感到神奇與敬畏，又不會讓他們覺得晦澀難懂。考慮到物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)的基礎是計算機科學與技術，我們的課程中還要求有兩個學時簡要介紹計算機導論課的內(nèi)容。

（2）《專業(yè)規(guī)范》中的數(shù)據(jù)處理與智能決策課程是物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的重要課程。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術應用的普及，必然產(chǎn)生各種類型的海量數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的處理會用到較多的智能方法。我們沒置人工智能基礎、智能信息處理技術和多傳感器融合技術3門課程以覆蓋智能數(shù)據(jù)處理的知識點。前兩門是必修課，后一門為選修課。

（3）針對《專業(yè)規(guī)范》中的物聯(lián)網(wǎng)通信技術課程，我們設置了計算機網(wǎng)絡和無線網(wǎng)絡技術兩門課。計算機網(wǎng)絡是計算機專業(yè)的必修課，涵蓋有線網(wǎng)絡技術；無線網(wǎng)絡技術重點講述無線通信與無線網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)通信技術中還有一部分內(nèi)容是工業(yè)現(xiàn)場總線，我們把這部分內(nèi)容加入到計算機網(wǎng)絡課程中，要求授課老師至少用4個學時補充這方面知識。

（4）海量數(shù)據(jù)存儲課程我們沒有單獨開設，其知識點分布在嵌入式數(shù)據(jù)庫、微機技術、云計算技術等課程中。

其他核心專業(yè)課程基本按照《專業(yè)規(guī)范》設置。

3 實踐教學體系設置思路

《體系與規(guī)范》中指出進行物聯(lián)網(wǎng)實踐教學體系設計需要遵循3個原則：

（l）圍繞專業(yè)能力的培養(yǎng)設計實踐教學體系；

（2）按《專業(yè)規(guī)范》和物聯(lián)網(wǎng)理論與技術體系設計實踐教學體系；

（3）產(chǎn)學研用合作建設實踐教學體系。

另外，《體系與規(guī)范》還將實踐教學課程分為核心課程實驗與綜合課程設計兩類。核心課程實驗包括傳感器原理及應用、RFID原理及應用、傳感網(wǎng)原理及應用、物聯(lián)網(wǎng)通信技術、數(shù)據(jù)處理與智能決策、物聯(lián)網(wǎng)控制、物聯(lián)網(wǎng)信息安全等。綜合課程設計包括嵌入式系統(tǒng)綜合課程設計、物聯(lián)網(wǎng)感知綜合課程設計、物聯(lián)網(wǎng)傳輸綜合課程設計、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)處理綜合課程設計和物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)綜合課程設計。

根據(jù)規(guī)范建議與我們自己的理解，我們將物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)實驗課程內(nèi)容分為3個主要組成部分：學科基礎實驗課、軟件編程實驗課及專業(yè)實驗課。其中學科基礎實驗課包括模擬電路實驗、數(shù)字電路實驗和數(shù)據(jù)結構課程設計；軟件編程實驗課包括高級語言程序設計、面向對象程序設計、匯編語言程序設計和數(shù)據(jù)庫課程設計；專業(yè)實驗課大部分內(nèi)容是新增的，包括傳感器與控制實驗、RFID技術實驗、無線傳感器網(wǎng)絡實驗、嵌入式系統(tǒng)實驗、無線網(wǎng)絡組網(wǎng)實驗、網(wǎng)絡協(xié)議分析與故障診斷技術實驗、物聯(lián)網(wǎng)安全實驗、云計算實驗和物聯(lián)網(wǎng)綜合應用課程設計。上述3類實驗課程多數(shù)已在計算機科學與技術專業(yè)開設，只有幾個實驗是為物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)新增設的。這些實驗課與物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)課程體系中的專業(yè)課程一一對應，實現(xiàn)了對課程體系中核心內(nèi)容的完整覆蓋。

物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的教學特色是在注重理論知識體系架構的同時，加強對學生工程實踐能力的培養(yǎng)，強化實踐教學。我們在原有計算機專業(yè)的實驗實踐課程基礎上，增加了傳感器與控制實驗、RFID技術實驗、無線傳感器網(wǎng)絡技術實驗、無線網(wǎng)絡組網(wǎng)技術實驗、物聯(lián)網(wǎng)安全實驗、物聯(lián)網(wǎng)應用綜合實踐課程。為此我們新增了3個實驗室，采購了RFID、傳感器網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)實訓系統(tǒng)等實驗設備。

表2是我們設置的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)獨立實驗課（不含課內(nèi)實驗）實踐教學體系，對與規(guī)范建議的差異作如下說明。

（1）我們設置了單片機與控制實驗（課內(nèi)上機實驗），這個實驗包含了規(guī)范中建議的“傳感器原理與應用”與“物聯(lián)網(wǎng)控制”。我們認為單獨開設“傳感器原理與應用實驗”內(nèi)容過于簡單，結合傳感網(wǎng)又與傳感網(wǎng)實驗交集，實驗安排與設計不好做，而“物聯(lián)網(wǎng)控制實驗”離不開傳感器，需要有數(shù)據(jù)采集作為支撐，所以我們把這兩個實驗結合在一起。處理器采用單片機，不增加學生掌握處理器的負擔，使學生把主要精力放在傳感器自身的原理與使用、控制方法與控制效果的觀察體驗上。

（2）在智能信息處理技術課程中，我們計劃“16學時授課+16學時課內(nèi)實驗”，不單獨開設數(shù)據(jù)處理與智能決策實驗課。實驗目的旨在從實際應用出發(fā)，引導學生深入理解智能信息處理中的基本概念和原理，掌握典型的智能信息處理技術及其編程實現(xiàn)方法。

（3）在無線網(wǎng)絡組網(wǎng)技術實驗中，我們重點突出無線通信與無線網(wǎng)絡技術；而有線網(wǎng)絡實驗內(nèi)容在計算機網(wǎng)絡實驗課中學習。這兩門實驗課涵蓋了物聯(lián)網(wǎng)傳輸層技術知識點與實踐要求

（4）配合云計算技術課程，我們增設了16學時的云計算技術課內(nèi)實驗。課程實驗能使學生加深對云計算系統(tǒng)架構的理解，加強其動手能力，激發(fā)學習積極性；同時，學生可以熟悉虛擬化平臺和大規(guī)模數(shù)據(jù)處理平臺的開發(fā)環(huán)境及其流程，培養(yǎng)自身開發(fā)云計算應用程序的能力

其他實踐課程與《系統(tǒng)與規(guī)范》中基本一斂，不再贅述。

4 結語

吉林大學的物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)培養(yǎng)方案在制訂與修訂過程中，匯集了眾多教師與教學管理人員的智慧與心血。與其他院校物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)相比較，吉林大學在課程設置與實踐教學體系設計上，注重理論知識體系架構的完整，注重增強學生的系統(tǒng)能力與工程實踐能力的培養(yǎng)，同時突出了學校在網(wǎng)絡安全與智能信息處理方面的優(yōu)勢物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)的學生除了學習系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)基本理論、基礎知識和實踐訓練之外，我們還加強了智能感知與智能信息處理技術、物聯(lián)網(wǎng)安全技術、物聯(lián)網(wǎng)綜合應用設計技術。這些特點體現(xiàn)在人工智能基礎、智能信息處理技術、物聯(lián)網(wǎng)安全、物聯(lián)網(wǎng)應用系統(tǒng)分析與設計等課程及相關的實踐課程中。