物聯(lián)網實驗教學研究

安靜宇，尚長春，柴鈺

摘要：目前無線移動通信技術和高性能微型設備設計技術及發(fā)展比較迅速，有線網和無線網、固定網和移動網等多種網絡互聯(lián)為一體，利用生活周邊的設備及家電設備，能夠智能地提供適用于用戶的信息及計算功能。

關鍵詞：實驗室建設；物聯(lián)網；實驗課改革

中圖分類號：TP311 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）37-0224-02

一、引言

目前無線移動通信技術和高性能微型設備設計技術及發(fā)展比較迅速，有線網和無線網、固定網和移動網等多種網絡互聯(lián)為一體，利用生活周邊的設備及家電設備，能夠智能地提供適用于用戶的信息及計算功能。該實訓課所使用的實驗平臺采用全開放式的模塊化設計，功能豐富，并且學生可以在此基礎上進行二次開發(fā)，做設計型實驗，同時也完全能夠滿足實驗教學的要求，可以激發(fā)學生的創(chuàng)新思維，并且經濟實用。

二、物聯(lián)網的發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網這個概念從1995年首次提出來之后，美國、歐盟、日本等國家都先后制定了發(fā)展計劃，我國在1999年也開始對物聯(lián)網進行研究，并在2011年制訂了物聯(lián)網發(fā)展“十二五”計劃。目前許多國家都在研究無線傳感器網絡，并開發(fā)了在實際傳感器節(jié)點中運行的多種協(xié)議。目前比較流行的傳感器硬件有柏克萊開發(fā)的“Mica Mote”，英特爾公司的“IMot”，加州大學的“IBadge”和麻省理工學院的“U-AMPS”系列，以及韓佰電子開發(fā)的無線傳感器節(jié)點“ZigbeX”。由于傳感器節(jié)點要考慮電能資源的限制，所以大部分傳感器把Atmega 128低功率處理器作為中央處理器使用，在RF通信端，使用低功率短距離無線通信芯片CC1000或CC2420。

三、物聯(lián)網課程研究內容

物聯(lián)網課程內容涉及電子、通信、計算機軟硬件等多個學科領域，綜合了無線通信、嵌入式系統(tǒng)、信號處理、數(shù)據(jù)融合和分布式系統(tǒng)等多種技術。把課程開設好，一方面提高了學生的創(chuàng)新能力和動手能力，使學生不僅能很好的完成相關課程的課程設計以及畢業(yè)設計，而且能夠廣泛的適用于電子和信息相關專業(yè)的就業(yè)需求，另一方面，教師通過系統(tǒng)的方法對實驗教學內容、方法和手段進行創(chuàng)新，使整個專業(yè)的教學水平得以提升，同時，滿足了高校專業(yè)教學實驗和科學研究的要求。因此物聯(lián)網課程的開設將為我校師生提供一個良好的學習、研究、教學及實踐的平臺。

在物聯(lián)網實驗課程的教學上，我們分為四個層次：第一層為基礎實驗，主要實驗圍繞實驗箱進行，通過實驗模塊讓學生感知物聯(lián)網，使學生對物聯(lián)網有感性的認識，并且熟悉開發(fā)環(huán)境以及編程語言，實驗內容涵蓋物聯(lián)網的所有基礎知識，這部分內容是后續(xù)實驗的基礎，學生只有掌握好基礎知識才能，繼續(xù)開展以后的實驗。第二層為綜合實驗，這部分實驗要求學生在基礎知識掌握扎實的基礎上進行，實驗內容要求能融會貫通各個知識點，是對基礎知識的應用。第三層次為設計型實驗，這部分實驗要求學生應用所學物聯(lián)網課程知識，結合所學其他專業(yè)課的知識對系統(tǒng)進行分析和設計。第四層為創(chuàng)新型實驗，這部分實驗要求選拔校內優(yōu)秀學生和創(chuàng)新實驗室的學生，結合課程和科研項目來進行自主實驗，實驗室為學生開放，老師負責指導。

物聯(lián)網實驗課程需要有前導課程，需要建立完善、有層次的系統(tǒng)教學體系。電子技術初級課程，內容包括初級電子技術設計，元器件的識別和焊接技術，儀器儀表的使用，模電、數(shù)電主要面對1～2年級的學生。電子技術中級課程，主要面對2～3年級的學生，課程內容包括高性能單片機、電路板設計、微型計算機系統(tǒng)設計與實現(xiàn)、傳感器的應用。電子技術高級課程，主要面對3～4年級的學生以及DSP、ARM和FPGA技術的應用與設計。

四、物聯(lián)網課程的教學目標及教學模式

經過幾年的努力和校、院等各方面的支持，物聯(lián)網實驗教學已取得了一定的成績。為了適應科技的發(fā)展和新技術的學習及應用，為了使學生在傳感器技術、嵌入式計算技術、現(xiàn)代網絡、無線通信技術及分布式信息處理技術等知識綜合和創(chuàng)新能力的提高，不斷對課程內容進行更新，著眼于大學生科研能力的系統(tǒng)培養(yǎng)，通過開設綜合的、與電子信息相關專業(yè)知識的選修課，使我校畢業(yè)的相關專業(yè)學生具備了本專業(yè)所需的相應科研能力，為我校實驗教學的發(fā)展提供了寶貴經驗。目前開設的實驗課程大部分是基礎實驗，主要是圍繞實驗箱進行的，為了培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新精神，需要為學生開設設計性實驗，并且要求成本較低。開設物聯(lián)網課程的主要目的是培養(yǎng)學生的綜合素質，使學生對相關課程包括嵌入式知識、無線通信知識以及信號處理和數(shù)據(jù)融合的知識進一步達到融會貫通。作為一門專業(yè)的課程，我們不僅要完成最基本的培養(yǎng)目標，更要培養(yǎng)高層次的學生。而開設不同層次的選修課是完成這個目標的最好方法。

教學模式要從傳統(tǒng)的以教為主轉變?yōu)橐詫W生動手為主，要注重學生到底在實驗中學到了什么，注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。傳統(tǒng)的實驗教學模式是：上課老師先講，講完之后學生做實驗，實驗內容和實驗模式是固定的?，F(xiàn)代教育理論認為，在教學中要以學生為主體，要在教師的引導下，提高學生的獨立思考能力，多開設計性課程，讓學生主動去探索新知識。

五、物聯(lián)網專業(yè)在實驗教學中存在的問題

現(xiàn)在許多高校的物聯(lián)網教學都把實驗箱作為教學平臺，實驗模式比較死板，只針對固定的幾個實驗，學生只是機械地學習，時間長了就會失去興趣，另外也缺乏對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不能夠與實際應用相結合，與最初開設物聯(lián)網專業(yè)的目的出現(xiàn)了沖突。

六、結語

物聯(lián)網技術越來越多的應用在現(xiàn)代生活中，其中無線傳感器網絡技術在節(jié)能減排、環(huán)境監(jiān)測、工業(yè)控制、城市管理等領域擁有了巨大的應用前景。目前無線傳感器網絡技術正在高速發(fā)展，是中國少有的與國際保持同步發(fā)展水平的技術之一，而且學習和掌握新技術發(fā)展方向和技術理念是現(xiàn)代化高等教育的核心理念。物聯(lián)網教學的改革不僅要從教學方法還要從教學目的以及與實踐相結合方面進行改革。

參考文獻：

[1]王保云.物聯(lián)網技術研究綜述[J].電子量與儀器學報，2009，23（12）：1-7.

[2]李文仲，等.ZigBee無線網絡技術入門與實戰(zhàn)[M].北京航空大學出版社，2008.

[3]翟剛，劉盛德，胡咸斌，等.ZigBee技術及應用[M].北京航空大學出版社，2007.

[4]康東，勇鵬.射頻識別（RFID）核心技術與典型應用開發(fā)案例[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[5]陳積明，林瑞仲，孫優(yōu)賢.無線傳感器網絡的信息處理研究[J].儀器儀表學報，2006，27（9）：1107-1111.

作者簡介：安靜宇，西安科技大學，工程訓練中心。